JPH0483156A - Vibration measuring device for sheet material - Google Patents

Vibration measuring device for sheet material

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Publication number
JPH0483156A
JPH0483156A JP2198157A JP19815790A JPH0483156A JP H0483156 A JPH0483156 A JP H0483156A JP 2198157 A JP2198157 A JP 2198157A JP 19815790 A JP19815790 A JP 19815790A JP H0483156 A JPH0483156 A JP H0483156A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet
laser
time
vibration
doppler shift
Prior art date
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Pending
Application number
JP2198157A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Kishi
正 岸
Satotaka Takahashi
里香 高橋
Kenji Isozaki
磯崎 健二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2198157A priority Critical patent/JPH0483156A/en
Publication of JPH0483156A publication Critical patent/JPH0483156A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To precisely know the whole characteristic of a sheet by emitting a receiving laser beam to a sheet material, and measuring a Doppler shift received by the laser beam. CONSTITUTION:A signal as outputting a pulse is outputted to a laser body 19 from a power source 17, and the time t1 of this time is also inputted to a time measuring device 20. The laser pulse from the body 19 vibrates a sheet 16 in a point A, this vibration propagates in the sheet and reaches a point B, and gives a Doppler shift to laser beams 7-9 radiating the point B. The Doppler shift is converted to an electric signal by a converter device 3, and the time t2 of this time is inputted. In this case, when the time of the vibration propagating in the sheet 16 is compared with the time until the vibration reaches the point B to give the Doppler shift to the laser, and this signal is inputted to the device 20, the time of the vibration propagating in the sheet 16 is far late, so that t2-t1 can be regarded as the propagation time of the vibration propagating in the sheet.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、パルスレーザ光でシート状物体を振動させ、
その振動をレーザドツプラー振動計を用いて測定するこ
とによりシート状物体の振動を測定する装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention vibrates a sheet-like object with pulsed laser light,
The present invention relates to a device for measuring vibrations of a sheet-like object by measuring the vibrations using a laser Doppler vibrometer.

〈従来の技術〉 紙やプラスチックフィルムなどのシート状物体(以下、
単にシートという)に超音波パルスを伝搬させ、その伝
搬速度を測定する事により、そのシートの弾性率が求め
られる事は良く知られている0例えば ■特公昭54−25434では紙に接触させて一定の距
離を隔ててパルス送信用振動子と、受信用の振動子を設
け、その振動の伝搬速度を測定している。
<Conventional technology> Sheet-like objects such as paper and plastic films (hereinafter referred to as
It is well known that the elastic modulus of a sheet can be determined by propagating an ultrasonic pulse through the sheet (simply referred to as a sheet) and measuring its propagation speed. A pulse transmitting vibrator and a receiving vibrator are placed a certain distance apart, and the propagation speed of the vibrations is measured.

■また。スピーカーのダイアフラムの振動をレーザドツ
プラー効果を用いて非接触で測定する事も知られている
■Also. It is also known to non-contactly measure the vibration of a speaker's diaphragm using the laser Doppler effect.

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで1紙を振動させた場合、縦波は紙の引張り強度
に、横波は紙の引裂き強度に関係する事などは良く知ら
れている。しかしながら、上記■の方法では紙の振動を
直接測定する訳ではないので紙の振動モード(縦波、横
波、などの振動方向や振動の時間的変化)を測定する事
はほとんど不可能である。また、■の方法ではコーン紙
の面に対して垂直方向の振動の測定のみしか行っておら
ず紙の全般的な特性を知るためのものではない。
<Problems to be Solved by the Invention> By the way, it is well known that when a piece of paper is vibrated, longitudinal waves are related to the tensile strength of the paper, and transverse waves are related to the tear strength of the paper. However, since the method (2) above does not directly measure the vibration of the paper, it is almost impossible to measure the vibration mode of the paper (the direction of vibration such as longitudinal waves, transverse waves, and temporal changes in vibration). Furthermore, method (2) only measures vibrations in the direction perpendicular to the surface of the paper cone, and is not intended to determine the general characteristics of the paper.

本発明は上記従来技術の課題を解決するために成された
もので、シート状物体にパルス状のレーザ光を出射して
シートを振動させ、そのシートに受信用レーザ光を出射
して、その受信用レーザ光が受けるドツプラーシフトを
測定し、縦波、横波。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and involves emitting a pulsed laser beam to a sheet-like object to vibrate the sheet, emitting a receiving laser beam to the sheet, and vibrating the sheet. Measures the Doppler shift received by the receiving laser beam and detects longitudinal and transverse waves.

屈曲波などの振動モード(振動方向)を測定し。Measure vibration modes (vibration directions) such as bending waves.

紙の全般的な特性を正確に知る事を目的とする。The purpose is to accurately know the general characteristics of paper.

く課題を解決するための手段〉 上記従来技術の問題を解決する為の本発明の楕或は、レ
ーザ光を一定間隔で出射してシート状物体を振動させる
手段と、前記シート状物体にレーザ光を出射して、その
レーザ光が受けるドツプラーシフトを測定し、振動の瞬
時速度を出力するレーザドツプラー振動測定装置を備え
た事を特徴とするものである。
Means for Solving the Problems> In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention provides means for vibrating a sheet-like object by emitting an elliptical or laser beam at regular intervals, and a means for vibrating a sheet-like object by emitting laser light at regular intervals; The present invention is characterized by being equipped with a laser Doppler vibration measurement device that emits light, measures the Doppler shift that the laser light undergoes, and outputs the instantaneous velocity of vibration.

く作用〉 パルス状のレーザ光をシート状物体に出射するとシート
状物体が振動する。そしてレーザ光をシートに対して任
意の方向から出射してドツプラーシフトを測定すること
により、シートを伝搬する速度や振動の方向を知る事が
出来1紙の特性の総合的な判断が可能になる。
Effect> When a pulsed laser beam is emitted to a sheet-like object, the sheet-like object vibrates. By emitting laser light from any direction toward the sheet and measuring the Doppler shift, it is possible to determine the speed of propagation through the sheet and the direction of vibration, making it possible to comprehensively judge the characteristics of a single sheet. Become.

〈実施例〉 以下9図面に従い本発明のシート状物体の振動測定装置
を説明する。第1図は本発明の一実施例を示す構成図で
ある。図において、■はレーザドップラ装置の光学系で
あり、レーザ光源、超音波変調、フォトダイオードなど
によりレーザのドツプラシフトを測定する。2はレーザ
ビームの焦点合せの為のレンズ、3はレーザのドツプラ
シフトを電気的に処理して瞬時の振動速度を出力する変
換装置であり、これら1,2.3は一般に市販されてい
る。5は出力レーザビーム、10はミラ7.8.9はミ
ラー10により振分けられたビムで、7はミラー12を
介してシート16に対して横(X)方向から02の角度
で入射する様にされたビーム、8は同じくミラー13を
介して縦(Y)方向からθ、の角度で入射するように配
置されたビーム、9は同じくミラー11を介してシート
面に対して垂直(Z)方向から入射する様にされたビー
ムである。なおビームの入射方向は図示の例に限らずミ
ラーの位置と角度を変更する事により任意の方向から任
意の角度でシート16に入射する事が可能である。19
はレーザ本体であり図示しない支持装置により支持され
ているものとする。17はレーザ本体19を起動してレ
ーザパルスを出力させる電源、20はオシロスコープを
有する時間測定装置であり、パルス電源17と変換装置
3からの出力が入力されている。
<Example> A vibration measuring device for a sheet-like object according to the present invention will be described below with reference to nine drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, ■ is the optical system of the laser Doppler device, which measures the Doppler shift of the laser using a laser light source, ultrasonic modulation, photodiode, etc. 2 is a lens for focusing the laser beam; 3 is a conversion device that electrically processes the Doppler shift of the laser and outputs an instantaneous vibration velocity; these 1, 2.3 are generally commercially available. 5 is an output laser beam, 10 is a mirror 7, 8.9 is a beam distributed by the mirror 10, and 7 is a beam that is incident on the sheet 16 from the lateral (X) direction at an angle of 02 via the mirror 12. 8 is a beam arranged to be incident from the longitudinal (Y) direction at an angle of θ through the mirror 13, and 9 is a beam which is also incident through the mirror 11 in the perpendicular (Z) direction to the sheet surface. This is a beam that is made to enter from. Note that the incident direction of the beam is not limited to the illustrated example, and by changing the position and angle of the mirror, the beam can be incident on the sheet 16 from any direction and at any angle. 19
is the laser main body, which is supported by a support device (not shown). Reference numeral 17 represents a power source for starting the laser main body 19 to output laser pulses, and reference numeral 20 represents a time measuring device having an oscilloscope, into which the outputs from the pulse power source 17 and the converter 3 are input.

上記構成において、いま、4IR源17からレーザ本#
19に対してパルス出力するような信号が出力され、同
時に時間測定装置20にもその時の時rWJt tが入
力される。レーザ本体19からのレーザパルスはA点に
おいてシート16を振動させ。
In the above configuration, now from the 4IR source 17 the laser book #
A signal such as a pulse output is outputted to the time measuring device 19, and at the same time, the current time rWJtt is inputted to the time measuring device 20. The laser pulse from the laser body 19 vibrates the sheet 16 at point A.

この振動はシートを伝搬してB点に達し、この振動によ
りB点を照射しているレーザ光がドツプラーシフトを受
ける。そのドツプラーシフトは変換装置3により電気信
号に変換され、その時の時間t2を入力する。この場合
、振動がシート16を伝搬する時間とその振動がB点に
達してレーザがドツプラーシフトを受け、その信号が時
間測定装置20に入力するまでの時間と比較すると振動
がシートを伝搬する時間がはるかに遅いのでt2t1は
シート中を伝搬する振動の伝搬速度と見なす事が出来る
This vibration propagates through the sheet and reaches point B, and the laser beam irradiating point B undergoes a Doppler shift due to this vibration. The Doppler shift is converted into an electrical signal by the converter 3, and the time t2 at that time is input. In this case, when comparing the time it takes for the vibration to propagate through the sheet 16 and the time it takes for the vibration to reach point B, the laser undergoes a Doppler shift, and the signal is input to the time measuring device 20, the vibration propagates through the sheet. Since time is much slower, t2t1 can be regarded as the propagation speed of the vibration propagating through the sheet.

ドツプラーシフトはレーザビームの方向でしか起こらな
い、即ち、縦波ではミラー13を通った方向の光にしか
ドツプラーシフトが起こらず、横波ではミラー12を通
った方向の光にしかドツプラーシフトは起こらない、ま
た、シート面に垂直な波はミラー11を通ったレーザビ
ームの方向でドツプラーシフトが大きく、12.13の
ミラーを通った方向では少ない。従って、どの方向のド
ツプラーシフトが大きいかを調べる事により振動方向を
知る事が出来る。
Doppler shift occurs only in the direction of the laser beam, that is, for longitudinal waves, Doppler shift occurs only for light in the direction that passes through mirror 13, and for transverse waves, Doppler shift occurs only for light in the direction that passes through mirror 12. does not occur, and for waves perpendicular to the sheet surface, the Doppler shift is large in the direction of the laser beam passing through mirror 11, and small in the direction of passing through mirror 12.13. Therefore, the direction of vibration can be determined by examining which direction the Doppler shift is large.

ココテ、振動速JfをVL (im波)、Vs(III
波)、Vv(シートに垂直な波)とするとY方向がら入
射するビームにドツプラーシフトを与える速度は、VL
CO5θ、となり、X方向のそれはVscosθ2+Z
方向ではvTどなる。
Here, the vibration velocity Jf is VL (im wave), Vs (III
wave), and Vv (wave perpendicular to the sheet), the speed that gives a Doppler shift to the beam incident in the Y direction is VL
CO5θ, and that in the X direction is Vscosθ2+Z
In the direction vT roars.

第2図は第1図において測定用シートとしてコピー紙を
使い、レーザ本体19からのレーザ照射位置A点から測
定点B点までの距離を3cmとしYAGレーザを用いて
紙に振動を与えてMD(Hachine direct
ion・・・紙の繊維方向)に伝搬する紙面に直角な方
向の振動を測定した場合のレーザドツプラ速度計の波形
観測結果をオシロ波形で示すものである。
FIG. 2 shows MD using copy paper as the measurement sheet in FIG. (Hachine direct
The waveform observation results of a laser Doppler velocimeter are shown in oscilloscope waveforms when vibrations propagating in the direction perpendicular to the paper surface are measured (in the direction of the fibers of the paper).

なおYAGレーザの出力は120mJ、出射時間500
nS、マルチモード、ビーム径3mm。
The output of the YAG laser is 120mJ, and the emission time is 500mJ.
nS, multimode, beam diameter 3mm.

測定レンジは31.64xlO’m/5ec−Vとしな
。図において、aの電圧レベルはレーザを発射しない場
合のノイズ成分、bのレベルはレーザ照射により振動し
た場合のレベルを示し、6点でレーザを駆動すると10
0μs後のd点で振動が発生している。
The measurement range is 31.64xlO'm/5ec-V. In the figure, the voltage level a indicates the noise component when the laser is not emitted, and the level b indicates the level when vibration occurs due to laser irradiation.
Vibration occurs at point d after 0 μs.

なお、レーザパルスによる振動では屈曲波の他。In addition, vibrations caused by laser pulses include bending waves.

縦波、横波も発生しており、縦波は受信側のレーザをY
方向から、横波はX方向から所定の角度θθ2で入射さ
せることにより測定可能である。
Longitudinal waves and transverse waves are also generated, and the longitudinal waves cause the laser on the receiving side to
The transverse wave can be measured by making it incident from the X direction at a predetermined angle θθ2.

また、レーザのビーム径や紙から出射口までの距離、レ
ーザ出射位置から検出位置までの距離等は紙質に追じて
適宜調整するものとする。
Further, the laser beam diameter, the distance from the paper to the emission port, the distance from the laser emission position to the detection position, etc. shall be adjusted as appropriate depending on the paper quality.

なお、測定点の位置を変化させ、その変化分からより正
確な速度測定が可能である。
Note that by changing the position of the measurement point, it is possible to measure the speed more accurately based on the change.

また、同一の紙でレーザ出射位置から検出位置までの距
離を変化させれば、ドツプラーシフトの大きさの変化か
ら波の減衰を測定することができる。
Furthermore, by changing the distance from the laser emission position to the detection position using the same paper, it is possible to measure wave attenuation from changes in the magnitude of the Doppler shift.

ところで、レーザ光をシートに照射した場合。By the way, when the sheet is irradiated with laser light.

本出願人の実験によればシートの厚さや種類によって相
当具なるが、上質紙の場合レーザ光の60%は表面で反
射され、残りの光も大部分は紙を透過して1紙に吸収さ
れるのは2%程度にしかすぎない。比教的吸収されやす
い新聞紙でも高々10%程度である。
According to the applicant's experiments, although it depends on the thickness and type of the sheet, in the case of high-quality paper, 60% of the laser beam is reflected from the surface, and most of the remaining light is transmitted through the paper and absorbed by the sheet. Only about 2% of people do so. Even in newspapers, which tend to be easily absorbed by the Hindu religion, only about 10% of them are at most.

従って紙に充分大きい振動を与えて振動測定をしようと
すると大きなパワーのレーザが必要となる。その場合、
不経済であり、安全上も大きな問題となる。
Therefore, in order to measure vibrations by applying sufficiently large vibrations to paper, a laser with high power is required. In that case,
This is uneconomical and poses a major safety problem.

第3図はレーザ本体19からのレーザ光の有効利用をは
かった断面図を示すものである。
FIG. 3 is a sectional view showing the effective use of laser light from the laser main body 19.

20.21はシート16を非接触で挾むように配置され
た第1.第2の凹面反射体であり、第1の凹面反射体2
0には上方にレーザ光が入射する孔22が形成されてい
る。
20 and 21 are the first parts arranged to sandwich the sheet 16 in a non-contact manner. a second concave reflector, and a first concave reflector 2
0 has a hole 22 formed above through which the laser beam enters.

上記構成によれば、孔22から入射したレーザ光はシー
トで各方向に反射され、または透過するがこれらの光は
球面反射体20.21で反射して再びシートに向かう。
According to the above configuration, the laser light incident through the hole 22 is reflected or transmitted in each direction by the sheet, but these lights are reflected by the spherical reflector 20, 21 and return to the sheet.

この場合反射体か球面であることから、この反射光はは
じめにレーザが当たった位置に集光する。ここで反射し
た光はさらにシートで反射または透過した光は同様の動
作を行う。このためシートにはより大きなパワーのレー
ザを使用したと同様となる。
In this case, since the reflector is a spherical surface, this reflected light is focused on the position where the laser first struck. The light reflected here and the light further reflected or transmitted by the sheet perform the same operation. Therefore, the result is the same as if a laser with higher power was used for the sheet.

その結果、パルスレーザの電源やレーザの冷却装置を小
形化することができ、全体として小形化が可能となり分
析装置への組込みが容易になる。
As a result, the power supply for the pulsed laser and the cooling device for the laser can be downsized, making it possible to downsize the entire device and making it easy to incorporate it into an analysis device.

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれ
ば、シート状物体にパルス状のレーザ光を出射してシー
トを振動させ、そのシートに受信用レーザ光を出射して
、その受信用レーザ光が受けるドツプラーシフトを測定
し、m波、横波、屈曲波などの振動モード(振動方向)
を測定する様にしたので振動方向や振動の時間的変化を
非接触で測定する事ができ、シートの特性を総合的にか
つ、正確に判断することが出来る。
<Effects of the Invention> As specifically explained above in conjunction with the embodiments, according to the present invention, a pulsed laser beam is emitted to a sheet-like object to vibrate the sheet, and a receiving laser beam is emitted to the sheet. Then, the Doppler shift received by the receiving laser beam is measured, and vibration modes (vibration directions) such as m-waves, transverse waves, and bending waves are detected.
Since the vibration direction and the temporal change in vibration can be measured without contact, the characteristics of the sheet can be judged comprehensively and accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成説明図。 第2図はレーザにより発生した波形の一例を示す図、第
3図はレーザの効果的な利用をはかった断面図である。 1・・・レーザドツプラ装置、2・・・レンズ、3・・
・変換装置、5,7,8.9・・・レーザ光、10.1
1゜12.13・・・ミラー16・・・シート、17・
・・レーザパルス電源、19・・・レーザ本体、20・
・・時間測定L″−往ノ 第 図 椅閏劇走装り 第 図 第 図
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of a waveform generated by a laser, and FIG. 3 is a sectional view showing the effective use of the laser. 1... Laser Doppler device, 2... Lens, 3...
・Conversion device, 5, 7, 8.9...Laser light, 10.1
1゜12.13...Mirror 16...Sheet, 17.
...Laser pulse power supply, 19...Laser body, 20.
・・Time measurement L″-Chair leap diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] レーザ光を一定間隔で出射してシート状物体を振動させ
る手段と、前記シート状物体に受信用レーザ光を出射し
て、そのレーザ光が受けるドップラーシフトを測定し、
振動の瞬時速度を出力するレーザドップラー振動測定装
置を備えた事を特徴とするシート状物体の振動測定装置
means for emitting a laser beam at regular intervals to vibrate a sheet-like object; emitting a receiving laser beam to the sheet-like object and measuring the Doppler shift that the laser beam undergoes;
A vibration measuring device for a sheet-like object, characterized by being equipped with a laser Doppler vibration measuring device that outputs the instantaneous velocity of vibration.
JP2198157A 1990-07-26 1990-07-26 Vibration measuring device for sheet material Pending JPH0483156A (en)

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JP (1) JPH0483156A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170325645A1 (en) * 2016-05-10 2017-11-16 Nidec Corporation Suction nozzle and electric vacuum cleaner including the same
US10314446B2 (en) 2016-05-10 2019-06-11 Nidec Corporation Suction unit

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