JPH09222353A - 振動ピックアップの校正方法およびその装置 - Google Patents
振動ピックアップの校正方法およびその装置Info
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- JPH09222353A JPH09222353A JP8336496A JP8336496A JPH09222353A JP H09222353 A JPH09222353 A JP H09222353A JP 8336496 A JP8336496 A JP 8336496A JP 8336496 A JP8336496 A JP 8336496A JP H09222353 A JPH09222353 A JP H09222353A
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Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】振動ピックアップの零点法による校正方法にお
いて、測定系の振動レベルの設定を容易にするととも
に、比較的低周波数でかつ根の次数の大きな条件で校正
して校正誤差を小さくする。 【解決手段】マイケルソン式干渉計のホトダイオード15
で検出された「干渉縞の周波数の平均値」と「発振器17
の周波数」との比Ｒｆを比カウンタ20にデジタル表示さ
せ、予め算出された計数値の近傍にＲｆが達するように
発振器のボリウム17ａを操作した後、フィルタ21の出力
が極小となるように発振器17のレベルを微調することに
より、測定系を簡単に所望の振動レベルに設定すること
ができる。
いて、測定系の振動レベルの設定を容易にするととも
に、比較的低周波数でかつ根の次数の大きな条件で校正
して校正誤差を小さくする。 【解決手段】マイケルソン式干渉計のホトダイオード15
で検出された「干渉縞の周波数の平均値」と「発振器17
の周波数」との比Ｒｆを比カウンタ20にデジタル表示さ
せ、予め算出された計数値の近傍にＲｆが達するように
発振器のボリウム17ａを操作した後、フィルタ21の出力
が極小となるように発振器17のレベルを微調することに
より、測定系を簡単に所望の振動レベルに設定すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動の計測に用い
る、圧電形，サーボ形，速度形等の振動ピックアップの
校正方法およびその装置に関し、正弦波を用いた動的方
法による校正方法およびその装置に関する。
る、圧電形，サーボ形，速度形等の振動ピックアップの
校正方法およびその装置に関し、正弦波を用いた動的方
法による校正方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザ光により加振機の正確な加
振加速度Ａ〔ｍ／ｓ2〕を計測するとともに、振動ピッ
クアップの出力Ｖ〔ｍｖ〕を計測することにより、振動
ピックアップの感度Ｓ＝Ｖ／Ａ〔ｍｖ／ｍ・ｓ-2〕を校
正する方法が知られている。そして、レーザ光による加
振加速度（振幅）を計測する光波干渉計は、一般にマイ
ケルソン干渉計が用いられている。ここで、マイケルソ
ン干渉計によるレーザ光の振幅測定の原理について説明
する。図６において、光源（レーザ発光器）１から放射
されたレーザ光はビームスプリッタ（分割鏡）２によっ
て、ほぼ半分は直進し、他の半分は反射され、それぞれ
参照鏡（固定鏡）３および加振機に固定された振動鏡４
ａによって反射され、再び合成され受光器５に入射す
る。
振加速度Ａ〔ｍ／ｓ2〕を計測するとともに、振動ピッ
クアップの出力Ｖ〔ｍｖ〕を計測することにより、振動
ピックアップの感度Ｓ＝Ｖ／Ａ〔ｍｖ／ｍ・ｓ-2〕を校
正する方法が知られている。そして、レーザ光による加
振加速度（振幅）を計測する光波干渉計は、一般にマイ
ケルソン干渉計が用いられている。ここで、マイケルソ
ン干渉計によるレーザ光の振幅測定の原理について説明
する。図６において、光源（レーザ発光器）１から放射
されたレーザ光はビームスプリッタ（分割鏡）２によっ
て、ほぼ半分は直進し、他の半分は反射され、それぞれ
参照鏡（固定鏡）３および加振機に固定された振動鏡４
ａによって反射され、再び合成され受光器５に入射す
る。
【０００３】光源からのレーザ光を［数１］で表す。
【数１】Ｅ(x,t)＝Ｅ0ej(kx-ωt) ここでｋは伝搬定数（２π／λ），ωはレーザ光の角速
度，λはレーザ光の波長である。ビームスプリッタ２と
参照鏡３との距離をｌ1，ビームスプリッタ２と振動鏡
４ａとの距離をｌ2とすれば、分割されたレーザ光
Ｅ1，Ｅ2 は、［数２］，［数３］式で表される。
度，λはレーザ光の波長である。ビームスプリッタ２と
参照鏡３との距離をｌ1，ビームスプリッタ２と振動鏡
４ａとの距離をｌ2とすれば、分割されたレーザ光
Ｅ1，Ｅ2 は、［数２］，［数３］式で表される。
【数２】
【数３】 ここでＲ1，Ｒ2は距離減衰定数，ｄ(ｔ)は加振機の振動
テーブルの変位でありｄ(t)＝ａ0cos（ω0ｔ）と表され
る。
テーブルの変位でありｄ(t)＝ａ0cos（ω0ｔ）と表され
る。
【０００４】さらに受光器で検出されるレーザ光の強度
Ｉ(t)は、［数４］式で表される。
Ｉ(t)は、［数４］式で表される。
【数４】Ｉ(t)＝ｃ│Ｅ1＋Ｅ2│2 で表される。Ｃは定
数（０＜Ｃ＜１）である。したがって、［数１］，［数
２］，［数３］式から［数５］式が成り立つ。
数（０＜Ｃ＜１）である。したがって、［数１］，［数
２］，［数３］式から［数５］式が成り立つ。
【数５】 ここでｌ1とｌ2がほぼ等しい距離で、ビームスプリッタ
に50％透過のハーフミラーを使用し、参照鏡、振動鏡の
反射損失が同じであるとすれば、Ｒ1≒Ｒ2となり、［数
６］式が成り立つ。
に50％透過のハーフミラーを使用し、参照鏡、振動鏡の
反射損失が同じであるとすれば、Ｒ1≒Ｒ2となり、［数
６］式が成り立つ。
【数６】 ここで、ｌ0＝ｌ2−ｌ1，ｄ(t)＝ａ0cos（ω0ｔ）であ
る。
る。
【０００５】干渉光の強度（輝度）は振動鏡４ａの変位
ｄ(t)によって最大と最少を繰り返す。この明暗を干渉
縞という。マイケルソン干渉計による振幅の計測はこの
性質を利用して行なわれる。すなわち、［数６］式で行
路差ｌ0は干渉強度Ｉ(t)の位相のみに依存する。干渉強
度の明暗は振動鏡の変位ｄ(t)による。Ｉ(t)が最大の点
は cos 項が１の場合である。これは（ｌ0＋ｄ(t)）が
λ/２の整数倍のときである。振動鏡４ａの変位ｄ(t)が
レーザ光の１/２波長変位する度ごとに干渉光は一度暗
くなり次いで明るくなる。すなわち、干渉縞の数をＮと
すれば、［数７］式が成り立つ。
ｄ(t)によって最大と最少を繰り返す。この明暗を干渉
縞という。マイケルソン干渉計による振幅の計測はこの
性質を利用して行なわれる。すなわち、［数６］式で行
路差ｌ0は干渉強度Ｉ(t)の位相のみに依存する。干渉強
度の明暗は振動鏡の変位ｄ(t)による。Ｉ(t)が最大の点
は cos 項が１の場合である。これは（ｌ0＋ｄ(t)）が
λ/２の整数倍のときである。振動鏡４ａの変位ｄ(t)が
レーザ光の１/２波長変位する度ごとに干渉光は一度暗
くなり次いで明るくなる。すなわち、干渉縞の数をＮと
すれば、［数７］式が成り立つ。
【数７】
【０００６】以上が干渉縞計数法（Fringe Counting Me
thod）である。図７は振動鏡の振動波形ｄ(t)と干渉光
の干渉波形Ｉ(t)を表している。この図は振幅ａをレー
ザ光の波長λと等しい場合を想定しているので、干渉縞
の数は８個である。振動鏡が１周期の間に発生する干渉
縞の数Ｎは、加振周波数ｆmとＩ(t)の周波数ｆiの比較
で求まる。したがって、［数８］式が成り立つ。
thod）である。図７は振動鏡の振動波形ｄ(t)と干渉光
の干渉波形Ｉ(t)を表している。この図は振幅ａをレー
ザ光の波長λと等しい場合を想定しているので、干渉縞
の数は８個である。振動鏡が１周期の間に発生する干渉
縞の数Ｎは、加振周波数ｆmとＩ(t)の周波数ｆiの比較
で求まる。したがって、［数８］式が成り立つ。
【数８】
【０００７】次に、干渉縞計数法を用いて振動鏡の振幅
の計測を行なった場合の誤差について考えてみる。干渉
縞の数を計測するということは、ある閾値（図８中の点
線）を設定して、この値を下から上へ（または上から下
へ）過る回数を数えることである。振動鏡の振幅ａ0が
レーザ光の半波長（λ/２）の整数倍である場合には行
路差 ｌ0 によらず、また閾値によらず計数は変わらな
い。この場合は誤差を考えなくてもよいが、実際の計測
においては振幅がλ/２の整数倍とは限らない。図８は
振幅ａ0が９λ/８の場合の干渉波形を表している。図８
(A)は行路差による位相が０の場合、図８(B)は位相がπ
/２の場合である。図８(A)では閾値により計数が８また
は10になる。図８(B)では閾値によらず計数は９であ
る。干渉縞計数法では振動鏡が半周期振動する間に最大
で±１個の計数誤差が考えられ、振動鏡が半周期間に移
動する距離は２ａ0であり、この間の干渉縞の数Ｎは
Ｎ＝４ａ0/λである。したがって、誤差率εは［数９］
式で求められる。
の計測を行なった場合の誤差について考えてみる。干渉
縞の数を計測するということは、ある閾値（図８中の点
線）を設定して、この値を下から上へ（または上から下
へ）過る回数を数えることである。振動鏡の振幅ａ0が
レーザ光の半波長（λ/２）の整数倍である場合には行
路差 ｌ0 によらず、また閾値によらず計数は変わらな
い。この場合は誤差を考えなくてもよいが、実際の計測
においては振幅がλ/２の整数倍とは限らない。図８は
振幅ａ0が９λ/８の場合の干渉波形を表している。図８
(A)は行路差による位相が０の場合、図８(B)は位相がπ
/２の場合である。図８(A)では閾値により計数が８また
は10になる。図８(B)では閾値によらず計数は９であ
る。干渉縞計数法では振動鏡が半周期振動する間に最大
で±１個の計数誤差が考えられ、振動鏡が半周期間に移
動する距離は２ａ0であり、この間の干渉縞の数Ｎは
Ｎ＝４ａ0/λである。したがって、誤差率εは［数９］
式で求められる。
【数９】
【０００８】誤差率を小さくするためには振動鏡の振幅
ａ0をレーザ光の波長λに対して充分大きくしなければ
ならない。レーザ光にＨe−Ｎeガスレーザを使用して誤
差率を0.5％以下にするためには、レーザ光の波長λが
0.6328μｍであるから振幅ａ0は31.6μｍ以上必要であ
る。振動鏡がｄ(t)＝ａ0cos（ω0ｔ）で振動していると
すれば、その加速度αはα＝ω0 2ａ0で表される。加振
周波数400Ｈzで振幅を31.6μｍとすれば、そのときの加
速度αは約200ｍ/ｓ2となる。周波数が高くなるにつれ
加振加速度が増大する。
ａ0をレーザ光の波長λに対して充分大きくしなければ
ならない。レーザ光にＨe−Ｎeガスレーザを使用して誤
差率を0.5％以下にするためには、レーザ光の波長λが
0.6328μｍであるから振幅ａ0は31.6μｍ以上必要であ
る。振動鏡がｄ(t)＝ａ0cos（ω0ｔ）で振動していると
すれば、その加速度αはα＝ω0 2ａ0で表される。加振
周波数400Ｈzで振幅を31.6μｍとすれば、そのときの加
速度αは約200ｍ/ｓ2となる。周波数が高くなるにつれ
加振加速度が増大する。
【０００９】上述のとおり干渉縞計数法で２μｍ以下の
振幅測定では大きな誤差を伴う。しかしながら、高い周
波数領域（400Ｈz以上）においての振動ピックアップの
絶対校正は必要である。一方、高い周波数領域では振動
鏡を大きな振幅で加振することに無理がある。したがっ
て微少振幅で高精度な振幅測定法が必要である。そこ
で、干渉縞消失法（零点法）（Zero-point Method）が
提案された。レーザ干渉計における干渉光の強度Ｉ(t)
は、［数６］式から［数10］式となる。
振幅測定では大きな誤差を伴う。しかしながら、高い周
波数領域（400Ｈz以上）においての振動ピックアップの
絶対校正は必要である。一方、高い周波数領域では振動
鏡を大きな振幅で加振することに無理がある。したがっ
て微少振幅で高精度な振幅測定法が必要である。そこ
で、干渉縞消失法（零点法）（Zero-point Method）が
提案された。レーザ干渉計における干渉光の強度Ｉ(t)
は、［数６］式から［数10］式となる。
【数10】 したがって、［数11］式が成立する。
【数11】 ここでフーリエ（Fourier）展開を行なう。フーリエ展
開には次の［数12］式を使用する
開には次の［数12］式を使用する
【数12】
【００１０】フーリエ展開されたＩ(t)は、［数13］式
で表される。
で表される。
【数13】 となり、Ｉ(t)は、cos(４πｌ0/λ）と sin(４πｌ0/
λ）とに分かれている。行路差ｌ0を変化させるこにと
より cos（４πｌ0/λ）＝０，すなわち、sin(４πｌ0/
λ）＝１にすることができる。この場合のＩ(t)は、
［数14］式で表される。
λ）とに分かれている。行路差ｌ0を変化させるこにと
より cos（４πｌ0/λ）＝０，すなわち、sin(４πｌ0/
λ）＝１にすることができる。この場合のＩ(t)は、
［数14］式で表される。
【数14】 さらに振動鏡の振動周波数成分を狭帯域フィルタで取り
出すと、そのフィルタ出力Ｉ(t)は、［数15］式で表さ
れる。
出すと、そのフィルタ出力Ｉ(t)は、［数15］式で表さ
れる。
【数15】 ここでＫfは定数である。したがって、干渉光の強度Ｉf
(t)は振動鏡の振幅ａ0だけに依存する関数となる。
(t)は振動鏡の振幅ａ0だけに依存する関数となる。
【００１１】ここでＪnはベッセル（Bessel）関数であ
り、［数16］式が成り立つ。
り、［数16］式が成り立つ。
【数16】 ｎは０または正の整数であるから［数17］式となり、
［数18］式の条件を当てはめると［数19］式が成立す
る。
［数18］式の条件を当てはめると［数19］式が成立す
る。
【数17】 Γ(ｉ＋ｎ＋１)＝(ｉ＋ｎ)！
【数18】
【数19】 図９はｎが１から５までのベッセル関数の値をグラフ化
したものである。ここでＪ1(Ｚ)のみに注目する。振動
鏡の振幅ａ0は加振機に入力する電流により制御が可能
である。振幅ａ0を徐々に増大させるとフィルタ出力Ｉf
(t)は図７に示すようなベッセル関数Ｊ1(Ｚ)に従って変
化する。途中Ｉf(t)が０になる点がある。これは［数1
5］式のＪ1(Ｚ)＝０の点と等しい。図10は、振動鏡の振
幅（横軸，ａ0μｍ）と、干渉光の強度［干渉光のフィ
ルタ出力（縦軸，Ｉｆ(ｔ)）］との関係を示している。
なお、このフィルタ出力Ｉｆ(t)は実効値電圧計により
電圧として計測、表示される。
したものである。ここでＪ1(Ｚ)のみに注目する。振動
鏡の振幅ａ0は加振機に入力する電流により制御が可能
である。振幅ａ0を徐々に増大させるとフィルタ出力Ｉf
(t)は図７に示すようなベッセル関数Ｊ1(Ｚ)に従って変
化する。途中Ｉf(t)が０になる点がある。これは［数1
5］式のＪ1(Ｚ)＝０の点と等しい。図10は、振動鏡の振
幅（横軸，ａ0μｍ）と、干渉光の強度［干渉光のフィ
ルタ出力（縦軸，Ｉｆ(ｔ)）］との関係を示している。
なお、このフィルタ出力Ｉｆ(t)は実効値電圧計により
電圧として計測、表示される。
【００１２】ここで ４πａ0／λ＝Ｚとすれば、［表
１］（干渉縞消失点の振幅を算出した表）に示すような
Ｚ＝3.83171, 7.01559．……でＪ1(Ｚ)は０になる。す
なわち、Ｊ1(Ｚ)が０になる時の振動鏡の振幅ａ0はλを
0.6328μｍとすれば、ａ0＝0.19296μｍ， 0.35329μｍ
……である。実際の判定ではフィルタの出力Ｉf(t)は
計測器のノイズ、暗振動などの影響により０にはならな
いが、加振機に入力する電流の微調整を行ない、フィル
タの出力Ｉf(t)を最少にするようにする。このことによ
り高精度の理論的振幅で振動鏡を加振させることができ
る。干渉縞消失による最少振幅は、１次のベッセル関数
を利用した場合0.19296μｍである。また０次のベッセ
ル関数を利用すると、最小振幅は0.121μｍとなる。
１］（干渉縞消失点の振幅を算出した表）に示すような
Ｚ＝3.83171, 7.01559．……でＪ1(Ｚ)は０になる。す
なわち、Ｊ1(Ｚ)が０になる時の振動鏡の振幅ａ0はλを
0.6328μｍとすれば、ａ0＝0.19296μｍ， 0.35329μｍ
……である。実際の判定ではフィルタの出力Ｉf(t)は
計測器のノイズ、暗振動などの影響により０にはならな
いが、加振機に入力する電流の微調整を行ない、フィル
タの出力Ｉf(t)を最少にするようにする。このことによ
り高精度の理論的振幅で振動鏡を加振させることができ
る。干渉縞消失による最少振幅は、１次のベッセル関数
を利用した場合0.19296μｍである。また０次のベッセ
ル関数を利用すると、最小振幅は0.121μｍとなる。
【表１】
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、干渉縞
消失法では測定系を所望の加速度に設定するのに図７に
おけるＩf(t)の０点の数を、１，２，３，４，……（次
数）とカウントしながら加振機のレベルを上げていき、
例えば次数８のとき振幅Ａ8が1.30446であることを表１
から読み取り（なお周波数が既知であることから、振幅
から振動加速度は簡単に算出できる）、同時にピックア
ップの出力電圧Ｖ8を読み取って、ピックアップの感度
Ｓ＝Ｖ8／Ａ8を算出している。
消失法では測定系を所望の加速度に設定するのに図７に
おけるＩf(t)の０点の数を、１，２，３，４，……（次
数）とカウントしながら加振機のレベルを上げていき、
例えば次数８のとき振幅Ａ8が1.30446であることを表１
から読み取り（なお周波数が既知であることから、振幅
から振動加速度は簡単に算出できる）、同時にピックア
ップの出力電圧Ｖ8を読み取って、ピックアップの感度
Ｓ＝Ｖ8／Ａ8を算出している。
【００１４】ところで、振動系では、振幅ａ，加速度α
および加振周波数ｆとは［数20］に示される。
および加振周波数ｆとは［数20］に示される。
【数20】ａ＝α／ω2＝α／(２πｆ)2 ［数20］に示す関係にあるから、零点法で校正を行なう
場合、［数20］より加振周波数ｆが低いときには振幅ａ
が大きな値となり次数も増やさねばならず、そのために
はカウントする０点の数が多くなる（例えばｆ＝100Ｈ
ｚ，α＝10ｍ／ｓ2の場合、ａ＝25.3μｍで次数すなわ
ちカウントすべき０点の数は後述の表２より160とな
る）。このことは、カウントに多大の手間と時間とを要
するほか、カウントミス（次数が増加するにつれて干渉
光の強度が、図10に示すように、次第に圧縮され、かつ
外乱等により変動しているため、０点の確認が難しくな
ることによるカウントミス）が発生し、実際には計測が
難しいという問題点がある。本発明は、このような問題
点の解決をはかろうとするものである。
場合、［数20］より加振周波数ｆが低いときには振幅ａ
が大きな値となり次数も増やさねばならず、そのために
はカウントする０点の数が多くなる（例えばｆ＝100Ｈ
ｚ，α＝10ｍ／ｓ2の場合、ａ＝25.3μｍで次数すなわ
ちカウントすべき０点の数は後述の表２より160とな
る）。このことは、カウントに多大の手間と時間とを要
するほか、カウントミス（次数が増加するにつれて干渉
光の強度が、図10に示すように、次第に圧縮され、かつ
外乱等により変動しているため、０点の確認が難しくな
ることによるカウントミス）が発生し、実際には計測が
難しいという問題点がある。本発明は、このような問題
点の解決をはかろうとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定系の計数
値（Ｒf）が所定値になるように、徐々に加振機出力を
上げ、加振機の出力を、測定系の計数値(Ｒｆ)が例えば
次数40の計数値80.50（後述の表２参照）の近傍になる
ように設定し、その後フィルタ出力を極小となるように
発振器の出力レベルを微調する。これにより測定系は次
数40の状態となる。そしてそのときのピックアップの出
力Ｖ40と、そのときの変位（振幅）Ａ40（表２から6.36
7602を読み取る）との比Ｖ40／Ａ40からピックアップ感
度を算出するようにした点を特徴としている。
値（Ｒf）が所定値になるように、徐々に加振機出力を
上げ、加振機の出力を、測定系の計数値(Ｒｆ)が例えば
次数40の計数値80.50（後述の表２参照）の近傍になる
ように設定し、その後フィルタ出力を極小となるように
発振器の出力レベルを微調する。これにより測定系は次
数40の状態となる。そしてそのときのピックアップの出
力Ｖ40と、そのときの変位（振幅）Ａ40（表２から6.36
7602を読み取る）との比Ｖ40／Ａ40からピックアップ感
度を算出するようにした点を特徴としている。
【００１６】すなわち、本発明の振動ピックアップの校
正方法は、発振器と、同発振器により加振されるととも
に振動ピックアップを取り付けられる加振機と、レーザ
発光器と、同レーザ発光器から発光されたレーザ光と上
記振動ピックアップの鏡面で反射された上記レーザ光と
が干渉して生成された干渉縞を検出する光電変換素子
と、からなる光波干渉計と、上記振動ピックアップの出
力を計測する電圧計とをそなえた測定系により、零点法
により振動ピックアップを校正する振動ピックアップの
校正方法において、上記干渉計で検出された干渉縞の強
度をベッセル関数として捉え、同ベッセル関数の根の各
次数に対応する上記加振機の振幅ａと、上記干渉縞の周
波数の平均値と上記発振器の周波数との比Ｒfとを算出
し、上記発振器のレベルを調節して上記測定系における
Ｒfの値を所定の根の次数に対応するＲfi値の近傍に設
定し、その後フィルタ出力を極小となるように発振器の
出力レベルを微調してその時の上記電圧計で計測された
上記振動ピックアップの出力電圧Ｖiと当該根の次数に
対応の加振機の振幅ａiとの比Ｖi／ａiから上記振動ピ
ックアップ感度を算出するようにして課題解決の手段と
している。
正方法は、発振器と、同発振器により加振されるととも
に振動ピックアップを取り付けられる加振機と、レーザ
発光器と、同レーザ発光器から発光されたレーザ光と上
記振動ピックアップの鏡面で反射された上記レーザ光と
が干渉して生成された干渉縞を検出する光電変換素子
と、からなる光波干渉計と、上記振動ピックアップの出
力を計測する電圧計とをそなえた測定系により、零点法
により振動ピックアップを校正する振動ピックアップの
校正方法において、上記干渉計で検出された干渉縞の強
度をベッセル関数として捉え、同ベッセル関数の根の各
次数に対応する上記加振機の振幅ａと、上記干渉縞の周
波数の平均値と上記発振器の周波数との比Ｒfとを算出
し、上記発振器のレベルを調節して上記測定系における
Ｒfの値を所定の根の次数に対応するＲfi値の近傍に設
定し、その後フィルタ出力を極小となるように発振器の
出力レベルを微調してその時の上記電圧計で計測された
上記振動ピックアップの出力電圧Ｖiと当該根の次数に
対応の加振機の振幅ａiとの比Ｖi／ａiから上記振動ピ
ックアップ感度を算出するようにして課題解決の手段と
している。
【００１７】また、上記校正方法を実施する振動ピック
アップの校正装置において、上記光電変換素子の出力と
上記発振器の出力とを入力されて、上記測定系における
上記干渉縞の周波数の平均値と上記発振器の周波数との
比Ｒfを計測する比カウンタを設けて課題解決の手段と
している。さらに、同装置において、上記光電変換素子
をホトダイオードにより構成して課題解決の手段として
いる。また、同装置において、光電変換素子としてホト
トランジスタにより構成して課題解決の手段としてい
る。
アップの校正装置において、上記光電変換素子の出力と
上記発振器の出力とを入力されて、上記測定系における
上記干渉縞の周波数の平均値と上記発振器の周波数との
比Ｒfを計測する比カウンタを設けて課題解決の手段と
している。さらに、同装置において、上記光電変換素子
をホトダイオードにより構成して課題解決の手段として
いる。また、同装置において、光電変換素子としてホト
トランジスタにより構成して課題解決の手段としてい
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施形
態について説明すると、図１は第１実施形態としての振
動ピックアップの校正装置の模式系統図、図２は図１の
Ａ部拡大図であり、図３は第２実施形態としての振動ピ
ックアップの校正装置の模式系統図である。
態について説明すると、図１は第１実施形態としての振
動ピックアップの校正装置の模式系統図、図２は図１の
Ａ部拡大図であり、図３は第２実施形態としての振動ピ
ックアップの校正装置の模式系統図である。
【００１９】まず第１実施形態について説明する。この
第１実施形態のものにも、光波干渉計としてマイケルソ
ン干渉計が用いられており、レーザ発光器１，ビームス
プリッタ２および受光器５対応部材に光電変換素子とし
てのホトダイオード15をそなえている。また加振機４に
振動ピックアップ10が取り付けられており、その端面が
振動鏡４ａを構成する。なお加振機４，レーザ発信器１
は共通の重い防振台30に取り付けられている。振動ピッ
クアップ10は、図２に示すように、ベース10ａ，圧電素
子10ｂおよび質量10ｃより構成され、圧電素子10ｂの出
力が振動ピックアップ10の出力として、前置増幅器11を
介して実効値形電圧計12により表示されるようになって
いる。ホトダイオード15で検出された干渉縞は、前置増
幅器13，増幅器14，パルス発生器16を経て、比カウンタ
20に入力される。
第１実施形態のものにも、光波干渉計としてマイケルソ
ン干渉計が用いられており、レーザ発光器１，ビームス
プリッタ２および受光器５対応部材に光電変換素子とし
てのホトダイオード15をそなえている。また加振機４に
振動ピックアップ10が取り付けられており、その端面が
振動鏡４ａを構成する。なお加振機４，レーザ発信器１
は共通の重い防振台30に取り付けられている。振動ピッ
クアップ10は、図２に示すように、ベース10ａ，圧電素
子10ｂおよび質量10ｃより構成され、圧電素子10ｂの出
力が振動ピックアップ10の出力として、前置増幅器11を
介して実効値形電圧計12により表示されるようになって
いる。ホトダイオード15で検出された干渉縞は、前置増
幅器13，増幅器14，パルス発生器16を経て、比カウンタ
20に入力される。
【００２０】また増幅器14を経て、フィルタ21に入力さ
れ、干渉縞からフィルタ21において振動鏡の周波数成分
だけが取り出されてオシロスコープ22および電圧計23に
入力される。符号17は加振機４の発振器を示しており、
発振器17には加振機４の出力調整用ボリウム17ａが付設
されている。発振器17の出力は電力増幅器18を介して加
振機４に伝えられる。比カウンタ20は、「干渉縞の周波
数の平均値」と「発振器17の周波数」との比を計測して
デジタル表示する機能をそなえている。そしてこの比
（比カウンタ20にデジタル表示された数値）が、表２の
計数値Ｒfに相当する。表２は、表１にＲfの計数値を追
記したものである。
れ、干渉縞からフィルタ21において振動鏡の周波数成分
だけが取り出されてオシロスコープ22および電圧計23に
入力される。符号17は加振機４の発振器を示しており、
発振器17には加振機４の出力調整用ボリウム17ａが付設
されている。発振器17の出力は電力増幅器18を介して加
振機４に伝えられる。比カウンタ20は、「干渉縞の周波
数の平均値」と「発振器17の周波数」との比を計測して
デジタル表示する機能をそなえている。そしてこの比
（比カウンタ20にデジタル表示された数値）が、表２の
計数値Ｒfに相当する。表２は、表１にＲfの計数値を追
記したものである。
【００２１】上述の構成において、加振機４の作動のも
とでレーザ発光器１からレーザ光を鏡面４ａに向かって
照射すると、従来の技術の項で説明したように、干渉縞
が発生し、これがホトダイオード15で検出され、その信
号が比カウンタ20に送られ、比カウンタ20でその時点に
おけるこの測定系のＲfの値がデジタル表示される。し
たがって、比カウンタ20に表示された数値から表２を用
いて、この時点の次数を知ることができる。ボリウム17
ａを操作して加振機４のレベル（出力）を徐々に上げる
と、比カウンタ20に表示される数値も次第に大きくな
る。
とでレーザ発光器１からレーザ光を鏡面４ａに向かって
照射すると、従来の技術の項で説明したように、干渉縞
が発生し、これがホトダイオード15で検出され、その信
号が比カウンタ20に送られ、比カウンタ20でその時点に
おけるこの測定系のＲfの値がデジタル表示される。し
たがって、比カウンタ20に表示された数値から表２を用
いて、この時点の次数を知ることができる。ボリウム17
ａを操作して加振機４のレベル（出力）を徐々に上げる
と、比カウンタ20に表示される数値も次第に大きくな
る。
【００２２】このようにして、比カウンタ20に表示され
るＲfの値が、例えば次数40のときの計数値80.50（表２
に基づく）の近傍に達するまでボリウム17ａの操作で加
振機４のレベルアップをはかる。この操作は、比カウン
タ20の表示を見ながら行なう。その後フィルタ21の出力
が極小となるように、発振器17の出力レベルを微調す
る。フィルタ21の出力は電圧計23に（アナログ）表示さ
れるので、この微調は電圧計23の表示を見ながら行な
う。なお、図10に示した干渉光の強度のフィルタ出力が
実効値電圧計としての電圧計23に電圧として表示され
る。
るＲfの値が、例えば次数40のときの計数値80.50（表２
に基づく）の近傍に達するまでボリウム17ａの操作で加
振機４のレベルアップをはかる。この操作は、比カウン
タ20の表示を見ながら行なう。その後フィルタ21の出力
が極小となるように、発振器17の出力レベルを微調す
る。フィルタ21の出力は電圧計23に（アナログ）表示さ
れるので、この微調は電圧計23の表示を見ながら行な
う。なお、図10に示した干渉光の強度のフィルタ出力が
実効値電圧計としての電圧計23に電圧として表示され
る。
【００２３】上述の操作により、測定系は次数40の状態
となる。このときの振動ピックアップの出力Ｖ40を電圧
計12から読み取ると共に、このときの振幅Ａ40を表２か
ら読み取り（6.367602）、振動ピックアップの感度Ｓ40
＝Ｖ40／Ａ40を算出することができる。また、例えば次
数200の状態における振動ピックアップの感度を求める
ためには、加振機４の出力をさらに増加して、比カウン
タ20に表示される計数値が、次数200の場合の400.50
（表２による）に達した時点の電圧計12の表示Ｖ200を
読み取り、これと次数200の場合の振幅31.680521（表２
による）とから振動ピックアップの感度Ｓ200を算出す
ることができる。
となる。このときの振動ピックアップの出力Ｖ40を電圧
計12から読み取ると共に、このときの振幅Ａ40を表２か
ら読み取り（6.367602）、振動ピックアップの感度Ｓ40
＝Ｖ40／Ａ40を算出することができる。また、例えば次
数200の状態における振動ピックアップの感度を求める
ためには、加振機４の出力をさらに増加して、比カウン
タ20に表示される計数値が、次数200の場合の400.50
（表２による）に達した時点の電圧計12の表示Ｖ200を
読み取り、これと次数200の場合の振幅31.680521（表２
による）とから振動ピックアップの感度Ｓ200を算出す
ることができる。
【００２４】次数ｎと次数ｎ＋１とでは、計数値に約２
の差があることにより、識別が可能であり、したがっ
て、次数の確認を容易にかつ正確に行なうことができ
る。また、光路差ｌ0が変化しても、次数の確認は容易
である。この点を、図４，５を参照しながら詳述する。
図４は、振幅ａ0が0.19296, 加振周波数が100Ｈｚ（曲
線Ｗ1）の場合、光路差ｌ0の４π/λ倍が、：４π／
λ・ｌ0＝０（曲線Ｘ1），：４π／λ・ｌ0＝π／４
（曲線Ｙ1），：４π／λ・ｌ0＝π／２（曲線Ｚ1）
の３つのケースにおける干渉光の波形（図８と同様の波
形）を示している。この例において、閾値が０のとき、
の干渉縞の数（すなわち曲線Ｘ1が閾値を下から上に
過ぎる回数，黒丸で示す）は２，では（Ｘで示す）は
２，では（白丸で示す）は３であり、この例の場合干
渉縞の数は２〜３である。図５は、振幅ａ0が0.35329,
加振周波数が100Ｈｚ（曲線Ｗ2）の場合、光路差ｌ
0が、：ｌ0＝０（曲線Ｘ2），：ｌ0＝π／４（曲線
Ｙ2），：ｌ0＝π／２（曲線Ｚ2）の３つのケースに
おける干渉光の波形（図８と同様の波形）を示してい
る。この例において、閾値が０のとき、の干渉縞の数
（黒丸で示す）は４，では（Ｘ点で示す）は４，で
は（白丸で示す）は５であり、この例の場合干渉縞の数
は４〜５である。上記２つの例からも明らかなように、
光路差ｌ0が変化しても干渉縞の数すなわち次数の確認
は容易であり、したがって、Ｒｆ値を使用した識別が可
能である。図３に示した第２実施形態のものでは、光電
変換素子がホトトランジスタ15ａで構成されている。こ
の第２実施形態のものにおいても第１実施形態のものと
ほぼ同様の作用効果が奏されることはいうまでもない。
なお実際の計測においては、測定系の外乱や加振機の精
度あるいはホトダイオードやホトトランジスタ等の電子
回路の温度変化による影響により、若干の誤差が生じ
る。つまり比カウンタ20の表示が計数値となっていても
測定系が未だ所定の次数に至っていない場合もあるが、
オシロスコープ19上の波形を視認しながらボリウム17ａ
を若干微調節する（出力を若干アップする）ことによ
り、測定系を正確に所望の次数に設定することができ
る。このようにして、加振機のレベルを徐々に上げて所
望の次数の計数値に設定することにより、測定系を所望
の次数に簡単にセットすることができ、所望の高加速度
状態に測定系をセットするまでの手間および時間を短縮
化することができる。
の差があることにより、識別が可能であり、したがっ
て、次数の確認を容易にかつ正確に行なうことができ
る。また、光路差ｌ0が変化しても、次数の確認は容易
である。この点を、図４，５を参照しながら詳述する。
図４は、振幅ａ0が0.19296, 加振周波数が100Ｈｚ（曲
線Ｗ1）の場合、光路差ｌ0の４π/λ倍が、：４π／
λ・ｌ0＝０（曲線Ｘ1），：４π／λ・ｌ0＝π／４
（曲線Ｙ1），：４π／λ・ｌ0＝π／２（曲線Ｚ1）
の３つのケースにおける干渉光の波形（図８と同様の波
形）を示している。この例において、閾値が０のとき、
の干渉縞の数（すなわち曲線Ｘ1が閾値を下から上に
過ぎる回数，黒丸で示す）は２，では（Ｘで示す）は
２，では（白丸で示す）は３であり、この例の場合干
渉縞の数は２〜３である。図５は、振幅ａ0が0.35329,
加振周波数が100Ｈｚ（曲線Ｗ2）の場合、光路差ｌ
0が、：ｌ0＝０（曲線Ｘ2），：ｌ0＝π／４（曲線
Ｙ2），：ｌ0＝π／２（曲線Ｚ2）の３つのケースに
おける干渉光の波形（図８と同様の波形）を示してい
る。この例において、閾値が０のとき、の干渉縞の数
（黒丸で示す）は４，では（Ｘ点で示す）は４，で
は（白丸で示す）は５であり、この例の場合干渉縞の数
は４〜５である。上記２つの例からも明らかなように、
光路差ｌ0が変化しても干渉縞の数すなわち次数の確認
は容易であり、したがって、Ｒｆ値を使用した識別が可
能である。図３に示した第２実施形態のものでは、光電
変換素子がホトトランジスタ15ａで構成されている。こ
の第２実施形態のものにおいても第１実施形態のものと
ほぼ同様の作用効果が奏されることはいうまでもない。
なお実際の計測においては、測定系の外乱や加振機の精
度あるいはホトダイオードやホトトランジスタ等の電子
回路の温度変化による影響により、若干の誤差が生じ
る。つまり比カウンタ20の表示が計数値となっていても
測定系が未だ所定の次数に至っていない場合もあるが、
オシロスコープ19上の波形を視認しながらボリウム17ａ
を若干微調節する（出力を若干アップする）ことによ
り、測定系を正確に所望の次数に設定することができ
る。このようにして、加振機のレベルを徐々に上げて所
望の次数の計数値に設定することにより、測定系を所望
の次数に簡単にセットすることができ、所望の高加速度
状態に測定系をセットするまでの手間および時間を短縮
化することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の振動ピッ
クアップの校正方法およびその装置によれば、次のよう
な効果ないし利点が得られる。 (1) 振動ピックアップの零点法による校正に際し、計数
値が所定値になるように発振器のレベルアップをはかる
だけで、測定系を所望の次数、すなわち加振機を所望の
変位に簡単に設定することができる。 (2) 上記(1)により校正作業の迅速化をはかることがで
き、また作業の自動化が可能となる。 (3) 零点法で計数可能な振動数を下げることができる。 (4) 比較的低周波域でかつ根の次数の大きな条件で振
動ピックアップの校正が可能となり、校正誤差を小さく
できる(Ｓ／Ｎ比を大きくとることができる）。
クアップの校正方法およびその装置によれば、次のよう
な効果ないし利点が得られる。 (1) 振動ピックアップの零点法による校正に際し、計数
値が所定値になるように発振器のレベルアップをはかる
だけで、測定系を所望の次数、すなわち加振機を所望の
変位に簡単に設定することができる。 (2) 上記(1)により校正作業の迅速化をはかることがで
き、また作業の自動化が可能となる。 (3) 零点法で計数可能な振動数を下げることができる。 (4) 比較的低周波域でかつ根の次数の大きな条件で振
動ピックアップの校正が可能となり、校正誤差を小さく
できる(Ｓ／Ｎ比を大きくとることができる）。
【図１】本発明の第１実施形態としての振動ピックアッ
プの校正装置の模式系統図。
プの校正装置の模式系統図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】本発明の第２実施形態としての振動ピックアッ
プの校正装置の模式系統図。
プの校正装置の模式系統図。
【図４】本発明の装置における干渉波形の１例を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図５】本発明の装置における干渉波形の１例を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図６】マイケルソン干渉計の模式図。
【図７】マイケルソン干渉計における振動鏡の振動波形
〔ｄ(t)〕と干渉光の干渉波形〔Ｉ(t)〕を示すグラフ。
〔ｄ(t)〕と干渉光の干渉波形〔Ｉ(t)〕を示すグラフ。
【図８】同振幅ａ0が９λ／８の場合の干渉波を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図９】ｎが１から５までのベッセル関数の値を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図10】振動鏡の振幅と干渉光の強度（フィルタ出力）
との関係を示すグラフ。
との関係を示すグラフ。
１ レーザ発光器（光源） ２ ビームスプリッタ ３ 参照鏡 ４ 加振機 ４ａ 鏡面 ５ 受光器 10 振動ピックアップ 12 実効値形電圧計 15 光電変換素子としてのホトダイオード 15ａ 光電変換素子としてのホトトランジスタ 17 発振器 17ａ ボリウム 20 比カウンタ
【表２】
Claims (4)
- 【請求項１】 発振器と、同発振器により加振されると
ともに振動ピックアップを取り付けられる加振機と、 レーザ発光器と、同レーザ発光器から発光されたレーザ
光と上記振動ピックアップの鏡面で反射された上記レー
ザ光とが干渉して生成された干渉縞を検出する光電変換
素子と、 からなる光波干渉計と、 上記振動ピックアップの出力を計測する電圧計とをそな
えた測定系により、零点法により振動ピックアップを校
正する振動ピックアップの校正方法において、 上記干渉計で検出された干渉縞の強度をベッセル関数と
して捉え、 同ベッセル関数の根の各次数に対応する上記加振機の振
幅ａと、上記干渉縞の周波数の平均値と上記発振器の周
波数との比Ｒfとを算出し、 上記発振器のレベルを調節して上記測定系におけるＲf
の値を所定の根の次数に対応するＲfi値の近傍に設定
し、その後フィルタ出力を極小となるように発振器の出
力レベルを微調してその時の上記電圧計で計測された上
記振動ピックアップの出力電圧Ｖiと当該根の次数に対
応の加振機の振幅ａiとの比Ｖi／ａiから上記振動ピッ
クアップ感度を算出するようにしたことを特徴とする、
振動ピックアップの校正方法。 - 【請求項２】 上記光電変換素子の出力と上記発振器の
出力とを入力されて、上記測定系における上記干渉縞の
周波数の平均値と上記発振器の周波数との比Ｒfを計測
表示する比カウンタが設けられていることを特徴とす
る、請求項１に記載の振動ピックアップの校正方法を実
施するための振動ピックアップの校正装置。 - 【請求項３】 上記光電変換素子がホトダイオードによ
り構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の
振動ピックアップの校正方法を実施するための振動ピッ
クアップの校正装置。 - 【請求項４】 上記光電変換素子がホトトランジスタに
より構成されていることを特徴とする、請求項１に記載
の振動ピックアップの校正方法を実施するための振動ピ
ックアップの校正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08336496A JP3519862B2 (ja) | 1995-12-12 | 1996-03-12 | 振動ピックアップの校正方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-346799 | 1995-12-12 | ||
| JP34679995 | 1995-12-12 | ||
| JP08336496A JP3519862B2 (ja) | 1995-12-12 | 1996-03-12 | 振動ピックアップの校正方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09222353A true JPH09222353A (ja) | 1997-08-26 |
| JP3519862B2 JP3519862B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=26424399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08336496A Expired - Fee Related JP3519862B2 (ja) | 1995-12-12 | 1996-03-12 | 振動ピックアップの校正方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519862B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100437054C (zh) * | 2006-03-09 | 2008-11-26 | 中国计量科学研究院 | 一种单频稳态正弦机械振动幅相特性的校准测量方法 |
| CN105784098A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-20 | 深圳艾瑞斯通技术有限公司 | 一种光纤振动检测方法、装置及系统 |
| CN111486938A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-04 | 中国地质大学（武汉） | 基于自适应滤波的干涉型光纤振动传感探测系统和方法 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP08336496A patent/JP3519862B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100437054C (zh) * | 2006-03-09 | 2008-11-26 | 中国计量科学研究院 | 一种单频稳态正弦机械振动幅相特性的校准测量方法 |
| CN105784098A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-20 | 深圳艾瑞斯通技术有限公司 | 一种光纤振动检测方法、装置及系统 |
| CN111486938A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-04 | 中国地质大学（武汉） | 基于自适应滤波的干涉型光纤振动传感探测系统和方法 |
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|---|---|
| JP3519862B2 (ja) | 2004-04-19 |
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