JPH08219868A - 振動測定方法および装置 - Google Patents
振動測定方法および装置Info
- Publication number
- JPH08219868A JPH08219868A JP2636095A JP2636095A JPH08219868A JP H08219868 A JPH08219868 A JP H08219868A JP 2636095 A JP2636095 A JP 2636095A JP 2636095 A JP2636095 A JP 2636095A JP H08219868 A JPH08219868 A JP H08219868A
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- Japan
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- vibration
- phase difference
- vibration measuring
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】高い周波数での測定対象物の変位や振動をドッ
プラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度で測定すること
ができる振動測定方法および装置を提供する。 【構成】レーザビーム１を測定対象物９に投射し、測定
対象物９からの反射光を、レーザビーム１と周波数差を
有するレーザビーム２と混合し、混合レーザビームを分
岐してレーザビーム３および４として送出し、レーザビ
ーム３を所定の時間、光ファイバ１１によって遅延さ
せ、遅延させられたレーザビーム３を光電変換器５によ
って電気信号に変換し、レーザビーム４を光電変換器６
によって電気信号に変換し、光電変換器５からの出力信
号と光電変換器６からの出力信号との間の位相差を位相
検波器１４によって検出し、測定対象物９の変位や振動
によって誘起される前記反射光のドップラ周波数偏移を
位相検波器１４の位相差検出出力から得るようにした。
プラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度で測定すること
ができる振動測定方法および装置を提供する。 【構成】レーザビーム１を測定対象物９に投射し、測定
対象物９からの反射光を、レーザビーム１と周波数差を
有するレーザビーム２と混合し、混合レーザビームを分
岐してレーザビーム３および４として送出し、レーザビ
ーム３を所定の時間、光ファイバ１１によって遅延さ
せ、遅延させられたレーザビーム３を光電変換器５によ
って電気信号に変換し、レーザビーム４を光電変換器６
によって電気信号に変換し、光電変換器５からの出力信
号と光電変換器６からの出力信号との間の位相差を位相
検波器１４によって検出し、測定対象物９の変位や振動
によって誘起される前記反射光のドップラ周波数偏移を
位相検波器１４の位相差検出出力から得るようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は振動測定方法および装置
に関し、さらに詳細にはレーザビームを測定対象物に照
射し、測定対象物の変位や振動により誘起する反射光の
ドップラ周波数偏移に基づいて測定対象物の変位や振動
を測定する振動測定方法および装置に関する。
に関し、さらに詳細にはレーザビームを測定対象物に照
射し、測定対象物の変位や振動により誘起する反射光の
ドップラ周波数偏移に基づいて測定対象物の変位や振動
を測定する振動測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記の原理に基づく振動測定装置は、測
定対象物の変位や振動の振幅に比例する振幅の出力が得
られるために、特に高い振動周波数において高感度の振
動測定が可能であるという特徴がある。
定対象物の変位や振動の振幅に比例する振幅の出力が得
られるために、特に高い振動周波数において高感度の振
動測定が可能であるという特徴がある。
【０００３】この種の従来の振動測定装置において周波
数偏移検出回路として、周波数トラッカーと称される周
波数検出回路が用いられている。この周波数偏移検出回
路は電圧制御発振器の発振周波数を、検出したドップラ
周波数偏移と比較し、その差が零となるように前記電圧
制御発振器の発振周波数を制御するフェーズロックルー
プを構成し、前記電圧制御発振器の発振周波数制御電圧
をもって、ドップラ周波数偏移の測定値としている。
数偏移検出回路として、周波数トラッカーと称される周
波数検出回路が用いられている。この周波数偏移検出回
路は電圧制御発振器の発振周波数を、検出したドップラ
周波数偏移と比較し、その差が零となるように前記電圧
制御発振器の発振周波数を制御するフェーズロックルー
プを構成し、前記電圧制御発振器の発振周波数制御電圧
をもって、ドップラ周波数偏移の測定値としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動測定装置の測定可能な振動周波数の上限はフェーズ
ロックループの応答周波数によって制限され、高々１０
０ｋＨｚ程度であるという問題点があった。この結果、
高い周波数での高感度振動測定ができるという本原理の
有する特徴を充分に活かすことができないという問題が
生ずる。
振動測定装置の測定可能な振動周波数の上限はフェーズ
ロックループの応答周波数によって制限され、高々１０
０ｋＨｚ程度であるという問題点があった。この結果、
高い周波数での高感度振動測定ができるという本原理の
有する特徴を充分に活かすことができないという問題が
生ずる。
【０００５】本発明は、高い周波数での測定対象物の変
位や振動をドップラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度
で測定することができる振動測定方法および装置を提供
することを目的とする。
位や振動をドップラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度
で測定することができる振動測定方法および装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の振動測定方法
は、第１のレーザビームを測定対象物に投射し、測定対
象物からの反射光と、第１のレーザビームと周波数を異
にする第２のレーザビームとを混合し、混合レーザビー
ムを分岐して第３および第４のレーザビームとし、第３
のレーザビームを所定の時間遅延させた遅延レーザビー
ムと第４のレーザビームとの間の位相差を検出し、前記
測定対象物の変位や振動によって誘起される前記反射光
のドップラ周波数偏移を前記検出位相差から得ることを
特徴とする。
は、第１のレーザビームを測定対象物に投射し、測定対
象物からの反射光と、第１のレーザビームと周波数を異
にする第２のレーザビームとを混合し、混合レーザビー
ムを分岐して第３および第４のレーザビームとし、第３
のレーザビームを所定の時間遅延させた遅延レーザビー
ムと第４のレーザビームとの間の位相差を検出し、前記
測定対象物の変位や振動によって誘起される前記反射光
のドップラ周波数偏移を前記検出位相差から得ることを
特徴とする。
【０００７】本発明の振動測定装置は、周波数差を有す
る第１および第２のレーザビームを受けて第１のレーザ
ビームを測定対象物に投射し、測定対象物からの反射光
を第２のレーザビームと混合し、かつ混合レーザビーム
を分岐して第３および第４のレーザビームとして送出す
る干渉光学系と、第３のレーザビームを所定の時間遅延
させる遅延線路と、遅延線路によって遅延させられたレ
ーザビームを受けて電気信号に変換する第１の光電変換
器と、第４のレーザビームを受けて電気信号に変換する
第２の光電変換器と、第１の光電変換器からの出力信号
と第２の光電変換器からの出力信号との間の位相差を検
出する位相差検出手段とを備え、前記測定対象物の変位
や振動によって誘起される前記反射光のドップラ周波数
偏移を前記位相差検出手段の出力から得ることを特徴と
する。
る第１および第２のレーザビームを受けて第１のレーザ
ビームを測定対象物に投射し、測定対象物からの反射光
を第２のレーザビームと混合し、かつ混合レーザビーム
を分岐して第３および第４のレーザビームとして送出す
る干渉光学系と、第３のレーザビームを所定の時間遅延
させる遅延線路と、遅延線路によって遅延させられたレ
ーザビームを受けて電気信号に変換する第１の光電変換
器と、第４のレーザビームを受けて電気信号に変換する
第２の光電変換器と、第１の光電変換器からの出力信号
と第２の光電変換器からの出力信号との間の位相差を検
出する位相差検出手段とを備え、前記測定対象物の変位
や振動によって誘起される前記反射光のドップラ周波数
偏移を前記位相差検出手段の出力から得ることを特徴と
する。
【０００８】
【作用】本発明の振動測定方法および装置は、測定対象
物に第１のレーザビームが投射され、測定対象物からの
反射光と、第１のレーザビームと周波数を異にする第２
のレーザビームとが混合され、混合レーザビームを分岐
して第３および第４のレーザビームとし、第３のレーザ
ビームが所定の時間遅延させられる。この遅延による遅
延レーザビームと第４のレーザビームとの間の位相差が
検出され、前記測定対象物の変位や振動によって誘起さ
れる前記反射光のドップラ周波数偏移が前記検出位相差
から得られる。このようにドップラ周波数偏移を位相差
に変換して検出するようにしたため、高い振動周波数の
振動測定を高感度で行うことができる。
物に第１のレーザビームが投射され、測定対象物からの
反射光と、第１のレーザビームと周波数を異にする第２
のレーザビームとが混合され、混合レーザビームを分岐
して第３および第４のレーザビームとし、第３のレーザ
ビームが所定の時間遅延させられる。この遅延による遅
延レーザビームと第４のレーザビームとの間の位相差が
検出され、前記測定対象物の変位や振動によって誘起さ
れる前記反射光のドップラ周波数偏移が前記検出位相差
から得られる。このようにドップラ周波数偏移を位相差
に変換して検出するようにしたため、高い振動周波数の
振動測定を高感度で行うことができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明にかかる振動測定方法および装
置を実施例によって説明する。
置を実施例によって説明する。
【００１０】図１は本発明にかかる一実施例の振動測定
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
【００１１】本実施例の振動測定装置は、レーザビーム
１を集光レンズ８とビームスプリッタ１０とからなる干
渉光学系７に入射し、入射されたレーザビーム１は集光
レンズ８を通して集光し、集光されたレーザビーム１を
測定対象物９に投射する。レーザビーム１とＦｉの周波
数差を有するレーザビーム２も干渉光学系７に入射す
る。集光されたレーザビーム１が投射された測定対象物
９からの反射光は集光レンズ８を通してビームスプリッ
タ１０に入射して、ビームスプリッタ１０において前記
反射光とレーザビーム２とは混合されると共に、混合さ
れたレーザビームはレーザビーム３およびレーザビーム
４の２つに分岐される。
１を集光レンズ８とビームスプリッタ１０とからなる干
渉光学系７に入射し、入射されたレーザビーム１は集光
レンズ８を通して集光し、集光されたレーザビーム１を
測定対象物９に投射する。レーザビーム１とＦｉの周波
数差を有するレーザビーム２も干渉光学系７に入射す
る。集光されたレーザビーム１が投射された測定対象物
９からの反射光は集光レンズ８を通してビームスプリッ
タ１０に入射して、ビームスプリッタ１０において前記
反射光とレーザビーム２とは混合されると共に、混合さ
れたレーザビームはレーザビーム３およびレーザビーム
４の２つに分岐される。
【００１２】レーザビーム３は集光レンズ１６を通して
集光し、集光されたレーザビーム３は光ファイバ１１に
入射して所定の時間τだけ遅延させ、光ファイバ１１か
ら出力されたレーザビーム３はコリメートレンズ１７に
通して平行光線にしたうえ、光電変換器５に供給し、電
気信号１２に変換する。ここで光ファイバ１１によって
レーザビーム３を時間的に遅延させたために、長尺の遅
延線路を用いずに小型で所定の時間τの遅延を行うこと
ができる。
集光し、集光されたレーザビーム３は光ファイバ１１に
入射して所定の時間τだけ遅延させ、光ファイバ１１か
ら出力されたレーザビーム３はコリメートレンズ１７に
通して平行光線にしたうえ、光電変換器５に供給し、電
気信号１２に変換する。ここで光ファイバ１１によって
レーザビーム３を時間的に遅延させたために、長尺の遅
延線路を用いずに小型で所定の時間τの遅延を行うこと
ができる。
【００１３】レーザビーム４は集光レンズ１８を通して
集光し、光電変換器６に供給して電気信号１３に変換す
る。
集光し、光電変換器６に供給して電気信号１３に変換す
る。
【００１４】ここで、電気信号１２の振幅をＡ１とし、
電気信号１３の振幅をＡ２とし、測定対象物９の変位や
振動によってレーザビーム１の反射光に誘起されるドッ
プラ周波数偏移をＦｘとすると、 電気信号１２は、Ａ１ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）（ｔ−
τ）］ 電気信号１３は、Ａ２ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）ｔ］ となる。
電気信号１３の振幅をＡ２とし、測定対象物９の変位や
振動によってレーザビーム１の反射光に誘起されるドッ
プラ周波数偏移をＦｘとすると、 電気信号１２は、Ａ１ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）（ｔ−
τ）］ 電気信号１３は、Ａ２ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）ｔ］ となる。
【００１５】電気信号１２および１３は位相検波器１４
に供給して、電気信号１２と電気信号１３の位相差を位
相検波器１４において検出する。ここで、位相検波器１
４は、例えば、電気信号１２と電気信号１３とを乗算す
るミキサ等とミキサの出力を入力する低域瀘波器とから
なり、電気信号１２と電気信号１３との乗算出力の低域
成分を取り出すことによって位相差を取り出すことがで
きる。
に供給して、電気信号１２と電気信号１３の位相差を位
相検波器１４において検出する。ここで、位相検波器１
４は、例えば、電気信号１２と電気信号１３とを乗算す
るミキサ等とミキサの出力を入力する低域瀘波器とから
なり、電気信号１２と電気信号１３との乗算出力の低域
成分を取り出すことによって位相差を取り出すことがで
きる。
【００１６】位相検波器１４の出力信号１５は、振幅を
Ｂとすると Ｂ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）τ］ となる。
Ｂとすると Ｂ cos［２π（Ｆｉ＋Ｆｘ）τ］ となる。
【００１７】 ここで、２πＦｉτ＝（２Ｎ＋１）π／２ すなわち、τ＝（２Ｎ＋１）／（４Ｆｉ） となるように遅延時間τを調整することによって、位相
検波器１４からの出力信号１５は、Ｂ sin［２πＦｘ・
τ］、または、−Ｂ sin［２πＦｘ・τ］となる。
検波器１４からの出力信号１５は、Ｂ sin［２πＦｘ・
τ］、または、−Ｂ sin［２πＦｘ・τ］となる。
【００１８】これに逆正弦変換を行うことにより、遅延
時間τを既知としてドップラ周波数偏移Ｆｘを得ること
ができる。
時間τを既知としてドップラ周波数偏移Ｆｘを得ること
ができる。
【００１９】また、光ファイバ１１の長さを変更し遅延
時間τを変えることによって、ドップラ周波数偏移Ｆｘ
の測定範囲を所望の値に設定することができる。
時間τを変えることによって、ドップラ周波数偏移Ｆｘ
の測定範囲を所望の値に設定することができる。
【００２０】以上説明したように本実施例の振動測定装
置では、ドップラ周波数偏移Ｆｘを位相差に変換し、こ
の位相差を位相検波器１４によって測定するようにした
ため、その周波数応答を制限するものは位相検波器１４
である。位相検波器１４はミキサと低域瀘波器によって
構成したときは応答周波数を１００ＭＨｚにすることは
容易である。また、逆正弦変換も高速のダイオードによ
る折線近似回路などによって同様に１００ＭＨｚの応答
周波数を実現することができる。
置では、ドップラ周波数偏移Ｆｘを位相差に変換し、こ
の位相差を位相検波器１４によって測定するようにした
ため、その周波数応答を制限するものは位相検波器１４
である。位相検波器１４はミキサと低域瀘波器によって
構成したときは応答周波数を１００ＭＨｚにすることは
容易である。また、逆正弦変換も高速のダイオードによ
る折線近似回路などによって同様に１００ＭＨｚの応答
周波数を実現することができる。
【００２１】したがって、本実施例では高速でドップラ
周波数偏移を測定することが可能となり、従来のフェー
ズロックループ等を利用した周波数偏移検出に比べて、
はるかに高い周波数での高感度振動測定を容易に実現す
ることができる。
周波数偏移を測定することが可能となり、従来のフェー
ズロックループ等を利用した周波数偏移検出に比べて、
はるかに高い周波数での高感度振動測定を容易に実現す
ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の振動測定方
法および装置によれば、測定対象物の変位や振動に基づ
くドップラ周波数偏移を位相差に変換して検出するよう
にしたため、高い周波数での測定対象物の変位や振動
を、ドップラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度で測定
することができるという効果が得られる。
法および装置によれば、測定対象物の変位や振動に基づ
くドップラ周波数偏移を位相差に変換して検出するよう
にしたため、高い周波数での測定対象物の変位や振動
を、ドップラ周波数偏移に基づき高速かつ高感度で測定
することができるという効果が得られる。
【図１】本発明にかかる振動測定装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
１、２、３、４…レーザビーム ５、６…光電変
換器 ７…干渉光学系 ８、１６、１８
…集光レンズ ９…測定対象物 １０…ビームス
プリッタ １１…光ファイバ １２、１３…電
気信号 １４…位相検波器 １７…コリメー
トレンズ
換器 ７…干渉光学系 ８、１６、１８
…集光レンズ ９…測定対象物 １０…ビームス
プリッタ １１…光ファイバ １２、１３…電
気信号 １４…位相検波器 １７…コリメー
トレンズ
Claims (6)
- 【請求項１】第１のレーザビームを測定対象物に投射
し、 測定対象物からの反射光と、第１のレーザビームと周波
数を異にする第２のレーザビームとを混合し、 混合レーザビームを分岐して第３および第４のレーザビ
ームとし、第３のレーザビームを所定の時間遅延させた
遅延レーザビームと第４のレーザビームとの間の位相差
を検出し、 前記測定対象物の変位や振動によって誘起される前記反
射光のドップラ周波数偏移を前記検出位相差から得るこ
とを特徴とする振動測定方法。 - 【請求項２】請求項１記載の振動測定方法において、第
３のレーザビームを遅延させる遅延時間は第１のレーザ
ビームと第２のレーザビームの周波数差の逆数の（２Ｎ
＋１）／４（Ｎは整数）倍であることを特徴とする振動
測定方法。 - 【請求項３】周波数差を有する第１および第２のレーザ
ビームを受けて第１のレーザビームを測定対象物に投射
し、測定対象物からの反射光を第２のレーザビームと混
合し、かつ混合レーザビームを分岐して第３および第４
のレーザビームとして送出する干渉光学系と、第３のレ
ーザビームを所定の時間遅延させる遅延線路と、遅延線
路によって遅延させられたレーザビームを受けて電気信
号に変換する第１の光電変換器と、第４のレーザビーム
を受けて電気信号に変換する第２の光電変換器と、第１
の光電変換器からの出力信号と第２の光電変換器からの
出力信号との間の位相差を検出する位相差検出手段とを
備え、前記測定対象物の変位や振動によって誘起される
前記反射光のドップラ周波数偏移を前記位相差検出手段
の出力から得ることを特徴とする振動測定装置。 - 【請求項４】請求項３記載の振動測定装置において、遅
延線路の遅延時間が第１のレーザビームと第２のレーザ
ビームの周波数差の逆数の（２Ｎ＋１）／４（Ｎは整
数）倍であることを特徴とする振動測定装置。 - 【請求項５】請求項３記載の振動測定装置において、遅
延線路の全部もしくは１部を光ファイバにより構成した
ことを特徴とする振動測定装置。 - 【請求項６】請求項３記載の振動測定装置において、位
相差検出手段は第１および第２の光電変換器からの出力
信号を乗算するミキサと該ミキサの出力を入力とする低
域瀘波器とを備えたことを特徴とする振動測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2636095A JPH08219868A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 振動測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2636095A JPH08219868A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 振動測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08219868A true JPH08219868A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12191332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2636095A Pending JPH08219868A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 振動測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08219868A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790796B2 (en) | 2001-10-05 | 2004-09-14 | Albany International Corp. | Nonwovens forming or conveying fabrics with enhanced surface roughness and texture |
| JP2017167065A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 株式会社東京精密 | 振動計測装置及び振動計測方法 |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP2636095A patent/JPH08219868A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790796B2 (en) | 2001-10-05 | 2004-09-14 | Albany International Corp. | Nonwovens forming or conveying fabrics with enhanced surface roughness and texture |
| JP2017167065A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 株式会社東京精密 | 振動計測装置及び振動計測方法 |
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