JPS6036922A - 遠隔振動測定装置 - Google Patents
遠隔振動測定装置Info
- Publication number
- JPS6036922A JPS6036922A JP14495583A JP14495583A JPS6036922A JP S6036922 A JPS6036922 A JP S6036922A JP 14495583 A JP14495583 A JP 14495583A JP 14495583 A JP14495583 A JP 14495583A JP S6036922 A JPS6036922 A JP S6036922A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- array
- photodetector
- diode
- light
- speckle pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/002—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means for representing acoustic field distribution
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、振動計測法に関するものであシ、とくに高温
物体などを対象とした遠隔振動計側に関するものである
。
物体などを対象とした遠隔振動計側に関するものである
。
振動全遠隔測定する方法は従来から各種の方法が考えら
れているが、最近はレーザーが手軽に使用できるように
なり、レーザーを用いて変位や振動を測定する方法がい
くつか提案されている。回転機械などの振動状態を調べ
るには、数Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数で３、数ミクロ
ン−数ｌｏｏミクロンの領域の振動を測定する必要から
シ、これには、レーザー光で発生するスペックルパター
ンの動きをとらえる方法が有望とされている。しかしな
がら、スペックルパターンの動きから対象の振動状態を
知るには、２次元アレイ形光検出器を用いて相関解析な
ど複雑なデータ処理を必要とするため、なかなか実用化
できない状態にある。
れているが、最近はレーザーが手軽に使用できるように
なり、レーザーを用いて変位や振動を測定する方法がい
くつか提案されている。回転機械などの振動状態を調べ
るには、数Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数で３、数ミクロ
ン−数ｌｏｏミクロンの領域の振動を測定する必要から
シ、これには、レーザー光で発生するスペックルパター
ンの動きをとらえる方法が有望とされている。しかしな
がら、スペックルパターンの動きから対象の振動状態を
知るには、２次元アレイ形光検出器を用いて相関解析な
ど複雑なデータ処理を必要とするため、なかなか実用化
できない状態にある。
〔発明の目的〕 ゛
本発明の目的は、スペックルパターンの動きを１次元ア
レイ形光検出器でとらえて、゛サレイ検出器上の光強度
分布のピークの動きをとらえることで、相関解析などの
複雑な演算処理をすることなく、振動検出が可能な装置
を提供するところにるる。
レイ形光検出器でとらえて、゛サレイ検出器上の光強度
分布のピークの動きをとらえることで、相関解析などの
複雑な演算処理をすることなく、振動検出が可能な装置
を提供するところにるる。
スペックルパターンは物体に照射したレーザの散乱光が
干渉して作る明暗の斑点模様である。スペックルパタン
は照射面がレーザ光の波長以上の凹凸？もつ場合に発生
する。スペックルパタンについては０ＰＴＩＣＡ ＡＣ
ＴＡ ＶｏＬ２４．Ａ７Ｐ７０５〜７２４（１９７７）
に詳しく記載されている。第１図に示すように振動面（
イ）にレーザ光←）を当てると、その反射光はスクリー
ン（ハ）上にスペックルバタン？作る。振動面が振動す
るとスクリン上のスペックルパタンも同じ方向に振動す
る。物体の変位量Ｘとスペックルの変位Ｘには次式が成
立するここでＬｏは物体〃為らスクリーンまでの距離、
Ｌｓはレーザ光の波面の曲率半径、θは物体面の法線と
レーザ光の成す角である。Ｌｏ、 Ｌｓ、θは振動によ
って殆んど変らないので、式（１）は次式になる。
干渉して作る明暗の斑点模様である。スペックルパタン
は照射面がレーザ光の波長以上の凹凸？もつ場合に発生
する。スペックルパタンについては０ＰＴＩＣＡ ＡＣ
ＴＡ ＶｏＬ２４．Ａ７Ｐ７０５〜７２４（１９７７）
に詳しく記載されている。第１図に示すように振動面（
イ）にレーザ光←）を当てると、その反射光はスクリー
ン（ハ）上にスペックルバタン？作る。振動面が振動す
るとスクリン上のスペックルパタンも同じ方向に振動す
る。物体の変位量Ｘとスペックルの変位Ｘには次式が成
立するここでＬｏは物体〃為らスクリーンまでの距離、
Ｌｓはレーザ光の波面の曲率半径、θは物体面の法線と
レーザ光の成す角である。Ｌｏ、 Ｌｓ、θは振動によ
って殆んど変らないので、式（１）は次式になる。
Ｘ＝ＡＸ （２１
Ａは定数
いま、物体がωなる角速度で変化していれば、ｘ ＝
ａ ｓｉｎ ωｔ （３） となシ、し）式に代入して Ｘ＝ Ａ ａ ａｉｎωｔ ：Ｂ５１ｎωｔ （４） となる。したがって、スペックルの変位Ｘ’ｆｉｌ−測
定して、Ｂ、ωをめることができる。Ａはレーザー、物
体、スクリーンの位置関係で決まるので、Ｂから容易に
ａ、すなわち物体の振幅がする。
ａ ｓｉｎ ωｔ （３） となシ、し）式に代入して Ｘ＝ Ａ ａ ａｉｎωｔ ：Ｂ５１ｎωｔ （４） となる。したがって、スペックルの変位Ｘ’ｆｉｌ−測
定して、Ｂ、ωをめることができる。Ａはレーザー、物
体、スクリーンの位置関係で決まるので、Ｂから容易に
ａ、すなわち物体の振幅がする。
物体の振動が単一の周波数でない場合も、変位Ｘの時間
変化を周波数分析すれば、各周波数成分がする。したが
って、スペックルパターンから物体の振動をめるには、
Ｘの時間変化ケいかに測定するかにかかわる。
変化を周波数分析すれば、各周波数成分がする。したが
って、スペックルパターンから物体の振動をめるには、
Ｘの時間変化ケいかに測定するかにかかわる。
以下本発明を実施例により説明する。
第２図は本発明の好適な実施例を示すものである。第２
図において、ｌはアレイ形受光素子である。ア、レイ形
受光素子は、数ｌＯ〜数１００のフォトダイオードが数
ミクロンないし数１０ミクロンの間隔で１列に並んでい
るものである。いま、プレイ受光素子にｎ個のフォトダ
イオードがΔＸの間隔で並んでいるとし、各フォトダイ
オードに端からアドレス’ｒＡ＋ −Ａｘ ・・・Ａ、
としておく。
図において、ｌはアレイ形受光素子である。ア、レイ形
受光素子は、数ｌＯ〜数１００のフォトダイオードが数
ミクロンないし数１０ミクロンの間隔で１列に並んでい
るものである。いま、プレイ受光素子にｎ個のフォトダ
イオードがΔＸの間隔で並んでいるとし、各フォトダイ
オードに端からアドレス’ｒＡ＋ −Ａｘ ・・・Ａ、
としておく。
アレイ受光素チェはコントロー２６からのパルス？受け
ると、ダイオードに照射された光量に比例した′磁力出
力をｈ／Ｄコンバータ３に送る。また、コントローラ６
からのパルス會プレイ受光素子１が受けるごとに、ダイ
オードアドレスは１つづつ進んで出力を出す。Ａ／Ｄコ
ンバータでディジタル化された信号は、ディジタル演算
装置４内の記憶装置に記憶される。
ると、ダイオードに照射された光量に比例した′磁力出
力をｈ／Ｄコンバータ３に送る。また、コントローラ６
からのパルス會プレイ受光素子１が受けるごとに、ダイ
オードアドレスは１つづつ進んで出力を出す。Ａ／Ｄコ
ンバータでディジタル化された信号は、ディジタル演算
装置４内の記憶装置に記憶される。
さて、アレイ受光素子ｌは、モータ制御装置８とモータ
７により、光の入射方向を軸として回転できるようにし
である。これは、スペックルパタンの振動方向とプレイ
受光素子のダイオード列の方向に合致させるためのもの
である。スペックルパターンには、多数の輝点かめシ、
そのエフに着目すると、それは式（４）の振幅Ｂの２倍
の幅の範囲でコ話脂＋１ｆＬｑ入 とめ゛襠占ｎ１つ塾
感萼書羊１・ｒとらえ、ダイオード列の方向を振動方向
に合致させると、アレイ上の２Ｂの長さの部分に光が当
る。
７により、光の入射方向を軸として回転できるようにし
である。これは、スペックルパタンの振動方向とプレイ
受光素子のダイオード列の方向に合致させるためのもの
である。スペックルパターンには、多数の輝点かめシ、
そのエフに着目すると、それは式（４）の振幅Ｂの２倍
の幅の範囲でコ話脂＋１ｆＬｑ入 とめ゛襠占ｎ１つ塾
感萼書羊１・ｒとらえ、ダイオード列の方向を振動方向
に合致させると、アレイ上の２Ｂの長さの部分に光が当
る。
ダイオード列と輝点の振動方向？合致させる方法を第２
図を使って説明する。
図を使って説明する。
ディジタル演算機４０００により第２図の４１００より
開始する。まず引数ｊをＯにセットする。この状態で４
１０２にてアレイｌのダイオードの出力信号をアドレス
Ａ。からＡ、まで順次読出してディジタル化し、ディジ
タル演算機内のメモリにストアする。４１０３にて、メ
モリにストアされた内容からピークの幅を計算しそれを
Ｗｊとする。次に４１０４にて、モータコントローラに
パルスを送り、パルスモータ７によす、アレイ受光素子
１をΔψ回転する。このとき４１０５にてｊＶｃｚｅ加
える。すなわちｊのｊ直は、ダイオードアレイの回転角
度Δψｘｊに対応するようにしておく。４１０６にてｊ
が指定された値ｊ１．、になったか否かを判断する。Ｊ
ｍｍｚは、Δψ×ル、□が９０’以上になるようにする
。Ｊｍｍいまで到らなければ、時間Ｔだけ待った後、４
１０２以降の作業を続ける。時間実は、４１０２から次
の４１０２までの時間が振動の一周期より長くなるよう
に指定する。これによりダイオードアレイは、輝点が一
周期の振動をする時間以上受光状態になっている。４１
０６にてｊがＬ□以上になれば、４ｔ０７＃ピ一ク幅Ｗ
ｊのうち最大のものを検出し、それに対応するｊをＪと
する。このＪは、輝点■振動方向とアレイの方向が合致
する角度に対応し、Δψ×Ｊがその角度になる。４１０
８にて、その角度にアレイを設定するようにモータを制
御する。以上により輝点振動方向とアレイの方向を合致
できる。
開始する。まず引数ｊをＯにセットする。この状態で４
１０２にてアレイｌのダイオードの出力信号をアドレス
Ａ。からＡ、まで順次読出してディジタル化し、ディジ
タル演算機内のメモリにストアする。４１０３にて、メ
モリにストアされた内容からピークの幅を計算しそれを
Ｗｊとする。次に４１０４にて、モータコントローラに
パルスを送り、パルスモータ７によす、アレイ受光素子
１をΔψ回転する。このとき４１０５にてｊＶｃｚｅ加
える。すなわちｊのｊ直は、ダイオードアレイの回転角
度Δψｘｊに対応するようにしておく。４１０６にてｊ
が指定された値ｊ１．、になったか否かを判断する。Ｊ
ｍｍｚは、Δψ×ル、□が９０’以上になるようにする
。Ｊｍｍいまで到らなければ、時間Ｔだけ待った後、４
１０２以降の作業を続ける。時間実は、４１０２から次
の４１０２までの時間が振動の一周期より長くなるよう
に指定する。これによりダイオードアレイは、輝点が一
周期の振動をする時間以上受光状態になっている。４１
０６にてｊがＬ□以上になれば、４ｔ０７＃ピ一ク幅Ｗ
ｊのうち最大のものを検出し、それに対応するｊをＪと
する。このＪは、輝点■振動方向とアレイの方向が合致
する角度に対応し、Δψ×Ｊがその角度になる。４１０
８にて、その角度にアレイを設定するようにモータを制
御する。以上により輝点振動方向とアレイの方向を合致
できる。
さて、ダイオードアレイの読出し周期をΔｔとしΔｔｌ
振動の１周期よシ十分小さくすると、読出し時刻ごとに
アレイ上の輝点が動くため、ダイオード出力のピークと
なるアドレスはその都度変化する。すなわち、式（４）
において、Δｔごとの輝点位置は、 ）（Ｋ Ｊｓｉｎｔ、 （５） となる。ＸＫに対応したダイオードのアドレスに出力の
ピークがあられれる。すなわち、Δｔごとにダイオード
アレイの状態をサンプリングし、ｋ番目のサンプリング
に対し、 Ｘｘ ＝ｌ Ｘ １１Ａｌ、Ｋ ＝Ｊ３８１ｆｌ’Ｑｌ
ｔＫ（６）となる。したがって、ｋ回目のダイオード
出力のピークアドレスＡＩＩＫ に振動情報が含まれて
いる。
振動の１周期よシ十分小さくすると、読出し時刻ごとに
アレイ上の輝点が動くため、ダイオード出力のピークと
なるアドレスはその都度変化する。すなわち、式（４）
において、Δｔごとの輝点位置は、 ）（Ｋ Ｊｓｉｎｔ、 （５） となる。ＸＫに対応したダイオードのアドレスに出力の
ピークがあられれる。すなわち、Δｔごとにダイオード
アレイの状態をサンプリングし、ｋ番目のサンプリング
に対し、 Ｘｘ ＝ｌ Ｘ １１Ａｌ、Ｋ ＝Ｊ３８１ｆｌ’Ｑｌ
ｔＫ（６）となる。したがって、ｋ回目のダイオード
出力のピークアドレスＡＩＩＫ に振動情報が含まれて
いる。
一連のデータ八は（ｋ＝Ｑ、・・・ｋ 、、、 ）を採
取し、周波数分析をすることで、Ｂとωをめることがで
きる。この手続きのフローチャートを第４図に示す。
取し、周波数分析をすることで、Ｂとωをめることがで
きる。この手続きのフローチャートを第４図に示す。
ディジタル演算機は、第３図に従い輝点振動方向とプレ
イ列の方向を合致させたのち、第４図の４２０１から作
業を始める。まず４２０２にて引数１１０にセットし、
４２０３にてアレイ内容を読み出して、そのディジタル
値をディジタル演算機のメモリにストアする。４２０４
にてメモリ内のデータから、ダイオードプレイ出力のピ
ークとなるアドレスを検出し、それ’ｉｔ Ａ＋にとす
る。次に４２０５でＪＣｌを加えｋかに６．８以上でな
ければ、４２０９にて待ち時間後、４２０３の作業をつ
づける。４２０９の待ち時間Δτは、４２０３の作業の
周期が、サンプリング時間Δｔになるように設定する。
イ列の方向を合致させたのち、第４図の４２０１から作
業を始める。まず４２０２にて引数１１０にセットし、
４２０３にてアレイ内容を読み出して、そのディジタル
値をディジタル演算機のメモリにストアする。４２０４
にてメモリ内のデータから、ダイオードプレイ出力のピ
ークとなるアドレスを検出し、それ’ｉｔ Ａ＋にとす
る。次に４２０５でＪＣｌを加えｋかに６．８以上でな
ければ、４２０９にて待ち時間後、４２０３の作業をつ
づける。４２０９の待ち時間Δτは、４２０３の作業の
周期が、サンプリング時間Δｔになるように設定する。
ｋがあらかじめ設定された値ｋｌａａ！になれば、４２
０７にて八−のデータを使い周波数分析をすることで゛
、振動角周波数ω及び、振幅Ｂｆｆｉ求めて、その結果
を表示装置５に表示する。
０７にて八−のデータを使い周波数分析をすることで゛
、振動角周波数ω及び、振幅Ｂｆｆｉ求めて、その結果
を表示装置５に表示する。
以上の手つづきにより、スペックルパターンから振動測
定対象の振動振幅と振動周波数をめることができる。
定対象の振動振幅と振動周波数をめることができる。
以上説明したごとく、本発明によれば、レーザー光ノス
ペックルバクンを検出することにより、遠隔的に振動計
測が可能とな）、高温物体などの振動を計測できる効果
がおる。
ペックルバクンを検出することにより、遠隔的に振動計
測が可能とな）、高温物体などの振動を計測できる効果
がおる。
第１図はスペックルパターンの概要を説明する図、第２
図は本発明の一実施例の振動測定装置のブロック図、第
３図はスペックルパターンの振動方向とダイオードアレ
イの列の方向を合致させるだめのフローチャート、第４
図はダイオードアレイの出力信号から振動振幅と振動周
波数をめるだめのフローチャートである。 １・・・アレイ形受光素子、３・・・Ａ／Ｄコンノ（−
タ、６・・・制御装置、７・・・モータ、８・・・モー
タコントロ第２図
図は本発明の一実施例の振動測定装置のブロック図、第
３図はスペックルパターンの振動方向とダイオードアレ
イの列の方向を合致させるだめのフローチャート、第４
図はダイオードアレイの出力信号から振動振幅と振動周
波数をめるだめのフローチャートである。 １・・・アレイ形受光素子、３・・・Ａ／Ｄコンノ（−
タ、６・・・制御装置、７・・・モータ、８・・・モー
タコントロ第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、７レイ形受光素子を、受光面内において回転可能に
しアレイ形受光素子で受光する光の分布のピーク幅が最
大になるようにアレイ形受光素子の回転角度を調節する
ことを特徴とする遠隔振動測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項においてごアレイ形受光素子
の出力信号を処理するディジタル演算装置内で出力信号
のピークアドレスの時間変化を検出しその周波数分析結
果に基づき振動の振幅と振動数をめることを特徴とする
遠隔振動測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14495583A JPS6036922A (ja) | 1983-08-10 | 1983-08-10 | 遠隔振動測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14495583A JPS6036922A (ja) | 1983-08-10 | 1983-08-10 | 遠隔振動測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036922A true JPS6036922A (ja) | 1985-02-26 |
Family
ID=15374076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14495583A Pending JPS6036922A (ja) | 1983-08-10 | 1983-08-10 | 遠隔振動測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6036922A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6451418U (ja) * | 1987-09-28 | 1989-03-30 | ||
| WO2013079960A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | The University Of Nottingham | Method and system for optical evaluation, and optical detector |
-
1983
- 1983-08-10 JP JP14495583A patent/JPS6036922A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6451418U (ja) * | 1987-09-28 | 1989-03-30 | ||
| WO2013079960A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | The University Of Nottingham | Method and system for optical evaluation, and optical detector |
| US9733177B2 (en) | 2011-12-02 | 2017-08-15 | University Of Nottingham | Method and system for optical evaluation, and optical detector |
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