JPH0454192B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0454192B2 JPH0454192B2 JP24235686A JP24235686A JPH0454192B2 JP H0454192 B2 JPH0454192 B2 JP H0454192B2 JP 24235686 A JP24235686 A JP 24235686A JP 24235686 A JP24235686 A JP 24235686A JP H0454192 B2 JPH0454192 B2 JP H0454192B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- frequency
- photodetector
- output
- rotational
- Prior art date
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、光のドツプラ効果を利用して、音
響機器、情報機器、工作機械等の回転体の回転速
度、回転ムラを計測する回転ムラ測定器に関する
ものである。
響機器、情報機器、工作機械等の回転体の回転速
度、回転ムラを計測する回転ムラ測定器に関する
ものである。
音響機器であるレコードプレーヤ、テープレコ
ーダ、VTRの回転ムラは録音・録画、再生時の
音質、画質を左右する重要な要素であり、回転ム
ラいわゆるワウ・フラツタの良し悪しがこれら機
器の商品価値を決定する。
ーダ、VTRの回転ムラは録音・録画、再生時の
音質、画質を左右する重要な要素であり、回転ム
ラいわゆるワウ・フラツタの良し悪しがこれら機
器の商品価値を決定する。
したがつて、このような分野における回転速
度、回転ムラの測定はこれら機器の検査等に必要
不可欠なものとなつている。
度、回転ムラの測定はこれら機器の検査等に必要
不可欠なものとなつている。
一般に、回転ムラは、第(1)式に示すワウ・フラ
ツタＷ／Ｆという指標で示される。
ツタＷ／Ｆという指標で示される。
Ｗ／Ｆ＝ΔV／Ｖ×100＝Δf／ｆ×100（％） ……(1)
ここでＶ；回転速度（ｍ／分）
ΔV；回転ムラ速度（ｍ／分）
ｆ；回転速度に応じた周波数、Δf；周波数変
調量 第(1)式は、回転速度Ｖに対する回転ムラ速度
ΔVの比の百分率で示され、通常周波数成分とし
て0.2Hz以上の回転ムラ速度について評価される。
調量 第(1)式は、回転速度Ｖに対する回転ムラ速度
ΔVの比の百分率で示され、通常周波数成分とし
て0.2Hz以上の回転ムラ速度について評価される。
回転速度Ｖ（ｍ／分）は、１分間当たりの回転
数Ｎ（rpm）の形で求める必要があり、回転数Ｎ
（rpm）と回転速度Ｖ（ｍ／分）の関係は第(2)式で
示される。
数Ｎ（rpm）の形で求める必要があり、回転数Ｎ
（rpm）と回転速度Ｖ（ｍ／分）の関係は第(2)式で
示される。
Ｎ＝Ｖ／2πr ……(2)
ここで、ｒ：回転半径（ｍ）
第２図は、従来の非接触光学式速度センサを用
い、回転体の回転ムラを計測する回転ムラ測定器
を示す構成図であり、１はモータまたはモータ等
に直結して回転する回転体、２はレーザ装置、３
はレーザ装置２からのレーザ光を二分割するビー
ムスプリツタ、４ａ，４ｂ，４ｃはレーザ光の方
向を変えるためのミラー、５は回転体１から散乱
された光を受信するためのレンズ、６は受信光を
電気信号に変換する光検出器、７は交流増幅器、
８は周波数追跡器、９は周波数追跡器８の出力周
波数をこの周波数に比例したアナログ電圧に交換
する周波数−電圧変換器（以下Ｆ−Ｖ変換器とい
う。）、１０は周波数追跡器８の出力パルス周波数
をカウントする周波数カウンタ、１１はＦ−Ｖ変
換器９の出力電圧を図示していない弁別器を介し
て入力する割算器である。
い、回転体の回転ムラを計測する回転ムラ測定器
を示す構成図であり、１はモータまたはモータ等
に直結して回転する回転体、２はレーザ装置、３
はレーザ装置２からのレーザ光を二分割するビー
ムスプリツタ、４ａ，４ｂ，４ｃはレーザ光の方
向を変えるためのミラー、５は回転体１から散乱
された光を受信するためのレンズ、６は受信光を
電気信号に変換する光検出器、７は交流増幅器、
８は周波数追跡器、９は周波数追跡器８の出力周
波数をこの周波数に比例したアナログ電圧に交換
する周波数−電圧変換器（以下Ｆ−Ｖ変換器とい
う。）、１０は周波数追跡器８の出力パルス周波数
をカウントする周波数カウンタ、１１はＦ−Ｖ変
換器９の出力電圧を図示していない弁別器を介し
て入力する割算器である。
以上の構成の回転ムラ測定器において、レーザ
装置２から発信したレーザ光はビームスプリツタ
３で二分割され、一方のレーザビームはミラー４
ｂ，４ｃで他方のレーザビームはミラー４ａで方
向を変えて、回転体１上の回転半径ｒ（ｍ）に交
差させて照射すると、各々の照射ビームに対応し
た回転体１の散乱光の波長は回転体１の回転半径
ｒ（ｍ）における回転速度Ｖ（ｍ／分）に応じてい
わゆる正負のドツプラシフトを起こす。
装置２から発信したレーザ光はビームスプリツタ
３で二分割され、一方のレーザビームはミラー４
ｂ，４ｃで他方のレーザビームはミラー４ａで方
向を変えて、回転体１上の回転半径ｒ（ｍ）に交
差させて照射すると、各々の照射ビームに対応し
た回転体１の散乱光の波長は回転体１の回転半径
ｒ（ｍ）における回転速度Ｖ（ｍ／分）に応じてい
わゆる正負のドツプラシフトを起こす。
この二つの正負のドツプラシフトを受けた散乱
光をレンズ５で集光し光検出器６に導き電気信号
に変換すると、この電気信号の中には、受信光の
強さに比例する直流信号と第(3)式に示すドツプラ
周波数fdの交流信号（以下ドツプラ信号という）
が存在する。
光をレンズ５で集光し光検出器６に導き電気信号
に変換すると、この電気信号の中には、受信光の
強さに比例する直流信号と第(3)式に示すドツプラ
周波数fdの交流信号（以下ドツプラ信号という）
が存在する。
fd＝2V／λ・sinψ／２ ……(3)
ここに
Ｖ：回転体の回転半径ｒ（ｍ）における回転速
度 λ：レーザ光の波長 ψ：二つの照射ビームの交差角 光検出器６で電気信号に変換されたドツプラ信
号は、微弱で且つＳ／Ｎが低いため交流増幅器７
で増幅され、周波数追跡器８でＳ／Ｎ改善すると
第(3)式に示す回転体１の回転半径ｒ（ｍ）におけ
る回転速度Ｖに比例したドツプラ周波数fdがパル
ス信号として検出できる。回転速度Ｖの中の回転
ムラ速度ΔVは、周波数追跡器８のドツプラ周波
数fdの中の周波数変調量Δfdとして検出される。
度 λ：レーザ光の波長 ψ：二つの照射ビームの交差角 光検出器６で電気信号に変換されたドツプラ信
号は、微弱で且つＳ／Ｎが低いため交流増幅器７
で増幅され、周波数追跡器８でＳ／Ｎ改善すると
第(3)式に示す回転体１の回転半径ｒ（ｍ）におけ
る回転速度Ｖに比例したドツプラ周波数fdがパル
ス信号として検出できる。回転速度Ｖの中の回転
ムラ速度ΔVは、周波数追跡器８のドツプラ周波
数fdの中の周波数変調量Δfdとして検出される。
この周波数変調信号である周波数追跡器８の出
力信号をＦ−Ｖ変換器９に入力すると、Ｆ−Ｖ変
換器９の出力はドツプラ周波数fdに比例した大き
さの直流電圧Ｅとその直流電圧Ｅを中心に回転ム
ラの大きさに比例して上下する交流電圧ΔEの両
方を重畳したアナログ信号となる。Ｆ−Ｖ変換器
９の出力は図示していない弁別器により直流電圧
Ｅと交流電圧ΔEとが弁別され、割算器１１に入
力される。
力信号をＦ−Ｖ変換器９に入力すると、Ｆ−Ｖ変
換器９の出力はドツプラ周波数fdに比例した大き
さの直流電圧Ｅとその直流電圧Ｅを中心に回転ム
ラの大きさに比例して上下する交流電圧ΔEの両
方を重畳したアナログ信号となる。Ｆ−Ｖ変換器
９の出力は図示していない弁別器により直流電圧
Ｅと交流電圧ΔEとが弁別され、割算器１１に入
力される。
一方周波数追跡器８の出力信号は、周波数カウ
ンタ１０にも接続されており、ドツプラ信号fdを
計数表示し直読できるようになつている。
ンタ１０にも接続されており、ドツプラ信号fdを
計数表示し直読できるようになつている。
割算器１１は上記弁別器で弁別された交流電圧
ΔEを直流電圧Ｅで割算することにより回転ムラ
速度ΔV成分を第(1)式に示すように回転速度Ｖと
の比率関係で取り出すようになつているので、回
転体１の回転ムラ速度ΔVを第(1)式に示すワウ・
フラツタＷ／Ｆとして求めることができる。
ΔEを直流電圧Ｅで割算することにより回転ムラ
速度ΔV成分を第(1)式に示すように回転速度Ｖと
の比率関係で取り出すようになつているので、回
転体１の回転ムラ速度ΔVを第(1)式に示すワウ・
フラツタＷ／Ｆとして求めることができる。
上記従来の回転ムラ測定器は、回転体１の回転
ムラを回転体１にレーザを照射し得られるレーザ
ドツプラ周波数fdの周波数変調成分として求めて
いる。しかしながら、回転体１から反射される散
乱光には、上記ドツプラ周波数fdの他、回転体１
の表面状態により１回転毎に周期的に変化する回
転周波数に応じた輝度変調分を含んでいる。
ムラを回転体１にレーザを照射し得られるレーザ
ドツプラ周波数fdの周波数変調成分として求めて
いる。しかしながら、回転体１から反射される散
乱光には、上記ドツプラ周波数fdの他、回転体１
の表面状態により１回転毎に周期的に変化する回
転周波数に応じた輝度変調分を含んでいる。
したがつて、ドツプラ信号は、上記回転周波数
をもつ輝度変調がかかつた信号となり、いわゆる
振幅変調を受ける。
をもつ輝度変調がかかつた信号となり、いわゆる
振幅変調を受ける。
いまドツプラ信号をed（ｔ）＝Ａ（ｔ）Sin
（2πfd・ｔ）とすると、振幅Ａ（ｔ）は、次式で与
えられる。
（2πfd・ｔ）とすると、振幅Ａ（ｔ）は、次式で与
えられる。
Ａ（ｔ）＝2A｛１＋∞
〓n=1
mo・COS（2π nfn・ｔ）｝ ……(4)
ここで、
Ａ：振幅
mo：ｎ次の振幅変調率
fn：回転周波数
ｎ：次数
したがつて、ドツプラ信号ed（ｔ）は、
ed(t)＝Ａ(t)・Sin（2πfd・ｔ）＝2A｛１＋
∞ 〓 〓n=1 mo・COS（2π nfn・ｔ）｝・Sin（2πfd・ｔ）……(
5) 第(5)式は、振幅変調の理論から明らかなように
ドツプラ周波数fdを中心として、側波成分fd±
fm，fd±2fm，……，fd±nfm，……をもつこと
となる。したがつて、従来の回転ムラ測定器はド
ツプラ周波数fdをＦ−Ｖ変換器９でFM検波した
回転ムラ信号の中に、上記振幅変調による側波成
分がスペクトラムfm，2fm，3fm，……，nfmの
位置に生ずることとなり、この擬似的な回転ムラ
信号が、ドツプラ周波数の周波数変調信号である
本来の回転ムラ信号に重畳した形でノイズとして
作用するという問題点を有していた。
∞ 〓 〓n=1 mo・COS（2π nfn・ｔ）｝・Sin（2πfd・ｔ）……(
5) 第(5)式は、振幅変調の理論から明らかなように
ドツプラ周波数fdを中心として、側波成分fd±
fm，fd±2fm，……，fd±nfm，……をもつこと
となる。したがつて、従来の回転ムラ測定器はド
ツプラ周波数fdをＦ−Ｖ変換器９でFM検波した
回転ムラ信号の中に、上記振幅変調による側波成
分がスペクトラムfm，2fm，3fm，……，nfmの
位置に生ずることとなり、この擬似的な回転ムラ
信号が、ドツプラ周波数の周波数変調信号である
本来の回転ムラ信号に重畳した形でノイズとして
作用するという問題点を有していた。
この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、回転体１の表面状態により回転周
波数に対応して振幅変調を受けるドツプラ信号の
振幅変調をなくすことにより、回転ムラ信号の中
に含まれる回転周波数に同期したノイズを除去し
た回転ムラ測定器を得ることを目的とするもので
ある。
されたもので、回転体１の表面状態により回転周
波数に対応して振幅変調を受けるドツプラ信号の
振幅変調をなくすことにより、回転ムラ信号の中
に含まれる回転周波数に同期したノイズを除去し
た回転ムラ測定器を得ることを目的とするもので
ある。
この発明には係る回転ムラ測定器は、回転体１
の表面状態により回転周波数にたいおうして輝度
変調を受ける散乱光のレベル変化をなくすために
光検出器６の増倍率Ｍを変えて直流光成分が一定
な値になるような制御手段を設けたものである。
の表面状態により回転周波数にたいおうして輝度
変調を受ける散乱光のレベル変化をなくすために
光検出器６の増倍率Ｍを変えて直流光成分が一定
な値になるような制御手段を設けたものである。
この発明においては、回転体１の表面状態によ
り１回転ごとに周期的に変化する散乱光のレベル
を光検出器６の増倍率Ｍを変えることで、常に光
検出器６の直流光成分が一定になるような制御手
段を設けることにより、交流増幅器７の出力信号
であるドツプラ信号の振幅を一定に保ち、回転ム
ラ信号の中に含まれる回転周波数に同期したノイ
ズを除去している。
り１回転ごとに周期的に変化する散乱光のレベル
を光検出器６の増倍率Ｍを変えることで、常に光
検出器６の直流光成分が一定になるような制御手
段を設けることにより、交流増幅器７の出力信号
であるドツプラ信号の振幅を一定に保ち、回転ム
ラ信号の中に含まれる回転周波数に同期したノイ
ズを除去している。
第１図はこの発明による一実施例を示す回転ム
ラ測定器の構成出図であり、以下図面に従い説明
する。
ラ測定器の構成出図であり、以下図面に従い説明
する。
図中、１〜１１は上記従来と同じものである。
１４は、散乱光の直流成分を増幅する直流増幅
器、１５は直流増幅器１４の出力信号と参照電圧
Vrefとの差を増幅する誤差増幅器、１６は誤差
増幅器１５の出力電圧により出力電圧が制御され
る光検出器電源である。
器、１５は直流増幅器１４の出力信号と参照電圧
Vrefとの差を増幅する誤差増幅器、１６は誤差
増幅器１５の出力電圧により出力電圧が制御され
る光検出器電源である。
以上の構成の回転ムラ測定器において、光検出
器６としては、光検出器電源１６の電源電圧VB
の大きさに応じて光検出器６の増倍率Ｍが第(6)式
に示すように変化するアバランシエホトダイオー
ド（以下APDという）が使用される。
器６としては、光検出器電源１６の電源電圧VB
の大きさに応じて光検出器６の増倍率Ｍが第(6)式
に示すように変化するアバランシエホトダイオー
ド（以下APDという）が使用される。
Ｍ＝ｋ・V〓〓 ……(6)
ここで、ｋ，α；定数
回転体１の回転に応じて表面状態に対応して散
乱し光が変化すると光検出器６の出力電圧も変化
し、直流増幅器１４で増幅される。直流増幅器１
４の出力電圧は、参照電圧Vrefと大小が比較さ
れ、参照電圧Vrefの差の電圧として誤差増幅器
１５に入力される。誤差増幅器１５の出力電圧は
直流増幅器１４の出力電圧と参照電圧Vrefとの
差の電圧により増減し光検出器１６の電源電圧
VBを変化させることで光検出器１６の増倍率Ｍ
を第(6)式に示すように変えている。
乱し光が変化すると光検出器６の出力電圧も変化
し、直流増幅器１４で増幅される。直流増幅器１
４の出力電圧は、参照電圧Vrefと大小が比較さ
れ、参照電圧Vrefの差の電圧として誤差増幅器
１５に入力される。誤差増幅器１５の出力電圧は
直流増幅器１４の出力電圧と参照電圧Vrefとの
差の電圧により増減し光検出器１６の電源電圧
VBを変化させることで光検出器１６の増倍率Ｍ
を第(6)式に示すように変えている。
いま、散乱光のレベルに対応する直流増幅器１
４の出力電圧が参照電圧Vrefより低い場合、誤
差増幅器１５の出力電圧が増加し、すなわち光検
出器電源１６電圧を増加するように、反対に直流
増幅器１４の出力電圧が参照電圧Vrefより高い
場合、誤差増幅器１５の出力電圧が減少し光検出
器電源１６電圧を減少するように作用させれば、
散乱光のレベル変化に追従して常に直流増幅器１
４の出力電圧が参照電圧Vrefに等しくなるよう
光検出器６の増倍率Ｍが制御される。
４の出力電圧が参照電圧Vrefより低い場合、誤
差増幅器１５の出力電圧が増加し、すなわち光検
出器電源１６電圧を増加するように、反対に直流
増幅器１４の出力電圧が参照電圧Vrefより高い
場合、誤差増幅器１５の出力電圧が減少し光検出
器電源１６電圧を減少するように作用させれば、
散乱光のレベル変化に追従して常に直流増幅器１
４の出力電圧が参照電圧Vrefに等しくなるよう
光検出器６の増倍率Ｍが制御される。
したがつて、交流増幅器７の出力信号であるド
ツプラ信号の振幅も常に一定に保たれ、ドツプラ
信号の振幅変調がなくなるため上記振幅変調によ
り回転ムラ信号の中に含まれる回転周波数に同期
したノイズを除去した回転ムラ測定器となる。
ツプラ信号の振幅も常に一定に保たれ、ドツプラ
信号の振幅変調がなくなるため上記振幅変調によ
り回転ムラ信号の中に含まれる回転周波数に同期
したノイズを除去した回転ムラ測定器となる。
以上のようにこの発明によれば、光検出器６の
出力電圧を検出し、光検出器６の増倍率Ｍを変え
て、光検出器６の出力電圧が常に一定になるよう
にしたので、回転体１の表面状態により回転周波
数に対応して振幅変調を受けるドツプラ信号の振
幅変調をなくし、回転ムラ信号の中に含まれる回
転周波数に同期したノイズを除去した回転ムラ測
定器が提供できる。
出力電圧を検出し、光検出器６の増倍率Ｍを変え
て、光検出器６の出力電圧が常に一定になるよう
にしたので、回転体１の表面状態により回転周波
数に対応して振幅変調を受けるドツプラ信号の振
幅変調をなくし、回転ムラ信号の中に含まれる回
転周波数に同期したノイズを除去した回転ムラ測
定器が提供できる。
第１図はこの発明の一実施例を示す回転ムラ測
定器の構成図、第２図は従来の回転ムラ測定器の
構成図である。 図中、１４は直流増幅器、１５は誤差増幅器、
１６は光検出器電源である。なお、図中同一符号
は同一又は相当部分を示す。
定器の構成図、第２図は従来の回転ムラ測定器の
構成図である。 図中、１４は直流増幅器、１５は誤差増幅器、
１６は光検出器電源である。なお、図中同一符号
は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 特定の波長の光を出力するレーザと、上記レ
ーザの出力ビームを２分割するビームスプリツタ
と、上記２分割したレーザビームを受けて回転体
上に互いに交差させて照射する複数のミラーと、
上記二つの照射ビームの各々について回転体の速
度に応じてドツプラシフトを起した散乱光を一緒
に受信するレンズと、上記レンズで受信したドツ
プラ信号を含む散乱光を電気変換する光検出器
と、上記光検出器の出力を増幅する交流増幅器
と、上記増幅された信号からドツプラ周波数を検
出する周波数追跡器と、上記周波数追跡器の出力
信号であるドツプラ周波数を、ドツプラ周波数に
比例したアナログ電圧に変換する周波数−電圧変
換器と、上記周波数−電圧変換器から出力された
ドツプラ周波数に比例した大きさの直流電圧とそ
の直流電圧を中心に回転ムラの大きさに比例して
上下動する交流電圧とを入力し、回転体の回転ム
ラ速度を回転速度との比率関係で取り出す手段と
を備えた回転ムラ測定器において、上記回転体の
表面状態により回転体１回転ごとに周期的に変化
する上記光検出器の直流信号を増幅する直流増幅
器と、上記光検出器の増倍率を変化させる光検出
器電源と、上記直流増幅器の出力電圧を参照電圧
と比較し、上記直流増幅器の出力電圧が上記参照
電圧と等しくなるように上記光検出器電源の電圧
を制御する制御手段とを具備したことを特徴とす
る回転ムラ測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24235686A JPS6396584A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 回転ムラ測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24235686A JPS6396584A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 回転ムラ測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6396584A JPS6396584A (ja) | 1988-04-27 |
| JPH0454192B2 true JPH0454192B2 (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=17087971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24235686A Granted JPS6396584A (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 回転ムラ測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6396584A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06109843A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-04-22 | Graphtec Corp | ドップラ効果を利用した測定器 |
-
1986
- 1986-10-13 JP JP24235686A patent/JPS6396584A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6396584A (ja) | 1988-04-27 |
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