JPH0530205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学的振動解析装置に関するもので
ある。

［従来技術］ 発電機の規模から、データ処理に用いられる磁
気デイスク・フアイルにいたるまでの高速回転部
品を包含する製品における振動解析は、開発工程
の重要な部分を占めるものである。磁気デイス
ク・フアイルにおいて、回転速度および読み書き
ヘツドの飛翔の高さは、数ミクロン程度の好まし
からざる振動が存在すると製品に誤動作が発生す
るという微妙なものである。

“Mechanical Vibration Measurements
Using ａ Fibre Opitic Laser−Doppler
Probe”，by R.A.Cookson and P.
Bandyopadhyay in Optics and Laser
Technology，pp.33−36，February 1978なる刊
行物は、ひずみ計、二重パルス・ホログラフ・シ
ステムを使用することからレーザ・ドツプラ・プ
ロセスにいたる振動解析手法の発展を概説したも
のである。本刊行物は、フレキシブル・フアイバ
の光プローブを使用してレーザ・ドツプラ手法を
拡張し、直視できない振動部品の解析を可能とす
ることを提案している。

同様な考えが、Optics Communication，
Vol.23，No.３，December 1977，pp.407−409の
“Flexible Coherent Optical Probe for
Vibration Measurement”，by Ueda，Shibata
and Tsujichiなる記事に記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ レーザ・ドツプラ・プロセスを使用した場合、
幾つかの欠点がある。レーザ自体の取り付けを取
り上げても、光学台が必要であり、また検査対象
の機械をレーザに対して堅固に保持することが必
要となる。レーザは高価な装置である。本発明
は、光学台や高価な光学装置の必要ない、振動プ
ローブを手で持つていられる、検査する装置を動
かしたり、これに接触する必要がない、といつた
利点を有するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、下記を包含することを特徴と
する所定の視野を有するフアイバ光プローブを含
む光学的解析装置が提供される。

非コヒーレント光源によつて、振動解析される
機械系の選択された表面の所定の区域を照明する
ための手段。

上記区域と重なる検出視野を有する光フアイ
バ・フローブ。

上記光フアイバ・フローブによつて検出された
光の強さを示す電気信号を発生するための光強度
検出装置。

上記機械系の選択された被励振部分に振動を与
えるための励振信号を供給する発振器手段。

上記励振信号に応答し、上記励振信号が上記機
械系の上記被励振部分に与える正味の機械的振動
を表わす基準信号を発生する二重積分回路。

上記基準信号及び上記電気信号を受取り、各信
号から上記励振信号の周波数に対応する周波数成
分を取出すためのトラツキング・フイルタ。

上記トラツキング・フイルタによつてフイルタ
された上記基準信号及び上記電気信号に応答して
両信号の差異を表わす出力を発生する手段。

［実施例］ 第１図は、２つの動作モード、すなわち、サー
チ・モードおよび解析モードを有する光学的振動
解析装置を示している。サーチ・モードは、振動
解析される機械系の中の振動する部分の物理的位
置を探し出すために用いられ、解析モードは、サ
ーチ・モードで見つかつた振動部分の振動特性を
正確に分析するために用いられる。第１図の光学
的振動解析装置は伝達関数解析器１および掃引発
振器２を含む。掃引発振器２は、振動解析される
機械系の選択された被励振部分に振動を与えるた
めの励振信号を発生する。励振信号は励振駆動増
巾器３を介して励振器４に印加される。励振器４
は、励振信号に応答して既知の周波数の振動を誘
起するために用いられる。第１図では、表面２８
の上部に位置する被励振部分を励振した時の表面
２８の振動を測定するものとしている。

励振器４には二重積分回路５が接続される。二
重積分回路５の目的は、共振効果が存在しない時
の被励振部分の機械的振動、すなわち、励振器４
が被励振部分に与える正味の機械的振動を取出す
ことである。解析モードにおいては、共振の大き
さなどの特性を調べることが必要になるが、共振
特性を分析するためには、励振器４によつて被励
振部分に与えられる正味の機械的振動を比較基準
として用いることが必要である。二重積分回路５
は、解析モードにおいてこの比較基準を与えるた
めに用いられる。励振器４の抵抗端には、励振器
４によつて被励振部分に与えられる力、従つて被
励振部分の加速度に比例した電圧が現われる。加
速度は物体位置の時間に関する２次導関数である
から、励振器の電圧を二重積分回路５で２回積分
することにより、共振効果が存在しない状態にお
ける被励振部分の位置を表わす信号、従つて励振
器４によつて被励振部分に与えられる正味の機械
的振動を表わす信号を基準信号として取出すこと
ができる。

二重積分回路５の出力は二重トラツキング・フ
イルタ６の一方のフイルタの入力に印加される。
二重トラツキング・フイルタ６の他方のフイルタ
の入力には、光プローブ１０または１１からの出
力がスイツチ１２を介して印加される。二重トラ
ツキング・フイルタ６は掃引発振器２からの励振
信号の周波数に対応する周波数成分のみを通す狭
い通過帯域幅を有し、それぞれの入力信号からノ
イズ成分（背景の干渉信号）を除去する。二重ト
ラツキング・フイルタ６は伝達関数解析器１から
線２３を介して周波数制御信号を受取り、掃引発
振器２の周波数の変化に追従して通過帯域幅が変
わるように構成されている。

二重トラツキング・フイルタ６によつてフイル
タされた二重積分回路５からの出力すなわち基準
信号はスイツチ７を介して伝達関数解析器１の入
力８に供給される。スイツチ７は、サーチ・モー
ドにおいて掃引発振器２の出力を伝達関数解析器
の入力８に結合し、解析モードにおいて基準信号
を入力８に結合する。

二重トラツキング・フイルタ６によつてフイル
タされた光プローブ１０または１１からの出力は
伝達関数解析器１の入力９に供給される。スイツ
チ１２はサーチ・モードにおいて光プローブ１１
をフイルタ６に接続し、解析モードにおいて光プ
ローブ１０をフイルタ６に接続する。また、サー
チ・モードにおいてはスイツチ２５が閉じられ、
光プローブ１１からのフイルタされた出力が線２
４により可聴振幅モニタ２６に供給される。

光プローブ１０は角度をつけられた解析プロー
ブであり、２本の光フアイバ・チユーブ１３及び
１４、非コヒーレント光源である匕化ガリウム発
光ダイオード１５、光感知ダイオード１６、およ
び低雑音増幅器１７からなつている。

光プローブ１１はパラレル・サーチ・プローブ
であり、２本の光フアイバ・チユーブ１８および
１９、非コヒーレント光源である匕化ガリウム発
光ダイオード２０、光感知ダイオード２１、およ
び低雑音増幅器２２からなつている。

光プローブの動作は第２図および第３図に示さ
れている。第２図は光プローブ１０を示してい
る。光プローブ１０は線２９で示される範囲内で
振動する振動面２８に近接して配置されている。
光源フアイバ１３は区域３０を照明し、検出フア
イバ１４は区域３１を見ている、すなわち、区域
３１を検出視野としている。検出視野３１は照明
区域３０と重なつており、検出フアイバ１４は重
畳区域３２からの光を受け取る。

重畳区域３２の大きさは、表面２８がプローブ
に対して接近後退を行うのに応じて、減少増加す
る。振動を３段階に分けて第３図に示したが、こ
の図において区域３２は表面２８が線３４で示す
ようにプローブに最接近したときに、最も小さく
なり、また最大面積は線３５で示すように、表面
が最も離れたときであり、平均面積は線３３で示
されている。

フアイバ１４によつて検出される光量は、区域
３２の大きさの変動に比例して変化し、したがつ
て検出ダイオード１６は、表面２８の運動に比例
して変化する光の面積に比例した電圧を生じる。

解析モードで用いられる光プローブ１０の光源
フアイバ１３および検出フアイバ１４の先端部は
内側に傾けられているのに対し、サーチ・モード
で用いられる光プローブ１１の光源フアイバ１８
および検出フアイバ１９の先端部は平行にされて
いる。従つて、光プローブ１０では、重畳区域３
２が形成される範囲が浅くかつ短くなるが、表面
２８の位置変化に対する検出光量の変化の割合が
大きくなり、高感度である。逆に、光プローブ１
１では、感度が低くなる代わりに、重畳区域３２
が形成される範囲が深くかつ長くなる。従つて光
プローブ１１では、検出可能な振動表面−プロー
ブ間の距離範囲が広くなり、また振動表面−プロ
ーブ間の距離が多少変動しても大きな影響を与え
ない。従つて光プローブ１１は、サーチ・モード
において光プローブ１１を手に持つて動かして振
動部分を検出するのに適している。

伝達関数解析器１はサーチ・モードの時は光プ
ローブ１１の増幅器２２のフイルタされた出力を
入力９に受取り、解析モードの時は光プローブ１
０の増幅器１７のフイルタされた出力を入力９に
受取る。伝達関数解析器１は入力８の基準信号お
よび入力９の検出信号を比較し、２つの入力信号
の差異を表わす出力信号を発生する。伝達関数解
析器１では基準信号と検出信号の位相差および振
幅差が通常調べられる。伝達関数解析器１の出力
は線２７によりプロツタ、オシロスコープまたは
他の類似の出力装置に供給される。

動作において、サーチ・モードの時は、掃引発
振器２がスイツチ７により伝達関数解析器１の入
力８に接続され、光プローブ１１がスイツチ１２
により二重トラツキング・フイルタ６に接続さ
れ、またスイツチ２５が閉じられる。光プローブ
１１を手に持つて機械系の表面に沿つて動かすこ
とにより、振動部分の位置は可聴振幅モニタ２６
からの可聴出力音によつて指示される。可聴出力
音の大きさおよび周波数は表面２８の振動の大き
さおよび周波数と対応する。伝達関数解析器１は
光プローブ１１によつて検出される振動特性を表
わす出力を発生する。サーチ・モードにおいて見
つかつた振動部分の特性は解析モードにおいて正
確に分析される。

解析モードにおいては、二重積分回路５のフイ
ルタされた出力がスイツチ７により基準信号とし
て伝達関数解析器１の入力８に供給され、また光
プローブ１０がスイツチ１２により二重トラツキ
ング・フイルタ６に接続される。解析モードの場
合、光プローブ１０は振動部分の位置に固定して
保持される。伝達関数解析器１は入力される２つ
の信号に基いて、振動部分の振動特性を解析す
る。

他の実施例が第４図に示されているが、この図
においては表面２８の振動に光を当てるのに白色
光源４０が使用されており、かつ単一の検出フア
イバ・プローブが使用されている。本実施例の動
作は第１図の解析モードと同様であるが、検出さ
れる光の振動が表面の不連続性および組織の相違
によつてつくられる影の部分によることだけが異
なつている。

図示の振動面は通常、平坦なものではなく、さ
まざまな角度の付いた要素からなるものであつて
光の当たる部分と影の部分とを与える。

［発明の効果］ 通常の方法で機械振動、特に寄生振動を分析す
るのは難しい。また、検査すべき機械に触れた
り、機械を動かしたりすると、特定の振動か消滅
する。本発明によれば、機械を動かしたり、これ
に接触することなく、光振動プローブによつて簡
単に分析でき、また従来のように光学台や高価な
光学装置を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例の機能ブロツ
ク図である。第２図および第３図は、光プローブ
の動作を示す図である。第４図は、本発明の他の
実施例の図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動解析される機械系の選択された表面の所
   定の区域を照明するための第１の照明用光フアイ
   バと、該第１の照明用光フアイバの照明区域と重
   なる検出視野を有する第１の検出用光フアイバ
   と、該第１の検出用光フアイバによつて検出され
   た光の強さを示す電気信号を発生するための第１
   の光強度検出装置とを有し、上記表面の位置変化
   に対する、上記照明区域と上記検出視野との重畳
   区域の面積の変化の割合が小さいサーチ・モード
   用の第１の振動検出光プローブと、 振動解析される機械系の選択された表面の所定
   の区域を照明するための第２の照明用光フアイバ
   と、該第２の照明用光フアイバの照明区域と重な
   る検出視野を有する第２の検出用光フアイバと、
   該第２の検出用光フアイバによつて検出された光
   の強さを示す電気信号を発生するための第２の光
   強度検出装置とを有し、上記表面の位置変化に対
   する、上記照明区域と上記検出視野との重畳区域
   の面積の変化の割合が大きい解析モード用の第２
   の振動検出光プローブと、 上記機械系の選択された被励振部分に振動を与
   えるための励振信号を供給する発信器手段と、 上記励振信号に応答し、上記励振信号が上記機
   械系の上記被励振部分に与える正味の機械的振動
   を表わす基準信号を発生する二重積分回路と、 上記第１の光強度検出装置及び上記第２の光強
   度検出装置の一方の出力を選択するスイツチと、 上記基準信号を受取る第１の入力及び上記スイ
   ツチによつて選択された出力の電気信号を受取る
   第２の入力を有し、各信号からの上記励振信号の
   周波数に対応する周波数成分を取出すためのトラ
   ツキング・フイルタと、 上記トラツキング・フイルタによつてフイルタ
   された上記基準信号及び上記電気信号に応答して
   両信号の差異を表わす出力を発生する手段とを含
   む光学的振動解析装置。