JPH0451772B2 - - Google Patents
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- JPH0451772B2 JPH0451772B2 JP22646087A JP22646087A JPH0451772B2 JP H0451772 B2 JPH0451772 B2 JP H0451772B2 JP 22646087 A JP22646087 A JP 22646087A JP 22646087 A JP22646087 A JP 22646087A JP H0451772 B2 JPH0451772 B2 JP H0451772B2
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- vibration
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- electrical signal
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 3
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- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は超音波や弾性波によつて物体の表面に
発生する微小振動を光学的に非接触で測定する装
置に関する。この装置は構造物や材料に対する超
音波を用いた非破壊検査における超音波の受信、
あるいは構造物や材料が損傷劣化する時に発生す
る弾性波の検出に用いられる。
発生する微小振動を光学的に非接触で測定する装
置に関する。この装置は構造物や材料に対する超
音波を用いた非破壊検査における超音波の受信、
あるいは構造物や材料が損傷劣化する時に発生す
る弾性波の検出に用いられる。
従来技術
超音波による非破壊検査や弾性波の検出におい
て、光学的に非接触で微小振動を検出する方法と
しては、従来(1)単一光周波数のレーザー光を用い
た干渉計による方法と、(2)光周波の異なる二つの
レーザー光を用いたヘテロダイン干渉法が知られ
ている。
て、光学的に非接触で微小振動を検出する方法と
しては、従来(1)単一光周波数のレーザー光を用い
た干渉計による方法と、(2)光周波の異なる二つの
レーザー光を用いたヘテロダイン干渉法が知られ
ている。
前記(1)の方法は、レーザー光を二つに分け、そ
の一方のレーザー光を物体表面に照射し反射させ
る。その反射してきたレーザー光を他方のレーザ
ー光と重ね合わせ干渉光を得る。この時、物体表
面で反射してきたレーザー光の位相は、物体表面
の振動に対応して変化するため、干渉光の光強度
も物体表面の振動に従つて変化する。この光強度
変化を光検出器によつて電気信号に変換すること
により振動波形を得ている。この方法では物体表
面の性状によつてそこから反射してくるレーザー
光の光強度が変化するため、干渉光の光強度も変
化し、そのため、振動の大きさを定量的に得るこ
とが難しい欠点がある。
の一方のレーザー光を物体表面に照射し反射させ
る。その反射してきたレーザー光を他方のレーザ
ー光と重ね合わせ干渉光を得る。この時、物体表
面で反射してきたレーザー光の位相は、物体表面
の振動に対応して変化するため、干渉光の光強度
も物体表面の振動に従つて変化する。この光強度
変化を光検出器によつて電気信号に変換すること
により振動波形を得ている。この方法では物体表
面の性状によつてそこから反射してくるレーザー
光の光強度が変化するため、干渉光の光強度も変
化し、そのため、振動の大きさを定量的に得るこ
とが難しい欠点がある。
前記(2)の方法は、光周波数の異なる二つのレー
ザー光の一方を物体表面に照射し反射させる。そ
の反射してきたレーザー光を他方の光周波数の異
なるレーザー光と重ね合わせ干渉光を得る。この
干渉光の光強度は二つのレーザー光の光周波数が
異なつているため、その高周波数の差に等しい周
波数で変動する。この時、物体表面で反射してき
たレーザー光の位相は物体表面の振動に対応して
変化するため、干渉光の光強度変動の位相も物体
表面の振動に対応して変化する。この光強度変動
を光検出器により交流電気信号に変換し、その信
号と、別に参照信号として用意するレーザー光の
差周波と等しい周波数で位相が一定の交流電気信
号との間で位相を比較し、その位相変化を電気信
号として検出することにより振動波形を得てい
る。この方法では位相の変化を利用するため、光
量変化に影響されることなく定量的に振動を測定
できるが、前記のように参照信号を必要とするた
め振動波形を検出する装置が複雑になる欠点があ
る。
ザー光の一方を物体表面に照射し反射させる。そ
の反射してきたレーザー光を他方の光周波数の異
なるレーザー光と重ね合わせ干渉光を得る。この
干渉光の光強度は二つのレーザー光の光周波数が
異なつているため、その高周波数の差に等しい周
波数で変動する。この時、物体表面で反射してき
たレーザー光の位相は物体表面の振動に対応して
変化するため、干渉光の光強度変動の位相も物体
表面の振動に対応して変化する。この光強度変動
を光検出器により交流電気信号に変換し、その信
号と、別に参照信号として用意するレーザー光の
差周波と等しい周波数で位相が一定の交流電気信
号との間で位相を比較し、その位相変化を電気信
号として検出することにより振動波形を得てい
る。この方法では位相の変化を利用するため、光
量変化に影響されることなく定量的に振動を測定
できるが、前記のように参照信号を必要とするた
め振動波形を検出する装置が複雑になる欠点があ
る。
発明の目的
超音波を用いた非破壊検査や弾性波の検出にお
ける振動測定においては、構造物や材料の欠陥や
損傷の定量化のために、振動測定の定量性が重要
である。また、構造物や材料は、通常、超音波や
弾性波のみならず、外部からの機械的振動によつ
ても振動しており、実際の振動測定においては、
そのような外部振動と超音波や弾性波による振動
とを区別できなくてはならない。さらに、超音波
や弾性波の振動強度は測定部所や試料の大きさに
よつて大きく変化するため、振動測定感度を調節
できなくてはならない。これらの問題点のうち、
一般に、定量性については、ヘテロダイン干渉法
を用いることによつて解決が可能であり、外部振
動と超音波や弾性波の振動との区別については、
外部振動が低周波振動であるのを利用して電気フ
イルタや微分回路によつて高周波信号だけを取り
出すことにより可能である。しかしながら、振動
測定感度は、従来法では調節することができな
い。信号出力を電気的に増幅するとしても電気ノ
イズも同時に増幅するため本質的な感度調節とは
ならない。
ける振動測定においては、構造物や材料の欠陥や
損傷の定量化のために、振動測定の定量性が重要
である。また、構造物や材料は、通常、超音波や
弾性波のみならず、外部からの機械的振動によつ
ても振動しており、実際の振動測定においては、
そのような外部振動と超音波や弾性波による振動
とを区別できなくてはならない。さらに、超音波
や弾性波の振動強度は測定部所や試料の大きさに
よつて大きく変化するため、振動測定感度を調節
できなくてはならない。これらの問題点のうち、
一般に、定量性については、ヘテロダイン干渉法
を用いることによつて解決が可能であり、外部振
動と超音波や弾性波の振動との区別については、
外部振動が低周波振動であるのを利用して電気フ
イルタや微分回路によつて高周波信号だけを取り
出すことにより可能である。しかしながら、振動
測定感度は、従来法では調節することができな
い。信号出力を電気的に増幅するとしても電気ノ
イズも同時に増幅するため本質的な感度調節とは
ならない。
本発明は、前記における振動測定法としての条
件を満たし、従来法の欠点を改善して、超音波や
弾性波の微小振動を非接触で測定する装置を提供
するにある。
件を満たし、従来法の欠点を改善して、超音波や
弾性波の微小振動を非接触で測定する装置を提供
するにある。
発明の構成
本発明の要旨は
(1) 光周波数の異なる二つのレーザー光を用いて
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流
電気信号を得る光学装置（以下ヘテロダイン干
渉計と言う）と、交流電気信号を二分し、その
二つの交流電気信号の間に任意の時間差を与え
た後、その二つの交流電気信号の位相差を検出
する装置（以下信号変換器と言う）から構成さ
れることを特徴とする非接触で物体表面の微小
振動を測定する装置。
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流
電気信号を得る光学装置（以下ヘテロダイン干
渉計と言う）と、交流電気信号を二分し、その
二つの交流電気信号の間に任意の時間差を与え
た後、その二つの交流電気信号の位相差を検出
する装置（以下信号変換器と言う）から構成さ
れることを特徴とする非接触で物体表面の微小
振動を測定する装置。
(2) 光周波数の異なる二つのレーザー光を用いて
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流
電気信号を得る光学装置と、交流電気信号の周
波数を逓倍する装置（以下周波数逓倍器と言
う）と、交流電気信号を二分し、その二つの交
流電気信号の間に任意の時間差を与えた後、そ
の二つの交流電気信号の位相差を検出する装置
から構成されることを特徴とする非接触で物体
表面の微小振動を測定する装置。
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流
電気信号を得る光学装置と、交流電気信号の周
波数を逓倍する装置（以下周波数逓倍器と言
う）と、交流電気信号を二分し、その二つの交
流電気信号の間に任意の時間差を与えた後、そ
の二つの交流電気信号の位相差を検出する装置
から構成されることを特徴とする非接触で物体
表面の微小振動を測定する装置。
にある。
これを図面に基づいて説明すると、第１図は前
記(1)の装置、第２図は前記(2)の装置の概要図を示
す。
記(1)の装置、第２図は前記(2)の装置の概要図を示
す。
１はレーザー光発生装置、２は光検出器、３は
試料表面、４は二分割器、５は遅延回路、６は位
相比較器、７は周波数逓倍器を示す。
試料表面、４は二分割器、５は遅延回路、６は位
相比較器、７は周波数逓倍器を示す。
(1) ヘテロダイン干渉計
光周波数1および2の二つのレーザー光をレ
ーザー発生装置１より発生させる。例えばレー
ザー光をビームスツプリツターにより二分割
し、一方のレーザー光を光周波数偏移器中を通
過させて光周波数を偏移させることによつて得
られる。その一方のレーザー光を試料表面３に
照射し反射光を得る。その反射光と他方のレー
ザー光を重ね合わせて干渉させ、光検出器２に
より電気信号に変換する。これにより周波数3
（＝｜1−2｜）の試料表面の振動速度に比例
した位相変調を含んだ交流電気信号を得る。
ーザー発生装置１より発生させる。例えばレー
ザー光をビームスツプリツターにより二分割
し、一方のレーザー光を光周波数偏移器中を通
過させて光周波数を偏移させることによつて得
られる。その一方のレーザー光を試料表面３に
照射し反射光を得る。その反射光と他方のレー
ザー光を重ね合わせて干渉させ、光検出器２に
より電気信号に変換する。これにより周波数3
（＝｜1−2｜）の試料表面の振動速度に比例
した位相変調を含んだ交流電気信号を得る。
(2) 信号変換器
周波数3の交流電気信号を二分割器４により
二分して、一方を遅延回路５（例えば長さの異
なる同軸ケーブル）を通し、その二つの交流電
気信号の間に時間（Ｔ）だけの時間差を持たせ
る。この時間差を持たせた二つの信号の位相差
を位相比較器６により電気信号として取出す。
このヘテロダイン干渉計と信号変換器の組合わ
せにより、第３図に示すような振動周波数対受
信感度特性を得る。すなわち、周波数4（＝
１／2T）近傍の周波数域において最大の振動
受信感度が得られる。それより低周波域では感
度が下がつてゆく。従つて、測定しようとする
超音波や弾性波の周波数に基づいて時間差Ｔを
調節することによつて、低周波の外部振動に妨
害されることなく、超音波や弾性波による振動
を最適感度で受信することができる。またヘテ
ロダイン干渉計から得られる交流電気信号の位
相変化を利用して振動を測定しているため、レ
ーザー光の光量変化による受信感度変化がなく
定量的な振動測定が可能である。
二分して、一方を遅延回路５（例えば長さの異
なる同軸ケーブル）を通し、その二つの交流電
気信号の間に時間（Ｔ）だけの時間差を持たせ
る。この時間差を持たせた二つの信号の位相差
を位相比較器６により電気信号として取出す。
このヘテロダイン干渉計と信号変換器の組合わ
せにより、第３図に示すような振動周波数対受
信感度特性を得る。すなわち、周波数4（＝
１／2T）近傍の周波数域において最大の振動
受信感度が得られる。それより低周波域では感
度が下がつてゆく。従つて、測定しようとする
超音波や弾性波の周波数に基づいて時間差Ｔを
調節することによつて、低周波の外部振動に妨
害されることなく、超音波や弾性波による振動
を最適感度で受信することができる。またヘテ
ロダイン干渉計から得られる交流電気信号の位
相変化を利用して振動を測定しているため、レ
ーザー光の光量変化による受信感度変化がなく
定量的な振動測定が可能である。
なお、ヘテロダイン干渉計と信号変換器の間
に周波数逓倍器７（周波数3の交流電気信号の
周波数をＮ（正の整数）倍して周波数Ｎ・3の
交流電気信号を得る）を設けると、振動による
位相変調度もＮ倍となり、振動受信感度を上げ
ることができ、より微小な振動の検出が可能な
ものとなる。
に周波数逓倍器７（周波数3の交流電気信号の
周波数をＮ（正の整数）倍して周波数Ｎ・3の
交流電気信号を得る）を設けると、振動による
位相変調度もＮ倍となり、振動受信感度を上げ
ることができ、より微小な振動の検出が可能な
ものとなる。
発明の効果
本発明の装置によると、物体表面の性状の影響
を受けることなく、物体表面の微小振動を定量的
に測定できるとともに、測定しようとする超音波
や弾性波の周波数にあわせて最大感度を得られる
周波数に調節できるため、外部振動等の妨害を受
けることなく、超音波や弾性波による振動を最適
感度で測定できる。
を受けることなく、物体表面の微小振動を定量的
に測定できるとともに、測定しようとする超音波
や弾性波の周波数にあわせて最大感度を得られる
周波数に調節できるため、外部振動等の妨害を受
けることなく、超音波や弾性波による振動を最適
感度で測定できる。
また、信号変換器において時間差を利用した位
相差検出を行うため、位相比較用の参照信号を必
要としないため、装置が簡単となる。
相差検出を行うため、位相比較用の参照信号を必
要としないため、装置が簡単となる。
さらに、周波数逓倍器を設けることにより振動
受信感度を上げることができ、より微小な振動の
検出を行うことができる。
受信感度を上げることができ、より微小な振動の
検出を行うことができる。
第１図および第２図は本発明の装置の実施態様
図、第３図は本発明の装置の振動周波数に対する
受信感度の特性を表わす概略図である。 １：レーザー光発生装置、２：光検出器、３：
試料表面、４：二分割器、５：遅延回路、６：位
相比較器、７：周波数逓倍器。
図、第３図は本発明の装置の振動周波数に対する
受信感度の特性を表わす概略図である。 １：レーザー光発生装置、２：光検出器、３：
試料表面、４：二分割器、５：遅延回路、６：位
相比較器、７：周波数逓倍器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光周波数の異なる二つのレーザー光を用いて
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流電
気信号を得る光学装置と、交流電気信号を二分
し、その二つの交流電気信号の間に任意の時間差
を与えた後、その二つの交流電気信号の位相差を
検出する装置から構成されることを特徴とする非
接触で物体表面の微小振動を測定する装置。 ２ 光周波数の異なる二つのレーザー光を用いて
物体表面の振動に比例した位相変調を含む交流電
気信号を得る光学装置と、交流電気信号の周波数
を逓倍する装置と、交流電気信号を二分し、その
二つの交流電気信号の間に任意の時間差を与えた
後、その二つの交流電気信号の位相差を検出する
装置から構成されることを特徴とする非接触で物
体表面の微小振動を測定する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22646087A JPS6469922A (en) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Non-contact micro-vibration measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22646087A JPS6469922A (en) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Non-contact micro-vibration measuring apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6469922A JPS6469922A (en) | 1989-03-15 |
| JPH0451772B2 true JPH0451772B2 (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=16845444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22646087A Granted JPS6469922A (en) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Non-contact micro-vibration measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6469922A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8120759B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-02-21 | Vestas Wind Systems A/S | Optical transmission strain sensor for wind turbines |
| GB2461532A (en) | 2008-07-01 | 2010-01-06 | Vestas Wind Sys As | Sensor system and method for detecting deformation in a wind turbine component |
| GB2461566A (en) | 2008-07-03 | 2010-01-06 | Vestas Wind Sys As | Embedded fibre optic sensor for mounting on wind turbine components and method of producing the same. |
| GB2463696A (en) | 2008-09-22 | 2010-03-24 | Vestas Wind Sys As | Edge-wise bending insensitive strain sensor system |
| GB2478600A (en) | 2010-03-12 | 2011-09-14 | Vestas Wind Sys As | A wind energy power plant optical vibration sensor |
-
1987
- 1987-09-11 JP JP22646087A patent/JPS6469922A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6469922A (en) | 1989-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |