JPH0953912A - レーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法 - Google Patents
レーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変位計測、振動計測の信頼性を高めるため
に、より広い周波数範囲とより微小な変位に対して対応
することが可能な新しいレーザー変位計・レーザー振動
計の周波数特性測定法を提供する。 【解決手段】 金属丸棒１０の一方の端面１１に衝撃を
加えると、その丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸棒
の他方の端面１２で反射する際に端面のパルス的な動的
変位を発生する。この動的変位に対して、基準となるレ
ーザーを用いたレーザー干渉計による測定と、周波数応
答特性が未知であるレーザー変位計またはレーザー振動
計による測定を同時に行い、両者の測定結果を周波数領
域で比較することによって、周波数応答特性を求める。
に、より広い周波数範囲とより微小な変位に対して対応
することが可能な新しいレーザー変位計・レーザー振動
計の周波数特性測定法を提供する。 【解決手段】 金属丸棒１０の一方の端面１１に衝撃を
加えると、その丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸棒
の他方の端面１２で反射する際に端面のパルス的な動的
変位を発生する。この動的変位に対して、基準となるレ
ーザーを用いたレーザー干渉計による測定と、周波数応
答特性が未知であるレーザー変位計またはレーザー振動
計による測定を同時に行い、両者の測定結果を周波数領
域で比較することによって、周波数応答特性を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業上広く用いら
れているレーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性
測定法に関するものである。さらに詳しく言えば、本発
明は、新しい高速微小変位発生技術を用いて発生させた
動的な変位を、基準となるレーザー干渉計で計測した結
果またはそれと同程度のレーザー干渉計で計測した結果
と、周波数が未知であるレーザー変位計ないしはレーザ
ー振動計で計測した結果とを、相互に比較することによ
って、高速微小変位、微小振動の計測におけるトレーザ
ビリティの確立を図るための周波数特性測定法に関する
ものである。
れているレーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性
測定法に関するものである。さらに詳しく言えば、本発
明は、新しい高速微小変位発生技術を用いて発生させた
動的な変位を、基準となるレーザー干渉計で計測した結
果またはそれと同程度のレーザー干渉計で計測した結果
と、周波数が未知であるレーザー変位計ないしはレーザ
ー振動計で計測した結果とを、相互に比較することによ
って、高速微小変位、微小振動の計測におけるトレーザ
ビリティの確立を図るための周波数特性測定法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ドップラーシフトやヘテロダイン光干渉
にもとづく光干渉を原理として、変位や振動を測定する
レーザー変位計・レーザー振動計は、従来から産業界で
広く用いられてきているが、高速微小変位を直流成分に
近い領域から広い周波数範囲にわたって発生させる方法
がなかったため、それら計測器の信頼性、確からしさを
評価する方法がなかった。
にもとづく光干渉を原理として、変位や振動を測定する
レーザー変位計・レーザー振動計は、従来から産業界で
広く用いられてきているが、高速微小変位を直流成分に
近い領域から広い周波数範囲にわたって発生させる方法
がなかったため、それら計測器の信頼性、確からしさを
評価する方法がなかった。
【０００３】一方、近年では、欧米先進諸国でも行われ
ているマイクロマシン技術の開発に見られるように、従
来よりもはるかに微小な構造物の運動を測定する必要性
が高まっており、計測が必要となる周波数帯域は従来よ
りも広くなっている。したがって、レーザー変位計・レ
ーザー振動計による計測の信頼性に対する要求はより厳
しくなっている。その結果、ユーザ、計測機器メーカ
は、従来にはなかった新しい高速微小変位、高速微小振
動の発生方法が必要になっている。
ているマイクロマシン技術の開発に見られるように、従
来よりもはるかに微小な構造物の運動を測定する必要性
が高まっており、計測が必要となる周波数帯域は従来よ
りも広くなっている。したがって、レーザー変位計・レ
ーザー振動計による計測の信頼性に対する要求はより厳
しくなっている。その結果、ユーザ、計測機器メーカ
は、従来にはなかった新しい高速微小変位、高速微小振
動の発生方法が必要になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、このような事情のもとで、変位計測、振動計測の信
頼性を高めるために、より広い周波数範囲とより微小な
変位に対して対応することが可能な、新しいレーザー変
位計・レーザー振動計の周波数特性測定法を提供するこ
とにある。さらに具体的な本発明の技術的課題は、レー
ザー変位計・レーザー振動計の計測可能な周波数対域
を、ドップラーシフトの原理などにもとづいて単に理論
で導くのではなく、新しい高速微小変位発生技術を用い
て発生させた動的な変位を、基準となるレーザー干渉計
またはそれと同程度のレーザー干渉計で計測した結果
と、周波数が未知であるレーザー変位計ないしはレーザ
ー振動計で計測した結果とを、相互に比較することによ
って、高速微小変位、微小振動の計測におけるトレーザ
ビリティの確立を図ることにある。
は、このような事情のもとで、変位計測、振動計測の信
頼性を高めるために、より広い周波数範囲とより微小な
変位に対して対応することが可能な、新しいレーザー変
位計・レーザー振動計の周波数特性測定法を提供するこ
とにある。さらに具体的な本発明の技術的課題は、レー
ザー変位計・レーザー振動計の計測可能な周波数対域
を、ドップラーシフトの原理などにもとづいて単に理論
で導くのではなく、新しい高速微小変位発生技術を用い
て発生させた動的な変位を、基準となるレーザー干渉計
またはそれと同程度のレーザー干渉計で計測した結果
と、周波数が未知であるレーザー変位計ないしはレーザ
ー振動計で計測した結果とを、相互に比較することによ
って、高速微小変位、微小振動の計測におけるトレーザ
ビリティの確立を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の第１のレーザー変位計・レーザー振動
計の周波数特性測定法は、金属丸棒の一方の端面に加え
た衝撃によりその丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸
棒の他方の端面で反射する際に発生する端面のパルス的
な動的変位に対して、基準となるレーザーを用いたレー
ザー干渉計による測定と、周波数応答特性が未知である
レーザー変位計またはレーザー振動計による測定を同時
に行い、両者の測定結果を周波数領域で比較することに
よって、周波数応答特性を求めることを特徴とするもの
である。
るための本発明の第１のレーザー変位計・レーザー振動
計の周波数特性測定法は、金属丸棒の一方の端面に加え
た衝撃によりその丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸
棒の他方の端面で反射する際に発生する端面のパルス的
な動的変位に対して、基準となるレーザーを用いたレー
ザー干渉計による測定と、周波数応答特性が未知である
レーザー変位計またはレーザー振動計による測定を同時
に行い、両者の測定結果を周波数領域で比較することに
よって、周波数応答特性を求めることを特徴とするもの
である。
【０００６】上記周波数特性測定法において、基準とな
るレーザーを用いたレーザー干渉計を用いることが困難
な場合、即ち実際の測定現場では、金属丸棒に貼ったひ
ずみゲージでの計測結果を用いて、周波数応答特性が未
知であるレーザー変位計またはレーザー振動計の特性を
評価した後、基準となるレーザーを用いたレーザー干渉
計を用いた測定により求められる補正関数を用いて、レ
ーザー変位計またはレーザー振動計の周波数応答特性を
求め、基準となるレーザーを用いたレーザー干渉計によ
る測定と同じ精度でのレーザー変位計またはレーザー振
動計の周波数特性評価を可能にすることができる。
るレーザーを用いたレーザー干渉計を用いることが困難
な場合、即ち実際の測定現場では、金属丸棒に貼ったひ
ずみゲージでの計測結果を用いて、周波数応答特性が未
知であるレーザー変位計またはレーザー振動計の特性を
評価した後、基準となるレーザーを用いたレーザー干渉
計を用いた測定により求められる補正関数を用いて、レ
ーザー変位計またはレーザー振動計の周波数応答特性を
求め、基準となるレーザーを用いたレーザー干渉計によ
る測定と同じ精度でのレーザー変位計またはレーザー振
動計の周波数特性評価を可能にすることができる。
【０００７】また、動的変位の周波数領域が数百kHz 以
上の場合に適用するのに適した本発明の第２の周波数特
性測定法は、圧電素子もしくは圧電膜からなる圧電振動
子にインパルス電圧を印加することによって発生するそ
の表面のパルス的な動的変位に対して、基準となるレー
ザーを用いたレーザー干渉計による測定と、周波数応答
特性が未知であるレーザー変位計またはレーザー振動計
による測定を同時に行い、両者の測定結果を周波数領域
で比較することによって、周波数応答特性を求めること
を特徴とするものである。
上の場合に適用するのに適した本発明の第２の周波数特
性測定法は、圧電素子もしくは圧電膜からなる圧電振動
子にインパルス電圧を印加することによって発生するそ
の表面のパルス的な動的変位に対して、基準となるレー
ザーを用いたレーザー干渉計による測定と、周波数応答
特性が未知であるレーザー変位計またはレーザー振動計
による測定を同時に行い、両者の測定結果を周波数領域
で比較することによって、周波数応答特性を求めること
を特徴とするものである。
【０００８】さらに、上記数百kHz よりも高い周波数領
域で、かつ圧電振動子にインパルス電圧を加えて得られ
るインパルス的な変位あるいは振動振幅がレーザーの波
長よりも小さくなる場合に好適に適用される本発明の第
３の周波数特性測定法は、圧電素子スタックの端面に圧
電膜を設けて、圧電素子スタックに対して印加するイン
パルス電圧によって生じる圧電膜面の微小変位を、基準
となるレーザーを用いたレーザー干渉計で測定し、得ら
れた測定結果に対する位相補正値を用いて、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計を用いて行う圧電膜面に
発生する高速微小振動の測定と、周波数応答特性が未知
であるレーザー変位計またはレーザー振動計による圧電
膜面に発生する高速微小変位の測定を同時に行い、両者
の測定結果を周波数領域で比較することによって、周波
数応答特性を求めることを特徴とするものである。
域で、かつ圧電振動子にインパルス電圧を加えて得られ
るインパルス的な変位あるいは振動振幅がレーザーの波
長よりも小さくなる場合に好適に適用される本発明の第
３の周波数特性測定法は、圧電素子スタックの端面に圧
電膜を設けて、圧電素子スタックに対して印加するイン
パルス電圧によって生じる圧電膜面の微小変位を、基準
となるレーザーを用いたレーザー干渉計で測定し、得ら
れた測定結果に対する位相補正値を用いて、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計を用いて行う圧電膜面に
発生する高速微小振動の測定と、周波数応答特性が未知
であるレーザー変位計またはレーザー振動計による圧電
膜面に発生する高速微小変位の測定を同時に行い、両者
の測定結果を周波数領域で比較することによって、周波
数応答特性を求めることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１及び図２は、本
発明の第１の実施形態を示している。周波数特性が未知
である変位計あるいは振動計において、その周波数特性
を明らかにするためには、基準となる変位計もしくは振
動計で測定した結果と比較する必要がある。そこで必要
になるのは、帯域の広い微小振動面を如何にして作るか
である。
施の形態について詳細に説明する。図１及び図２は、本
発明の第１の実施形態を示している。周波数特性が未知
である変位計あるいは振動計において、その周波数特性
を明らかにするためには、基準となる変位計もしくは振
動計で測定した結果と比較する必要がある。そこで必要
になるのは、帯域の広い微小振動面を如何にして作るか
である。
【００１０】このような振動面を得るため、この例で
は、図１に示すように、直径に比較して十分に長い金属
丸棒１０を用い、その丸棒１０の一方の端面１１に飛翔
体１３を衝突させるなどの手段により衝撃を加え、発生
する弾性波パルスにより他方の端面１２にパルス的な動
的変位を発生させる。この丸棒１０は、図示していない
が、２列のＶ溝に置かれたベアリング球で支持され、軸
方向には拘束されていないものである。
は、図１に示すように、直径に比較して十分に長い金属
丸棒１０を用い、その丸棒１０の一方の端面１１に飛翔
体１３を衝突させるなどの手段により衝撃を加え、発生
する弾性波パルスにより他方の端面１２にパルス的な動
的変位を発生させる。この丸棒１０は、図示していない
が、２列のＶ溝に置かれたベアリング球で支持され、軸
方向には拘束されていないものである。
【００１１】即ち、丸棒１０の一方の端面１１に飛翔体
１３を衝突させると、丸棒内部に弾性波パルスが発生す
る。このパルスは、圧縮の弾性波パルスとして丸棒１０
の軸方向に伝ぱし、他方の端面１２に到達した時点で反
射し、引っ張りの弾性波パルスとしてもとの方向に戻っ
ていくが、反射する過程で端面１２に垂直な方向のイン
パルス的な動的変位が発生する。図２は、丸棒端面１２
の運動の様子を示すもので、同図（ａ）は同端面の変位
を、同図（ｂ）は同端面の速度を示している。この場
合、棒の直径に対して長さが１５倍以上あれば、丸棒端
面１２の運動は一様になることが保証される。また、こ
の動的変位の周波数帯域は、直流分付近から数百kHz に
まで及ぶが、この帯域は、丸棒の材質、直径、長さに依
存するので、それらの選択により任意に設定することが
できる。
１３を衝突させると、丸棒内部に弾性波パルスが発生す
る。このパルスは、圧縮の弾性波パルスとして丸棒１０
の軸方向に伝ぱし、他方の端面１２に到達した時点で反
射し、引っ張りの弾性波パルスとしてもとの方向に戻っ
ていくが、反射する過程で端面１２に垂直な方向のイン
パルス的な動的変位が発生する。図２は、丸棒端面１２
の運動の様子を示すもので、同図（ａ）は同端面の変位
を、同図（ｂ）は同端面の速度を示している。この場
合、棒の直径に対して長さが１５倍以上あれば、丸棒端
面１２の運動は一様になることが保証される。また、こ
の動的変位の周波数帯域は、直流分付近から数百kHz に
まで及ぶが、この帯域は、丸棒の材質、直径、長さに依
存するので、それらの選択により任意に設定することが
できる。
【００１２】そこで、基準となるレーザーによるレーザ
ー干渉計のビームと、特性が未知であるレーザー変位計
もしくはレーザー振動計のビームとを、必要に応じて用
いるミラーＭを介して、同時に端面１２に向けておい
て、端面１１に飛翔体１３を衝突させれば、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計と、特性が未知であるレ
ーザー変位計もしくはレーザー振動計を用いた同一の運
動面の動的変位に対する同時測定が可能になる。そのた
め、両者の測定結果を周波数領域で比較することによっ
て、周波数応答特性が未知であるレーザー変位計もしく
はレーザー振動計の周波数特性を導出することができ
る。
ー干渉計のビームと、特性が未知であるレーザー変位計
もしくはレーザー振動計のビームとを、必要に応じて用
いるミラーＭを介して、同時に端面１２に向けておい
て、端面１１に飛翔体１３を衝突させれば、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計と、特性が未知であるレ
ーザー変位計もしくはレーザー振動計を用いた同一の運
動面の動的変位に対する同時測定が可能になる。そのた
め、両者の測定結果を周波数領域で比較することによっ
て、周波数応答特性が未知であるレーザー変位計もしく
はレーザー振動計の周波数特性を導出することができ
る。
【００１３】即ち、基準となるレーザーによるレーザー
干渉計が、運動面（丸棒１０の端面１２）の速度を検出
するとして、特性が未知であるレーザー変位計の周波数
特性を求める場合には、以下の（１）式にもとづいて、
レーザー変位計の周波数特性Ｇd(ｊω) が求められる。
干渉計が、運動面（丸棒１０の端面１２）の速度を検出
するとして、特性が未知であるレーザー変位計の周波数
特性を求める場合には、以下の（１）式にもとづいて、
レーザー変位計の周波数特性Ｇd(ｊω) が求められる。
【００１４】
【数１】 この（１）式で、Ｌはラプラス変換演算子、ωは角周波
数、ｄu(ｔ) は特性が未知であるレーザー変位計の変位
出力、ｖd(ｔ) は基準となるレーザーによるレーザー干
渉計での速度測定結果、ｔは時間である。
数、ｄu(ｔ) は特性が未知であるレーザー変位計の変位
出力、ｖd(ｔ) は基準となるレーザーによるレーザー干
渉計での速度測定結果、ｔは時間である。
【００１５】一方、特性が未知であるレーザー振動計の
周波数特性を測定する場合には、レーザー振動計が運動
面の振動速度を検出するとして、以下の（２）式にもと
づいて周波数特性Ｇv(ｊω) が求められる。
周波数特性を測定する場合には、レーザー振動計が運動
面の振動速度を検出するとして、以下の（２）式にもと
づいて周波数特性Ｇv(ｊω) が求められる。
【数２】 ここで、ｖu(ｔ) は特性が未知であるレーザー振動計の
速度出力である。
速度出力である。
【００１６】また、実際の計測の現場のように、基準と
なるレーザーによるレーザー干渉計を用いることが困難
な場合には、図１に示すように丸棒１０の側面にひずみ
ゲージ１４を貼り付け、このひずみゲージ１４からの信
号に基づくひずみゲージでの計測結果に対する周波数領
域での補正関数を用いて、上述の基準となるレーザーを
用いたレーザー干渉計による測定と同じ精度で、レーザ
ー変位計またはレーザー振動計の周波数特性を求めるこ
とができる。
なるレーザーによるレーザー干渉計を用いることが困難
な場合には、図１に示すように丸棒１０の側面にひずみ
ゲージ１４を貼り付け、このひずみゲージ１４からの信
号に基づくひずみゲージでの計測結果に対する周波数領
域での補正関数を用いて、上述の基準となるレーザーを
用いたレーザー干渉計による測定と同じ精度で、レーザ
ー変位計またはレーザー振動計の周波数特性を求めるこ
とができる。
【００１７】即ち、周波数応答特性が未知であるレーザ
ー変位計や振動計の特性を評価した後、弾性波の伝ぱに
伴う分散等を補正するために、基準となるレーザーによ
るレーザー干渉計を用いた計測によって求められる補正
関数を用い、レーザー干渉計で周波数特性を評価したの
と同じ精度での特性評価を、現場で行う事が可能にな
る。
ー変位計や振動計の特性を評価した後、弾性波の伝ぱに
伴う分散等を補正するために、基準となるレーザーによ
るレーザー干渉計を用いた計測によって求められる補正
関数を用い、レーザー干渉計で周波数特性を評価したの
と同じ精度での特性評価を、現場で行う事が可能にな
る。
【００１８】この場合、丸棒１０の側面に貼り付けたひ
ずみゲージ１４の出力をεm とすると、１次元波動理論
からは、丸棒１０の端面１２の変位ｄe 、速度ｖe 、加
速度ａe が以下の式で求められる。
ずみゲージ１４の出力をεm とすると、１次元波動理論
からは、丸棒１０の端面１２の変位ｄe 、速度ｖe 、加
速度ａe が以下の式で求められる。
【数３】 ここで、Ｃは丸棒１０中を伝わる縦波弾性波の伝ぱ速度
である。
である。
【００１９】そこで、レーザー振動計が物体表面の振動
速度を検出するものとすると、まず補正前の１次元波動
理論にもとづいての振動計の周波数特性Ｇvle(ｊω)
は、以下のように求められる。
速度を検出するものとすると、まず補正前の１次元波動
理論にもとづいての振動計の周波数特性Ｇvle(ｊω)
は、以下のように求められる。
【数４】 ここで、１はひずみゲージからレーザ照射端面までの距
離である。
離である。
【００２０】但し、このままでは、増幅器も含めてのひ
ずみゲージの動的特性の不確定性、音速の不確定性、弾
性波の減衰、弾性波パルスの伝ぱに伴う分散などが伴う
ので、次式の様な補正関数をあらかじめ求めておく。
ずみゲージの動的特性の不確定性、音速の不確定性、弾
性波の減衰、弾性波パルスの伝ぱに伴う分散などが伴う
ので、次式の様な補正関数をあらかじめ求めておく。
【数５】
【００２１】そこで、最終的な周波数特性は、（６）式
と（７）式を掛け合わせたものとして求められる。即
ち、（７）式で表される補正関数をあらかじめ基準とな
るレーザーを用いたレーザー干渉計で求めておけば、こ
のデータとひずみゲージを貼り付けた金属丸棒とをセッ
トとして、レーザー振動計に関する実用上のトランスフ
ァー・スタンダードが作れることになる。変位について
も、同様に考えればよい。
と（７）式を掛け合わせたものとして求められる。即
ち、（７）式で表される補正関数をあらかじめ基準とな
るレーザーを用いたレーザー干渉計で求めておけば、こ
のデータとひずみゲージを貼り付けた金属丸棒とをセッ
トとして、レーザー振動計に関する実用上のトランスフ
ァー・スタンダードが作れることになる。変位について
も、同様に考えればよい。
【００２２】図３及び図４は、本発明の第２の実施形態
を示している。図１に示す前記第１の実施形態では、周
波数帯域的には直流分から数百kHz まで対応できるが、
それよりも高い周波数領域では無理になる。数百kHz よ
りも高い周波数領域で、かつ圧電素子にインパルス電圧
を加えて得られるインパルス的な変位あるいは振動振幅
が、レーザーの波長よりも小さくなる場合には、図３に
示す例のように、前記金属丸棒１０に代えて圧電素子か
らなる圧電振動子２０を用い、それに対して波形発生装
置の出力であるインパルス電圧を増幅器を介して印加す
ることにより、その運動表面２２にパルス的な動的変位
を発生させればよい。上記圧電振動子２０は、圧電膜に
より構成することもできる。
を示している。図１に示す前記第１の実施形態では、周
波数帯域的には直流分から数百kHz まで対応できるが、
それよりも高い周波数領域では無理になる。数百kHz よ
りも高い周波数領域で、かつ圧電素子にインパルス電圧
を加えて得られるインパルス的な変位あるいは振動振幅
が、レーザーの波長よりも小さくなる場合には、図３に
示す例のように、前記金属丸棒１０に代えて圧電素子か
らなる圧電振動子２０を用い、それに対して波形発生装
置の出力であるインパルス電圧を増幅器を介して印加す
ることにより、その運動表面２２にパルス的な動的変位
を発生させればよい。上記圧電振動子２０は、圧電膜に
より構成することもできる。
【００２３】そして、基準となるレーザーによるレーザ
ー干渉計のビームと、特性が未知であるレーザー変位計
もしくはレーザー振動計のビームとを、必要に応じて用
いるミラーＭを介して、同時に圧電振動子２０の運動表
面２２に向けておき、その運動表面２２にパルス的な動
的変位を発生させれば、基準となるレーザーによるレー
ザー干渉計と、特性が未知であるレーザー変位計もしく
はレーザー振動計を用いた同一の運動表面の動的変位に
対する同時測定が可能になる。但し、圧電振動子の帯域
は狭いので、測定系のダイナミックレンジと、特性を測
定しようとする周波数領域によっては、複数個の圧電振
動子を用いる場合もある。振動面に対する、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計による測定結果、特性が
未知であるレーザー変位計もしくはレーザー振動計を用
いての測定結果との関係は、第１の実施形態について説
明した数式に基づいて計算される。図４は、圧電素子の
表面の運動の様子を示すものである。
ー干渉計のビームと、特性が未知であるレーザー変位計
もしくはレーザー振動計のビームとを、必要に応じて用
いるミラーＭを介して、同時に圧電振動子２０の運動表
面２２に向けておき、その運動表面２２にパルス的な動
的変位を発生させれば、基準となるレーザーによるレー
ザー干渉計と、特性が未知であるレーザー変位計もしく
はレーザー振動計を用いた同一の運動表面の動的変位に
対する同時測定が可能になる。但し、圧電振動子の帯域
は狭いので、測定系のダイナミックレンジと、特性を測
定しようとする周波数領域によっては、複数個の圧電振
動子を用いる場合もある。振動面に対する、基準となる
レーザーによるレーザー干渉計による測定結果、特性が
未知であるレーザー変位計もしくはレーザー振動計を用
いての測定結果との関係は、第１の実施形態について説
明した数式に基づいて計算される。図４は、圧電素子の
表面の運動の様子を示すものである。
【００２４】図５及び図６は、本発明の第３の実施形態
を示している。圧電薄膜の表面の運動速度あるいは動的
な変位を測定するような場合では、さらに周波数が高く
なると同時に、変位もしくは振動振幅がレーザーの波長
よりも小さくなる場合がある。このような場合には、図
５に示すように、圧電膜３０を圧電素子スタック３１上
にセットし、まず最初は圧電素子スタックにパルス状の
電圧を加えて、圧電素子スタックの伸張により、圧電膜
の全体としての並進運動によってレーザー振動計もしく
はレーザー変位計からのビームが照射される圧電膜表面
に動的な変位を発生させる。この変位をレーザー変位計
に使われているレーザー光の波長よりも大きくすること
は容易であるから、干渉縞を発生させることも容易であ
り、これにより縞の内部の位相を読むための補正データ
が得られる。
を示している。圧電薄膜の表面の運動速度あるいは動的
な変位を測定するような場合では、さらに周波数が高く
なると同時に、変位もしくは振動振幅がレーザーの波長
よりも小さくなる場合がある。このような場合には、図
５に示すように、圧電膜３０を圧電素子スタック３１上
にセットし、まず最初は圧電素子スタックにパルス状の
電圧を加えて、圧電素子スタックの伸張により、圧電膜
の全体としての並進運動によってレーザー振動計もしく
はレーザー変位計からのビームが照射される圧電膜表面
に動的な変位を発生させる。この変位をレーザー変位計
に使われているレーザー光の波長よりも大きくすること
は容易であるから、干渉縞を発生させることも容易であ
り、これにより縞の内部の位相を読むための補正データ
が得られる。
【００２５】そして、スタックの伸張による圧電膜表面
の変位が一定値に留った時点で、圧電膜にパルス状電圧
を加えて高速微小変位を発生させ、基準となるレーザー
によるレーザー干渉計による測定と、特性が未知である
レーザー変位計による測定とを同時に行う。前者による
測定結果に対しては、スタックの伸張により得られてい
る補正を行って、レーザー波長より小さい変位を読み取
ることができる。これで読み取った基準となるレーザー
によるレーザー干渉計による測定結果と、特性が未知で
あるレーザー変位計による測定結果とを、（１）式にも
とづいて周波数領域で比較すれば、特性が未知であった
レーザー変位計の周波数特性を明らかにすることが可能
になる。レーザー振動計に関しても同様である。膜面の
速度変化によって発生する明暗が１フリンジ分に相当し
ない場合には、スタックの伸張によってそのような速度
変化を発生させておいて、圧電膜の速度測定のための位
相補正データとすれば良い。図６は、圧電素子の表面の
運動の様子を示すものである。
の変位が一定値に留った時点で、圧電膜にパルス状電圧
を加えて高速微小変位を発生させ、基準となるレーザー
によるレーザー干渉計による測定と、特性が未知である
レーザー変位計による測定とを同時に行う。前者による
測定結果に対しては、スタックの伸張により得られてい
る補正を行って、レーザー波長より小さい変位を読み取
ることができる。これで読み取った基準となるレーザー
によるレーザー干渉計による測定結果と、特性が未知で
あるレーザー変位計による測定結果とを、（１）式にも
とづいて周波数領域で比較すれば、特性が未知であった
レーザー変位計の周波数特性を明らかにすることが可能
になる。レーザー振動計に関しても同様である。膜面の
速度変化によって発生する明暗が１フリンジ分に相当し
ない場合には、スタックの伸張によってそのような速度
変化を発生させておいて、圧電膜の速度測定のための位
相補正データとすれば良い。図６は、圧電素子の表面の
運動の様子を示すものである。
【００２６】図７は、上記第１〜第３の実施形態におい
て用いているレーザー干渉計の構成を示すものである。
この干渉計は、原理的にはドップラーシフトを検出する
マイケルソン型であるが、特徴としては、Ｐ偏向成分の
干渉とＳ偏向成分の干渉が独立していること、Ｐ偏向と
Ｓ偏向に９０°の位相差を設定してあるので、速度の方
向の変化を検出することができること、フリンジカウン
ティングをせず干渉信号を全てフォトデテクタで変換し
て、トランジェントレコーダで記録し、実験終了後に解
析する方式を採っていること、などが挙げられる。光源
は、アルゴンイオンレーザーである。なお、図中、Ｌは
レンズ、Ｍはミラー、ＰＤはフォトダイオード、ＨＭは
ハーフミラー、ＢＭはビームスプリッターである。
て用いているレーザー干渉計の構成を示すものである。
この干渉計は、原理的にはドップラーシフトを検出する
マイケルソン型であるが、特徴としては、Ｐ偏向成分の
干渉とＳ偏向成分の干渉が独立していること、Ｐ偏向と
Ｓ偏向に９０°の位相差を設定してあるので、速度の方
向の変化を検出することができること、フリンジカウン
ティングをせず干渉信号を全てフォトデテクタで変換し
て、トランジェントレコーダで記録し、実験終了後に解
析する方式を採っていること、などが挙げられる。光源
は、アルゴンイオンレーザーである。なお、図中、Ｌは
レンズ、Ｍはミラー、ＰＤはフォトダイオード、ＨＭは
ハーフミラー、ＢＭはビームスプリッターである。
【００２７】
【発明の効果】以上に詳述した本発明は、変位計測、振
動計測の信頼性を高めるために、より広い周波数範囲と
より微小な変位に対して対応することが可能な新しいレ
ーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法を提
供するものであり、これによって、市場に出回っている
それら計測機器による計測の結果の信頼性を向上させる
ことができ、同時に、レーザー変位計・レーザー振動計
のトレーザビリティの確立に極めて有効なものである。
動計測の信頼性を高めるために、より広い周波数範囲と
より微小な変位に対して対応することが可能な新しいレ
ーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法を提
供するものであり、これによって、市場に出回っている
それら計測機器による計測の結果の信頼性を向上させる
ことができ、同時に、レーザー変位計・レーザー振動計
のトレーザビリティの確立に極めて有効なものである。
【図１】本発明の第１の実施形態のを説明するためのブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１の丸棒端面の運動の
様子を示すグラフである。
様子を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態のを説明するためのブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図４】図３における圧電素子の表面の運動の様子を示
すものである。
すものである。
【図５】本発明の第３の実施形態のを説明するためのブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図６】図５における圧電素子の表面の運動の様子を示
すものである。
すものである。
【図７】上記第１〜第３の実施形態において用いている
レーザー干渉計のブロック構成図である。
レーザー干渉計のブロック構成図である。
１０ 金属丸棒 １１，１２ 端面 １４ ひずみゲージ ２０ 圧電振動子 ２２ 運動表面 ３０ 圧電膜 ３１ 圧電素子スタック
Claims (4)
- 【請求項１】金属丸棒の一方の端面に加えた衝撃により
その丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸棒の他方の端
面で反射する際に発生する端面のパルス的な動的変位に
対して、基準となるレーザーを用いたレーザー干渉計に
よる測定と、周波数応答特性が未知であるレーザー変位
計またはレーザー振動計による測定を同時に行い、両者
の測定結果を周波数領域で比較することによって、周波
数応答特性を求めることを特徴とするレーザー変位計・
レーザー振動計の周波数特性測定法。 - 【請求項２】金属丸棒の一方の端面に加えた衝撃により
その丸棒中を伝ぱする弾性波パルスが、丸棒の他方の端
面で反射する際に発生する端面のパルス的な動的変位
を、上記金属丸棒に貼ったひずみゲージで計測した結果
と周波数応答特性が未知であるレーザー変位計またはレ
ーザー振動計で測定した結果を周波数領域で比較するこ
とにより導かれる周波数特性に対して、基準となるレー
ザーを用いたレーザー干渉計により得られるひずみゲー
ジの動特性の補正関数を適用して、レーザー変位計また
はレーザー振動計の周波数応答特性を求めることを特徴
とするレーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測
定法。 - 【請求項３】圧電素子もしくは圧電膜からなる圧電振動
子にインパルス電圧を印加することによって発生するそ
の表面のパルス的な動的変位に対して、基準となるレー
ザーを用いたレーザー干渉計による測定と、周波数応答
特性が未知であるレーザー変位計またはレーザー振動計
による測定を同時に行い、両者の測定結果を周波数領域
で比較することによって、周波数応答特性を求めること
を特徴とするレーザー変位計・レーザー振動計の周波数
特性測定法。 - 【請求項４】圧電素子スタックの端面に圧電膜を設け
て、圧電素子スタックに対して印加するインパルス電圧
によって生じる圧電膜面の微小変位を、基準となるレー
ザーを用いたレーザー干渉計で測定し、得られた測定結
果に対する位相補正値を用いて、基準となるレーザーに
よるレーザー干渉計を用いて行う圧電膜面に発生する高
速微小振動の測定と、周波数応答特性が未知であるレー
ザー変位計またはレーザー振動計による圧電膜面に発生
する高速微小変位の測定を同時に行い、両者の測定結果
を周波数領域で比較することによって、周波数応答特性
を求めることを特徴とするレーザー変位計・レーザー振
動計の周波数特性測定法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7210704A JP2647815B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | レーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法 |
| US08/698,460 US5952554A (en) | 1995-08-18 | 1996-08-15 | Method for testing frequency response characteristics of laser displacement/vibration meters |
| US09/304,101 US6286359B1 (en) | 1995-08-18 | 1999-05-04 | Method for testing frequency response characteristics of laser displacement/vibration meters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7210704A JP2647815B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | レーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0953912A true JPH0953912A (ja) | 1997-02-25 |
| JP2647815B2 JP2647815B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=16593725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7210704A Expired - Lifetime JP2647815B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | レーザー変位計・レーザー振動計の周波数特性測定法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5952554A (ja) |
| JP (1) | JP2647815B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1058842A1 (de) * | 1998-12-28 | 2000-12-13 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur qualitätsprüfung eines werkstücks |
| US7076991B2 (en) | 2002-03-29 | 2006-07-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Calibration evaluation method and device for acceleration sensor |
| US7165440B2 (en) | 2002-03-29 | 2007-01-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Frequency characteristics measuring method and device for acceleration sensor |
| JPWO2005119206A1 (ja) * | 2004-06-02 | 2008-04-03 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 振動子の光励振ｑ値コントロール方法および装置 |
| CN116124400A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-05-16 | 北京京仪自动化装备技术股份有限公司 | 运动部件冲击振动响应测试系统、方法及电子设备 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6465268B2 (en) | 1997-05-22 | 2002-10-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing an electro-optical device |
| JP4298131B2 (ja) * | 1999-05-14 | 2009-07-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 液晶表示装置の作製方法 |
| US6777254B1 (en) | 1999-07-06 | 2004-08-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and fabrication method thereof |
| TW459275B (en) | 1999-07-06 | 2001-10-11 | Semiconductor Energy Lab | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| JP4304326B2 (ja) * | 2002-03-29 | 2009-07-29 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 加速度センサの動的線形性計測方法及び装置 |
| CN107560814A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-09 | 浙江省计量科学研究院 | 激光测振仪的可靠性试验系统 |
| CN116817763A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-09-29 | 北京航天新立科技有限公司 | 一种激光位移传感器动态测量准确性的高效验证方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3693400A (en) * | 1970-05-20 | 1972-09-26 | Western Geophysical Co | Method for measuring the characteristics of mechanical-to-electrical transducers |
| US4355900A (en) * | 1980-08-08 | 1982-10-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Self-calibrating interferometer |
| CA1224935A (en) * | 1984-11-28 | 1987-08-04 | Her Majesty The Queen, In Right Of Canada, As Represented By The Ministe R Of The National Research Council And The Minister Of Energy, Mines And Resources | Optical interferometric reception of ultrasonic energy |
| US5039221A (en) * | 1989-07-03 | 1991-08-13 | Litton Systems, Inc. | Interferometer calibration for fiber optic sensor arrays |
| JPH0652270B2 (ja) * | 1989-08-04 | 1994-07-06 | 工業技術院長 | 衝撃加速度計の動的応答特性測定法 |
| US5353642A (en) * | 1991-02-01 | 1994-10-11 | Kyowa Electronic Instruments, Ltd. | Centrifugal type acceleration measuring device |
-
1995
- 1995-08-18 JP JP7210704A patent/JP2647815B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-08-15 US US08/698,460 patent/US5952554A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1058842A1 (de) * | 1998-12-28 | 2000-12-13 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur qualitätsprüfung eines werkstücks |
| US7076991B2 (en) | 2002-03-29 | 2006-07-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Calibration evaluation method and device for acceleration sensor |
| US7165440B2 (en) | 2002-03-29 | 2007-01-23 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Frequency characteristics measuring method and device for acceleration sensor |
| US7318337B2 (en) | 2002-03-29 | 2008-01-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Method and apparatus for measuring frequency characteristics of acceleration sensor |
| JPWO2005119206A1 (ja) * | 2004-06-02 | 2008-04-03 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 振動子の光励振ｑ値コントロール方法および装置 |
| CN116124400A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-05-16 | 北京京仪自动化装备技术股份有限公司 | 运动部件冲击振动响应测试系统、方法及电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5952554A (en) | 1999-09-14 |
| JP2647815B2 (ja) | 1997-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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