JPH02259433A - 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くす
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ｒ０、ｆと光速Ｃとにより、前記被測定
体の振動Ｖを、 Ｖ”ｃ　（ｆｏ　　ｒ　）　／　（ｆｏ　＋　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Ｃωは振動計測装置の本体であり、
この本体００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）からビームスプリンタ（４
）に向けて周波数ｆ０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ｆ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）および反射体【６）によって
反射され、周波数ｆ０のまま光検出器（５）に到達する
。さすれば、光検出器（５）では両レーザ光の周波数の
差（ｆ−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で振動していれば、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
定体く６０）の振動Ｖとこの支持台（１）の振動Ｕとの
両振動が加わるので、光検出器（５）の出力は支持台（
１）の振動Ｕに基づく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（１）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十ｕ）の信号とを共に演算処理装置Ｆ（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。

それ故、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
とにはなり得す、ビームスプリフ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、支持台に振動検出器を取付け、該支
持台に取付けた圧電体により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。

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
るビームスプリフタと、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る振動検出器と、該支
持台に取付けられ、かつ前記光反射体を支持する圧電体
と、前記振動検出器からの検出信号に基づき該圧電体の
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「。

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
ｒの反射レーザ光となり、ビームスプリフタに戻ると共
に、これにより屈折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
より屈折されて光反射体により反射されて再びビームス
プリッ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圧電体を介して受けることに
なるが、この支持台の振動が振動検出器により検出され
、かつその検出した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ｆ、のまま維持される。そして
、この支持台の振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。

ここで、支持台の振動をＸＩ、圧電体の伸縮変化をΔＸ
、また光反射体の振動をＸ２とすると、ｘ８は式Ｘｔ−
ＸＩ　＋ΔＸと表すことができる。

そこで、圧電体の伸縮変化ΔＸを制御するため前記支持
台の振動を検出する振動検出器の信号より、ΔＸ　！　
−）［、とすれば、 Ｘ　１ｍ　ｚ　、＋ΔＸ−Ｘ＋　　　ｘ＋−０にするこ
とができる。

換言すれば、支持台の振動ＸＩに対して光反射体の振動
ｘ２を小さ（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
ｆ０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。

に皇隻班 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０ω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）の−側面には振動検出器（２）を、またこの振
動検出器（２）の反対側の他の側面には光反射体（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Ｑ［Ｄ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、かつビーム
スプリッタ（６）により反射された反射レーザ光と、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（６０）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）
はレーザ発信器（５）用の１を源である。

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ｆ、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Ｘｔにより周波
数ｒ１の反射レーザ光になって、逆の経路をとりビーム
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（７
０）の振動Ｖで周波数りのレーザ光となってビームスプ
リッタ（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、支持台（４
）に取付けられた振動検出器（２）の検出信号が信号処
理装置（３０）により２回積分されて支持台（４）の振
動が検出されるが、光反射体（１）には圧電体（３）を
介して支持台（４）の振動が直接伝わるので、振動検出
器（２）で検出された振動は光反射体（１）の振動Ｘ、
と同じであり、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Ｘ、が
打ち消されついには光反射体（１）の振動振動ｘ２が０
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ｆｏ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（ｒｖ−ｒ。）が検出され、
この差（ｆｖ−ｆｏ）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。

髪二裏隻■ 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００）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００の下部には、下側面に振動検出
器（２）を、上側面には圧電体（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
より光反射体（１）を支持した。また、この本体０■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分岐用のビームスプリンタ（
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０次いで
、光反射体（１）に反射面が傾斜した反射鏡（ハ）を取
付ける一方、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（ハ）の方向にレーザ光を
反射させる反射鏡（ホ）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台
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く、しかもこの発明の技術
思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在
である。

〔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
。

故に、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）、（ハ）−反射鏡、（８）−
光検出器、Ｏ［Ｘｌ−本体、（３０）、（５０）−信号
処理装置、（４０）−圧電体ドライバ、（７０Ｌ−被測
定体。

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、支持台に振動検出器を
   取付け、該支持台に取付けた圧電体により支持してなる
   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る振動検出器と
   、該支持台に取付けられ、かつ前記光反射体を支持する
   圧電体と、前記振動検出器からの検出信号に基づき該圧
   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。