JPH02259432A - 振動計測方法およびその計測装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光干渉法を利用した振動計測方法およびその計
測装置に係り、詳しくはレーザ光を反射させる光反射体
を無振動状態に制御して、振動計測装置自体の振動を相
殺することにより被測定体の振動の計測誤差を少な（す
るようにした振動計測方法およびその計測装置に関する
。

〔従来の技術〕

非接触式の振動計測装置の一つに光干渉法を利用した振
動計測装置が知られているが、従来の光干渉法を利用し
た振動計測装置は、この振動計測装置から被測定体に向
けて周波数ｆ０のレーザ光を照射すると共に、前記被測
定体の振動Ｖの影響を受けて変化した反射レーザ光の周
波数ｆをこの振動計測装置により受信して、これらレー
ザ光の画周波数ｆ、、ｆと光速Ｃとにより、前記被測定
体の振動Ｖを、 ｖ　＝　ｃ　（ｆ　ｏ　−ｆ　）　／　（ｆ　ｏ　＋　
ｆ　）　−−−（ａ）によって求めるものであるが、振
動計測装置が静止していることを前提としており、実際
には振動計測装置自体も振動しているので、この振動計
測装置自体の振動を打ち消して計測誤差を少なくする方
法が試みられるようになってきている。

その−例を、光干渉法を活用した振動計測装置の構成説
明図の第４図に基づいて紹介する。

即ち、図に示す符号０ωは振動計測装置の本体であり、
この本体０１Ｉｌは支持台（１）とこれに取付けられる
振動検出器（２）と、レーザ発信器（３）と、ビームス
プリッタ（４）および光検出器（５）とからなっている
。

従って、レーザ発信器（３）からビームスプリッタ（４
）に向けて周波数ｒ０のレーザ光を送信すると、レーザ
光はビームスプリッタ（４）によって分岐され、分岐さ
れた一方のレーザ光は直進して、例えばＶの振幅で振動
している被測定体（６０）により反射されて周波数ｒの
反射レーザ光として再びビームスプリッタ（４）に戻り
、このビームスプリッタ（４）により反射されて光検出
器（５）に到達する。また、分岐された他方のレーザ光
はビームスプリッタ（４）および光反射体（６）によっ
て屈折され、周波数ｒ０のまま光検出器（５）に到達す
る。

さすれば、光検出器（５）ではそれらのレーザ光の周波
数の差（ｒ−ｒ、）に比例した出力が得られるので、上
記式（ａ）から被測定体（６０）の振動Ｖを求め得るが
、支持台（１）が振動Ｕで振動しているとすれば、この
被測定体（６０）により反射された反射レーザ光の周波
数ｆには、被測定体（６０）の振動Ｖとこの支持台（１
）の振動Ｕとの再振動が加わるので、光検出器（５）の
出力は支持台（１）の振動Ｕに基づ（誤差を含むものと
なってしまうことになる。

そこで、この支持台（］）に取付けた振動検出器（２）
で検出されると共に、この振動検出器（２）の信号処理
器（２０）から得られた支持台（１）の振動Ｕの信号と
、前記光検出器（５）の信号処理器（３０）から得られ
た振動（ｖ＋ｕ）の信号とを共に演算処理装置（４０）
に入力して、振動（ｖ＋ｕ）から振動Ｕを差し引くこと
によって正確な被測定体（６０）の振動Ｖを求め、これ
を表示装置（５０）により表示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の振動計測装置による振動の計測方法では
、支持台を完全な剛体にしてビームスプリッタや光検出
器の振動と振動検出器の振動に差が生じないように配慮
する必要があるが、実際には支持台を完全な剛体にする
ことは困難であって、振動の検出値を補正しなければな
らない。

その為に、この支持台の振動を振動検出器で検出して補
正しているが、実際にはビームスプリッタや光検出器も
振動しているので、これによって振動の全てを補正した
ことにはなり得ず、ビームスプリッタや光検出器の振動
と振動検出器の振動との差が振動計測装置の測定誤差と
なり、高精度の計測ができないという問題点が残される
。

従って、支持台の振動により派生するビームスプリッタ
等が無振動になるよう制御して、光検出器により被測定
体の振動のみを測定可能にすることにより、高精度の振
動計測ができる振動計測方法およびその装置の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕 本発明の第１発明に係る振動計測方法の要旨は、被測定
体に間けてレーザ光を送信し、該送信レーザ光と被測定
体により反射された反射レーザ光との干渉を検出するこ
とにより被測定体の振動を検出する振動計測方法におい
て、前記送信レーザ光を分岐し、被測定により反射され
た反射レーザ光と、支持台に取付けた圧電体に振動検出
器を介して支持してなる光反射体により反射された反射
レーザ光との干渉を検出するに際し、該光反射体の振動
がＯになるように前記圧電体の伸縮を振動検出器の検出
信号に基づいて作動する圧電体ドライバにより制御する
ことを特徴とする。

また、本発明の第２発明に係る振動計測装置の構成は、
被測定体に向けてレーザ光を送信するし−ザ発信器を備
え、該レーザ光と被測定体により反射された反射レーザ
光との干渉を検出する光検出器を備えると共に、該光検
出器で検出した検出値を処理する信号処理装置とを備え
てなる振動計測装置において、前記送信レーザを分岐す
るビームスプリッタと、分岐したレーザ光を反射させる
光反射体と、支持台に取付けられ、かつ該光反射体を振
動検出器を介して支持する圧電体と、前記振動検出器か
らの検出信号に基づいて該圧電体の伸縮を制御する圧電
体ドライバとを備えてなることを特徴とする。

（作用〕 本発明では振動計測方法およびその計測装置を以上のよ
うにしたので、レーザ発信器から送信された周波数ｆ０
の送信レーザ光は、ビームスプリッタにより分岐され、
分岐された一方のレーザ光は直進して被測定体に到達し
、この被測定体の振動Ｖの影響を受けて変化して周波数
ｆの反射レーザ光となり、ビームスプリッタに戻ると共
に、これにより反射されて光検出器に到達する。

また、分岐された他方のレーザ光はビームスプリッタに
より反射されて光反射体により反射されて再びビームス
プリフタに戻り直進して前記光検出器に到達する。前記
光反射体は支持台の振動を振動検出器を介して受けるこ
とになるが、その振動に基づいて圧電体の伸縮を制御す
ることにより、光反射体が無振動状態に制御ゲインを設
定することができるので、光反射体により反射された反
射レーザ光の周波数はｆｏのまま維持される。

そして、この支持台の撮動を振動検出器を介して振動す
るこの光反射体の振動系は、第３図に示すような振動系
で表される。

つまり、支持台の振動をｘｌとし、圧電体の伸縮変化を
ΔＸとすると、光反射体の振動ｘｔは、ＸヨーＸ、＋Δ
Ｘの式で表すことができる。

そこで、圧電体の伸縮変化ΔＸを制御するための制御ゲ
インをＧとして、Δｘ＝Ｇｘｚとすれば、これら二つの
上式から、 Ｘｓ　／　Ｘ＋　−１／　（Ｉ　　Ｇ）が求められ、制
御ゲインをＧを大きくすることによりＸ　＠　／　Ｘ　
１　を小さくすることができる。

換言すれば、支持台の振動Ｘ、に対して光反射体の振動
ｘ２を小さくすることにより光反射体を静止状態にする
ことができる。

故に、前記被測定物体の振動Ｖの影響を受けた周波数ｆ
の反射レーザ光と、支持台の振動の影響を受けないよう
にした光反射体により反射された周波数ｒ０の反射レー
ザ光とが干渉し、これら両レーザ光の周波数の差（ｒ、
−ｒ）が光検出器により検出される。

〔実施例〕

本発明の実施例を、第１図と第２図とを参照しながら以
下に説明する。

に夫隻班 この第一実施例を、振動計測装置の構成説明図の第１図
を参照しながら説明する。

即ち、図に示す符号Ｏ■は振動計測装置の本体であり、
この本体００）には支持台（４）が取付けられ、この支
持台（４）により振動検出器（２）を介して光反射体（
１）を支持する圧電体（３）を取付けた。そして、本体
（至）に取付けたレーザ発信器（５）とこの本体０（Ｉ
）の外方にセットされる被測定体（７０）の間にビーム
スプリッタ（６）を配設し、次いでこのビームスプリッ
タ（６）により分岐されたレーザ光を前記光反射体（１
）に向けて反射させる反射鏡（７）を配設した。また、
図における上方には被測定体（７０）により反射され、
かつ前記ビームスプリッタ（６）により反射された反射
レーザ光と、前記光反射体（１）に反射され、反射鏡（
７）により反射され、かつビームスプリッタ（６）を透
過する反射レーザ光とを受ける光検出器（８）を前記本
体の上部に取付けると共に、光検出器（８）の出力は信
号処理装置（３０）を介して表示装置に入力する構成と
した。さらに、前記振動検出器（２）の出力を信号処理
装置（３０）を介して、信号処理装置（３０）の出力に
基づいて前記圧電体（３）を伸縮させる圧電体ドライバ
（４０）を介装してなる構成とした。

なお、図に示す符号（２０）はレーザ発信’Ｊｉｉ（５
）用の電源である。

以下、上記構成になる振動計測装置の作用態様を説明す
ると、レーザ発信器（５）から送信された周波数ｆ０の
レーザ光は、ビームスプリッタ（６）により分岐され、
直角に反射された一方のレーザ光は反射鏡（７）により
反射されて光反射体（１）に到達すると共にこれにより
反射されるが、光反射体（１）の振動Ｘ２により周波数
ｒ、の反射レーザ光になって、逆の経路をとり前記ビー
ムスプリッタ（６）を透過して、これが光検出器（８）
により検出される。

また、分岐された他方のレーザ光は直進して被測定体（
７０）により反射され、被測定体（７０）の振動Ｖで周
波数ｆｖのレーザ光となってビームスプリンタ（６）に
より直角に反射され、この反射レーザ光が光検出器（８
）により検出される。

一方、光反射体（１）に取付けた振動検出器（２）の検
出信号が信号処理装置（３０）により２回積分されて光
反射体（１）の振動ｘｔが求められると共に、この振動
ｘ２の値が増幅されて圧電体ドライバ（４０）に伝達さ
れる０次いで、この圧電体ドライバ（４０）により圧電
体（３）が伸縮制御され、増幅により光反射体（１）が
支持台（４）から受ける振動ｘ１が打ち消されついには
光反射体（１）の振動振動Ｘ！がＯになり、静止状態に
なるので、この光反射体（１）により反射された反射レ
ーザ光の周波数はｒｏで維持され続けることになる。故
に、光検出器（８）によって前記両反射レーザ光の周波
数の差（ｆｖ〜「。）が検出され、差（ｒｖ−ｆ６　）
から信号処理装置（５０）により被測定体（７０）の振
動Ｖが求められ、これが表示装置（６０）によって表示
される。

に皇施■ この第二実施例を、振動計測装置の個性説明図の第２図
を参照しながら説明する。

即ち、この振動計測装置は本体０［Ｄと、レーザ電源（
２０）と、信号処理装置（３０）と（５０）と、圧電体
ドライバ（４０）と、表示装置（６０）とから構成され
ている。この本体０■の下部には圧電体（３）が取付け
られてなる支持台（４）を支持すると共に、この圧電体
（３）により振動検出器（２）を介して光反射体（１）
を支持した。また、この本体００１には水平方向に向か
ってレーザ光を送信するレーザ発信器（５）を配設し、
送信レーザ光の進行方向側にこの送信レーザ光を前記光
反射体（１）側向きに反射させ、かつ反反射方向側に屈
折させると共に、光反射体（１）側からのレーザ光を透
過させるビームスプリッタ（６）を配設し、さらに反射
レーザ光と透過レーザ光とを受ける光検出器（８）を本
体の上方に配設した。次いで、光反射体（１）に反射面
が傾斜した反射鏡（ホ）を取付ける一方、この反射鏡に
）によって反射された反射レーザ光の進行方向側にこの
反射鏡（ホ）に向かってレーザ光を反射させる反射ｔｌ
＆（ロ）を取付けた被測定体（７０）をセットしてなる
構成とした。

従って、振動検出器（２）で検出された検出値に基づい
て圧電体（３）の伸縮が制御されるので、この実施例は
上記した第一実施例と同効である。

但し、この構成の振動計測装置では反射鏡（ホ）が振動
するので、第一実施例に比較して振動の測定精度が若干
劣るという問題が残される。

このように、上記した何れの実施例にあっても支持筒の
振動が光反射体（１）に伝えられると、この光反射体（
１）の振動が圧電体（３）の伸縮振動の制御によって打
ち消されるので、従来の振動計測装置に比較してより高
精度で被測定体（７０）の振動を測定することができる
ようになった。

なお、上記した実施例は何れも本発明の具体例にすぎず
、従ってこの発明の技術思想の範囲がこれらの実施例に
よって限定されるものではない。

〔発明の効果］ 本発明になる振動計測方法およびその計測装置によれば
、被測定体により反射される反射レーザ光に干渉せる基
準となるレーザ光を振動検出器を介して圧電体で支持す
ると共に、この圧電体の伸縮を制御することにより、支
持台から光り反射体に伝わる振動を打ち消すようにした
。

従って、支持台の振動の程度の如何に関わらず光反射体
を静止状態に維持することができるので、支持台の剛性
を強固にするまでもなく高精度で被測定体の振動を測定
することが可能になる。

そして、上記したように支持台の剛性を強固にする必要
がないので、振動計測装置自体の軽量化が可能になりそ
の取扱が簡単になるという効果も生じてきた。

従って、本発明によって高精度で振動計測ができる極め
て優れ、かつ有用な振動計測方法およびその計測装置を
実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例になる振動計測装置の構成
説明図、第２図は本発明の第二実施例になる振動計測装
置の構成説明図、第３図は振動系の説明図、第４図は従
来の振動計測装置の構成説明図である。 （１）−光反射体、（２）−振動検出器、（３）−圧電
体、（４）−支持台、（５）−レーザ発信器、（６）−
ビームスプリッタ、（７）−反射鏡、（８）−光検出器
、（１０）−本体（２０）−−レーザ電源、（３０）、
（５０）−信号処理装置、（４０）−一馴動体ドライバ
、（７０）−被測定体、（ホ）−反射鏡。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体に向けてレーザ光を送信し、該送信レー
   ザ光と被測定体により反射された反射レーザ光との干渉
   を検出することにより被測定体の振動を検出する振動計
   測方法において、前記送信レーザ光を分岐し、被測定に
   より反射された反射レーザ光と、支持台に取付けた圧電
   体に振動検出器を介して支持してなる光反射体により反
   射された反射レーザ光との干渉を検出するに際し、該光
   反射体の振動が０になるように前記圧電体の伸縮を振動
   検出器の検出信号に基づいて作動する圧電体ドライバに
   より制御することを特徴とする振動計測方法。
2. （２）被測定体に向けてレーザ光を送信するレーザ発信
   器を備え、該レーザ光と被測定体により反射された反射
   レーザ光との干渉を検出する光検出器を備えると共に、
   該光検出器で検出した検出値を処理する信号処理装置と
   を備えてなる振動計測装置において、前記送信レーザを
   分岐するビームスプリッタと、分岐したレーザ光を反射
   させる光反射体と、支持台に取付けられ、かつ該光反射
   体を振動検出器を介して支持する圧電体と、前記振動検
   出器からの検出信号に基づいて該圧電体の伸縮を制御す
   る圧電体ドライバとを備えてなることを特徴とする振動
   計測装置。