JPH0532739Y2 - - Google Patents

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JPH0532739Y2
JPH0532739Y2 JP5218787U JP5218787U JPH0532739Y2 JP H0532739 Y2 JPH0532739 Y2 JP H0532739Y2 JP 5218787 U JP5218787 U JP 5218787U JP 5218787 U JP5218787 U JP 5218787U JP H0532739 Y2 JPH0532739 Y2 JP H0532739Y2
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は光のドツプラ効果を利用して、構造
物、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。
[Detailed description of the invention] [Field of industrial application] This invention relates to a vibration meter that uses the Doppler effect of light to measure vibrations of structures and machines without contact.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は、振動物体の振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、図に
おいて1は振動物体、2はHe−Neレーザ、3a
はレーザ光を2分割するビームスプリツタ、4は
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、5は周波数シフタ4の周波数シフ
ト量に相当する発振周波数で周波数シフタ4を駆
動するドライバ、3bは周波数シフタ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1
からの散乱光を反射させて方向を変えるビームス
プリツタ、6は振動物体1からの散乱光を集光す
る集光レンズ、7はビームスプリツタ3aに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
集光された移動物体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
ムスプリツタ、8はビームスプリツタ3cの光を
電気信号に変換する光検出器、9は増幅器、10
は上記He−Ne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、11は周波数追跡器、
12は周波数−電圧変換器(以下F/V変換器と
いう)である。
Figure 2 is a configuration diagram of a vibration meter that measures the vibration of a vibrating object using the Doppler effect of light. In the figure, 1 is the vibrating object, 2 is a He-Ne laser, and 3a
4 is a beam splitter that splits the laser beam into two; 4 is a frequency shifter that acousto-optically shifts the frequency (wavelength) of one of the laser beams that has been split into two by the beam splitter 3a; and 5 is the frequency shift amount of frequency shifter 4. A driver 3b drives the frequency shifter 4 at an oscillation frequency corresponding to
6 is a condensing lens that collects the scattered light from the vibrating object 1, and 7 is the other half of the beam splitter 3a that does not pass through the frequency shifter 4, which is divided into two parts. 3c is a beam splitter that superimposes the scattered light from the moving object 1 that has been focused by the condenser lens 6 and the laser beam whose direction has been changed by the mirror 7; 8 is a beam splitter; A photodetector that converts the light of the ivy 3c into an electrical signal, 9 is an amplifier, 10
11 is an optical case that collects the components from the He-Ne laser 2 to the amplifier 9, 11 is a frequency tracker,
12 is a frequency-voltage converter (hereinafter referred to as an F/V converter).

第2図に示すごとく、He−Neレーザ2から発
信した周波数Oのレーザ光はビームスプリツタ3
a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Oから周波数がSずれた
周波数OSのレーザ光に変換され、ビームスプ
リツタ3bを経由して振動物体1にその振動方向
に平行になるように照射されている。
As shown in Figure 2, the laser beam of frequency O emitted from the He-Ne laser 2 is transmitted to the beam splitter 3.
One of the laser beams is split into two by a frequency shifter 4 and converted into a laser beam with a frequency O + S whose frequency is shifted by S from the original laser frequency O , and the laser beam is transmitted to the vibrating object 1 via the beam splitter 3b. The beam is irradiated parallel to the vibration direction.

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に応じてドツプラシフトを起こす。こ
のドツプラシフトを受けた散乱光をビームスプリ
ツタ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をミラー7
で方向を変えた光とをビームスプリツタ3cで重
ね合わせて光検出器8に導び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d
交流信号(以下ドツプラ信号という)が存在す
る。
The light scattered from the vibrating object 1 undergoes a Doppler shift depending on the vibration velocity v of the vibrating object 1. The scattered light that has undergone the Doppler shift is redirected by the beam splitter 3b and condensed by the condensing lens 6, and the other laser light that does not pass through the frequency shifter 4, which is split into two by the beam splitter 3a, is split into two by the beam splitter 3b.
The beam splitter 3c superimposes the light whose direction has been changed at ) There exists an alternating current signal (hereinafter referred to as a Doppler signal) with a Doppler frequency d as shown in the equation.

ds+2v/λ ……(1) (但しλ:He−Neレーザの波長) 振動物体1は、周波数M、最大振動速度vOで正
弦波的に振動しているとその振動速度vは第(2)式
で表わせる。
d = s + 2v/λ ... (1) (where λ: wavelength of He-Ne laser) When the vibrating object 1 is vibrating sinusoidally at frequency M and maximum vibration velocity v O , its vibration velocity v is It can be expressed by equation (2).

v=vO・sin(2πM・t) ……(2) 従つて、第(1)式のドツプラ周波数dds+2v0/λ・sin(2πM・t) ……(3) となる。 v=v O・sin (2π M・t) ...(2) Therefore, the Doppler frequency d in equation (1) is d = s + 2v 0 /λ・sin (2π M・t) ...(3) becomes.

光検出器8で電気信号に変換されたドツプラ信
号は微弱なため増幅器9で増幅された後、周波数
追跡器11でドツプラ周波数dを検出し、F/V
変換器12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v
を求めることができる。
Since the Doppler signal converted into an electrical signal by the photodetector 8 is weak, it is amplified by the amplifier 9, and then the Doppler frequency d is detected by the frequency tracker 11, and the F/V
When converted into an analog voltage by the converter 12, the vibration velocity v of the vibrating object 1 is expressed as the AC signal in the second term of equation (3).
can be found.

このことは公知の事実である。 This is a known fact.

〔考案が解決しようとする問題点〕 上記従来の振動計は、長さ30cm以上のHe−Ne
レーザ2から増幅器9までの構成品を収納するた
め光学ケース10が大型になり、取扱いが不便と
か、狭い測定空間しかない対象物では測定できな
いなどの問題を有していた。
[Problems to be solved by the invention] The conventional vibration meter described above has a length of 30 cm or more.
The optical case 10 is large in size to accommodate the components from the laser 2 to the amplifier 9, which poses problems such as inconvenience in handling and the inability to measure objects with only a narrow measurement space.

この考案はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、光学ケースを小型、軽量にした非接
触振動計を得ることを目的とする。
This invention was made to solve these problems, and the purpose is to obtain a non-contact vibrometer with a smaller and lighter optical case.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この考案に係わる振動計は、レーザ光の送受信
用に2本の光フアイバケーブルを用いて光伝送
し、光学ケースには、送受信光学系のみを設けた
ものである。
The vibrometer according to this invention uses two optical fiber cables to transmit and receive laser light, and only the transmitting and receiving optical system is provided in the optical case.

〔作用〕[Effect]

この考案においてはレーザ光を送信、受信に光
フアイバケーブルを使用し、光学ケースには送受
信光学系のみを配置することで、光学ケースの小
型、軽量化が図られて取扱いが容易でかつ測定対
象物を広げることができる。
This idea uses an optical fiber cable to transmit and receive laser light, and by arranging only the transmitting and receiving optical system in the optical case, the optical case can be made smaller and lighter, making it easier to handle and measuring objects. You can spread things out.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この考案による一実施例を示すレー
ザ光のドツプラ効果を利用した振動計の構成図で
あり、以下図面に従い説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a vibration meter that utilizes the Doppler effect of laser light, showing one embodiment of this invention, and will be described below with reference to the drawings.

図中、1,2,3a,3c,4〜6,8,9,
11,12は上記従来と同じものである。13a
はレーザ光送信用光フアイバケーブル、13bは
散乱光受信用光フアイバケーブル、14は上記光
フアイバケーブル13a,13bの両端に接続さ
れる光コネクタ、15は送信用光フアイバケーブ
ル13aの出側レーザ光を平行光にするコリメー
タレンズ、16は照射レーザビームをそのまま通
し散乱光を反射する中心部に穴のあいた穴アキミ
ラー、18は上記コリメータレンズ15、穴アキ
ミラー16、集光レンズ16を収納するケースで
ある。
In the figure, 1, 2, 3a, 3c, 4-6, 8, 9,
Reference numerals 11 and 12 are the same as those of the above-mentioned conventional device. 13a
13b is an optical fiber cable for transmitting laser beams, 13b is an optical fiber cable for receiving scattered light, 14 is an optical connector connected to both ends of the optical fiber cables 13a and 13b, and 15 is an output laser beam of the transmitting optical fiber cable 13a. 16 is a hole-shaped mirror with a hole in the center that allows the irradiated laser beam to pass through and reflects the scattered light; 18 is a case that houses the collimator lens 15, hole-shaped mirror 16, and condensing lens 16. be.

以上の構成の振動計において、周波数シフタ4
でもとのレーザ周波数Oから周波数がSだけシフ
トされたレーザ光は送信用光フアイバケーブル1
3aでケース17まで伝送され、コリメータレン
ズ15で平行ビームとなる。この平行ビームは穴
アキミラー16の中心を通り振動物体1の振動方
向に平行になるよう照射されている。
In the vibration meter with the above configuration, the frequency shifter 4
However, the laser beam whose frequency has been shifted by S from the original laser frequency O is transmitted through the optical fiber cable 1 for transmission.
3a, the beam is transmitted to the case 17, and is turned into a parallel beam by the collimator lens 15. This parallel beam passes through the center of the perforated mirror 16 and is irradiated so as to be parallel to the vibration direction of the vibrating object 1.

振動物体1からの散乱光は穴アキミラー16で
反射され集光レンズ6で受信用光フアイバケーブ
ル13bに集光されビームスプリツタ3cまで伝
送される。ビームスプリツタ3cはもとのレーザ
周波数Oをもつレーザ光と上記散乱光を重ね合わ
せ光検出器8に導びいている。
Scattered light from the vibrating object 1 is reflected by the perforated mirror 16, condensed by the condensing lens 6 onto the receiving optical fiber cable 13b, and transmitted to the beam splitter 3c. The beam splitter 3c superimposes the laser beam having the original laser frequency O and the above scattered light and guides it to the photodetector 8.

以降従来例と同様に処理して、第(3)式に示す振
動物体1の振動速度vを測定する振動計となる。
Thereafter, processing is performed in the same manner as in the conventional example, resulting in a vibrometer that measures the vibration velocity v of the vibrating object 1 shown in equation (3).

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上のように、この考案によれば、レーザ光の
送信、受信用にそれぞれ光フアイバケーブル13
a,13bを用い、ケース17は、コリメータレ
ンズ15穴アキミラー16、集光レンズ6のみ収
納することで小型、軽量化できるとともに、レー
ザ光の送受信用に各々別々光フアイバケーブル1
3a,13bを使用することで送信、受信のレー
ザ光の干渉を防いだ振動計が提供できる。
As described above, according to this invention, the optical fiber cable 13 is used for transmitting and receiving laser light.
a, 13b, the case 17 can be made smaller and lighter by housing only the collimator lens 15 holes, the mirror 16, and the condenser lens 6, as well as separate optical fiber cables 1 for transmitting and receiving laser beams.
By using 3a and 13b, it is possible to provide a vibration meter that prevents interference between transmitted and received laser beams.

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

第1図はこの考案の一実施例を示す振動計の構
成図、第2図は従来の振動計の構成図である。 図中、13a,13bは光フアイバケーブル、
14は光コネクタ、15はコリメータレンズ、1
6は穴アキミラー、17はケースである。なお、
図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram of a vibration meter showing an embodiment of this invention, and FIG. 2 is a block diagram of a conventional vibration meter. In the figure, 13a and 13b are optical fiber cables,
14 is an optical connector, 15 is a collimator lens, 1
6 is a mirror with holes, and 17 is a case. In addition,
The same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model claims] 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のビームスプリツタ
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伝送する第
1の光フアイバケーブルと、上記第1の光フアイ
バケーブルの出射レーザビームを平行にして振動
物体にその振動方向に平行に照射し得るコリメー
タレンズ、中心部に穴を有し、上記コリメータレ
ンズからのレーザビームを上記穴を通して振動物
体の振動方向に平行になるように照射し、かつ上
記振動物体の振動速度に応じてドツプラシフトを
起した散乱光を所定方向に反射する穴アキミラ
ー、この穴アキミラーで反射されたドツプラ信号
を含む散乱光を集光する集光レンズとを収納した
光学ケースと、上記集光レンズで受信したドツプ
ラ信号を含む散乱光を伝送する第2の光フアイバ
ケーブルと、上記第2の光フアイバケーブルによ
り伝送された散乱光と上記第1のビームスプリツ
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第2のビームスプリツタ
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
記増幅器の出力信号からドツ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
であるドツプラ周波数から振動物体の振動速度に
比例したアナログ電圧を出力し得る周波数−電圧
変換器とを備えたことを特徴とする振動計。
a laser that outputs a specific wavelength, a first beam splitter that splits the output beam of the laser into two, means for shifting the laser frequency of one of the two split laser beams by a specific frequency, and the frequency shifter. a first optical fiber cable for transmitting a laser beam transmitted from the first optical fiber cable; a collimator lens capable of parallelizing the output laser beam of the first optical fiber cable and irradiating the vibrating object parallel to its vibration direction; irradiate the laser beam from the collimator lens through the hole so as to be parallel to the vibration direction of the vibrating object, and reflect the scattered light that has undergone a Doppler shift in accordance with the vibration speed of the vibrating object in a predetermined direction. an optical case housing a hole-width mirror, a condensing lens for condensing the scattered light including the Doppler signal reflected by the hole-wielding mirror, and a second case for transmitting the scattered light including the Doppler signal received by the condensing lens. an optical fiber cable, and a second beam splitter that mixes the scattered light transmitted by the second optical fiber cable and the other laser beam that is not subjected to a frequency shift that is split by the first beam splitter. , a photodetector that electrically converts the mixed light, an amplifier that amplifies the output of the photodetector, a frequency tracker that detects a Doppler frequency from the output signal of the amplifier, and an output signal of the frequency tracker. A vibration meter comprising a frequency-voltage converter capable of outputting an analog voltage proportional to the vibration speed of a vibrating object from a Doppler frequency.
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