JPS58150830A

JPS58150830A - 振動検出器

Info

Publication number: JPS58150830A
Application number: JP3369382A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Sakamoto; 豊和坂本; Akihiro Hayashi; 林　昭博
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-09-07
Also published as: JPH0136566B2

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】本発明は、機械構造物の機械振動を非接触で計測するた
めの２乗屈折率分布光ファイバを用いた振動検出器に関
するものである。

従来の光ファイバを用いた振動検出器の例を第１図及び
第２図に示す。第１図において、１．２．３は光ファイ
バ、４はレーザ、５は半透鏡、６は光検出器、７はスペ
クトルアナライザ、８は被測定物体である。この振動検
出器の測定原理は、ドツプラー効果に基くもので、ドツ
プラー周波数が被測定物体８の振動振幅と振動周波数の
積に比例するため、高周波微小振動に対しては有用であ
るが、低周波微小振動になると測定精度が上がらないと
いう欠点がある。又、光検出器６でヘテロダイン検波し
たドツプラー周波数信号をスペクトルアナライザ７で周
波数分析した場合には、振動振幅しか得られず、振動周
波数は別の方法で測定しなければならないという欠点が
ある。

一方、第２図の例にお゛いて、９は中心に位置する照光
用ファイバ、１０は照光用ファイバの周囲に等方装置さ
れた複数本の受光用ファイバ、１１は光源、１２は受光
素子、１３は被測定物体８に貼着した反射体である。こ
の振動検出器の測定甑理は、ステップインデクス型光フ
ァイバ内での全反射を利用することにより中心に位置す
る照光用ファイバ９から円錐状の光束を出射させ、振動
物体上に生じる環状の光強度分布を周囲に等方装置され
た複数本（図示例では６本）の受光用ファイバ１０で検
出しようというものである。

この振動検出器の入出力特性は、かなり強い非線形を示
すため、測定対象が限定されてしまうという欠点がある
。

本発明は前述の従来の欠点を改善したもので、その目的
は第一に振動周波数の測定精度を測定可能な振動振幅の
範囲で均一にし、第二に振動振幅と振動周波数を同一の
光検出器で測定し得るようにし、そして第三に振動検出
器の入出力特性が良好な直線性を示すようにすることに
ある。

以下、本発明の振動検出器を実施例について詳細に説明
する。

第３図は本発明の第１の実施例を示す図であって、１４
は半径方向の屈折率分布がｒ＋ｔｒ）＝ｎ♂（１−ｑ”ｒ’）　　　　で与えられ
る長さく２ｍ◆す１４）４・但し　Ｌｐ”２’−’Ｃｌ
　　ｍ＝０．１．２．、−−−　　ノ２乗屈折率分布光
ファイバ、１５は集光レンズ、１８は位置検出器である
。いま、被測定物体８に貼着した反射１体１３の変位が
ｄ、そして反射体に対するレーザ光線の入射角がｄなら
ば、反射光線はファイバ１４の入射面になる角噴で入射することが示される。ここでｔは集光レ
ンズ１５の焦点距離で、レンズ１５は無収差とする。又
、θ１はファイバ１４内における入射角である。上記の
゛角度でファイバ１４に入射した光線の軌道は、子午面
をＸ−７平面とすれば、で与えられる。従って、ファイ
バ１４の出射面後方　の位置でのスポット位置ｘ１は、ｎｊ＝ｎｊ（１−９’ｘ４）となる。ここで、変位ｄとスポット位１１ＸＩの関係を
分り易くするために、　ｌ　２ｄｌｆｉｆＬｔ　ｌ　＜
＜　ｌとして、式■〜■を視察すれば、 ×１へ上２　ｄ−哀４　　　　　。

ｎｏｑ　　　ｆとなり、変位ｄとスポット位置とは、はぼ線形関係にあ
ることが分る。

ゆえに、ファイバ１４の出射面後方に置かれた位置検出
１１６によりスポットＸｔの動きを検出すれば、被測定
物体８の振動振幅並びに振動周波数を測定することが可
能となる。

第４図は本発明の第２の実施例を示す図であって、１１
は出射面を加工した２梁屈折率分布光ファイバである。

式■から分るように、光線の蛇行周期が変位の大きさに
よって興なるため、ファイバ長を長くすれば、変位ｄと
スポット位置　の線形性が劣化する。

そこで、いま、 ’ｌ　−Ｌ（２ｍ−１）＜　（ｏＪＫ　　　　　　　　
。

となるようにファイバの出射面を一定の形状にとなり、
端面を回転放物面状に加工すればよいことが判明した。

このように端面加工したファイバ１１を用いて構成した
振動検出器は、ファイバ艮を増加してもほとんど特性の
劣化はないといえる。

ｌｌｌ５図は本発明の第３の実施例を示す図であって、
１８は長さを（ｍ”ｌ　）ＬＪ）ｊ　、　Ｌｐ＝２５％
。

ｍ＝０．１．２・・に設定した２乗屈折率分布光ファイ
バである。第５図において集光レンズ１５にレーザ４か
ら平行光束が入射すると、平行光束は集光レンズ１５の
焦点に置かれたファイバ端面に、太峠Ｌ７　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　■なる角度で入射する。ここで、２ａ　は平行光
束径、ｆは集光レンズ１５の焦点距離で、レンズ１５は
無収差とする。

ファイバ１８に入射した光束は一定周期の伸縮を繰返し
たのち、ファイバ１８から出射し、被測定物体８上の反
射体１３で反射されたあと、ファイバ１８の開口数で決
まる一定の光束がファイバ１８内へ戻ってくる。そして
、ファイバ１８を出射したのち、半透鏡５で光検出器６
へ導かれ、被測定物体８の振動によって変調された光強
度が検出される。本実施例の振動検出器の特性を１１１
１１＜（＋　として検討すると、光検出器６に導かれる
光束面積５１は近似的に、Ｓｌ”＝　ｎ、ｔ９２（（−１）ｍＬ　＋　２１　）２
　　　　　　　　　■但し、１は光検出Ｗ６・ファイバ
１８端面の間隔、Ｌは反射体１３・ファイバ１８端面の
開隔、そしてηは照光光束面積と受光光束面積の比であ
る。

弐〇において、１＝Ｌ”ｄ、　−（１）ｆ　、　　ｄｏ　＜（Ｌｏ　　
　　　　　　　　　　　　　　＠とおけば、ＳｅＡ：！Ｓｏ中Ｓｄ　μλψｔＳｄ煽η−′（（−り］１吋２Ｌ）ｄ。

となり、振動計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の振動検出器の構成図、第３
図は本発明の実施例を示す振動検出器の構成図、第４図
及び第５図は、本発明の他の実施例を示す構成図である
。１．２．３・・・光ファイバ、　　４・・・レーザ、５
・・・半透鏡、　　　６・・・光検出器、７・・・スペ
クトルアナライザ、　８・・・被測定物体、９・・・照
光用ファイバ、１０・・・周囲に等方装置された受光用ファイバ、１１
・・・光源、　１２・・・受光素子、　１３・・・反射
体、１４・・・２乗屈折率分布光ファイバ、１５・・・
集光レンズ、　　１６・・・位置検出器、１７・・・２
乗屈折率分布光ファイバ、１８・・・２乗屈折率分布光
ファイバ。特許出願人代理人氏名　　−、−１゜算１ｒ！Ｊ葬２図算３１！１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２乗屈折率分布光ファイバの入射面を集光レンズ
の焦点に且つ両者を同一光軸上に配置し、被測定物体に
当てた光線のスポットをファイバ出ｔ１１１ｉ後方に設
置された光検出器により検出し得るよう構成したことを
特徴とする振動検出器。
（２）２乗屈折率分布光ファイバの出射面を一定の形状
に加工したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の振動検出器。
（３）２乗屈折率分布光ファイバの出射面を集光レンズ
の焦点に且つ両者を同一光軸−Ｆに配置し、被測定物体
に当てた光の強度分布をファイバ出射面後方に設置され
た半透鏡及び光検出器により検出し得るよう構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動検出器
。