JPH02198324A - 振動検出装置 - 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、物体の振動の変位あるいは周波数等を検出
する振動検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、物体の振動の変位や周波数を検出する振動検
出装置として、ばね等で支持した重りの慣性力を検出す
る加速度計、投光器から光を発し反射板で反射した反射
光の光強度変化を検出するフォトニックセンサ、振動変
位に対応して静電容量が変化する構造としこの静電容量
変化を検出する静電式変位計などがある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の各振動検出装置のうち、光の強度変化により変位
を検出するフォトニックセンサは、反射面が傾いたりし
た場合正確な測定ができない欠点がある。また、静電容
量の変化により変位を検出する静電式変位計は、変位量
の分解能が低く、かつ測定物毎に較正（零点調整）が必
要であり繁雑である。

本発明は上記従来の欠点を解消する新方式の振動検出装
置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する本発明は、被測定物に光線を照射し
、その反射光を検出して光の干渉縞を生成する光学手段
と、この生成された光の干渉縞を画像処理する画１象処
理手段からなる振動検出装置において、０１１記披測定
物に光反射体からなる干渉縞生成手段を設けたことを特
徴とする特［作用コ 上記構成において、干渉縞生成手段としての光反射体お
よび干渉縞を生成させる光学手段は、被測定物の静止状
態において、干渉縞が例えば同心円状になるように調整
される。

ここで被測定物が振動すると、振動変位に応じて干渉原
理に基づく干渉縞明暗が変化する。光反射体として例え
ば半球を用いた場合、干渉縞が同心円状に生成され、前
記干渉縞明暗の変化は、同心円状の干渉縞の各編（干渉
縞の各次数の暗部または明部）の径が大きくなったり小
さくなったりする変化として表れる。すなわち、縞が非
測定物の振動周波数と同じ周期で半径方向に往復移動す
る。この縞の半径方向の往復移動の周期を例えば特定位
置における輝度の変化等として検出することにより、振
動周波数を求めることができ、そして、半周期における
輝度のピーク数より振動変位を求めることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。

第１図は本発明の一実施例の振動検出装置の概略構成を
説明する図である。地面１に設置された被測定物２に光
反射体からなる干渉縞生成手段として例えば半球３を取
り付ける。この半球３に向けて単色光を照射し、前記半
球３で反射した反射光との光の干渉による干渉縞を生成
すべく調整された光学手段４を半球３に向けて配置し、
生成された干渉縞を画像処理する画像処理手段の一部と
しての例えばテレビカメラ５を光学手段４の背後に配置
する。前記光学手段４は、単色光の光源、凸レンズ、プ
リズム等を内蔵し、光源からの直接の光と半球３で反射
した光とで光の干渉が生じるように直接光と反射光との
間に所定の光路差を生ぜしめる。

次に振動の周波数および変位の測定要領について説明す
る。

光学手段４内から発せられた単色光７は、半球３を照射
しその反射光と干渉して、干渉縞を生成する。半球３お
よび光学手段４は、被測定物２の静止状態において、第
２図に示すように干渉縞６が同心円状になるように調整
しておく、この干渉縞６は、テレビカメラ５で撮影され
、図示時のモニタ画面に映しだされる。

ここで被測定物２が振動すると、振動変位に応じて干渉
原理に基づく干渉縞明暗が変化する。特定位置での干渉
縞明暗の変化（特定位置での輝度変化）を横軸に時間を
取って示したのが第３図である。

被測定物の変位に対応する干渉縞の輝度の変化は次の通
りである。特定位置すなわち定点として選択した次数の
干渉縞の静止状態における輝度をＡとすると、当該定点
における輝度には、被測定物の振動の変位ｄ、使用した
光の波長λに対して、Ｋ＝Ａｃｏｓ　（４πｄ／λ）・
旧・・■で変動する。

このような干渉縞明暗の輝度変化は、干渉縞６の各編（
干渉縞の各次数の暗部または明部）の径が大きくなった
り小さくなったりする変化として表れる。つまり、縞が
被測定ｆ！ｌＪ２の振動周波数と同じ周期で半径方向に
往復移動する。したがって、縞の往復移動の周期を検出
することにより、被測定物の振動周波数を検出すること
ができる。

縞の往復移動の周期の検出の手段については、種々考え
られる。モニタ画面上の定点で干渉縞の輝度を観測する
と、干渉の各次数の縞が通過する毎に明暗の輝度変化を
繰り返すが、さらに、被測定物の振動の周期によっても
微差ではあるが当然輝度変化を繰り返すから、干渉縞明
暗の輝度変化とは別の大きな周期の輝度変化を検出して
、被測定物の振動周波数を検出することができる。また
、縞の移動方向を検出して、移動方向の切り替わりを検
出することで縞の往復移動の周期を検出することも可能
である。

前記により振動周波数が検出されると、振動変位を検出
することができる。すなわち、半周期（例えば第３図に
Ｔ。、で示す）における定点での輝度のピーク数をカウ
ントする。このピーク数をＮとすると、被測定物の振動
の変位ｄは、明点２つ（輝度のピークが２つ）が使用し
た光の波長λの半分（λ／２）の変位に相当するから、 ｄ＝（Ｎ／２＞ｘλ／２ ＝Ｎλ／４　　　　・・・・・・■ である。

上記■の式から明らかな通り、使用する光の波長λの選
択により、振動変位の分解能を高めることができる。さ
らに、干渉縞の次数の選択によっても分解能を高めるこ
とが可能である。

実施例では光反射体として半球を用いたが、円錐体を用
いることができる。この場合もやはり同心円状の干渉縞
が生成されるが、円錐体の頂角が大きくなると干渉縞の
縞ピッチが大きくなり、頂角が小さくなると干渉縞の縞
ピッチが小さくなる。

縞ピッチが大きいと分解能を高め検出精度を高めること
ができるから、円錐体の頂角を選択することにより、必
要な測定精度に応じて円錐体の頂角を選択して、適切な
精度のものとすることができる。

また、光反射体は必ずしも同心円状の干渉縞を生成する
ものである必要はなく、例えば三角形断面の干渉縞生成
素子を用いることも可能である。

この場合には、左右対称の縞ピッチで平行な干渉縞が生
成される。

また、画像処理手段は、実施例ではテレビカメラを利用
するものであるが、これに限らず、定点の輝度を検出す
ることができるものであればよい。

また、詳細は省略するが、同心円状の干渉縞の中心のず
れを測定することにより、被測定物の水平方向の移動を
検出することができ、これにより被測定物のローリング
、ピッチング等の振動モードの測定も可能である。

［発明の効果コ 本発明では上記の通り構成されているので、次のような
効果を奏する。

被測定物に取り付けられた光反射体に光を照射し生成し
た光の干渉縞を検出することにより振動の変位を検出す
るものであるから、使用する光の波長、干渉縞の次数の
選択、あるいは、干渉縞生成素子が円錐体の場合にはそ
の頂角の選択等により振動変位の分解能を十分高めるこ
とが可能である。

従来のフォトニックセンサのように反射板が傾いて正確
な測定ができなくなるという問題は生じない。

従来の静電変位計において必要な零点調整は不要である
。

非接触であるから、振動測定における誤差の要因が少な
く、測定時の操作も容易である。

同心円状の干渉縞の中心のずれを測定することにより、
被測定物の水平方向の移動を検出することができ、これ
により被測定物のローリング、ピッチング等の振動モー
ドの測定も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す振動検出装置の概略構
成説明図、第２図は上記振動検出装置による振動測定時
に観測される干渉縞の図、第３Ｉ２１は第１図における
テレビカメラで撮影した干渉縞を映し出したモニタ画面
上の定点での１度の変動を示す図である。 ２・・・被測定物、３・・・半球（光反射体からなる干
渉縞生成手段）、４・・・光学手段、５・・・テレビカ
メラ、６・・・干渉縞。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物に光線を照射し、その反射光を検出して光の干
   渉縞を生成する光学手段と、この生成された光の干渉縞
   を画像処理する画像処理手段からなる振動検出装置にお
   いて、 前記被測定物に光反射体からなる干渉縞生成手段を設け
   たことを特徴とする振動検出装置。