WO2021149097A1 - 測定装置および測定方法 - Google Patents

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WO2021149097A1
WO2021149097A1 PCT/JP2020/001648 JP2020001648W WO2021149097A1 WO 2021149097 A1 WO2021149097 A1 WO 2021149097A1 JP 2020001648 W JP2020001648 W JP 2020001648W WO 2021149097 A1 WO2021149097 A1 WO 2021149097A1
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WO
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light
reflected
measuring device
branch
reflected light
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/001648
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English (en)
French (fr)
Inventor
荒武 淳
中川 雅史
大樹 小林
雄大 池口
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Publication date
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Priority to JP2021572119A priority patent/JP7324980B2/ja
Priority to US17/758,700 priority patent/US20230029700A1/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Definitions

  • This disclosure relates to a measuring device and a measuring method.
  • the appendage is used as an object of measurement, and the vibration of only the object is measured by using an acceleration sensor or a laser Doppler velocimeter (LDV). I was measuring.
  • LDV laser Doppler velocimeter
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the measurement of vibration of the object 1 using the conventional LDV10.
  • the LDV10 is a vibration meter capable of remotely and non-contactly measuring the vibration of the object 1.
  • the measurement distance of the LDV 10 is, for example, 0.1 m to 100 m.
  • the LDV10 emits a laser beam having a frequency of ⁇ and irradiates the object 1.
  • the object 1 vibrates at a frequency f.
  • the frequency of the reflected light reflected by the object 1 of the laser beam is shifted by the Doppler shift ⁇ due to the vibration of the object 1. Therefore, the frequency of the reflected light is ⁇ + ⁇ .
  • the LDV10 receives the reflected light from the object 1.
  • the LDV 10 can obtain the Doppler shift ⁇ from the frequency of the beat signal obtained by the interference between the received reflected light and the predetermined reference light, and can obtain the frequency f of the object 1 from the Doppler shift ⁇ .
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the LDV 10.
  • the LDV 10 shown in FIG. 2 includes a laser light source 11, beam splitters 12, 13, 16 and a mirror 14, a frequency converter 15, a receiver 17, and an electrical signal processing unit 18.
  • the laser light source 11 emits a laser beam having a frequency of ⁇ to the beam splitter 12.
  • the beam splitter 12 divides the laser light emitted from the laser light source 11 into two, emits one light to the beam splitter 13, and emits the other light to the frequency converter 15.
  • the beam splitter 13 transmits the emission light of the beam splitter 12.
  • the light transmitted through the beam splitter 13 is emitted from the LDV 10 and irradiates the object 1. That is, the LDV 10 is installed so that the transmitted light of the beam splitter 13 irradiates the object 1.
  • the light applied to the object 1 is reflected by the object 1.
  • the LDV 10 is installed so that the reflected light reflected by the object 1 is incident on the beam splitter 13.
  • the beam splitter 13 reflects the reflected light from the object 1 and emits it to the mirror 14. As described above, the frequency of the reflected light is ⁇ + ⁇ .
  • the mirror 14 reflects the light emitted from the beam splitter 13 (reflected light having a frequency of ⁇ + ⁇ ) and emits it to the beam splitter 16.
  • the frequency converter 15 converts the frequency of the light emitted from the beam splitter 12 and outputs the light having a frequency ⁇ + ⁇ B to the beam splitter 16 as reference light.
  • the beam splitter 16 reflects the reference light having a frequency ⁇ + ⁇ B , which is the light emitted from the frequency converter 15, and emits it to the receiver 17, and also transmits the reflected light having a frequency ⁇ + ⁇ , which is the light emitted from the mirror 14. It emits light to the receiver 17.
  • the receiver 17 receives the light emitted from the beam splitter 16 and converts the received light into an electric signal by photoelectric conversion and outputs the light to the electric signal processing unit 18.
  • the electrical signal obtained by photoelectrically converting the emission light of the beam splitter 16 includes a beat signal having a frequency of ⁇ B + ⁇ generated by interference between the reference light and the reflected light.
  • the electric signal processing unit 18 processes the electric signal output from the receiver 17 to obtain the Doppler shift ⁇ .
  • the electric signal output from the receiver 17 includes a beat signal having a frequency of ⁇ B + ⁇ . Since ⁇ B is known, the electric signal processing unit 18 can obtain the Doppler shift ⁇ from the frequency ⁇ B + ⁇ of the beat signal and obtain the frequency f of the object 1 from the Doppler shift ⁇ .
  • the structure 2 has a larger mass than the object 1, and is hardly affected by the vibration of the object 1.
  • the object 1 is greatly affected by the vibration derived from the building 2. That is, the Doppler shift ⁇ a in the reflected light reflected by the object 1 is affected by the frequency f 1 of the object 1 and the frequency f 2 of the building 2. Therefore, in the measurement of vibration by irradiating only the object 1 with the laser beam, the influence of the vibration of the building 2 is included in the measurement data as noise.
  • the vibration of the object 1 attached to the building 2 and the vibration of the building 2 alone are individually measured by one LDV10, and the measurement data of the vibration of the object 1 and the construction are performed.
  • two measurements are required to measure the vibrations of the object 1 and the structure 2, respectively, and it takes time and effort to set the LDV 10.
  • a method of installing two LDV10s (LDV10a and LDV10b) can be considered.
  • the LDV 10a irradiates the object 1 with a laser beam and receives the reflected light to obtain a Doppler shift ⁇ a of the reflected light.
  • the LDV 10b irradiates the building 2 with a laser beam and receives the reflected light to obtain a Doppler shift ⁇ b of the reflected light.
  • an electric signal processing device 20 for comparing the measurement data of the two LDV 10s and obtaining the frequency of the object 1 from the Doppler shift ⁇ a and the Doppler shift ⁇ b is further required.
  • this method in an outdoor environment, it may be difficult to install two LDV10s under the same conditions due to space or scaffolding restrictions. Further, in this method, the vibrations of the two LDV10s themselves are individually included in the measurement data, which makes signal processing of the measurement data difficult.
  • An object of the present disclosure made in view of the above problems is to provide a measuring device and a measuring method capable of evaluating the vibration of an object more easily and with high accuracy.
  • the measuring device branches the laser light source and the laser light emitted from the laser light source into a first branch light and a second branch light, and irradiates the first object with the first branch light.
  • a beam splitter and an optical path converter that changes the direction of the second branch light so that the second branch light is applied to the second object and irradiates the second object with the second branch light. It is provided with a light receiving unit that receives the first reflected light that the first branched light is reflected by the first object and the second reflected light that the second branched light is reflected by the second object.
  • the measuring method is a measuring method in a measuring device including a laser light source and a light receiving unit, in which the laser light emitted from the laser light source is branched into a first branch light and a second branch light.
  • the step of irradiating the first object with the first branch light and the direction of the second branch light being changed to the direction in which the second branch light is irradiated to the second object are used to convert the second branch light into the second object.
  • the step of receiving light at the light receiving unit includes.
  • the measuring device and measuring method according to the present disclosure it is possible to evaluate the vibration of an object more easily and with high accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of the measuring device 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100 according to the present embodiment measures the vibration of the object 1 in the complex 3 in which the object 1 is attached to the building 2. More specifically, the measuring device 100 according to the present embodiment irradiates the object 1 with laser light, receives the reflected light reflected by the object 1, and is based on a change in the frequency of the reflected light.
  • This is a laser Doppler vibrometer that evaluates the vibration of the object 1.
  • the same components as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the measuring device 100 shown in FIG. 5 includes a main body portion 110 and an optical branching portion 120.
  • the main body 110 includes a laser light source 11 and a light receiving unit 111.
  • the optical branching unit 120 includes a beam splitter 121 and an optical path converter 122.
  • the laser light source 11 emits laser light having a frequency of ⁇ to the beam splitter 121.
  • the beam splitter 121 divides the emitted light of the laser light source 11 into two.
  • first branch light one of the lights
  • second branch light the other light
  • the beam splitter 121 divides the light emitted from the laser light source 11 into two, emits the first branched light from the measuring device 100, and emits the second branched light to the optical path converter 122.
  • the optical path converter 122 changes the direction of the second branch light so that the second branch light, which is the light emitted from the beam splitter 121, is applied to the building 2 to which the object 1 is attached.
  • the second branch light whose direction is changed by the optical path converter 122 is emitted from the measuring device 100 and irradiates the building 2. That is, the optical path converter 122 changes the direction of the second branch light in the direction in which the second branch light is irradiated to the building 2 (second object) and irradiates the building 2.
  • the second branch light is emitted from the measuring device 100 in parallel with the first branch light, for example.
  • first reflected light the reflected light reflected by the object 1
  • second reflected light the reflected light reflected by the building 2
  • the frequency of the first reflected light shifts from the frequency ⁇ of the emitted light of the laser light source 11 by the Doppler shift ⁇ a due to the frequency f 1 of the object 1 and the frequency f 2 of the building 2.
  • the Doppler shift ⁇ a is a time-varying shift amount including a plurality of FM modulation components.
  • the frequency of the first reflected light is ⁇ + ⁇ a .
  • the frequency of the second reflected light is shifted from the frequency ⁇ of the emitted light of the laser light source 11 by the Doppler shift ⁇ b mainly due to the frequency f 2 of the building 2.
  • the Doppler shift ⁇ 2 is a shift amount that changes with time due to FM modulation of the frequency f 2 of the building 2, and the influence of the frequency f 1 of the object 1 can be ignored.
  • the frequency of the second reflected light is ⁇ + ⁇ b .
  • the first reflected light and the second reflected light are incident on the main body 110 via the optical branch 120.
  • the first reflected light passes through the beam splitter 121 and enters the main body 110.
  • the second reflected light is reflected in the order of the optical path converter 122 and the beam splitter 121, and is incident on the main body 110.
  • the light receiving unit 111 receives the first reflected light and the second reflected light. Although the details will be described later, the light receiving unit 111 outputs an electric signal obtained by photoelectrically converting the first reflected light, the second reflected light, and a predetermined reference light. From the electrical signal output from the light receiving unit 111 can calculate the frequency f 1 of the object 1.
  • the measuring device 100 branches the light emitted from the laser light source 11 into the first branched light and the second branched light, irradiates the object 1 with the first branched light, and at the same time, the first Two-branch light is applied to the building 2. Then, the measuring device 100 according to the present embodiment receives the first reflected light reflected by the object 1 and the second reflected light reflected by the second branch light by the building 2 to the light receiving unit 111. To receive light. Therefore, in one measurement by one measuring apparatus 100, because the the frequency f 1 of the object 1 and the frequency f 2 of the building 2 may be measured simultaneously, more simply and accurately, target The vibration of the object 1 can be evaluated.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100 according to the present embodiment.
  • the same components as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the measuring device 100 shown in FIG. 6 includes a laser light source 11, half mirrors 112, 113, 116, 123, a mirror 114, a frequency converter 115, a receiver 117, an electric signal processing unit 118, and a total reflection mirror. It includes 124.
  • the receiver 117 is an example of the light receiving unit 111.
  • the half mirror 123 is an example of a beam splitter 121.
  • the total reflection mirror 124 is an example of the optical path converter 122.
  • the laser light source 11, the half mirrors 112, 113, 116, the mirror 114, the frequency converter 115, the receiver 117, and the electric signal processing unit 118 are housed in the main body 110. Further, the half mirror 123 and the total reflection mirror 124 are housed in the optical branching portion 120.
  • the half mirror 112 divides the emitted light of the laser light source 11 into two, emits one light to the half mirror 113, and emits the other light to the frequency converter 115.
  • the half mirror 113 transmits the emitted light of the half mirror 112 and emits it to the half mirror 123.
  • the half mirror 123 divides the emitted light of the half mirror 113 into a first branch light and a second branch light.
  • the half mirror 123 transmits the first branch light, reflects the second branch light, and emits the second branch light to the total reflection mirror 124.
  • the first branch light transmitted through the half mirror 123 is emitted from the measuring device 100 and irradiates the object 1. That is, the measuring device 100 is installed so that the object 1 is irradiated with the first branch light transmitted through the half mirror 123.
  • the half mirror 123 as the beam splitter 121 splits the light emitted from the laser light source 11 into the first branch light and the second branch light, and splits the first branch light into the object 1 (first object). ) Is irradiated.
  • the light applied to the object 1 is reflected by the object 1.
  • the measuring device 100 is installed so that the first reflected light reflected by the object 1 is incident on the half mirror 123.
  • the half mirror 123 transmits the first reflected light and emits it to the half mirror 113.
  • the frequency of the first reflected light is ⁇ + ⁇ a .
  • the half mirror 123 reflects the second reflected light emitted from the total reflection mirror 124 described later and emits the second reflected light to the half mirror 113.
  • the total reflection mirror 124 changes the direction of the second branch light so that the second branch light emitted from the half mirror 123 irradiates the building 2 (second object) to which the object 1 is attached. And emit.
  • the second branch light emitted from the total reflection mirror 124 is emitted from the measuring device 100 and irradiates the building 2.
  • the light radiated to the building 2 is reflected by the building 2.
  • the measuring device 100 is installed so that the second reflected light reflected by the building 2 is incident on the total reflection mirror 124.
  • the total reflection mirror 124 reflects the second reflected light and emits it to the half mirror 123.
  • the frequency of the second reflected light is ⁇ + ⁇ b .
  • the half mirror 113 reflects the first reflected light transmitted through the half mirror 123 and the second reflected light reflected by the half mirror 123, and emits the second reflected light to the mirror 114.
  • the mirror 114 reflects the first reflected light and the second reflected light emitted from the half mirror 113 and emits them to the half mirror 116.
  • the frequency converter 115 converts the frequency of the light emitted from the half mirror 112 and emits the light having a frequency ⁇ + ⁇ B to the half mirror 116 as reference light.
  • the half mirror 116 reflects the reference light emitted from the frequency converter 115 and emits it to the receiver 117, and at the same time, transmits the first reflected light and the second reflected light emitted from the mirror 114 to the receiver 117. Exit.
  • the receiver 117 receives the reference light, the first reflected light, and the second reflected light emitted from the half mirror 116, converts the received light into an electric signal by photoelectric conversion, and outputs the received light to the electric signal processing unit 118. ..
  • the electrical signal obtained by photoelectrically converting the emitted light of the half mirror 116 is generated by the beat signal of the frequency ⁇ B + ⁇ a generated by the interference between the reference light and the first reflected light and the interference between the reference light and the second reflected light.
  • a beat signal with a frequency of ⁇ B + ⁇ b is included.
  • the electric signal processing unit 118 processes the electric signal output from the receiver 117 to obtain the Doppler shift ⁇ a and ⁇ b. Since ⁇ B is known, the electric signal processing unit 118 obtains the Doppler shift ⁇ a based on the beat signal of the frequency ⁇ B + ⁇ a , and based on the beat signal of the frequency ⁇ B + ⁇ b , the Doppler shift ⁇ b Ask for. From the Doppler shifts ⁇ a and ⁇ b , the frequency f 1 of the object 1 and the frequency f 2 of the building 2 can be obtained, and by removing the influence of the frequency f 2 from the frequency f 1, the object object. The vibration of 1 can be evaluated.
  • the electrical signal processing unit 118 an electric signal output from the light receiver 117 and a fast Fourier transform, to detect the component of the frequency f 2 of the object 1 specific frequency f 1 and building 2. Then, the electric signal processing unit 118 can obtain the frequency f 1 peculiar to the object 1 by removing the frequency around the theoretically estimated frequency f 2 with a filter.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the measuring device 100 according to the present embodiment shown in FIG. 5, and is a diagram for explaining a measuring method in the measuring device 100.
  • the beam splitter 121 splits the laser light emitted from the laser light source 11 into a first branch light and a second branch light, and irradiates the object 1 with the first branch light (step S11). Further, the beam splitter 121 emits the second branch light to the optical path converter 122.
  • the optical path converter 122 changes the direction of the second branch light so that the second branch light emitted from the beam splitter 121 irradiates the building 2, and irradiates the building 2 with the second branch light (the second branch light is irradiated to the building 2). Step S12).
  • the first branch light applied to the object 1 is reflected by the object 1. Further, the second branch light irradiated to the building 2 is reflected by the building 2.
  • the light receiving unit 111 receives the first reflected light from which the first branched light is reflected by the object 1 and the second reflected light from which the second branched light is reflected by the building 2 (step S13).
  • the measuring device 100 includes a laser light source 11, a beam splitter 121, an optical path converter 122, and a light receiving unit 111.
  • the beam splitter 121 splits the laser light emitted from the laser light source 11 into a first branch light and a second branch light, and irradiates the object 1 with the first branch light.
  • the optical path converter 122 changes the direction of the second branch light in the direction in which the second branch light is irradiated to the building 2, and irradiates the building 2 with the second branch light.
  • the light receiving unit 111 receives the first reflected light reflected by the object 1 from the first branched light and the second reflected light reflected by the building 2 by the second branched light.
  • one measuring apparatus 100 can measure the light is simultaneously irradiated with the object 1 in a building structure 2, the frequency f 1 of the object 1 and the frequency f 2 of the building 2 at the same time Therefore, the vibration of the object 1 can be evaluated more easily and with high accuracy.
  • the optical system of the main body 110 has a heterodyne configuration shown in FIG. 6, but the present invention is not limited to this, and if the first reflected light and the second reflected light can be received, the optical system is not limited to this. It can have any configuration. Further, in the present embodiment, an example is shown in which the first branch light is applied to the object 1 and the second branch light is applied to the building 2, but the present invention is not limited to this. The first branch light may be applied to the building 2, and the second branch light may be applied to the object 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100A according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100A according to the present embodiment is different from the measuring device 100 shown in FIG. 6 in that shutters 131 and 132 are added.
  • the shutters 131 and 132 are examples of the selection unit 130 in which the incident of the first reflected light and the second reflected light on the light receiving unit 111 can be individually selected.
  • the shutter 131 can shield the first branch light.
  • the shutter 131 can be opened and closed, and in the open state, the first branch light is emitted from the measuring device 100A, and in the closed state, the first branch light is shielded. By shielding the first branch light, the first reflected light does not enter the light receiving unit 111.
  • the shutter 132 can shield the second branch light.
  • the shutter 132 can be opened and closed, and in the open state, the second branch light is emitted from the measuring device 100A, and in the closed state, the second branch light is shielded. By shielding the second branch light, the second reflected light does not enter the light receiving unit 111.
  • the open / closed state of the shutter 131 and the shutter 132 can be switched individually. Therefore, the shutters 131 and 132 can individually select the incident of the first reflected light and the second reflected light on the light receiving unit 111.
  • the measuring device 100A By being able to individually select the incident of the first reflected light and the second reflected light on the light receiving unit 111, the reflected light from the object 1 and the building 2 can be individually received by the light receiving unit 111. Therefore, the measuring device 100A according to the present embodiment can also be used as a vibration meter having the same function as the conventional LDV10.
  • the selection unit 130 has been described with reference to the shutters 131 and 132 capable of shielding the first branch light and the second branch light, but the present invention is not limited to this.
  • the selection unit 130 may have any configuration as long as the incident light of the first reflected light and the second reflected light on the light receiving unit 111 can be individually selected.
  • the selection unit 130 may be configured to selectively absorb the first branch light and the second branch light.
  • the selection unit 130 may be configured to selectively absorb the first reflected light and the second reflected light.
  • the selection unit 130 may be configured to selectively switch the optical paths of the first reflected light and the second reflected light so that the first reflected light and the second reflected light do not enter the light receiving unit 111.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100B according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100B according to the present embodiment is different from the measuring device 100 shown in FIG. 6 in that the total reflection mirror 124 is changed to the total reflection mirror 124a.
  • the total reflection mirror 124a is provided so that the irradiation position of the second branch light can be adjusted.
  • the total reflection mirror 124a is provided so as to be movable along the optical path direction of the second branch light emitted from the half mirror 123.
  • the irradiation position of the second branch light also moves along the optical path direction of the second branch light.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100C according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100C is different from the measuring device 100 shown in FIG. 6 in that it includes a phase adjuster 141 and an optical attenuator 142.
  • the phase adjuster 141 and the optical attenuator 142 form an adjustment unit 143.
  • the phase adjuster 141 is provided between the half mirror 123 as the beam splitter 121 and the total reflection mirror 124 as the optical path converter 122.
  • the phase adjuster 141 can adjust the phase (that is, the optical path length) of the second branched light and the second reflected light.
  • the optical attenuator 142 is provided between the half mirror 123 as the beam splitter 121 and the total reflection mirror 124 as the optical path converter 122.
  • the optical attenuator 142 can adjust the amplitudes of the second branched light and the second reflected light.
  • the phase adjuster 141 and the optical attenuator 142 constitute the adjustment unit 143. Therefore, the adjusting unit 143 is provided between the beam splitter 121 and the optical path converter 122, and the phase of the light (second branch light and the second reflected light) propagating between the beam splitter 121 and the optical path converter 122. And at least one of the amplitudes can be adjusted.
  • the first reflected light and the second reflected light interfere with each other, and the vibration component derived from the structure 2 is optically obtained. It can be removed and the changes in the frequency spectrum can be visualized.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100D according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100D according to the present embodiment is different from the measuring device 100 shown in FIG. 6 in that the light modulator 151 is added.
  • the light modulator 151 is provided between the laser light source 11 and the half mirror 123 as a beam splitter 121.
  • the light modulator 151 can modulate the emitted light of the laser light source 11.
  • the laser light source 11 emits, for example, pulsed light.
  • the optical path between the half mirror 123 and the object 1 and the optical path between the total reflection mirror 124 and the building 2 can be obtained.
  • the reflected light from the object 1 and the reflected light from the building 2 can be individually measured in the same manner as the measuring device 100A shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100E according to the sixth embodiment of the present disclosure.
  • the total reflection mirror 124 is changed to the total reflection mirror 124b, the beam splitter 161 is added, and the receiver 117 is provided.
  • the difference is that the first receiver 117a and the second receiver 117b are added after being deleted.
  • the first light receiver 117a and the second light receiver 117b form a light receiving unit 111.
  • the total reflection mirror 124b is configured by combining two mirrors, for example.
  • the fully reflective mirror 124b reflects the second reflected light so that the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light are non-parallel, and emits the second reflected light to the half mirror 123. Since the optical axes of the first reflected light and the second reflected light are non-parallel, as shown in FIG. 12, the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light are formed in the main body 110. It shifts.
  • the optical axis of the first reflected light incident on the light receiving unit 111 and the optical axis of the second reflected light incident on the light receiving unit 111 deviate from each other. Therefore, the total reflection mirror 124b functions as an optical system that shifts the optical axis of the first reflected light incident on the light receiving unit 111 and the optical axis of the second reflected light incident on the light receiving unit 111.
  • the beam splitter 161 divides the reference light having a frequency ⁇ + ⁇ B emitted from the frequency converter 115 into two parts, one light (hereinafter referred to as “first reference light”) and the other light (hereinafter referred to as “second reference light”). Is emitted to the half mirror 116.
  • the half mirror 116 transmits the first reflected light emitted from the mirror 114 and emits it to the first receiver 117a, and reflects the first reference light emitted from the beam splitter 161 to the first receiver 117a. Emit. Further, the half mirror 116 transmits the second reflected light emitted from the mirror 114 and emits it to the second receiver 117b, and reflects the second reference light emitted from the beam splitter 161 to the second receiver. It emits light at 117b. As described above, in the main body 110, the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light are deviated from each other. Therefore, the half mirror 116 can distinguish between the first reflected light and the second reflected light and can be incident on the light receiving unit 111.
  • the first light receiver 117a receives the first reflected light emitted from the half mirror 116 and the first reference light, converts the received light into an electric signal by photoelectric conversion, and outputs the light to the electric signal processing unit 118. do.
  • the electric signal output from the first light receiver 117a includes a beat signal having a frequency ⁇ B + ⁇ a generated by interference between the first reference light and the first reflected light.
  • the second light receiver 117b receives the second reflected light emitted from the half mirror 116 and the second reference light, converts the received light into an electric signal by photoelectric conversion, and outputs the light to the electric signal processing unit 118. do.
  • the electric signal output from the second light receiver 117b includes a beat signal having a frequency ⁇ B + ⁇ b generated by interference between the second reference light and the second reflected light.
  • the first reflected light and the second reflected light after reflection by the half mirror 123, the first reflected light and the second reflected light propagate along the same optical axis and are received by one receiver 117.
  • the first reflected light and the second reflected light can be distinguished and incident on the light receiving unit 111. can. Therefore, the first reflected light and the second reflected light can be received by different receivers 117 (first receiver 117a and second receiver 117b), respectively.
  • the electric signals output from the first receiver 117a and the second receiver 117b are individually processed. Then, the vibration of the object 1 and the vibration of the building 2 can be evaluated individually.
  • the total reflection mirror 124b is used as an example of an optical system that shifts the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light
  • the present invention is not limited to this. If the optical system that shifts the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light can distinguish the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light and incident on the light receiving unit 111. , Any configuration may be used.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the measuring device 100F according to the seventh embodiment of the present disclosure.
  • the measuring device 100F according to the present embodiment is different from the measuring device 100E shown in FIG. 12 in that the total reflection mirror 124b is changed to the circulator 171.
  • the circulator 171 is an optical element formed by combining a plurality of prisms.
  • the circulator 171 emits the second branched light so that the optical axis of the second branched light emitted from the measuring device 100F is parallel to the optical axis of the first branched light emitted from the measuring device 100F. Further, the circulator 171 shifts the optical axis of the second reflected light reflected by the building 2 and emits the second branched light to the half mirror 123. By shifting the optical axis of the second reflected light and emitting it to the half mirror 123, as shown in FIG. 13, the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the second reflected light are aligned in the main body 110. It shifts.
  • the circulator 171 functions as an optical system that shifts the optical axis of the first reflected light incident on the light receiving unit 111 and the optical axis of the second reflected light incident on the light receiving unit 111.
  • the second branch light is irradiated to the building 2 from an oblique direction. Therefore, measurement error is likely to occur.
  • the present embodiment since the first branch light and the second branch light are emitted in parallel and irradiate the object 1 and the building 2, it is possible to suppress the occurrence of measurement error due to oblique irradiation. ..
  • FIG. 14 is a diagram showing the appearance of the measuring device 100 among the measuring devices 100 to 100F according to each of the above-described embodiments.
  • the measuring device 100 includes a main body 110 that houses the laser light source 11 and the light receiving unit 111, and an optical branching unit 120 that houses the beam splitter 121 and the optical path converter 122.
  • the optical branching portion 120 may be rotatably provided around the optical axis of the emitted light (first branched light or second branched light emitted from the measuring device 100) of the measuring device 100 with respect to the main body portion 110.
  • the measuring device 100 may not be possible to install the measuring device 100 horizontally.
  • the first branching light and the second branching light become horizontal planes. It can be emitted in parallel. By doing so, it becomes possible to evaluate the vibration of the object 1 more accurately.
  • the measuring device 100 has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and in each of the measuring devices 100A to 100F, the optical branching portion 120 is a measuring device with respect to the main body 110. It may be rotatably provided around the optical axis of the emitted light of 100A to 100F.
  • a beam splitter in which prisms are combined a fiber type beam splitter, a beam splitter composed of a combination of a planar waveguide circuit (for example, a planar waveguide circuit composed of glass or polymer) and a lens system may be used. good.
  • a planar waveguide circuit for example, a planar waveguide circuit composed of glass or polymer
  • the present invention is not limited to this. Any element can be used as long as it has a function of converting an optical path.
  • a prism or the like can be used.
  • any mirror having a function of converting an optical path such as an all-genus vapor deposition mirror, a mirror surface metal mirror, and a dielectric multilayer film mirror, can be used.
  • first object 2 Building (second object) 10, 10a, 10b Laser Doppler Vibrometer (LDV) 11 Laser light source 12, 13, 16 Beam splitter 14 Mirror 15 Frequency converter 17 Receiver 18 Electrical signal processing unit 20 Electrical signal processing device 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F Measuring device 110 Main unit 111 Light receiving unit 112, 113, 116 Half mirror 114 Mirror 115 Frequency converter 117 Receiver 118 Electrical signal processing unit 120 Optical branching unit 121 Beam splitter 122 Optical path converter 123 Half mirror 124, 124a, 124b Total reflection mirror 130 Selection unit 131, 132 Shutter 141 Phase adjuster 142 Light attenuator 143 Adjustment part 161 Beam splitter 117a First receiver 117b Second receiver

Abstract

測定装置(100)は、レーザ光源(11)と、ビープスプリッタ(121)と、光路変換器(122)と、受光部(111)とを備える。ビープスプリッタ(121)は、レーザ光源(11)から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、第1分岐光を対象物(1)に照射する。光路変換器(122)は、第2分岐光が建造物(2)に照射される向きに第2分岐光の向きを変換して、第2分岐光を建造物(2)に照射する。受光部(111)は、第1分岐光が対象物(1)で反射した第1反射光と、第2分岐光が建造物(2)で反射した第2反射光とを受光する。

Description

測定装置および測定方法
 本開示は、測定装置および測定方法に関する。
 ビルなどの建造物の上面・側面・下面の少なくとも1つの面に、建造物に付属する(支持された)付属物が設けられた複合体において、付属物に固有の振動を高い精度で測定することが求められている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5-164748号公報
 従来、上述した複合体における付属物の振動を評価するために、付属物を測定の対象物とし、対象物のみの振動を、加速度センサあるいはレーザドップラ振動計(LDV:Laser Doppler Velocimeter)を用いて測定していた。
 図1は、従来のLDV10を用いた対象物1の振動の測定について説明するための図である。LDV10は、対象物1の振動を遠隔から非接触で計測可能な振動計である。LDV10の計測距離は、例えば、0.1m~100mである。
 LDV10は、振動数νのレーザ光を出射し、対象物1に照射する。対象物1は振動数fで振動している。レーザ光が対象物1で反射された反射光の振動数は、対象物1の振動によりドップラシフトΔν分だけシフトする。したがって、反射光の振動数は、ν+Δνとなる。
 LDV10は、対象物1からの反射光を受光する。LDV10は、受光した反射光と所定の参照光との干渉により得られるビート信号の振動数からドップラシフトΔνを求め、ドップラシフトΔνから対象物1の振動数fを求めることができる。
 図2は、LDV10の構成例を示す図である。
 図2に示すLDV10は、レーザ光源11と、ビームスプリッタ12,13,16と、ミラー14と、周波数変換器15と、受光器17と、電気信号処理部18とを備える。
 レーザ光源11は、振動数νのレーザ光をビームスプリッタ12に出射する。
 ビームスプリッタ12は、レーザ光源11から出射されたレーザ光を二分し、一方の光をビームスプリッタ13に出射し、他方の光を周波数変換器15に出射する。
 ビームスプリッタ13は、ビームスプリッタ12の出射光を透過する。ビームスプリッタ13を透過した光はLDV10から出射され、対象物1に照射される。すなわち、LDV10は、ビームスプリッタ13の透過光が対象物1に照射されるように設置される。対象物1に照射された光は、対象物1で反射する。LDV10は、対象物1で反射した反射光がビームスプリッタ13に入射するように設置される。ビームスプリッタ13は、対象物1からの反射光を反射し、ミラー14に出射する。上述したように、反射光の振動数はν+Δνである。
 ミラー14は、ビームスプリッタ13の出射光(振動数ν+Δνの反射光)を反射し、ビームスプリッタ16に出射する。
 周波数変換器15は、ビームスプリッタ12の出射光の周波数を変換し、振動数ν+νの光を参照光としてビームスプリッタ16に出射する。
 ビームスプリッタ16は、周波数変換器15の出射光である振動数ν+νの参照光を反射して受光器17に出射するとともに、ミラー14の出射光である振動数ν+Δνの反射光を透過し、受光器17に出射する。
 受光器17は、ビームスプリッタ16の出射光を受光し、光電変換により、受光した光を電気信号に変換して電気信号処理部18に出力する。ビームスプリッタ16の出射光を光電変換した電気信号には、参照光と反射光との干渉により生じる振動数ν+Δνのビート信号が含まれる。
 電気信号処理部18は、受光器17から出力された電気信号を処理し、ドップラシフトΔνを求める。上述したように、受光器17から出力される電気信号には、振動数ν+Δνのビート信号が含まれる。νは既知であるため、電気信号処理部18は、ビート信号の振動数ν+ΔνからドップラシフトΔνを求め、ドップラシフトΔνから対象物1の振動数fを求めることができる。
 上述したLDV10を用いて、図3に示すように、対象物1と、対象物1が付随する建造物2とからなる複合体3における、対象物1の振動を測定する場合を考える。
 建造物2は対象物1と比べて質量が大きく、対象物1の振動の影響を殆ど受けない。一方、対象物1は、建造物2に由来する振動に非常に大きな影響を受ける。すなわち、対象物1で反射した反射光におけるドップラシフトΔνは、対象物1の振動数fおよび建造物2の振動数fの影響を受ける。そのため、対象物1のみへのレーザ光の照射による振動の測定では、建造物2の振動の影響が雑音として測定データに含まれる。
 上述した雑音を除去するために、建造物2に付随する対象物1の振動および建造物2単体での振動それぞれを1台のLDV10で個別に測定し、対象物1の振動の測定データと建造物2単体での振動の測定データとの差分を抽出する方法がある。しかしながら、この方法では、対象物1および建造物2それぞれの振動を測定するために2回の測定が必要となり、LDV10のセッティングに手間・時間がかかってしまう。また、建造物2の近隣の自動車の通過あるいはハンマーなどによる積極的衝撃に対する振動の様子を同時に測定することができない。
 そこで、対象物1および建造物2それぞれの振動を同時に測定するために、図4に示すように、2台のLDV10(LDV10aおよびLDV10b)を設置する方法が考えられる。この方法では、LDV10aは、対象物1にレーザ光を照射すると共に、その反射光を受光し、反射光のドップラシフトΔνを求める。また、LDV10bは、建造物2にレーザ光を照射すると共に、その反射光を受光し、反射光のドップラシフトΔνbを求める。しかしながら、この方法では、2台のLDV10の測定データを比較し、ドップラシフトΔνおよびドップラシフトΔνbから対象物1の振動数を求めるための電気信号処理装置20がさらに必要となる。また、この方法では、屋外環境では、スペースあるいは足場の制約により、2台のLDV10を同じ条件で設置することが困難なことがある。また、この方法では、2台のLDV10自身の振動が個別に測定データに含まれてしまい、測定データの信号処理が難しくなる。
 上記のような問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、より簡易かつ高精度に、対象物の振動を評価することができる測定装置および測定方法を提供することにある。
 一実施形態に係る測定装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、前記第1分岐光を第1対象物に照射するビームスプリッタと、前記第2分岐光が第2対象物に照射される向きに前記第2分岐光の向きを変換して、前記第2分岐光を前記第2対象物に照射する光路変換器と、前記第1分岐光が前記第1対象物で反射した第1反射光と、前記第2分岐光が前記第2対象物で反射した第2反射光とを受光する受光部とを備える。
 一実施形態に係る測定方法は、レーザ光源および受光部を備える測定装置における測定方法であって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、前記第1分岐光を第1対象物に照射するステップと、前記第2分岐光が第2対象物に照射される向きに前記第2分岐光の向きを変換して、前記第2分岐光を前記第2対象物に照射するステップと、前記第1分岐光が前記第1対象物で反射した第1反射光と、前記第2分岐光が前記第2対象物で反射した第2反射光とを前記受光部で受光するステップと、を含む。
 本開示に係る測定装置および測定方法によれば、より簡易かつ高精度に、対象物の振動を評価することができる。
従来のLDVを用いた対象物の振動の測定について説明するための図である。 図1に示すLDVの構成例を示す図である。 従来のLDVを用いた、建造物に付随する対象物の振動の測定の一例について説明するための図である。 従来のLDVを用いた、建造物に付随する対象物の振動の測定の他の一例について説明するための図である。 本開示の第1の実施形態に係る測定装置の要部構成を示す図である。 図5に示す測定装置の構成例を示す図である。 図5に示す測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本開示の第2の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示の第3の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示の第4の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示の第5の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示の第6の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示の第7の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本開示に係る測定装置の外観の一例を示す図である。 図14に示す測定装置の設置状態の一例を示す図である。
 以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
 (第1の実施形態)
 図5は、本開示の第1の実施形態に係る測定装置100の要部構成を示す図である。本実施形態に係る測定装置100は、対象物1が建造物2に付随した複合体3における、対象物1の振動を測定するものである。より具体的には、本実施形態に係る測定装置100は、レーザ光を対象物1に照射し、照射した光が対象物1で反射した反射光を受光し、反射光の振動数変化に基づいて対象物1の振動を評価するレーザドップラ振動計である。図5において、図2と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する
 図5に示す測定装置100は、本体部110と、光分岐部120とを備える。
 本体部110は、レーザ光源11と、受光部111とを備える。光分岐部120は、ビームスプリッタ121と、光路変換器122とを備える。
 レーザ光源11は、振動数νのレーザ光をビームスプリッタ121に出射する。
 ビームスプリッタ121は、レーザ光源11の出射光を二分する。ビームスプリッタ121により二分されたレーザ光のうち、一方の光(以下、「第1分岐光」という)は、測定装置100から出射され、対象物1(第1対象物)に照射される。また、ビームスプリッタ121により二分されたレーザ光のうち、他方の光(以下、「第2分岐光」という)は、光路変換器122に出射される。すなわち、ビームスプリッタ121は、レーザ光源11から出射された光を二分し、第1分岐光を測定装置100から出射させ、第2の分岐光を光路変換器122に出射する。
 光路変換器122は、ビームスプリッタ121の出射光である第2分岐光が対象物1が付随する建造物2に照射される向きに第2分岐光の向きを変換する。光路変換器122により向きが変換された第2分岐光は、測定装置100から出射され、建造物2に照射される。すなわち、光路変換器122は、第2分岐光が建造物2(第2対象物)に照射される向きに第2分岐光の向きを変換して建造物2に照射する。第2分岐光は、例えば、第1分岐光と平行に測定装置100から出射される。
 対象物1に照射された光は対象物1で反射する。また、建造物2に照射された光は建造物2で反射する。以下の図面では、対象物1で反射した反射光(以下、「第1反射光」という)を破線で示し、建造物2で反射した反射光(以下、「第2反射光」という)を一点鎖線で示す。
 第1反射光の振動数は、レーザ光源11の出射光の振動数νから対象物1の振動数fおよび建造物2の振動数fに起因するドップラシフトΔνだけシフトする。ドップラシフトΔνは、複数のFM変調成分を含む時間的に変化するシフト量である。第1反射光の振動数はν+Δνである。また、第2反射光の振動数は、レーザ光源11の出射光の振動数νから、主に建造物2の振動数fに起因するドップラシフトΔνだけシフトする。ドップラシフトΔνは、建造物2の振動数fのFM変調により時間的に変化するシフト量であり、対象物1の振動数fの影響は無視することができる。第2反射光の振動数はν+Δνである。
 第1反射光および第2反射光は、光分岐部120を介して本体部110に入射する。例えは、第1反射光は、ビームスプリッタ121を透過して、本体部110に入射する。また、第2反射光は、光路変換器122、ビームスプリッタ121の順に反射され、本体部110に入射する。
 受光部111は、第1反射光および第2反射光を受光する。詳細は後述するが、受光部111は、第1反射光、第2反射光および所定の参照光を光電変換した電気信号を出力する。受光部111から出力された電気信号から、対象物1の振動数fを求めることができる。
 このように本実施形態に係る測定装置100は、レーザ光源11から出射された光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、第1分岐光を対象物1に照射するとともに、第2分岐光を建造物2に照射する。そして、本実施形態に係る測定装置100は、第1分岐光が対象物1で反射した第1反射光と、第2分岐光が建造物2で反射した第2反射光とを受光部111にて受光する。そのため、1台の測定装置100による1回の測定で、対象物1の振動数fと建造物2の振動数fとを同時に測定することができるので、より簡易かつ高精度に、対象物1の振動を評価することができる。
 図6は、本実施形態に係る測定装置100の構成例を示す図である。図6において、図5と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
 図6に示す測定装置100は、レーザ光源11と、ハーフミラー112,113,116,123と、ミラー114と、周波数変換器115と、受光器117と、電気信号処理部118と、全反射ミラー124とを備える。受光器117は受光部111の一例である。ハーフミラー123は、ビームスプリッタ121の一例である。全反射ミラー124は、光路変換器122の一例である。レーザ光源11、ハーフミラー112,113,116、ミラー114、周波数変換器115、受光器117および電気信号処理部118は、本体部110に収容される。また、ハーフミラー123および全反射ミラー124は、光分岐部120に収容される。
 ハーフミラー112は、レーザ光源11の出射光を二分し、一方の光をハーフミラー113に出射し、他方の光を周波数変換器115に出射する。
 ハーフミラー113は、ハーフミラー112の出射光を透過し、ハーフミラー123に出射する。
 ハーフミラー123は、ハーフミラー113の出射光を第1分岐光と第2分岐光とに二分する。ハーフミラー123は、第1分岐光を透過し、第2分岐光を反射して、全反射ミラー124に出射する。ハーフミラー123を透過した第1分岐光は測定装置100から出射され、対象物1に照射される。すなわち、測定装置100は、ハーフミラー123を透過した第1分岐光が対象物1に照射されるように設置される。このように、ビームスプリッタ121としてのハーフミラー123は、レーザ光源11から出射された光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、第1分岐光を対象物1(第1対象物)に照射する。
 対象物1に照射された光は、対象物1で反射する。測定装置100は、対象物1で反射した第1反射光がハーフミラー123に入射するように設置される。ハーフミラー123は、第1反射光を透過し、ハーフミラー113に出射する。上述したように、第1反射光の振動数ν+Δνである。また、ハーフミラー123は、後述する全反射ミラー124から出射された第2反射光を反射し、ハーフミラー113に出射する。
 全反射ミラー124は、ハーフミラー123から出射された第2分岐光が、対象物1が付随する建造物2(第2対象物)に照射される向きに、第2分岐光の向きを変換して出射する。全反射ミラー124から出射された第2分岐光は、測定装置100から出射され、建造物2に照射される。
 建造物2に照射された光は、建造物2で反射する。測定装置100は、建造物2で反射した第2反射光が全反射ミラー124に入射するように設置される。全反射ミラー124は、第2反射光を反射し、ハーフミラー123に出射する。上述したように、第2反射光の振動数ν+Δνである。
 ハーフミラー113は、ハーフミラー123を透過した第1反射光およびハーフミラー123により反射された第2反射光を反射し、ミラー114に出射する。
 ミラー114は、ハーフミラー113から出射された第1反射光および第2反射光を反射し、ハーフミラー116に出射する。
 周波数変換器115は、ハーフミラー112の出射光の周波数を変換し、振動数ν+νの光を参照光としてハーフミラー116に出射する。
 ハーフミラー116は、周波数変換器115から出射された参照光を反射し、受光器117に出射するとともに、ミラー114から出射された第1反射光および第2反射光を透過し、受光器117に出射する。
 受光器117は、ハーフミラー116から出射された参照光、第1反射光および第2反射光を受光し、光電変換により、受光した光を電気信号に変換して電気信号処理部118に出力する。ハーフミラー116の出射光を光電変換した電気信号には、参照光と第1反射光との干渉により生じる振動数ν+Δνのビート信号と、参照光と第2反射光との干渉により生じる振動数ν+Δνのビート信号とが含まれる。
 電気信号処理部118は、受光器117から出力された電気信号を処理し、ドップラシフトΔνおよびΔνを求める。νは既知であるため、電気信号処理部118は、振動数ν+Δνのビート信号に基づき、ドップラシフトΔνを求め、振動数ν+Δνのビート信号に基づき、ドップラシフトΔνを求める。ドップラシフトΔν,Δνから、対象物1の振動数fおよび建造物2の振動数fを求めることができ、振動数fから振動数fの影響を取り除くことで、対象物1の振動を評価することができる。例えば、電気信号処理部118は、受光器117から出力された電気信号を高速フーリエ変換し、対象物1固有の振動数fおよび建造物2の振動数fの成分を検出する。そして、電気信号処理部118は、理論的に推測される振動数fの周辺の周波数をフィルタで除去することにより、対象物1固有の振動数fを求めることができる。
 図7は、図5に示す本実施形態に係る測定装置100の動作の一例を示すフローチャートであり、測定装置100における測定方法について説明するための図である。
 ビームスプリッタ121は、レーザ光源11から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、第1分岐光を対象物1に照射する(ステップS11)。また、ビームスプリッタ121は、第2分岐光を光路変換器122に出射する。
 光路変換器122は、ビームスプリッタ121から出射された第2分岐光が建造物2に照射されるように第2分岐光の向きを変換して、第2分岐光を建造物2に照射する(ステップS12)。
 対象物1に照射された第1分岐光は対象物1で反射される。また、建造物2に照射された第2分岐光は建造物2で反射される。
 受光部111は、第1分岐光が対象物1で反射された第1反射光と、第2分岐光が建造物2で反射された第2反射光とを受光する(ステップS13)。
 このように本実施形態においては、測定装置100は、レーザ光源11と、ビームスプリッタ121と、光路変換器122と、受光部111とを備える。ビームスプリッタ121は、レーザ光源11から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、第1分岐光を対象物1に照射する。光路変換器122は、第2分岐光が建造物2に照射される向きに第2分岐光の向きを変換して、第2分岐光を建造物2に照射する。受光部111は、第1分岐光が対象物1で反射した第1反射光と、第2分岐光が建造物2で反射した第2反射光とを受光する。
 そのため、1台の測定装置100で、対象物1と建造物2とに同時に光を照射し、対象物1の振動数fと建造物2の振動数fとを同時に測定することができるので、より簡易かつ高精度に、対象物1の振動を評価することができる。
 なお、本実施形態においては、本体部110の光学系は、図6に示すヘテロダイン構成としているが、これに限られるものではなく、第1反射光および第2反射光を受光可能であれば、任意の構成とすることができる。また、本実施形態においては、第1分岐光が対象物1に照射され、第2分岐光が建造物2に照射される例を示しているが、これに限られるものではない。第1分岐光が建造物2に照射され、第2分岐光が対象物1に照射されてもよい。
 (第2の実施形態)
 図8は、本開示の第2の実施形態に係る測定装置100Aの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Aは、図6に示す測定装置100と比較して、シャッター131,132が付加された点が異なる。シャッター131,132は、第1反射光および第2反射光の受光部111への入射を個別に選択可能な選択部130の一例である。
 シャッター131は、第1分岐光を遮蔽可能である。シャッター131は、開閉を切り替え可能であり、開状態では、第1分岐光を測定装置100Aから出射させ、閉状態では、第1分岐光を遮蔽する。第1分岐光が遮蔽されることで、第1反射光が受光部111に入射することがなくなる。
 シャッター132は、第2分岐光を遮蔽可能である。シャッター132は、開閉を切り替え可能であり、開状態では、第2分岐光を測定装置100Aから出射させ、閉状態では、第2分岐光を遮蔽する。第2分岐光が遮蔽されることで、第2反射光が受光部111に入射することがなくなる。
 シャッター131とシャッター132とは個別に開閉状態を切り換え可能である。したがって、シャッター131,132によれは、第1反射光および第2反射光の受光部111への入射を個別に選択可能である。
 第1反射光および第2反射光の受光部111への入射を個別に選択可能であることで、対象物1および建造物2からの反射光を受光部111において個別に受光可能である。したがって、本実施形態に係る測定装置100Aは、従来のLDV10と同様の機能を有する振動計として使用することも可能である。
 なお、本実施形態においては、選択部130が、第1分岐光および第2分岐光を遮蔽可能なシャッター131,132である例を用いて説明したが、これに限られるものではない。選択部130は、第1反射光および第2反射光の受光部111への入射を個別に選択可能であれば、任意の構成であってよい。例えば、選択部130は、第1分岐光および第2分岐光を選択的に吸収する構成であってもよい。また、選択部130は、第1反射光および第2反射光を選択的に吸収する構成であってもよい。また、選択部130は、第1反射光および第2反射光が受光部111に入射しないように第1反射光および第2反射光の光路を選択的に切り替える構成であってもよい。
 (第3の実施形態)
 図9は、本開示の第3の実施形態に係る測定装置100Bの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Bは、図6に示す測定装置100と比較して、全反射ミラー124を全反射ミラー124aに変更した点が異なる。
 全反射ミラー124aは、第2分岐光の照射位置を調整可能に設けられている。例えば、全反射ミラー124aは、ハーフミラー123から出射された第2分岐光の光路方向に沿って移動可能に設けられる。全反射ミラー124aが第2分岐光の光路方向に沿って移動することで、第2分岐光の照射位置も、第2分岐光の光路方向に沿って移動する。
 第1分岐光の照射位置および第2分岐光の照射位置が固定されている場合、建造物2に付随する対象物1の形態あるいは大きさによっては、対象物1および建造物2に同時に光を照射することが困難なことがある。本実施形態に係る測定装置100Bのように、第2分岐光の照射位置を調整可能とすることで、対象物1および建造物2に同時に光を照射することが容易となる。
 (第4の実施形態)
 図10は、本開示の第4の実施形態に係る測定装置100Cの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Cは、図6に示す測定装置100と比較して、位相調整器141と、光減衰器142とを備える点が異なる。位相調整器141および光減衰器142は、調整部143を構成する。
 位相調整器141は、ビームスプリッタ121としてのハーフミラー123と光路変換器122としての全反射ミラー124との間に設けられる。位相調整器141は、第2分岐光および第2反射光の位相(すなわち光路長)を調整可能である。
 光減衰器142は、ビームスプリッタ121としてのハーフミラー123と光路変換器122としての全反射ミラー124との間に設けられる。光減衰器142は、第2分岐光および第2反射光の振幅を調整可能である。
 上述したように、位相調整器141および光減衰器142は、調整部143を構成する。したがって、調整部143は、ビームスプリッタ121と光路変換器122との間に設けられ、ビームスプリッタ121と光路変換器122との間を伝搬する光(第2分岐光および第2反射光)の位相および振幅の少なくとも一方を調整可能である。
 ビームスプリッタ121と光路変換器122との間を伝搬する光の位相あるいは振幅を調整することで、第1反射光と第2反射光とを干渉させ、建造物2由来の振動成分を光学的に除去したり、周波数スペクトルの変化を可視化したりすることができる。
 (第5の実施形態)
 図11は、本開示の第5の実施形態に係る測定装置100Dの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Dは、図6に示す測定装置100と比較して、光変調器151が付加された点が異なる。
 光変調器151は、レーザ光源11とビームスプリッタ121としてのハーフミラー123との間に設けられる。光変調器151は、レーザ光源11の出射光を変調可能である。
 本実施形態においては、レーザ光源11は、例えば、パルス状の光を出射する。光変調器151によりレーザ光源11から出射されたパルス状の光を変調することで、ハーフミラー123と対象物1との間の光路と、全反射ミラー124と建造物2との間の光路との差が、受光器117が第1反射光と第2反射光とを受光する時間差として現れる。そのため、電気信号処理部118では、対象物1からの反射光(第1反射光)による信号成分と、建造物2からの反射光(第2反射光)による信号成分とを分離することができる。その結果、本実施形態に係る測定装置100Dによれば、図8に示す測定装置100Aと同様に、対象物1からの反射光および建造物2からの反射光を個別に測定することができる。
 (第6の実施形態)
 図12は、本開示の第6の実施形態に係る測定装置100Eの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Eは、図6に示す測定装置100と比較して、全反射ミラー124を全反射ミラー124bに変更した点と、ビームスプリッタ161を追加した点と、受光器117を削除し、第1受光器117aおよび第2受光器117bを追加した点が異なる。第1受光器117aおよび第2受光器117bは、受光部111を構成する。
 全反射ミラー124bは、例えば、2つのミラーを組み合わせて構成される。全反射ミラー124bは、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とが非平行となるように、第2反射光を反射して、ハーフミラー123に出射する。第1反射光と第2反射光の光軸とが非平行となることで、図12に示すように、本体部110内では、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とがずれる。そのため、受光部111に入射する第1反射光の光軸と、受光部111に入射する第2反射光の光軸とがずれる。したがって、全反射ミラー124bは、受光部111に入射する第1反射光の光軸と、受光部111に入射する第2反射光の光軸とをずらす光学系として機能する。
 ビームスプリッタ161は、周波数変換器115から出射された振動数ν+νの参照光を二分し、一方の光(以下、「第1参照光」という)および他方の光(以下、「第2参照光」という)をハーフミラー116に出射する。
 ハーフミラー116は、ミラー114から出射された第1反射光を透過して第1受光器117aに出射するとともに、ビームスプリッタ161から出射された第1参照光を反射して第1受光器117aに出射する。また、ハーフミラー116は、ミラー114から出射された第2反射光を透過して第2受光器117bに出射するとともに、ビームスプリッタ161から出射された第2参照光を反射して第2受光器117bに出射する。上述したように、本体部110内においては、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とがずれている。そのため、ハーフミラー116は、第1反射光と第2反射光とを区別して、受光部111に入射することができる。
 第1受光器117aは、ハーフミラー116から出射された第1反射光と第1参照光とを受光し、光電変換により、受光した光を電気信号に変換して、電気信号処理部118に出力する。第1受光器117aから出力される電気信号には、第1参照光と第1反射光との干渉により生じる、振動数ν+Δνのビート信号が含まれる。
 第2受光器117bは、ハーフミラー116から出射された第2反射光と第2参照光とを受光し、光電変換により、受光した光を電気信号に変換して、電気信号処理部118に出力する。第2受光器117bから出力される電気信号には、第2参照光と第2反射光との干渉により生じる、振動数ν+Δνのビート信号が含まれる。
 上述した第1から第5の実施形態においては、ハーフミラー123での反射後、第1反射光と第2反射光とは、同じ光軸に沿って伝播し、1つの受光器117で受光されていた。一方、本実施形態においては、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とをずらすことで、第1反射光と第2反射光とを区別して受光部111に入射することができる。そのため、第1反射光および第2反射光を、それぞれ別の受光器117(第1受光器117aおよび第2受光器117b)で受光することができる。第1反射光および第2反射光を第1受光器117aおよび第2受光器117bそれぞれで受光することで、第1受光器117aおよび第2受光器117bそれぞれから出力される電気信号を個別に処理し、対象物1の振動と建造物2の振動とを個別に評価することができる。
 本実施形態においては、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とをずらす光学系の例として全反射ミラー124bを用いる例を説明したが、これに限られるものではなく。第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とをずらす光学系は、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とを区別して受光部111に入射することができれば、如何なる構成であってもよい。
 (第7の実施形態)
 図13は、本開示の第7の実施形態に係る測定装置100Fの構成例を示す図である。
 本実施形態に係る測定装置100Fは、図12に示す測定装置100Eと比較して、全反射ミラー124bをサーキュレータ171に変更した点が異なる。
 サーキュレータ171は、複数のプリズムを組み合わせてなる光学素子である。サーキュレータ171は、測定装置100Fから出射される第2分岐光の光軸が、測定装置100Fから出射される第1分岐光の光軸と平行になるようにして、第2分岐光を出射する。また、サーキュレータ171は、第2分岐光が建造物2で反射された第2反射光の光軸をシフトさせて、ハーフミラー123に出射する。第2反射光の光軸をシフトさせてハーフミラー123に出射することで、図13に示すように、本体部110内では、第1反射光の光軸と第2反射光の光軸とがずれる。そのため、受光部111に入射する第1反射光の光軸と、受光部111に入射する第2反射光の光軸とがずれる。したがって、サーキュレータ171は、受光部111に入射する第1反射光の光軸と、受光部111に入射する第2反射光の光軸とをずらす光学系として機能する。
 図12に示す測定装置100Eにおいては、第1分岐光が対象物1に対して垂直に照射される場合、第2分岐光は建造物2に対して斜め方向から照射される。そのため、測定誤差が発生しやすくなる。一方、本実施形態においては、第1分岐光と第2分岐光とが平行に出射され、対象物1および建造物2に照射されるので、斜め照射による測定誤差の発生を抑制することができる。
 図14は、上述した各実施形態に係る測定装置100~100Fのうち、測定装置100の外観を示す図である。図14に示すように、測定装置100は、レーザ光源11および受光部111を収容する本体部110と、ビームスプリッタ121および光路変換器122を収容する光分岐部120とを備える。
 光分岐部120は、本体部110に対して、測定装置100の出射光(測定装置100から出射される第1分岐光または第2分岐光)の光軸周りに回転可能に設けられてよい。
 測定装置100の設置場所によっては、測定装置100を水平に設置することができない場合がある。この場合、図15に示すように、光分岐部120を本体部110に対して、測定装置100の出射光の光軸周りに回転させることで、第1分岐光および第2分岐光を水平面と平行に出射することができる。こうすることで、より正確な対象物1の振動の評価が可能となる。
 なお、図14,15においては、測定装置100を例として説明したが、これに限られるものではなく、測定装置100A~100Fそれぞれにおいて、光分岐部120が、本体部110に対して、測定装置100A~100Fの出射光の光軸周りに回転可能に設けられてよい。
 また、上述した各実施形態においては、ビームスプリッタとしてハーフミラーを用いる例を説明したがこれに限られるものではなく、光分岐機能を有していれば任意の素子を用いることができる。例えば、プリズムを組み合わせたビームスプリッタ、ファイバ型ビームスプリッタ、平面導波回路(例えば、ガラスあるいはポリマーにより構成される平面導波回路)とレンズ系との組み合わせにより構成されるビームスプリッタなどを用いてもよい。
 また、上述した各実施形態においては、光の向きを変換するために、全反射ミラー124,124a,124bおよびミラー114を用いる例を説明したが、これに限られるものではない。光路を変換する機能を有していれば任意の素子を用いることができる。例えば、プリズムなどを用いることができる。また、ミラーの種類も、全属蒸着ミラー、鏡面金属ミラーおよび誘電体多層膜ミラーなど、光路を変換する機能を有する任意のミラーを用いることができる。
 上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
 1  対象物(第1対象物)
 2  建造物(第2対象物)
 10,10a,10b  レーザドップラ振動計(LDV)
 11  レーザ光源
 12,13,16  ビームスプリッタ
 14  ミラー
 15  周波数変換器
 17  受光器
 18  電気信号処理部
 20  電気信号処理装置
 100,100A,100B,100C,100D,100E,100F  測定装置
 110  本体部
 111  受光部
 112,113,116  ハーフミラー
 114  ミラー
 115  周波数変換器
 117  受光器
 118  電気信号処理部
 120  光分岐部
 121  ビームスプリッタ
 122  光路変換器
 123  ハーフミラー
 124,124a,124b  全反射ミラー
 130  選択部
 131,132  シャッター
 141  位相調整器
 142  光減衰器
 143  調整部
 161  ビームスプリッタ
 117a  第1受光器
 117b  第2受光器
 

Claims (8)

  1.  レーザ光源と、
     前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、前記第1分岐光を第1対象物に照射するビームスプリッタと、
     前記第2分岐光が第2対象物に照射される向きに前記第2分岐光の向きを変換して、前記第2分岐光を前記第2対象物に照射する光路変換器と、
     前記第1分岐光が前記第1対象物で反射した第1反射光と、前記第2分岐光が前記第2対象物で反射した第2反射光とを受光する受光部とを備える、測定装置。
  2.  請求項1に記載の測定装置において、
     前記第1反射光および前記第2反射光の前記受光部への入射を個別に選択可能な選択部をさらに備える、測定装置。
  3.  請求項1または2に記載の測定装置において、
     前記光路変換器は、前記第2分岐光の照射位置を調整可能に設けられている、測定装置。
  4.  請求項1から3のいずれか一項に記載の測定装置において、
     前記ビームスプリッタと前記光路変換器との間に設けられ、前記ビームスプリッタと前記光路変換器との間を伝搬する光の位相および振幅の少なくとも一方を調整可能な調整部をさらに備える、測定装置。
  5.  請求項1から4のいずれか一項に記載の測定装置において、
     前記レーザ光源と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記レーザ光を変調する光変調器をさらに備える、測定装置。
  6.  請求項1から5のいずれか一項に記載の測定装置において、
     前記受光部に入射する前記第1反射光の光軸と、前記受光部に入射する前記第2反射光の光軸とをずらす光学系をさらに備え、
     前記受光部は、第1受光器と、第2受光器とを備え、
     前記第1受光器は、前記第1反射光を受光し、
     前記第2受光器は、前記第2反射光を受光する、測定装置。
  7.  請求項1から6のいずれか一項に記載の測定装置において、
     前記測定装置は、
     少なくとも前記レーザ光源および前記受光部を備える本体部と、
     少なくとも前記ビームスプリッタおよび前記光路変換器を備える光分岐部とからなり、
     前記光分岐部は、前記本体部に対して、前記測定装置から出射される前記第1分岐光または前記第2分岐光の光軸周りに回転可能に設けられている、測定装置
  8.  レーザ光源および受光部を備える測定装置における測定方法であって、
     前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐し、前記第1分岐光を第1対象物に照射するステップと、
     前記第2分岐光が第2対象物に照射される向きに前記第2分岐光の向きを変換して、前記第2分岐光を前記第2対象物に照射するステップと、
     前記第1分岐光が前記第1対象物で反射した第1反射光と、前記第2分岐光が前記第2対象物で反射した第2反射光とを前記受光部で受光するステップと、を含む測定方法。
     
     
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