JPH0197867A - レーザドップラ振動計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光のドツプラ効果を利用して、構造物１機
械の振動を非接触で測定する振動計に関するものである
。

〔従来の技術〕

第２図は、振動物体の撮動を光のドツプラ効果を利用し
て測定する振動計の構成図であり１図において（１）は
振動物体、（２）はレーザ、　　（３ａ）はレーザ光１
ｒ：２分割するビームスプリッタ、＋４１ｆｌビームス
プリツタ（３ａ）で２分割された一方のレーザ光の周波
数（波長）を音響光学的にシフトする周波数シフタ、　
（５１ｆ１周波数シフタ（４）の周波数シフト量に相当
する発振周波数で周波数シ７り（４）全駆動するドライ
バ、　　（３ｂ）ｔｉ周波数シフタ（４）で周波数シフ
トされたレーザ光を透過させ、かつ振動物体（１１から
の散乱光を反射させて方向を変えるビームスプリッタ、
（６）は振動物体（１）からの散乱光を集光する集光レ
ンズ、　＋７１１１ｔビームスプリツタ（３ａ）で２分
割された周波数シフタ（４）を通らない他方のレーザ光
の方向を変えるミラー、　　（３ｃ）は集光レンズ（６
）で集光された振動物体（１）からの散乱光とミラー（
７）で方向を変えられたレーザ光とを重ね合わせるビー
ムスプリッタ、（８）はビームスプリッタ（３ｃ）の光
を電気信号に変換する光検出器、　（９１１−を増幅器
、　（１０１は上記レーザ（２）から増幅器（９）まで
の構成品をまとめる光学ケース、■は周波数追跡器、０
２は周波数−電圧変換器（以下Ｆ／Ｖ変換器という）で
ある。

第２図に示すごとく、レーザ（２）から発振した周波数
ｆ０のレーザ光は、ビームスプリッタ（３ａ）で２分割
され、一方のレーザ光は周波数シフタ（４）でもとのレ
ーザ周波数ｆ。から周波数がｆ、ずれた周波数ｆｏ＋ｆ
、のレーザ光に変換され、ビームスプリッタ（３ｂ）を
経由して振動物体は）にその振動方向に平行になるよう
に照射されている。

振動物体（１）から散乱された光は、振動物体（１）の
振動速度Ｖに応じてドラグラシフトを起こす。このドラ
グラシフトを受けた散乱光をビームスプリッタ（３ｂ）
で方向を変え集光レンズ（６）で集光したものと、ビー
ムスプリッタ（３ａ）で２分割された周波数シフタ（４
）ヲ通らない他方のレーザ光全ミラー（７）で方向を変
えた光とをビームスプリッタ（３ｃ）で重ね合わせて光
検出器（８）に導ひき電気信号に変換すると、この電気
信号の中には受信光の強さに比例する直流信号と第（１
）式に示すドツプラ周波数ｆｄの交流信号（以下ドツプ
ラ信号という）が存在する。

ｖ ｆｄ　＝　ｆｓ十−二　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・　（１）ここにλ；Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長 振動物体１１１Ｖｉ、周波数’Ｍ％最大振動速度Ｖ。で
正弦波的に振動しているとその振動速度Ｖは第（２）式
％式％ 従って、第（１）式のドツプラ周波数ｆｄはｆｄ＝ｆ、
−二・５ｉｎ（２πｆＭ−１）・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（３）λ となる。

光検出器（８）で電気信号に変換されたトップ２信号は
微弱なため増幅器（９）で増幅された後０周波数追跡器
αυでドツプラ周波数ｆｄを検出し、　Ｆ’／Ｖ変換器
（２）でアナログ電圧に変換すると、第（３）式の２項
の交流信号として振動物体（１）の振動速度ｖ１に求め
ることかできる。

このことは公知の事実である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のレーザドツプラ振動計は、第（３）式に示す
周波数シフタ（４）のシフト周波数ｆ８を含んだドツプ
ラ周波数ｆｄ　’ｉ　Ｆ／Ｖ変換器（２）でアナログ電
圧に変換しているため、シフト周波数ｆＳの安定度がそ
のまま変動ノイズとして出力に重畳したり、　Ｆ／Ｖ変
換器（２）の出力のうちシフト周波数ｆ、に相当する直
流電圧をカットして交流信号のみを取り出すため低域の
周波数が伝達されないという問題を有していた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、シフト周波数ｆ、の変動を除去し。

かつ直流からの振動速度を計測するレーザドツプラ振動
計を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わるレーザドツプラ振動計は、上記シフト
周波数ｆ８をＦ／Ｖ変換する第２のＦ／Ｖ変換器と、二
つのＦ／Ｖ変換器の差を取υ出す差動増幅、器を設けた
ものでるる。

〔作　用〕

この発明においては、シフト周波数ｆ、Ｑ第２のＦ／Ｖ
変換器でＦ／Ｖ変換し、従来のＦ／Ｖ変換変換器比力電
圧から上記第２のＦ／Ｖ変換器出力を引き算することで
、シフト周波数ｆ３の変動分をキャンセルするとともに
、直流からの振動速度が計測可能となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明による一実施例を示すレーザドツプラ
振動計の構成図であり、以下図面に従い説明する。

図中、（１）〜α２Ｆ−１上記従来と同じものである。

Ｑ３）ｉｔ周波数シック（４）のシフト周波数ｆ、をＦ
／Ｖ変換する第２のＰ／Ｖ変換器、圓は第１のＦ／Ｖ変
換器α２と第２のＦ／Ｖ変換器αＪの差電圧を取り出す
差動増幅器である。

以上の構成のレーザドツプラ振動計において。

第１のＦ／Ｖ変換器の出力電圧■１は、第（３）式から
ここでに；比例定数 となり、第２のＦ／Ｖ変換器の出力電圧ｖ２はＶ２＝に
＠ｆＳ・・・曲・・・・・・・・・・・・・・・・・・
聞・・・曲回・・・曲・曲・・　＋５１となる。従って
、差動増幅器αａの出力電圧ＶはＶ＝Ｖ１−Ｖ。

となり、シフト周波数ｆ、に比例した電圧がキャンセル
され、シフト周波数ｆｓの変動の影響を受けずに直流か
らの振動速度が計測可能なレーザドツプラ振動計となる
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、シフト周波数ｆ、を
Ｆ／Ｖ変換するＦ／Ｖ変換変換器上々け、第１のＦ／Ｖ
変換変換器用力電圧から第２のＦ／Ｖ変換器０３の出力
電圧を差し引くことによりシフト周波数ｆ、の変動分を
キャンセルし、かつ直流からの振動速度が計測可能なレ
ーザドツプラ振動計が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すレーザドツプラ振
動計の構成図、第２図は従来のレーザドツプラ振動計の
構成図である。図中、　（１３は第２のＦ／Ｖ変換器、
αａは差動増幅器である。なお１図中符−符号は同一ま
たは相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 特定の波長を出力するレーザと、上記レーザの出力ビー
   ムを２分割する第１のビームスプリッタと、上記２分割
   したレーザビームの一方のレーザ周波数を特定の周波数
   だけシフトする手段と、上記周波数シフトされたレーザ
   ビームを振動物体にその振動方向に平行に照射し振動物
   体の振動速度に応じてドップラシフトを起した散乱光を
   上記照射ビームと同軸に集光し得る第２のビームスプリ
   ッタおよび集光レンズと、上記集光レンズで受信したド
   ップラ信号を含む散乱光と上記第１のビームスプリッタ
   で分割された他方の周波数シフトを受けないレーザビー
   ムとを混合するミラー及び第３のビームスプリッタと、
   上記混合された光を電気変換する光検出器と、上記光検
   出器の出力を増幅する増幅器と、上記増幅された信号か
   らドップラ周波数を検出する周波数追跡器と、上記周波
   数追跡器の出力信号であるドップラ周波数から振動物体
   の振速速度に比例したアナログ電圧を出力し得る第１の
   周波数−電圧変換器と、上記周波数シフトされたレーザ
   ビームのシフト周波数をアナログ電圧に変換する第２の
   周波数−電圧変換器と、上記第１の周波数−電圧変換器
   出力と第２の周波数−電圧変換器出力との差電圧を取り
   出す差動増幅器を備えたことを特徴とするレーザドップ
   ラ振動計。