JP6685779B2 - 光計測装置、光計測方法及び回転機械 - Google Patents

光計測装置、光計測方法及び回転機械 Download PDF

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Description

本発明は、光計測装置、光計測方法及び回転機械に関する。
タービンなどの回転機械においては、非接触での計測が行われており、例えば、特許文献１においては、ロータに貼りつけた反射シールにレーザ光を照射し、その反射光を光センサで検出し、検出値を信号処理することにより、トルク計測を行っている。また、タービンにおける翼振動計測やクリアランス計測においても、レーザ光を翼や反射ターゲットに照射し、その反射光を光センサで検出して、翼や反射ターゲットの通過時間を検知し、その時間差情報を演算することにより、所望の計測値を得ている。
特開２００２−３３３３７６号公報
上述したように、レーザ光を静止側から回転側に照射し、その反射光の変化により計測を行う場合、汚れ等により反射強度が経時的に減少していく問題がある。例えば、図１１のグラフに示すように、反射光の変化により通過時間を検知する場合、最初は、反射強度の変化が大きく、通過時間の検知が明瞭であっても、経時的に反射強度が減少して、計測誤差が大きくなっていき、最終的には、計測不可となる。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、反射強度を維持することができる光計測装置、光計測方法及び回転機械を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第１の発明に係る光計測装置は、
光を出力すると共に当該光の発光波長を変更可能な波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射する第１の光ファイバと、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなり、前記第１の光ファイバから照射された前記光を反射する凹面と、
前記凹面により反射された前記光を受光する第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバで受光した前記光の強度を検出する強度検出手段と、
前記波長可変光源を制御すると共に、前記強度検出手段で検出した前記強度に基づいて、光計測を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第２の発明に係る光計測装置は、
上記第１の発明に記載の光計測装置において、
前記凹面は、着色面、鏡面、拡散反射面及び琺瑯加工面のいずれか１つである
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第３の発明に係る光計測装置は、
上記第１又は第２の発明に記載の光計測装置において、
更に、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段とを有し、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第１の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長による前記出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第４の発明に係る光計測装置は、
上記第３の発明に記載の光計測装置において、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第１の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長を中心波長とする波長領域において、前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第５の発明に係る回転機械は、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の光計測装置を備えた
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第６の発明に係る光計測方法は、
光の発光波長を変更可能な波長可変光源から前記光を出力し、
第１の光ファイバを用いて前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射し、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなる凹面により、前記第１の光ファイバから照射された前記光を反射し、
第２の光ファイバを用いて前記凹面により反射された前記光を受光し、
強度検出手段を用いて前記第２の光ファイバで受光した前記光の強度を検出し、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、光計測を行う
ことを特徴とする。
本発明によれば、回転体に設けた凹面が当該凹面で反射する光の集光を行うことになり、更に、回転体との距離が変化しても、反射強度が最大となる出射角度を有する発光波長の光を選択して、又は、距離に対応する出射角度を有する発光波長の光を設定して、凹面での受光幅が同じになるようにしているので、凹面による集光効果を維持することができる。
本発明に係る光計測装置及び回転機械の実施形態の一例（実施例１）を示す概略図である。 図１に示した光計測装置におけるセンサヘッドの一例を示す図であり、（ａ）は概略図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１に示した光計測装置における反射ターゲットとなる凹面の一例を示す図であり、（ａ）は概略図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視断面図である。 図１に示した光計測装置における光計測方法の一例を説明するフローチャートである。 出射角度の変更を説明する図であり、（ａ）は発光ファイバと凹面との関係を示す図、（ｂ）はクリアランス変化前の出射角度を説明する図、（ｃ）はクリアランス変化後であって、波長変化前の出射角度を説明する図、（ｄ）はクリアランス変化後であって、波長変化後の出射角度を説明する図である。 発光ファイバにおける光学パラメータを説明する図である。 凹面における光の反射を説明する図であり、（ａ）はクリアランス変化前の光の反射を説明する図、（ｂ）はクリアランス変化後であって、波長変化前の光の反射を説明する図、（ｃ）はクリアランス変化後であって、波長変化後の光の反射を説明する図である。 本発明に係る光計測装置及び回転機械の実施形態の他の一例（実施例２）を示す概略図である。 図８に示した光計測装置における光計測方法の一例を説明するフローチャートである。 図８に示した光計測装置における光計測方法の他の一例（実施例３）を説明するフローチャートである。 反射強度の経時的な減少を説明するグラフである。
以下、図１〜図１０を参照して、本発明に係る光計測装置、光計測方法及び回転機械の実施形態を説明する。なお、ここでは、回転機械の回転体として、ロータを例示しているが、本発明は、回転体として、シャフトやタービンなども使用可能である。
［実施例１］
本実施例の光計測装置は、図１に示すように、制御装置１０、レーザ１１、光ファイバ群１２、センサヘッド１５、フォトディテクタ１６を有している。そして、そのセンサヘッド１５が回転機械２０のケーシング２１に取り付けられている。静止部であるケーシング２１の内部には、回転部（回転体）であるロータ２２と、ロータ２２を回転可能に支持するシャフト２３が設けられており、ケーシング２１に取り付けられたセンサヘッド１５は、ロータ２２の円筒面２２ａ（外周面）を望むように配置されている。
レーザ１１は、レーザ光を出力すると共に、レーザ光の発光波長の変更が可能な波長可変光源であり、例えば、波長可変な半導体レーザが好適である。なお、このような半導体レーザに代えて、波長可変な気体レーザ、液体レーザ、固体レーザなども使用可能である。また、波長変換素子を用いることにより、波長が固定されたレーザも使用可能である。
また、光ファイバ群１２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、１つの発光ファイバ１３（第１の光ファイバ）と複数の受光ファイバ１４（第２の光ファイバ）からなる。発光ファイバ１３は、レーザ１１から出力されたレーザ光をロータ２２の円筒面２２ａに照射するものであり、また、受光ファイバ１４は、後述する凹面２４により反射されたレーザ光を受光するものである。
そして、光ファイバ群１２は、センサヘッド１５においては、１つの発光ファイバ１３を中央とし、その周囲に複数の受光ファイバ１４を配置した構成としている。発光ファイバ１３から照射されたレーザ光は、後述する凹面２４で反射された後、複数の受光ファイバ１４で受光されることになる。なお、ここでは、１つの発光ファイバ１３の周囲に複数の受光ファイバ１４が一重に配置されているが、複数の受光ファイバ１４を二重、三重又はそれ以上にしたり、中央の発光ファイバ１３の数を増やしたりなど、配置は適宜変更しても良い。
また、フォトディテクタ１６（強度検出手段）は、複数の受光ファイバ１４で受光されたレーザ光の反射強度を測定するものであり、レーザ１１の可変の波長範囲において、レーザ光の反射強度を測定可能なものである。
また、制御装置１０（制御手段）は、レーザ１１の制御を行うものであり、また、フォトディテクタ１６で検出した反射強度に基づいて、後述する制御や光計測の演算を行うものである。
そして、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、回転側のロータ２２の円筒面２２ａには、反射ターゲットとなる凹面２４が凹設されている。この凹面２４は、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光を反射して、複数の受光ファイバ１４に集光するものであり、楕円面や放物面などの凹形状の曲面に形成されている。なお、回転体がシャフトやタービン翼である場合には、シャフトの円筒面やタービンの翼先端やタービンシュラウドの円筒面に、凹面２４を設ければ良い。
ここで、凹面２４の離心率ｅについて説明する。凹面２４が放物面（ｅ＝１）である場合、凹面２４から平行光線が反射され、平面での反射に比べて、反射光量が増加する。一方、凹面２４が円筒面（ｅ＝０）である場合、中央の発光ファイバ１３に反射光が返り、周囲の受光ファイバ１４に光が入りにくくなる。従って、周囲の受光ファイバ１４に向けて幅を持った光を反射させる必要がある。そのため、凹面２４の離心率ｅは０＜ｅ≦１とするが、つまり、凹面２４は楕円面や放物面とするが、離心率ｅは、発光ファイバ１３（センサヘッド１５）の先端から測定対象であるロータ２２の円筒面２２ａまでの距離（以降、クリアランスｄ）と、センサヘッド１５における光ファイバ群１２の径に基づいて設定する。
また、凹面２４は、レーザ光に対する反射率を高くするため、ペイントや溶射による着色面（例えば、白色着色面）にしたり、鏡面にしたり、拡散反射面にしたり、琺瑯（ホーロー）加工面にしたりしても良い。
このように、ロータ２２の円筒面２２ａに凹面２４を設けることにより、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光の反射光を複数の受光ファイバ１４に集光することができ、経時的な反射強度の減少による影響を抑えるようにしている。しかしながら、このような構成の場合、クリアランスｄが変化すると、その変化に伴い、凹面２４での受光幅も変化し、その結果、集光効果が低下するおそれがある。
そこで、本実施例においては、図４に示す光計測方法を行うことにより、凹面２４による集光効果を維持するようにしている。図４と共に、図１や図５及び図６も参照して、本実施例の光計測方法を説明する。なお、ここでは、後述する初期クリアランスｄ０より運転中のクリアランスｄ１が大きくなる場合（ｄ０＜ｄ１）を例示して説明するが、逆になる場合、即ち、ｄ０＞ｄ１の場合も同様の方法で良い。
（ステップＳ１）
制御装置１０は、クリアランスｄの初期値である初期クリアランスｄ０に合わせて、レーザ１１の発光波長λ＝λ０を選択する。図５（ａ）に示すように、初期クリアランスｄ０は、回転機械２０の運転前において、発光ファイバ１３（センサヘッド１５）の先端とロータ２２の円筒面２２ａとの間の距離である。また、発光波長λ０のときの発光ファイバ１３からの出射角度θ＝θ０とする。
ここで、図５（ｂ）〜（ｄ）における計算の前提として、図６を参照して、出射角度θの計算について説明する。図６において、出射角度θ＝２θaであり、ｎfは、発光ファイバ１３のコア１３ａの屈折率、ｎcは、発光ファイバ１３のクラッド１３ｂの屈折率である。なお、ｎiは、空気の屈折率であり、θcは、臨界角である。角度θaと屈折率ｎf及びｎcは、以下の式の関係となり、開口数ＮＡを求めることができる。
Figure 0006685779
上記式において、屈折率ｎf及びｎcに基づいて、角度θa、即ち、出射角度θを求めることができる。コア１３ａの屈折率ｎfは、光の波長に依存して変化するので（プリズムの原理）、発光波長λ０のときの屈折率ｎfに基づいて、出射角度θ０が求まることになる。
そして、本実施例では、発光波長λを変更しており、これにより、発光ファイバ１３のコア１３ａの屈折率ｎfを変化させ、発光ファイバ１３からの光の出射角度θ（開口数ＮＡ）を変化させており、このような変化を利用して、後述するように、クリアランスｄに対応した出射角度θとしている。
例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、凹面２４の幅を２．５ｍｍとし、初期クリアランスｄ０＝４ｍｍとし、発光波長λ０＝４８６ｎｍ（水色）とする。また、発光波長λ０＝４８６ｎｍのとき、屈折率ｎf＝１．５２２４、屈折率ｎc＝１．４９８２とする。これらの数値に基づいて、上記式を用いて計算すると、ＮＡ＝０．２７、θa＝１５．７°、θ＝３１．４°となる。そして、出射角度θ＝３１．４°のとき、初期クリアランスｄ０＝４ｍｍにおける凹面２４での受光幅は、２．２４ｍｍとなる。
つまり、回転機械２０の運転前においては、初期クリアランスｄ０に合わせて、即ち、凹面２４での受光幅に合わせて、発光波長λ＝λ０（＝４８６ｎｍ）としているので、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光は、出射角度θ＝３１．４°で出射され、その結果、凹面２４の幅の範囲内で受光して反射することができ、その反射光を複数の受光ファイバ１４に集光することができる状態となっている。
（ステップＳ２）
発光波長λ０の選択後、回転機械２０の運転を行う。回転機械２０の運転に伴い、ロータ２２の回転数の変化や温度変化により、クリアランスｄが初期クリアランスｄ０からｄ１へ変化する。
例えば、初期クリアランスｄ０＝４ｍｍから１ｍｍ変動して、クリアランスｄ１＝５ｍｍとなったとする。すると、図５（ｃ）に示すように、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光が、出射角度θ＝３１．４°で出射されたままであれば、クリアランスｄ１＝５ｍｍにおける凹面２４での受光幅は、２．８２ｍｍとなり、初期状態より、受光幅が０．６ｍｍ大きくなる。つまり、発光ファイバ１３から出射角度θ＝３１．４°で出射されたレーザ光は、凹面２４の幅を超えた受光幅となり、その結果、照射されたレーザ光の全てを凹面２４が受光して反射することができず、その集光効果が低下することになる。
（ステップＳ３〜Ｓ４）
そこで、本実施例において、制御装置１０は、レーザ１１の発光波長を変更（スキャン）しながら、フォトディテクタ１６で反射強度を検出し、反射強度が最も大きい発光波長を計測における発光波長λ＝λ１として選択している。
例えば、フォトディテクタ１６で検出した反射強度が最も大きい発光波長λ＝λ１＝６５６ｎｍ（赤色）とすると、このときの屈折率ｎf＝１．５１４３である。これらの数値に基づいて、上記式を用いて計算すると、ＮＡ＝０．２２、θa＝１２．７°、θ＝２５．４°となる。そして、図５（ｄ）に示すように、出射角度θ＝２５．４°のとき、クリアランスｄ０＝５ｍｍにおける凹面２４での受光幅は、２．２４ｍｍとなる。
つまり、回転機械２０の運転中においては、反射強度が最も大きい発光波長λ＝λ１（＝６５６ｎｍ）を選択しているので、図５（ｄ）に示すように、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光は、出射角度θ＝２５．４°で出射され、その結果、凹面２４の幅の範囲内で受光して反射することができ、その反射光を複数の受光ファイバ１４に集光することができる状態となっている。このように、クリアランスｄの変化に応じて、出射角度θを絞りたい場合には、レーザ１１のレーザ光の色を水色から赤にして、発光波長を長くすれば良い。
（ステップＳ５）
制御装置１０は、ステップＳ４で選択した発光波長λ１を用いて、凹面２４により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
以上説明したように、レーザ１１の発光波長λを変更しながら、フォトディテクタ１６で反射強度を検出し、反射強度が最も大きい発光波長λを選択して、レーザ光の出射角度θを変化させている。これにより、クリアランスｄに応じて、凹面２４での受光幅も適切に変化させることになり、クリアランスｄが変化しても、凹面２４での受光幅が同じになる発光波長を選択することができ、この結果、凹面２４による集光効果を維持することができる。
従って、発光ファイバ１３から照射されたレーザ光が凹面２４を通過する際に、その反射光は集光効果により受光ファイバ１４に集光することになる。そのため、凹面２４による反射強度のピークを明瞭化でき、信号の立ち上がりと立ち下がりが鋭敏となる。その結果、経時的な変化があっても、その影響を抑制することになり、所望の計測を適切な状態で行うことができる。
また、クリアランスｄの変化に伴い、凹面２４での受光幅が変化すると、離心率ｅの凹面２４からの反射光の方向が変化し、その結果、集光効果が低下するおそれがある。しかしながら、本実施例では、上述したように、発光波長λの変更、即ち、レーザ光の出射角度θの変更により、凹面２４での受光幅が同じになるようにして、凹面２４からの反射光の方向も変わらないようにしている。この点について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、図７（ａ）〜（ｃ）においては、理解し易くするため、発光ファイバ１３からのレーザ光の最も外側の光線（以降、最外光線）を例示して説明を行う。
図７（ａ）に示す回転機械２０の運転前（初期状態）においては、発光ファイバ１３と凹面２４が正対するとき、最外光線が受光ファイバ１４に向かって反射するように、初期クリアランスｄ０及び光ファイバ群１２の径や出射角度θ０に基づいて、凹面２４の離心率ｅが設定されている。
そして、上述したように、回転機械２０の運転を行うと、運転に伴う回転数の変化や温度変化により、クリアランスｄが初期クリアランスｄ０からｄ１へ変化する。ここでも、ｄ０＜ｄ１とする。
すると、図７（ｂ）に示す回転機械２０の運転中においては、クリアランスｄ１へ変化し、凹面２４での受光幅が変化したため、発光ファイバ１３と凹面２４が正対するとき、最外光線が受光ファイバ１４より外側に向かって反射してしまい、凹面２４による集光効果が低下することになる。
しかしながら、上述したように、回転機械２０の運転中においては、反射強度が最も大きい発光波長λ１を選択し、凹面２４での受光幅が同じになるようにして、凹面２４からの反射光の向きも同じになるようにしている。すると、図７（ｃ）に示すように、クリアランスｄ１へ変化した状態においても、発光ファイバ１３と凹面２４が正対するとき、最外光線が受光ファイバ１４に向かって反射することになり、凹面２４による集光効果を維持することができる。
このようにして、クリアランスｄに応じて、凹面２４からの反射光の向きも適切に変化させることになり、クリアランスｄが変化しても、凹面２４による集光効果を維持することができる。その結果、経時的な変化があっても、その影響を抑制することになり、所望の計測を適切な状態で行うことができる。
［実施例２］
本実施例の光計測装置は、上記実施例１に示した光計測装置を前提としている。そのため、ここでは、図１〜図３に示した実施例１の光計測装置と同様の構成には、同じ符号を付し、重複する構成については、その説明を省略する。
本実施例の光計測装置は、図８に示すように、更に、温度センサ１７（温度検出手段）と回転数計１８（回転数検出手段）とを有している。温度センサ１７は、ケーシング２１に設けられ、ロータ２２の温度を計測している。また、回転数計１８は、シャフト２３に設けられ、シャフト２３、即ち、ロータ２２の回転数を計測している。
そして、本実施例でも、実施例１と同様に、レーザ１１の発光波長を変更することにより、クリアランスｄに応じて、発光ファイバ１３からのレーザ光の出射角度θを変化させている。しかしながら、実施例１では、レーザ１１の発光波長をスキャンした後、反射強度が最も大きい発光波長を選択しているのに対して、本実施例では、上述した温度センサ１７及び回転数計１８による温度及び回転数に基づいて、クリアランスｄの変化を予測し、予測したクリアランスｄに基づいて、対応する発光波長を設定するようにしている。このような光計測方法について、図９と共に、図８も参照して説明を行う。
（ステップＳ１１）
実施例１におけるステップＳ１と同様に、制御装置１０は、初期クリアランスｄ０に合わせて、レーザ１１の発光波長λ＝λ０を選択する。
（ステップＳ１２）
実施例１におけるステップＳ２と同様に、発光波長λ０の選択後、回転機械２０の運転を行う。回転機械２０の運転に伴い、回転数の変化や温度変化により、クリアランスｄが初期クリアランスｄ０からｄ１へ変化する。
（ステップＳ１３）
制御装置１０は、温度センサ１７及び回転数計１８を用いて、温度及び回転数を計測する。
（ステップＳ１４）
制御装置１０は、温度センサ１７及び回転数計１８で計測した温度及び回転数に基づく解析により、変化後のクリアランスｄ１を予測する。例えば、熱力学的、運動力学的にロータ２２の変位を解析し、当該解析に基づいて、クリアランスｄ１を予測する。
（ステップＳ１５）
制御装置１０は、予測したクリアランスｄ１に基づいて、予測したクリアランスｄ１に対応する出射角度を有する発光波長λ＝λ１を設定する。例えば、クリアランスｄ１における凹面２４での受光幅がクリアランスｄ０における凹面２４での受光幅と同じになる出射角度を求め、当該出射角度となる発光波長λ１を求めれば良い。
（ステップＳ１６）
制御装置１０は、ステップＳ１５で設定した発光波長λ１を用いて、凹面２４により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
本実施例においては、クリアランスｄが変化しても、クリアランスｄに対応する出射角度を有する発光波長の光を設定して、凹面２４での受光幅が同じになるようにしているので、凹面２４による集光効果を維持することができる。
［実施例３］
本実施例の光計測装置は、上記実施例２に示した光計測装置と同じ装置で良く、その光計測方法に相違があるものである。そのため、本実施例の光計測装置の図示や説明は省略し、その光計測方法を図１０に示し、図８も参照して説明を行う。
（ステップＳ２１）
実施例１におけるステップＳ１及び実施例２におけるステップＳ１１と同様に、制御装置１０は、初期クリアランスｄ０に合わせて、レーザ１１の発光波長λ＝λ０を選択する。
（ステップＳ２２）
実施例１におけるステップＳ２及び実施例２におけるステップＳ１２と同様に、発光波長λ０の選択後、回転機械２０の運転を行う。回転機械２０の運転に伴い、回転数の変化や温度変化により、クリアランスｄが初期クリアランスｄ０からｄ１へ変化する。
（ステップＳ２３）
実施例２におけるステップＳ１３と同様に、制御装置１０は、温度センサ１７及び回転数計１８を用いて、温度及び回転数を計測する。
（ステップＳ２４）
実施例２におけるステップＳ１４と同様に、制御装置１０は、温度センサ１７及び回転数計１８で計測した温度及び回転数に基づく解析により、変化後のクリアランスｄ１を予測する。
（ステップＳ２５）
実施例２におけるステップＳ１５と同様に、制御装置１０は、予測したクリアランスｄ１に基づいて、予測したクリアランスｄ１に対応する出射角度を有する発光波長λ＝λ１を求めるが、これに加えて、制御装置１０は、更に、この発光波長λ１を中心波長とする波長領域を設定する。
（ステップＳ２６〜Ｓ２７）
制御装置１０は、設定した波長領域において、レーザ１１の発光波長を変更（スキャン）しながら、フォトディテクタ１６で反射強度を検出し、反射強度が最も大きい発光波長を最終的な発光波長λ＝λ１として選択する。
（ステップＳ２８）
制御装置１０は、ステップＳ２７で設定した発光波長λ１を用いて、凹面２４により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
本実施例においても、クリアランスｄが変化しても、反射強度が最大となる出射角度を有する発光波長の光を選択して、凹面２４での受光幅が同じになるようにしているので、凹面２４による集光効果を維持することができる。
本発明は、回転機械（例えば、タービン、圧縮機などのターボ機械など）の回転体を対象とする計測に好適なものである。例えば、タービンにおいては、内部リーク低減やラビング回避のための翼振動計測やクリアランス計測などに適用可能である。
１０ 制御装置
１１ レーザ
１２ 光ファイバ群
１３ 発光ファイバ
１４ 受光ファイバ
１５ センサヘッド
１６ フォトディテクタ
１７ 温度センサ
１８ 回転数計
２０ 回転機械
２２ ロータ
２２ａ 円筒面
２４ 凹面

Claims (6)

  1. 光を出力すると共に当該光の発光波長を変更可能な波長可変光源と、
    前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射する第１の光ファイバと、
    前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなり、前記第１の光ファイバから照射された前記光を反射する凹面と、
    前記凹面により反射された前記光を受光する第２の光ファイバと、
    前記第２の光ファイバで受光した前記光の強度を検出する強度検出手段と、
    前記波長可変光源を制御すると共に、前記強度検出手段で検出した前記強度に基づいて、光計測を行う制御手段とを有し、
    前記制御手段は、
    前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
    選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
    ことを特徴とする光計測装置。
  2. 請求項１に記載の光計測装置において、
    前記凹面は、着色面、鏡面、拡散反射面及び琺瑯加工面のいずれか１つである
    ことを特徴とする光計測装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の光計測装置において、
    更に、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段とを有し、
    前記制御手段は、
    前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第１の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
    予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
    設定した前記発光波長による前記出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
    ことを特徴とする光計測装置。
  4. 請求項３に記載の光計測装置において、
    前記制御手段は、
    前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第１の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
    予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
    設定した前記発光波長を中心波長とする波長領域において、前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
    選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
    ことを特徴とする光計測装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の光計測装置を備えた
    ことを特徴とする回転機械。
  6. 光の発光波長を変更可能な波長可変光源から前記光を出力し、
    第１の光ファイバを用いて前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射し、
    前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなる凹面により、前記第１の光ファイバ
    から照射された前記光を反射し、
    第２の光ファイバを用いて前記凹面により反射された前記光を受光し、
    強度検出手段を用いて前記第２の光ファイバで受光した前記光の強度を検出し、
    前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、光計測を行う
    ことを特徴とする光計測方法。
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