JP2001228017A - 振動測定方法及び振動数測定装置 - Google Patents
振動測定方法及び振動数測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象物の微少振動を高精度に測定するこ
と。 【解決手段】 測定対象物へレーザ光を出射するレーザ
光出射工程Ｓ１と、前記測定対象物で反射すると共に当
該測定対象物の速度に応じた対象物ドップラ周波数を有
する戻り光を受光する戻り光受光工程Ｓ２と、この戻り
光受光工程Ｓ２での受光時に発振し前記レーザ光を出射
した時から当該戻り光を受光するまでの共振器の変化に
応じた自己周波数を生じさせる新たな出射光と前記ドッ
プラ周波数を有する戻り光とを自己混合させる自己混合
工程Ｓ３と、この自己混合工程Ｓ３で生じ前記対象物ド
ップラ周波数と自己周波数とが重畳したビート波または
当該ビート波を信号処理した情報を前記測定対象物の振
動情報として出力する振動情報出力工程Ｓ４とを備え
た。
と。 【解決手段】 測定対象物へレーザ光を出射するレーザ
光出射工程Ｓ１と、前記測定対象物で反射すると共に当
該測定対象物の速度に応じた対象物ドップラ周波数を有
する戻り光を受光する戻り光受光工程Ｓ２と、この戻り
光受光工程Ｓ２での受光時に発振し前記レーザ光を出射
した時から当該戻り光を受光するまでの共振器の変化に
応じた自己周波数を生じさせる新たな出射光と前記ドッ
プラ周波数を有する戻り光とを自己混合させる自己混合
工程Ｓ３と、この自己混合工程Ｓ３で生じ前記対象物ド
ップラ周波数と自己周波数とが重畳したビート波または
当該ビート波を信号処理した情報を前記測定対象物の振
動情報として出力する振動情報出力工程Ｓ４とを備え
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動測定方法及び
振動数測定装置に係り、特に、測定対象物の振動状態を
自己混合型レーザドップラ振動計を用いて計測する振動
測定方法及び振動数測定装置に関する。本発明は、振動
発生装置の検査及び校正装置、長時間稼働する動力装置
の異常振動検出装置などに応用できる。検査、校正装置
としては、例えば水晶発振子や超音波発振子の振動数の
検査や、ファンクションゼネレータの校正に利用でき
る。また、異常振動検出装置としては、高周波振動を利
用した半導体製造装置において共振等により周波数がず
れることで発生する不良の検査装置や、ドリルなどの工
具破損検出などに利用できる。もちろん、振動解析の目
的で応用することもできる。具体的には、エンジンの振
動解析、車体伝搬振動解析、車室内騒音解析、さらにマ
フラの振動解析などである。その他の製造分野での応用
は多岐に渡る。モータを使ったプラントの振動の検出
や、水道管、ガス管の漏れ診断などの保守に用いること
もできる。さらに、西瓜等の大型果実の打音による糖度
の判定など、農業分野にも応用可能である。ここで、
「測定対象物」というときには、これら水晶発振子から
西瓜まで振動測定の対象となる物体をいう。
振動数測定装置に係り、特に、測定対象物の振動状態を
自己混合型レーザドップラ振動計を用いて計測する振動
測定方法及び振動数測定装置に関する。本発明は、振動
発生装置の検査及び校正装置、長時間稼働する動力装置
の異常振動検出装置などに応用できる。検査、校正装置
としては、例えば水晶発振子や超音波発振子の振動数の
検査や、ファンクションゼネレータの校正に利用でき
る。また、異常振動検出装置としては、高周波振動を利
用した半導体製造装置において共振等により周波数がず
れることで発生する不良の検査装置や、ドリルなどの工
具破損検出などに利用できる。もちろん、振動解析の目
的で応用することもできる。具体的には、エンジンの振
動解析、車体伝搬振動解析、車室内騒音解析、さらにマ
フラの振動解析などである。その他の製造分野での応用
は多岐に渡る。モータを使ったプラントの振動の検出
や、水道管、ガス管の漏れ診断などの保守に用いること
もできる。さらに、西瓜等の大型果実の打音による糖度
の判定など、農業分野にも応用可能である。ここで、
「測定対象物」というときには、これら水晶発振子から
西瓜まで振動測定の対象となる物体をいう。
【０００２】
【従来の技術】従来、振動物体の振動数を非接触で計測
する手段として、例えば三角測量を応用したレーザ変位
計により振動数を求める方法がある。
する手段として、例えば三角測量を応用したレーザ変位
計により振動数を求める方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、変位測定装置のサンプリング時間により短時
間における変位変化が検出できないため、測定された振
動周期にはサンプリング時間分の誤差が発生する、とい
う不都合があった。特に、測定対象物の振動数が大きく
なり、振動周期とサンプリング時間の差が小さくなる
と、その影響は増大する。すなわち、サンプリング周期
は振動の最高周期の２倍以上としなければ、エイリアシ
ングの影響による誤差が大きくなる（標本化定理）。ま
た、三角測量を利用するため、センサヘッドが大きくな
り、また反射光が遮られないようセンサヘッドの位置・
向きを調整しなければならない。従って、狭い場所での
測定には向かない。
来例では、変位測定装置のサンプリング時間により短時
間における変位変化が検出できないため、測定された振
動周期にはサンプリング時間分の誤差が発生する、とい
う不都合があった。特に、測定対象物の振動数が大きく
なり、振動周期とサンプリング時間の差が小さくなる
と、その影響は増大する。すなわち、サンプリング周期
は振動の最高周期の２倍以上としなければ、エイリアシ
ングの影響による誤差が大きくなる（標本化定理）。ま
た、三角測量を利用するため、センサヘッドが大きくな
り、また反射光が遮られないようセンサヘッドの位置・
向きを調整しなければならない。従って、狭い場所での
測定には向かない。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、測定対象物の微少振動を高精度に測定す
ることのできる振動測定方法及び振動数測定装置を提供
することを、その目的とする。
改善し、特に、測定対象物の微少振動を高精度に測定す
ることのできる振動測定方法及び振動数測定装置を提供
することを、その目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、測
定対象物へレーザ光を出射するレーザ光出射工程と、前
記測定対象物で反射すると共に当該測定対象物の速度に
応じた対象物ドップラ周波数を有する戻り光を受光する
戻り光受光工程と、この戻り光受光工程での受光時に発
振し前記レーザ光を出射した時から当該戻り光を受光す
るまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさせる
新たな出射光と前記ドップラ周波数を有する戻り光とを
自己混合させる自己混合工程と、この自己混合工程で生
じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが重畳した
ビート波または当該ビート波を信号処理した情報を前記
測定対象物の振動情報として出力する振動情報出力工程
とを備えた、という構成を採っている。これにより前述
した目的を達成しようとするものである。
定対象物へレーザ光を出射するレーザ光出射工程と、前
記測定対象物で反射すると共に当該測定対象物の速度に
応じた対象物ドップラ周波数を有する戻り光を受光する
戻り光受光工程と、この戻り光受光工程での受光時に発
振し前記レーザ光を出射した時から当該戻り光を受光す
るまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさせる
新たな出射光と前記ドップラ周波数を有する戻り光とを
自己混合させる自己混合工程と、この自己混合工程で生
じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが重畳した
ビート波または当該ビート波を信号処理した情報を前記
測定対象物の振動情報として出力する振動情報出力工程
とを備えた、という構成を採っている。これにより前述
した目的を達成しようとするものである。
【０００６】本発明による振動計測方法は、自己混合方
式のレーザドップラ効果を利用した振動測定装置を用い
て振動の状態を計測する。そして、測定対象物の速度変
化に応じたドップラ周波数を有する戻り光に、さらに共
振器自身の自己周波数を生じさせる出射光を自己混合さ
せている。自己周波数の生成手法としては、例えば、自
己周波数と近接した周波数を有する正弦波波形の駆動電
流で駆動する手法や、共振器を有するレーザ部を物理的
に振動させる手法などがある。正弦波波形の駆動電流で
共振器を駆動すると、駆動電流の大きさに応じて発振光
の波長が変化するため、出射光と戻り光の周波数に差が
生じ、この差による自己周波数のビート波が共振器内で
生じる。共振器を有するレーザ部を物理的に振動させる
と、共振器の速度と測定対象物の速度とによるドップラ
周波数となり、これは、共振器側の速度による自己周波
数のドップラ周波数と、測定対象物のドップラ周波数と
を重畳したものとなる。自己周波数は共振器の仮想速度
であると考えることもでき、すると、２種類の速度によ
る２つのドップラ周波数が混合した状態とも言える。こ
こで、「ある周波数を有する」というときには、基準と
なる周波数からある周波数分シフトした状態を意味す
る。例えば、ドップラ周波数を有するというときには、
出射光の周波数がドップラ効果によってドップラ周波数
分シフトしたとき、そのシフトした成分であるドップラ
周波数を有することを意味する。速度の近い２つの波が
重ね合わされると群速度を有する新たな波が生成される
様に、自己周波数の変化（波）とドップラ周波数の変化
とが近接する場合には、この２種類の周波数の差に応じ
たビート波が生じる。２種類の周波数の差に応じたビー
ト波は、ドップラ周波数の周期と比較して長い周期を有
する包絡線を有する。この包絡線を、例えば群周波数と
いう。包絡線又は群周波数の周波数は、２種類の周波数
の差であるため、例えば、好ましい実施形態では、この
包絡線周波数に基づいて測定対象物の振動数と共振器の
仮想速度の周波数の差を求めることができる。そして、
包絡線周波数は測定対象物のドップラ周波数よりも低い
ため、包絡線周波数の値を求める場合の精度は、ドップ
ラ周波数を求める精度よりも高くなる。従って、本発明
によると、Ａ／Ｄ変換等の精度を向上させることなく、
検出可能な微少振動数差の有効数字を向上させることが
できる。
式のレーザドップラ効果を利用した振動測定装置を用い
て振動の状態を計測する。そして、測定対象物の速度変
化に応じたドップラ周波数を有する戻り光に、さらに共
振器自身の自己周波数を生じさせる出射光を自己混合さ
せている。自己周波数の生成手法としては、例えば、自
己周波数と近接した周波数を有する正弦波波形の駆動電
流で駆動する手法や、共振器を有するレーザ部を物理的
に振動させる手法などがある。正弦波波形の駆動電流で
共振器を駆動すると、駆動電流の大きさに応じて発振光
の波長が変化するため、出射光と戻り光の周波数に差が
生じ、この差による自己周波数のビート波が共振器内で
生じる。共振器を有するレーザ部を物理的に振動させる
と、共振器の速度と測定対象物の速度とによるドップラ
周波数となり、これは、共振器側の速度による自己周波
数のドップラ周波数と、測定対象物のドップラ周波数と
を重畳したものとなる。自己周波数は共振器の仮想速度
であると考えることもでき、すると、２種類の速度によ
る２つのドップラ周波数が混合した状態とも言える。こ
こで、「ある周波数を有する」というときには、基準と
なる周波数からある周波数分シフトした状態を意味す
る。例えば、ドップラ周波数を有するというときには、
出射光の周波数がドップラ効果によってドップラ周波数
分シフトしたとき、そのシフトした成分であるドップラ
周波数を有することを意味する。速度の近い２つの波が
重ね合わされると群速度を有する新たな波が生成される
様に、自己周波数の変化（波）とドップラ周波数の変化
とが近接する場合には、この２種類の周波数の差に応じ
たビート波が生じる。２種類の周波数の差に応じたビー
ト波は、ドップラ周波数の周期と比較して長い周期を有
する包絡線を有する。この包絡線を、例えば群周波数と
いう。包絡線又は群周波数の周波数は、２種類の周波数
の差であるため、例えば、好ましい実施形態では、この
包絡線周波数に基づいて測定対象物の振動数と共振器の
仮想速度の周波数の差を求めることができる。そして、
包絡線周波数は測定対象物のドップラ周波数よりも低い
ため、包絡線周波数の値を求める場合の精度は、ドップ
ラ周波数を求める精度よりも高くなる。従って、本発明
によると、Ａ／Ｄ変換等の精度を向上させることなく、
検出可能な微少振動数差の有効数字を向上させることが
できる。
【０００７】レーザ光出射工程では、測定対象物にレー
ザ光を出射し、このレーザ光は測定対象物表面で散乱反
射して、測定対象物の速度に応じて周波数が変化する。
戻り光受光工程では、この戻り光を受光する。自己混合
工程では、この戻り光と、この戻り光受光時の出射光
（発振光）とが共振器内で自己混合する。戻り光受光時
の出射光は、レーザ光を出射した時から当該戻り光を受
光するまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさ
せる。従って、本発明では、自己周波数を生じさせる新
たな出射光と測定対象物のドップラ周波数を有する戻り
光とが自己混合する。すると、２種類の周波数が重ね合
わせられる。振動情報出力工程では、自己混合工程で生
じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが重畳した
ビート波または当該ビート波を信号処理した情報を前記
測定対象物の振動情報として出力する。このビート波は
測定対象物の振動の状態の変化を検出する際に有用であ
る。特に、自己周波数を測定対象物の振動周波数に近接
させておくことで、包絡線の波形に特徴があるビート波
を得ることができ、この包絡線周波数から自己周波数と
測定対象物の振動数の微少振動数差を算出することがで
きる。また、包絡線の値の変化が予め定められた大きさ
未満となったときに自己周波数と測定対象物の振動数と
が有効桁数内で一致したと判定することができるため、
自己周波数を順次変化させて包絡線の値変化を検出する
ことによっても、すなわち、自己周波数を測定対象物の
振動数に同調させることによっても、測定対象物の振動
数を算出することができる。
ザ光を出射し、このレーザ光は測定対象物表面で散乱反
射して、測定対象物の速度に応じて周波数が変化する。
戻り光受光工程では、この戻り光を受光する。自己混合
工程では、この戻り光と、この戻り光受光時の出射光
（発振光）とが共振器内で自己混合する。戻り光受光時
の出射光は、レーザ光を出射した時から当該戻り光を受
光するまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさ
せる。従って、本発明では、自己周波数を生じさせる新
たな出射光と測定対象物のドップラ周波数を有する戻り
光とが自己混合する。すると、２種類の周波数が重ね合
わせられる。振動情報出力工程では、自己混合工程で生
じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが重畳した
ビート波または当該ビート波を信号処理した情報を前記
測定対象物の振動情報として出力する。このビート波は
測定対象物の振動の状態の変化を検出する際に有用であ
る。特に、自己周波数を測定対象物の振動周波数に近接
させておくことで、包絡線の波形に特徴があるビート波
を得ることができ、この包絡線周波数から自己周波数と
測定対象物の振動数の微少振動数差を算出することがで
きる。また、包絡線の値の変化が予め定められた大きさ
未満となったときに自己周波数と測定対象物の振動数と
が有効桁数内で一致したと判定することができるため、
自己周波数を順次変化させて包絡線の値変化を検出する
ことによっても、すなわち、自己周波数を測定対象物の
振動数に同調させることによっても、測定対象物の振動
数を算出することができる。
【０００８】また、本発明による振動数計測装置は、上
記振動計測方法を実施することで測定対象物の微少振動
数を測定する。この振動数計測装置は、このレーザ光を
発振すると共に当該発振した出射光が測定対象物で反射
した戻り光と当該戻り光受光時に発振した出射光とを自
己混合させるレーザ共振器と、正弦波波形のレーザ駆動
電流で当該レーザ部を駆動するレーザ駆動部と、前記レ
ーザ共振器での駆動電流に応じた出射時の波長で発振さ
れたレーザ光を測定対象物に向けて出射すると共に前記
測定対象物からの戻り光と当該戻り光受光時の前記レー
ザ共振器での駆動電流に応じた受光時の波長で発振され
た出射光とが当該共振器内で自己混合したビート波を出
力するレーザ部と、このレーザ部から出力されるビート
波を信号処理すると共に処理結果を振動情報として出力
する信号処理部とを備えている。そして、信号処理部
は、ビート波の周波数の変化に基づいて前記測定対象物
の振動周波数を算出する微少振動数差算出機能を備え
た、という構成を採っている。これにより前述した目的
を達成しようとするものである。この振動数計測装置で
は、レーザ駆動部が、正弦波波形のレーザ駆動電流で当
該レーザ部を駆動する。すると、共振器では、当該正弦
波波形に応じて出射光の波長が変化する。共振器の出射
光の波長が時間の関数として変化すると、出射光と戻り
光との間に、測定対象物までの光路長に応じたビート周
波数が生じる。レーザ駆動電流を例えば単調増加する直
線とした場合には、測定対象物が停止している状態での
ビート周波数は一定である。本発明では、レーザ駆動電
流を正弦波波形の入力としているため、発振波長の変化
に応じたビート周波数は、レーザ駆動電流波形の周期で
変化する。このビート周波数の変化が自己周波数とな
る。従って、本発明による振動数計測装置では、出射光
（発振光）の波長変化を共振器の仮想的な速度とし、そ
の時のビート周波数を自己周波数とする。また、ドップ
ラ周波数は、測定対象物の速度変化に応じて変化する。
測定対象物が振動している場合には、振動面の折り返し
位置では速度は０となり、速度の方向が逆向きとなる。
正弦波振動を仮定すると、測定対象物の速度変化は正弦
波波形で変化し、この場合、ドップラ周波数も正弦波波
形で変化する。この正弦波波形でのレーザ駆動を行いつ
つ、測定対象物が速度を有すると、戻り光は対象物ドッ
プラ周波数を有し、すると、共振器での自己混合により
生ずるビート波は、自己周波数と対象物振動数（ドップ
ラ周波数）とが重畳する。このビート波の周期変化は、
自己周波数と対象物振動数との微少振動数差に応じた変
化となっているため、このビート波の周期変化を観測す
ることで測定対象物と自己周波数との差や、測定対象物
の振動数や、測定対象物の振動周期が変化したことなど
を計測できる。
記振動計測方法を実施することで測定対象物の微少振動
数を測定する。この振動数計測装置は、このレーザ光を
発振すると共に当該発振した出射光が測定対象物で反射
した戻り光と当該戻り光受光時に発振した出射光とを自
己混合させるレーザ共振器と、正弦波波形のレーザ駆動
電流で当該レーザ部を駆動するレーザ駆動部と、前記レ
ーザ共振器での駆動電流に応じた出射時の波長で発振さ
れたレーザ光を測定対象物に向けて出射すると共に前記
測定対象物からの戻り光と当該戻り光受光時の前記レー
ザ共振器での駆動電流に応じた受光時の波長で発振され
た出射光とが当該共振器内で自己混合したビート波を出
力するレーザ部と、このレーザ部から出力されるビート
波を信号処理すると共に処理結果を振動情報として出力
する信号処理部とを備えている。そして、信号処理部
は、ビート波の周波数の変化に基づいて前記測定対象物
の振動周波数を算出する微少振動数差算出機能を備え
た、という構成を採っている。これにより前述した目的
を達成しようとするものである。この振動数計測装置で
は、レーザ駆動部が、正弦波波形のレーザ駆動電流で当
該レーザ部を駆動する。すると、共振器では、当該正弦
波波形に応じて出射光の波長が変化する。共振器の出射
光の波長が時間の関数として変化すると、出射光と戻り
光との間に、測定対象物までの光路長に応じたビート周
波数が生じる。レーザ駆動電流を例えば単調増加する直
線とした場合には、測定対象物が停止している状態での
ビート周波数は一定である。本発明では、レーザ駆動電
流を正弦波波形の入力としているため、発振波長の変化
に応じたビート周波数は、レーザ駆動電流波形の周期で
変化する。このビート周波数の変化が自己周波数とな
る。従って、本発明による振動数計測装置では、出射光
（発振光）の波長変化を共振器の仮想的な速度とし、そ
の時のビート周波数を自己周波数とする。また、ドップ
ラ周波数は、測定対象物の速度変化に応じて変化する。
測定対象物が振動している場合には、振動面の折り返し
位置では速度は０となり、速度の方向が逆向きとなる。
正弦波振動を仮定すると、測定対象物の速度変化は正弦
波波形で変化し、この場合、ドップラ周波数も正弦波波
形で変化する。この正弦波波形でのレーザ駆動を行いつ
つ、測定対象物が速度を有すると、戻り光は対象物ドッ
プラ周波数を有し、すると、共振器での自己混合により
生ずるビート波は、自己周波数と対象物振動数（ドップ
ラ周波数）とが重畳する。このビート波の周期変化は、
自己周波数と対象物振動数との微少振動数差に応じた変
化となっているため、このビート波の周期変化を観測す
ることで測定対象物と自己周波数との差や、測定対象物
の振動数や、測定対象物の振動周期が変化したことなど
を計測できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明による振動測定方法
の構成例を示すフローチャートである。図１に示すよう
に、本実施形態による振動計測方法は、測定対象物へレ
ーザ光を出射するレーザ光出射工程Ｓ１と、前記測定対
象物で反射すると共に当該測定対象物の速度に応じた対
象物ドップラ周波数を有する戻り光を受光する戻り光受
光工程Ｓ２と、この戻り光受光工程Ｓ２での受光時に発
振し前記レーザ光を出射した時から当該戻り光を受光す
るまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさせる
新たな出射光と前記ドップラ周波数を有する戻り光とを
自己混合させる自己混合工程Ｓ３と、この自己混合工程
Ｓ３で生じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが
重畳したビート波または当該ビート波を信号処理した情
報を前記測定対象物の振動情報として出力する振動情報
出力工程Ｓ４とを備えている。
を参照して説明する。図１は本発明による振動測定方法
の構成例を示すフローチャートである。図１に示すよう
に、本実施形態による振動計測方法は、測定対象物へレ
ーザ光を出射するレーザ光出射工程Ｓ１と、前記測定対
象物で反射すると共に当該測定対象物の速度に応じた対
象物ドップラ周波数を有する戻り光を受光する戻り光受
光工程Ｓ２と、この戻り光受光工程Ｓ２での受光時に発
振し前記レーザ光を出射した時から当該戻り光を受光す
るまでの共振器の変化に応じた自己周波数を生じさせる
新たな出射光と前記ドップラ周波数を有する戻り光とを
自己混合させる自己混合工程Ｓ３と、この自己混合工程
Ｓ３で生じ前記対象物ドップラ周波数と自己周波数とが
重畳したビート波または当該ビート波を信号処理した情
報を前記測定対象物の振動情報として出力する振動情報
出力工程Ｓ４とを備えている。
【００１０】図２はこの振動計測方法の実施に好適な振
動測定装置（又は、振動数測定装置）の構成を示す説明
図である。測定対象物１０は、振動の状態を解析しよう
とする対象物であり、レーザ光が反射する位置での速度
変化や、速度変化の周期や、振動数が計測される。振動
測定装置は、レーザ部１２と、このレーザ部１２からの
出射光と測定対象物で散乱した一部の戻り光とをそれぞ
れ集光するレンズ１６と、レーザ部１２で受光した戻り
光と出射光とが自己混合したことで生じるビート波が入
力される信号処理部２１とを備えている。
動測定装置（又は、振動数測定装置）の構成を示す説明
図である。測定対象物１０は、振動の状態を解析しよう
とする対象物であり、レーザ光が反射する位置での速度
変化や、速度変化の周期や、振動数が計測される。振動
測定装置は、レーザ部１２と、このレーザ部１２からの
出射光と測定対象物で散乱した一部の戻り光とをそれぞ
れ集光するレンズ１６と、レーザ部１２で受光した戻り
光と出射光とが自己混合したことで生じるビート波が入
力される信号処理部２１とを備えている。
【００１１】レーザ部１２は、レーザ共振器１４を有す
るレーザダイオード１４と、レーザ共振器１４から出力
されるビート波を光電変換するフォトダイオード２０と
を備えている。信号処理部２１は、例えばパーソナルコ
ンピュータやマイコンやアナログ回路等のハードウエア
資源を有し、ビート波を対象として信号処理を行う。
るレーザダイオード１４と、レーザ共振器１４から出力
されるビート波を光電変換するフォトダイオード２０と
を備えている。信号処理部２１は、例えばパーソナルコ
ンピュータやマイコンやアナログ回路等のハードウエア
資源を有し、ビート波を対象として信号処理を行う。
【００１２】再度図１を参照すると、レーザ光出射工程
Ｓ１では、所定のレーザ駆動電流で駆動されたレーザ共
振器が発振し、そのレーザ光が出射光として測定対象物
へ向けて出力される。この出射光は測定対象物１０の表
面にて散乱反射し、反射した光の一部がレーザ共振器１
４に戻る（Ｓ２）。すると、戻り光受光時の出射光と、
戻り光とが自己混合し、出射光と戻り光とに周波数差が
ある場合には、その周波数差に応じたビート波が生じ
る。
Ｓ１では、所定のレーザ駆動電流で駆動されたレーザ共
振器が発振し、そのレーザ光が出射光として測定対象物
へ向けて出力される。この出射光は測定対象物１０の表
面にて散乱反射し、反射した光の一部がレーザ共振器１
４に戻る（Ｓ２）。すると、戻り光受光時の出射光と、
戻り光とが自己混合し、出射光と戻り光とに周波数差が
ある場合には、その周波数差に応じたビート波が生じ
る。
【００１３】本発明では、出射光と戻り光との自己混合
時に、２種類の周波数変化を重畳させる。２種類の周波
数を重畳させることで、その２つの周波数が近い場合に
は、周波数のうなりが生じる。このうなりが周期的に変
化する場合には、２種類の周波数は近接しているもの
の、同一ではないこととなる。２種類の周波数によるう
なり（ビート）の一周期を計測すると、その時間から２
種類の周波数の差を求めることができる。このようにう
なりの周期から周波数差を求めると、測定精度（有効数
字）を向上させることができる。従って、Ａ／Ｄ変換の
サンプリングレートが同一であるとすると、１つの周波
数を直接計測するよりも、うなりの周期から計測する方
が測定精度を向上させることができる。一方、うなりの
周期から計測する場合には、より時間を要することとな
る。この点は、例えばサンプリングレートと比較して相
対的に量子化精度が高い場合には、うなり１周期を待つ
ことなく、近似的に高精度に求めることができる。
時に、２種類の周波数変化を重畳させる。２種類の周波
数を重畳させることで、その２つの周波数が近い場合に
は、周波数のうなりが生じる。このうなりが周期的に変
化する場合には、２種類の周波数は近接しているもの
の、同一ではないこととなる。２種類の周波数によるう
なり（ビート）の一周期を計測すると、その時間から２
種類の周波数の差を求めることができる。このようにう
なりの周期から周波数差を求めると、測定精度（有効数
字）を向上させることができる。従って、Ａ／Ｄ変換の
サンプリングレートが同一であるとすると、１つの周波
数を直接計測するよりも、うなりの周期から計測する方
が測定精度を向上させることができる。一方、うなりの
周期から計測する場合には、より時間を要することとな
る。この点は、例えばサンプリングレートと比較して相
対的に量子化精度が高い場合には、うなり１周期を待つ
ことなく、近似的に高精度に求めることができる。
【００１４】このため、本実施形態では、戻り光と出射
光とのレーザ共振器１４内での自己混合で、２種類の周
波数を混合させる。１つは、測定対象物の速度に応じた
ドップラ周波数であり、これは戻り光の周波数の変化と
して現れる。他の１つは、共振器側の自己周波数とす
る。共振器側で自己周波数を生成するには、共振器自体
を物理的に振動させるとよい。すると、共振器の速度に
応じて２種類のドップラ周波数が重畳する。
光とのレーザ共振器１４内での自己混合で、２種類の周
波数を混合させる。１つは、測定対象物の速度に応じた
ドップラ周波数であり、これは戻り光の周波数の変化と
して現れる。他の１つは、共振器側の自己周波数とす
る。共振器側で自己周波数を生成するには、共振器自体
を物理的に振動させるとよい。すると、共振器の速度に
応じて２種類のドップラ周波数が重畳する。
【００１５】共振器を固定したまま自己周波数を生じさ
せるために、本実施形態では、出射光と戻り光とに波長
差を生じさせる。出射光を第１の周波数（波長）とし、
これが停止している測定対象物で散乱反射して戻り光と
なると、戻り光の周波数は第１の周波数のままである。
そして、この出射光が共振器まで戻ってくる間に、出射
光の周波数が第２の周波数へと変化しているとする。す
ると、第１の周波数の戻り光と第２の周波数の戻り光と
が自己混合して、第１の周波数と第２の周波数の差に応
じたビート波が生じる。一般に、レーザ共振器での発振
周波数は、モードホップを生じない範囲内で、レーザ駆
動電流の大きさに応じて変化する。このため、レーザ駆
動電流を変化させることで、出射光と戻り光との間に周
波数差を生成することができる。
せるために、本実施形態では、出射光と戻り光とに波長
差を生じさせる。出射光を第１の周波数（波長）とし、
これが停止している測定対象物で散乱反射して戻り光と
なると、戻り光の周波数は第１の周波数のままである。
そして、この出射光が共振器まで戻ってくる間に、出射
光の周波数が第２の周波数へと変化しているとする。す
ると、第１の周波数の戻り光と第２の周波数の戻り光と
が自己混合して、第１の周波数と第２の周波数の差に応
じたビート波が生じる。一般に、レーザ共振器での発振
周波数は、モードホップを生じない範囲内で、レーザ駆
動電流の大きさに応じて変化する。このため、レーザ駆
動電流を変化させることで、出射光と戻り光との間に周
波数差を生成することができる。
【００１６】レーザ駆動電流を直線で単調増加させる
と、発振周波数は直線上に単調増加するため、ビート波
の周波数は一定である。すなわち、レーザ駆動電流を直
線で単調増加させ、測定対象物を停止させているとする
と、ビート波の周波数は一定である。一方、測定対象物
のドップラ周波数は、測定対象物の速度に応じて変化す
る。測定対象物が振動しているとすると、振動の中心で
最高速度となり、折り返し位置にて速度が０となると共
に、速度の方向が逆転する。従って、ドップラ周波数
は、測定対象物の速度変化に応じて時間軸にて周期的に
変化する。
と、発振周波数は直線上に単調増加するため、ビート波
の周波数は一定である。すなわち、レーザ駆動電流を直
線で単調増加させ、測定対象物を停止させているとする
と、ビート波の周波数は一定である。一方、測定対象物
のドップラ周波数は、測定対象物の速度に応じて変化す
る。測定対象物が振動しているとすると、振動の中心で
最高速度となり、折り返し位置にて速度が０となると共
に、速度の方向が逆転する。従って、ドップラ周波数
は、測定対象物の速度変化に応じて時間軸にて周期的に
変化する。
【００１７】全ての波形を正弦波の重ね合わせとして表
現することができるため、測定対象物が単振動している
場合を例とすると、ドップラ周波数は、振動周期で増減
する。従って、ビート波をＦＶ変換した波形は、正弦波
となる。このドップラ周波数変化波形が、第１の波であ
り、共振器の自己周波数変化波形が、第２の波である。
この第１の波と第２の波を重ね合わせることで、速度の
場合における群速度と同様な群周波数を示す包絡線を得
ることができる。この包絡線はうなりの周期を表すか
ら、ドップラ周波数変化の周期と、自己周波数変化波形
の周期との差を精度良く算出することができる。
現することができるため、測定対象物が単振動している
場合を例とすると、ドップラ周波数は、振動周期で増減
する。従って、ビート波をＦＶ変換した波形は、正弦波
となる。このドップラ周波数変化波形が、第１の波であ
り、共振器の自己周波数変化波形が、第２の波である。
この第１の波と第２の波を重ね合わせることで、速度の
場合における群速度と同様な群周波数を示す包絡線を得
ることができる。この包絡線はうなりの周期を表すか
ら、ドップラ周波数変化の周期と、自己周波数変化波形
の周期との差を精度良く算出することができる。
【００１８】さて、レーザ共振器１４へのレーザ駆動電
流を変化させると、波長が変化する。この波長の変化を
時間微分すると、波長変化速度（発振周波数変化速度）
となる。レーザ駆動電流を直線で単調増加させると、波
長変化速度は一定であり、従って、ビート周波数も一定
である。本実施形態では自己周波数の変化波形が必要で
あるため、レーザ駆動電流を正弦波波形とする。する
と、波長変化速度は正弦波波形で表される。この場合、
ビート周波数も同一周期の正弦波波形で表される。この
レーザ駆動電流を正弦波波形とした場合のビート周波数
変化は、自己周波数変化波形となる。
流を変化させると、波長が変化する。この波長の変化を
時間微分すると、波長変化速度（発振周波数変化速度）
となる。レーザ駆動電流を直線で単調増加させると、波
長変化速度は一定であり、従って、ビート周波数も一定
である。本実施形態では自己周波数の変化波形が必要で
あるため、レーザ駆動電流を正弦波波形とする。する
と、波長変化速度は正弦波波形で表される。この場合、
ビート周波数も同一周期の正弦波波形で表される。この
レーザ駆動電流を正弦波波形とした場合のビート周波数
変化は、自己周波数変化波形となる。
【００１９】このため、測定対象物の振動周期と近接し
た周期の正弦波波形でレーザ共振器を駆動すると、波長
変化速度を仮想速度とした自己周波数の変化が共振器に
生じる。ドップラ周波数の変化と自己周波数の変化とが
重畳したことにより生じたビート波を分析すると、自己
周波数変化周期とドップラ周波数変化周期との差を求め
ることができる。
た周期の正弦波波形でレーザ共振器を駆動すると、波長
変化速度を仮想速度とした自己周波数の変化が共振器に
生じる。ドップラ周波数の変化と自己周波数の変化とが
重畳したことにより生じたビート波を分析すると、自己
周波数変化周期とドップラ周波数変化周期との差を求め
ることができる。
【００２０】このように、ステップＳ３では、自己周波
数を生じさせる新たな出射光とドップラ周波数を有する
戻り光とを自己混合させることで、自己周波数の変化と
ドップラ周波数の変化との差に応じたビート波が生じ
る。
数を生じさせる新たな出射光とドップラ周波数を有する
戻り光とを自己混合させることで、自己周波数の変化と
ドップラ周波数の変化との差に応じたビート波が生じ
る。
【００２１】続いて、ステップＳ４では、自己混合によ
り生じたビート波又はビート波から算出した振動情報を
出力する。ビート波に対する信号処理の例として、ステ
ップＳ４は、ビート波の周波数変化波形の包絡線を抽出
する包絡線抽出工程と、この包絡線抽出工程にて抽出さ
れた包絡線の周波数に基づいて前記対象物ドップラ周波
数と自己周波数との振動数差を算出する振動数差算出工
程とを備えるようにしても良い。
り生じたビート波又はビート波から算出した振動情報を
出力する。ビート波に対する信号処理の例として、ステ
ップＳ４は、ビート波の周波数変化波形の包絡線を抽出
する包絡線抽出工程と、この包絡線抽出工程にて抽出さ
れた包絡線の周波数に基づいて前記対象物ドップラ周波
数と自己周波数との振動数差を算出する振動数差算出工
程とを備えるようにしても良い。
【００２２】このビート波の周波数変化波形の包絡線
が、自己周波数周期とドップラ周波数周期の差によるう
なりを示す波形となり、この包絡線の周期から、自己周
波数周期とドップラ周波数周期の差を算出することがで
きる。
が、自己周波数周期とドップラ周波数周期の差によるう
なりを示す波形となり、この包絡線の周期から、自己周
波数周期とドップラ周波数周期の差を算出することがで
きる。
【００２３】図２に示す構成では、信号処理部２１が、
図１に示すステップＳ４を実現する微少振動数算出機能
２２を備えている。この微少振動数差算出機能２２は、
ビート波の周波数の変化に基づいて前記測定対象物の振
動周波数を算出する。
図１に示すステップＳ４を実現する微少振動数算出機能
２２を備えている。この微少振動数差算出機能２２は、
ビート波の周波数の変化に基づいて前記測定対象物の振
動周波数を算出する。
【００２４】上述したように本実施形態によると、例え
ば半導体レーザと、Ａ／Ｄ変換器やＦＶ変換素子及びデ
ジタル信号処理が可能なマイコン等という安価でコンパ
クトな構成で、測定対象物の振動数を高精度に測定する
ことができ、これにより、振幅も小さく振動周期も短い
微少振動を良好に測定することができる。
ば半導体レーザと、Ａ／Ｄ変換器やＦＶ変換素子及びデ
ジタル信号処理が可能なマイコン等という安価でコンパ
クトな構成で、測定対象物の振動数を高精度に測定する
ことができ、これにより、振幅も小さく振動周期も短い
微少振動を良好に測定することができる。
【００２５】また、共振器自体を振動させることで自己
周波数の変化を生じさせるようにしても良い。この例で
は、同一の周波数で振動すべき２つの測定対象物に、な
んらかの異常が生じて一方の振動数が微少に変化したこ
とを検出する用途に適している。この場合、前記第１の
測定対象物の振動と同一の周波数で振動する第２の測定
対象物にレーザ部１２を設置する。そして、信号処理部
２１は、前記ビート波の包絡線に基づいて前記第１の測
定対象物の振動数と前記第２の測定対象物の振動数の振
動数差を算出する微少振動数差算出機能を備える。これ
により、２つの振動物体の振動周波数差を高精度に検出
することができる。
周波数の変化を生じさせるようにしても良い。この例で
は、同一の周波数で振動すべき２つの測定対象物に、な
んらかの異常が生じて一方の振動数が微少に変化したこ
とを検出する用途に適している。この場合、前記第１の
測定対象物の振動と同一の周波数で振動する第２の測定
対象物にレーザ部１２を設置する。そして、信号処理部
２１は、前記ビート波の包絡線に基づいて前記第１の測
定対象物の振動数と前記第２の測定対象物の振動数の振
動数差を算出する微少振動数差算出機能を備える。これ
により、２つの振動物体の振動周波数差を高精度に検出
することができる。
【００２６】
【実施例】本実施例では、従来のように振動物体の振動
数のみを測定するのではなく、振動物体の振動数と、そ
れに非常に近い既知の振動数を持つ基準とを比較し、そ
の微少振動数差を測定する。本実施例では、振動物体の
振動数の測定に多少の誤差が含まれても、基準との微少
振動数差の変動周期が時間的に大きな変化となって現れ
るため、その影響はずっと小さなものとなる。振動物体
の振動数が大きい場合でも、基準の振動数を近づけるこ
とによりサンプリング時間との差を大きく保てるため、
高精度の測定が可能となる。
数のみを測定するのではなく、振動物体の振動数と、そ
れに非常に近い既知の振動数を持つ基準とを比較し、そ
の微少振動数差を測定する。本実施例では、振動物体の
振動数の測定に多少の誤差が含まれても、基準との微少
振動数差の変動周期が時間的に大きな変化となって現れ
るため、その影響はずっと小さなものとなる。振動物体
の振動数が大きい場合でも、基準の振動数を近づけるこ
とによりサンプリング時間との差を大きく保てるため、
高精度の測定が可能となる。
【００２７】＜正弦波変調駆動＞この基準としては、半
導体レーザの駆動電流を変化させるとそれに比例して発
振波長も変化する特性を利用する。自己混合型レーザー
ドップラー振動計において、半導体レーザの正弦波変調
周波数を基準とし、振動物体振動数との微少振動数差を
検出することにより、正弦波発生回路の周波数安定度に
よる精度で測定が可能である。
導体レーザの駆動電流を変化させるとそれに比例して発
振波長も変化する特性を利用する。自己混合型レーザー
ドップラー振動計において、半導体レーザの正弦波変調
周波数を基準とし、振動物体振動数との微少振動数差を
検出することにより、正弦波発生回路の周波数安定度に
よる精度で測定が可能である。
【００２８】レーザ共振器１４を周波数ｆmで正弦波駆
動し、対象物が静止している場合、レーザ光がレーザ部
１２と対象物との間を往復する間に位相が変化するた
め、周波数の異なる出射光と戻り光は共振器内部で混合
してビート周波数ｆbを生じる。図３（Ａ）を参照する
と、出射光１８は、レーザ共振器の正弦波変調周波数と
同一の周波数を有する。そして、出射光１８が対象物で
散乱反射し戻り光１９として共振器へ入射するまでの時
間をτとすると、戻り光１８は位相がτ変化した波形と
なる。図３（Ｂ）に示すように、出射光１８と戻り光１
９とが自己混合すると、ビート周波数ｆbが周期的に変
化する波形となる。
動し、対象物が静止している場合、レーザ光がレーザ部
１２と対象物との間を往復する間に位相が変化するた
め、周波数の異なる出射光と戻り光は共振器内部で混合
してビート周波数ｆbを生じる。図３（Ａ）を参照する
と、出射光１８は、レーザ共振器の正弦波変調周波数と
同一の周波数を有する。そして、出射光１８が対象物で
散乱反射し戻り光１９として共振器へ入射するまでの時
間をτとすると、戻り光１８は位相がτ変化した波形と
なる。図３（Ｂ）に示すように、出射光１８と戻り光１
９とが自己混合すると、ビート周波数ｆbが周期的に変
化する波形となる。
【００２９】レーザ共振器１４の変調電流をＩm、半導
体レーザと対象物との距離をＬ、光速をｃ、半導体レー
ザの周波数変調効率をdf/diとすると、ビート周波数ｆb
は次式（１）で表される。
体レーザと対象物との距離をＬ、光速をｃ、半導体レー
ザの周波数変調効率をdf/diとすると、ビート周波数ｆb
は次式（１）で表される。
【００３０】また、レーザ共振器１４を定電流で駆動
し、図３（Ｃ）に示すように対象物が振動数ｆtで振動
している場合には、対象物の移動によるドップラー効果
のため反射光の周波数が変化し、出射光と戻り光は混合
して図３（Ｄ）で示すようにドップラー周波数ｆdを生
じる。レーザ共振器１４の発振波長をλ、対象物の振動
振幅をｘmとすると、ドップラー周波数ｆdは、次式
（２）で表される。そして、レーザ共振器１４を周波数
ｆmで正弦波変調し、対象物が振動数ｆtで振動している
場合には、これらの和に相当したドップラービート周波
数ｆdbが発生する（次式（３））。
し、図３（Ｃ）に示すように対象物が振動数ｆtで振動
している場合には、対象物の移動によるドップラー効果
のため反射光の周波数が変化し、出射光と戻り光は混合
して図３（Ｄ）で示すようにドップラー周波数ｆdを生
じる。レーザ共振器１４の発振波長をλ、対象物の振動
振幅をｘmとすると、ドップラー周波数ｆdは、次式
（２）で表される。そして、レーザ共振器１４を周波数
ｆmで正弦波変調し、対象物が振動数ｆtで振動している
場合には、これらの和に相当したドップラービート周波
数ｆdbが発生する（次式（３））。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで、図４（Ａ）に示すように、ｆmと
ｆtが非常に近い場合には、ｆdbにはｆtとの微少振動数
差ｆaに相当した変化が、図４（Ｂ）に示すように、波
形の包絡線として現れる。この包絡線の包絡線周波数ｆ
dbenvを測定することで、微少振動数差ｆaを求めること
ができる。
ｆtが非常に近い場合には、ｆdbにはｆtとの微少振動数
差ｆaに相当した変化が、図４（Ｂ）に示すように、波
形の包絡線として現れる。この包絡線の包絡線周波数ｆ
dbenvを測定することで、微少振動数差ｆaを求めること
ができる。
【００３３】図４（Ｄ）に示すように、周期Ｔ1の波
を、周期Ｔ2で観測すると、図中黒丸の推移となるビー
トが生じる。このビートの周期をＴ3とすると、上記式
（４）で示す関係となる。
を、周期Ｔ2で観測すると、図中黒丸の推移となるビー
トが生じる。このビートの周期をＴ3とすると、上記式
（４）で示す関係となる。
【００３４】このように、周期Ｔ2での観測に代えて、
周期Ｔ2の波を重ね合わせると、図４（Ｃ）に示すよう
な包絡線を有する波形となる。周波数に波長を掛けると
波の速さＶとなるため、図４（Ａ）に示す２つの波は、
対象物の速度変化波形と、共振器の仮想的な速度（例え
ば、発振周波数変化速度）の変化波形と認められる。こ
のため、図４（Ｃ）に示す包絡線は、測定対象物の速度
と共振器の仮想的な速度の相対速度の変化を示してい
る。従って、相対速度の差が最小であるときから、相対
速度の差が最大であるときまでの変化が繰り返されてい
る。この包絡線の周期（２つのビート）は、図４（Ｄ）
に示すビートと同様に扱うことができ、従って、包絡線
周波数と自己周波数波形の周波数とから、測定対象物の
振動数を算出することができる。
周期Ｔ2の波を重ね合わせると、図４（Ｃ）に示すよう
な包絡線を有する波形となる。周波数に波長を掛けると
波の速さＶとなるため、図４（Ａ）に示す２つの波は、
対象物の速度変化波形と、共振器の仮想的な速度（例え
ば、発振周波数変化速度）の変化波形と認められる。こ
のため、図４（Ｃ）に示す包絡線は、測定対象物の速度
と共振器の仮想的な速度の相対速度の変化を示してい
る。従って、相対速度の差が最小であるときから、相対
速度の差が最大であるときまでの変化が繰り返されてい
る。この包絡線の周期（２つのビート）は、図４（Ｄ）
に示すビートと同様に扱うことができ、従って、包絡線
周波数と自己周波数波形の周波数とから、測定対象物の
振動数を算出することができる。
【００３５】この包絡線の波形は、ドップラ周波数変化
波形の振幅（ｆdmax）と、自己周波数変化波形の振幅
（ｆbmax）の差（ｆbmax -ｆdmax）に応じて変化する。
ドップラ周波数変化波形の振幅（ｆdmax）は、最大周波
数からドップラ周波数が無い場合の周波数の差であり、
自己周波数変化波形の振幅は、例えば、発振周波数変化
率が最大値の時の最大自己周波数と基準周波数との差で
ある。
波形の振幅（ｆdmax）と、自己周波数変化波形の振幅
（ｆbmax）の差（ｆbmax -ｆdmax）に応じて変化する。
ドップラ周波数変化波形の振幅（ｆdmax）は、最大周波
数からドップラ周波数が無い場合の周波数の差であり、
自己周波数変化波形の振幅は、例えば、発振周波数変化
率が最大値の時の最大自己周波数と基準周波数との差で
ある。
【００３６】図５は、本実施例での一般的な動作例を示
すフローチャートである。レーザ共振器は、正弦波変調
された駆動電流で駆動されているとする。まず、この駆
動電流の値に応じた発振波長である第１の波長で、レー
ザ光が出射される（ステップＳ１１）。続いて、測定対
象物の速度に応じた対象物ドップラ周波数を有する戻り
光を受光する（ステップＳ１２）。続いて、レーザ光往
復時間τによって変化した駆動電流の値に応じた発振波
長である第２の波長である出射光と、戻り光との自己混
合によるビート波を出力する（ステップＳ１３）。続い
て、このビート波の周波数を電圧値へ変換する（ステッ
プＳ１４）。すると、周波数変化（波長を掛けること
で、速度変化）波形が得られる。この周波数変化波形の
包絡線を抽出する（ステップＳ１５）。この包絡線は、
例えば図４（Ｃ）に示す波形となる。
すフローチャートである。レーザ共振器は、正弦波変調
された駆動電流で駆動されているとする。まず、この駆
動電流の値に応じた発振波長である第１の波長で、レー
ザ光が出射される（ステップＳ１１）。続いて、測定対
象物の速度に応じた対象物ドップラ周波数を有する戻り
光を受光する（ステップＳ１２）。続いて、レーザ光往
復時間τによって変化した駆動電流の値に応じた発振波
長である第２の波長である出射光と、戻り光との自己混
合によるビート波を出力する（ステップＳ１３）。続い
て、このビート波の周波数を電圧値へ変換する（ステッ
プＳ１４）。すると、周波数変化（波長を掛けること
で、速度変化）波形が得られる。この周波数変化波形の
包絡線を抽出する（ステップＳ１５）。この包絡線は、
例えば図４（Ｃ）に示す波形となる。
【００３７】包絡線が抽出されると、続いて、包絡線周
波数から微少振動数差を算出する（ステップＳ１６）。
この微少振動数差又は測定対象物の振動数を、振動情報
として出力する（ステップＳ１７）。
波数から微少振動数差を算出する（ステップＳ１６）。
この微少振動数差又は測定対象物の振動数を、振動情報
として出力する（ステップＳ１７）。
【００３８】次に、振動数測定装置の詳細構成を図面を
参照して説明する。図５は、微少振動を計測する構成例
を示すブロック図である。図６に示すように、振動数検
出装置は、一定の振動数で振動する振動物体表面に照射
する光を発する半導体レーザ部１２と、このレーザ光を
集光するレンズ１６と、半導体レーザ部から出力される
ビート波を信号処理する信号処理部２１と、半導体レー
ザ部１２を駆動するレーザ駆動回路２２と、このレーザ
駆動回路２２にて使用する正弦波を発生させる正弦波発
生手段２４とを備えている。光学系はレーザ光を対象物
に集光するレンズのみの構成で、高価な光学部品を必要
とせず、小型・低コストを実現する。
参照して説明する。図５は、微少振動を計測する構成例
を示すブロック図である。図６に示すように、振動数検
出装置は、一定の振動数で振動する振動物体表面に照射
する光を発する半導体レーザ部１２と、このレーザ光を
集光するレンズ１６と、半導体レーザ部から出力される
ビート波を信号処理する信号処理部２１と、半導体レー
ザ部１２を駆動するレーザ駆動回路２２と、このレーザ
駆動回路２２にて使用する正弦波を発生させる正弦波発
生手段２４とを備えている。光学系はレーザ光を対象物
に集光するレンズのみの構成で、高価な光学部品を必要
とせず、小型・低コストを実現する。
【００３９】半導体レーザ部１２は、レーザ発振すると
共に出射光と戻り光とを自己混合させる共振器を有する
レーザダイオード（ＬＤ）１４と、このレーザダイオー
ド１４の背面からの放射光を検出するフォトダイオード
（ＰＤ）２０とを備えている。
共に出射光と戻り光とを自己混合させる共振器を有する
レーザダイオード（ＬＤ）１４と、このレーザダイオー
ド１４の背面からの放射光を検出するフォトダイオード
（ＰＤ）２０とを備えている。
【００４０】信号処理手段２０は、ＰＤ２０から出力さ
れるビート波の増幅等を行うビート信号処理部２１Ａ
と、このビート信号処理部２１Ａから入力されるビート
波に基づいて微少振動数差を算出する微少振動数差検出
手段２０Ｂとを備えている。
れるビート波の増幅等を行うビート信号処理部２１Ａ
と、このビート信号処理部２１Ａから入力されるビート
波に基づいて微少振動数差を算出する微少振動数差検出
手段２０Ｂとを備えている。
【００４１】図７は、レーザ駆動回路と正弦波発生手段
の構成例を示すブロック図である。図７（Ａ）に示す例
では、直流成分と交流成分の電流を加えてレーザに供給
する。この場合図６に示した正弦波発生手段２４は交流
電流供給回路である。この例では、レーザ駆動回路２２
は、直流電流（バイアス）供給回路３０と、交流電流供
給回路から供給される交流電流と直流電流とを混合させ
る混合回路３４と、この混合回路から出力される電流を
安定化する電流安定化回路２６とを備えている。
の構成例を示すブロック図である。図７（Ａ）に示す例
では、直流成分と交流成分の電流を加えてレーザに供給
する。この場合図６に示した正弦波発生手段２４は交流
電流供給回路である。この例では、レーザ駆動回路２２
は、直流電流（バイアス）供給回路３０と、交流電流供
給回路から供給される交流電流と直流電流とを混合させ
る混合回路３４と、この混合回路から出力される電流を
安定化する電流安定化回路２６とを備えている。
【００４２】図７（Ｂ）に示す例では、直流電圧と交流
電圧を加算し、電流に変換した後にレーザに供給する。
この場合、正弦波発生手段２４は交流電圧供給回路３８
である。図７（Ｂ）に示す例では、レーザ駆動回路２２
は、直流電圧（バイアス）供給回路３６と、このバイア
スと交流電圧とを加算する加算回路４０と、加算回路に
て加算された電圧値を電流値に変換する電圧-電流変換
回路４２と、この電圧-電流変換回路４２から出力され
る電流変化を安定させる電流安定化回路２６とを備えて
いる。
電圧を加算し、電流に変換した後にレーザに供給する。
この場合、正弦波発生手段２４は交流電圧供給回路３８
である。図７（Ｂ）に示す例では、レーザ駆動回路２２
は、直流電圧（バイアス）供給回路３６と、このバイア
スと交流電圧とを加算する加算回路４０と、加算回路に
て加算された電圧値を電流値に変換する電圧-電流変換
回路４２と、この電圧-電流変換回路４２から出力され
る電流変化を安定させる電流安定化回路２６とを備えて
いる。
【００４３】駆動電流の交流成分を作り出す正弦波発生
手段２４は周波数が可変であり、駆動電流交流成分の周
期を測定対象物の振動周期と非常に近い値に設定し、測
定を行う。本実施例での測定精度は、レーザー駆動電流
の周波数確度によるため、正弦波発生装置にはできるだ
け高精度のものを使用すると良い。
手段２４は周波数が可変であり、駆動電流交流成分の周
期を測定対象物の振動周期と非常に近い値に設定し、測
定を行う。本実施例での測定精度は、レーザー駆動電流
の周波数確度によるため、正弦波発生装置にはできるだ
け高精度のものを使用すると良い。
【００４４】信号処理系の構成を図８に示す。ビート信
号処理手段２０Ａは、フォトダイオード１２から出力さ
れるビート波形の電流値変化を電圧値変化へ変換する電
流-電圧変換回路４６と、この電流-電圧変換回路から入
力される電圧波形のうち振動による信号のみを取り出す
フィルタ４８と、このフィルタ４８によってフィルタリ
ングされたビート波を増幅する増幅回路５０とを備えて
いる。
号処理手段２０Ａは、フォトダイオード１２から出力さ
れるビート波形の電流値変化を電圧値変化へ変換する電
流-電圧変換回路４６と、この電流-電圧変換回路から入
力される電圧波形のうち振動による信号のみを取り出す
フィルタ４８と、このフィルタ４８によってフィルタリ
ングされたビート波を増幅する増幅回路５０とを備えて
いる。
【００４５】微少振動数差検出手段２０Ｂは、図８に示
すように、ビート波のビート周波数を電圧値へ変換する
周波数-電圧変換回路（ＦＶ変換素子）５２と、この周
波数変化波形の波形を解析する周波数・波形解析部５４
とを備えている。周波数・波形解析部５４は、このＦＶ
変換素子によって変換された電圧値のピークを保持する
と共に当該ピーク値を前記ビート波の包絡線波形として
出力するピークホールド部とを備えると良い。また、こ
のピークホールド処理はデジタル的に行うことができ
る。
すように、ビート波のビート周波数を電圧値へ変換する
周波数-電圧変換回路（ＦＶ変換素子）５２と、この周
波数変化波形の波形を解析する周波数・波形解析部５４
とを備えている。周波数・波形解析部５４は、このＦＶ
変換素子によって変換された電圧値のピークを保持する
と共に当該ピーク値を前記ビート波の包絡線波形として
出力するピークホールド部とを備えると良い。また、こ
のピークホールド処理はデジタル的に行うことができ
る。
【００４６】図９は、周波数・波形解析部５４による処
理例を示す説明図である。まず、ＦＶ変換素子５２から
の出力６０は、図４（Ｃ）に示すような包絡線を有す
る。そして、周波数・波形解析部５４は、ピークホール
ド処理６２を行うことで、包絡線を検出する（符号６
４）。そして、この包絡線周期Ｔから、微少振動数差を
算出する。すなわち、図２に示す構成との関係では、微
少振動数差算出機能２２は、前記ピークホールド部から
出力される包絡線波形の周期に基づいて前記振動数差を
算出する機能を備える。
理例を示す説明図である。まず、ＦＶ変換素子５２から
の出力６０は、図４（Ｃ）に示すような包絡線を有す
る。そして、周波数・波形解析部５４は、ピークホール
ド処理６２を行うことで、包絡線を検出する（符号６
４）。そして、この包絡線周期Ｔから、微少振動数差を
算出する。すなわち、図２に示す構成との関係では、微
少振動数差算出機能２２は、前記ピークホールド部から
出力される包絡線波形の周期に基づいて前記振動数差を
算出する機能を備える。
【００４７】図９に示す例では、周波数-電圧変換回路
６０から出力される信号は正弦波の高さが周期的に変動
する波形で、またこの変動周期が微少振動数差の周期で
ある。そこで、この信号をピークホールド処理し、信号
検出範囲を限定することにより包絡線を得る。そしてこ
の包絡線の周期を求め、微少振動数差が求まる。さら
に、この値を基準にして測定対象物の振動数が測定でき
る。
６０から出力される信号は正弦波の高さが周期的に変動
する波形で、またこの変動周期が微少振動数差の周期で
ある。そこで、この信号をピークホールド処理し、信号
検出範囲を限定することにより包絡線を得る。そしてこ
の包絡線の周期を求め、微少振動数差が求まる。さら
に、この値を基準にして測定対象物の振動数が測定でき
る。
【００４８】変調周波数ｆm、対象物の振動数ｆtともに
１k [Hz] に設定した場合における包絡線周波数ｆdbenv
の時間推移を図１０（Ａ）に示す。この変動の周期から
算出した微少振動数差ｆaは、０．７２５m [Hz] となっ
た。また、対象物の振動数ｆtを１m [Hz] 増加させて先
と同様の測定を行った結果（図１０（Ｂ））、算出され
た微少振動数差ｆaは１．９２３m [Hz] となり、ほぼ１
m [Hz] の増加が確認された。この結果から、設定周波
数１k [Hz] に対し、１０-6 程度の周波数を測定できた
ことになる。従来の変位計による測定方法で同様の精度
を得るには、１G [Hz] のサンプリング周波数が必要と
なる。
１k [Hz] に設定した場合における包絡線周波数ｆdbenv
の時間推移を図１０（Ａ）に示す。この変動の周期から
算出した微少振動数差ｆaは、０．７２５m [Hz] となっ
た。また、対象物の振動数ｆtを１m [Hz] 増加させて先
と同様の測定を行った結果（図１０（Ｂ））、算出され
た微少振動数差ｆaは１．９２３m [Hz] となり、ほぼ１
m [Hz] の増加が確認された。この結果から、設定周波
数１k [Hz] に対し、１０-6 程度の周波数を測定できた
ことになる。従来の変位計による測定方法で同様の精度
を得るには、１G [Hz] のサンプリング周波数が必要と
なる。
【００４９】また、レーザの変調周波数と対象物の振動
数が等しい場合には、この包絡線が一定値を示すため、
同様にして包絡線を得る処理を行い、変動が見られる場
合は、レーザの変調周波数を除々に変化させ、包絡線が
変動しなくなったときのレーザ変調周波数を測定する方
法で、これによると対象物の振動数を直接測定すること
ができる。
数が等しい場合には、この包絡線が一定値を示すため、
同様にして包絡線を得る処理を行い、変動が見られる場
合は、レーザの変調周波数を除々に変化させ、包絡線が
変動しなくなったときのレーザ変調周波数を測定する方
法で、これによると対象物の振動数を直接測定すること
ができる。
【００５０】図１１は、正弦波駆動電流の周期を変化さ
せて測定対象物の振動周期に同調させることで、測定対
象物の振動周期を計測する手法の例を示すフローチャー
トである。この例では、信号処理部２１は、前記包絡線
の値が一定に至るまで前記レーザ駆動部での駆動電流周
波数を変化させる同調制御機能と、この同調制御機能に
よって前記包絡線の値が一定に至った際の駆動電流周波
数を前記測定対象物の振動数として出力する振動数判定
機能とを備えている。
せて測定対象物の振動周期に同調させることで、測定対
象物の振動周期を計測する手法の例を示すフローチャー
トである。この例では、信号処理部２１は、前記包絡線
の値が一定に至るまで前記レーザ駆動部での駆動電流周
波数を変化させる同調制御機能と、この同調制御機能に
よって前記包絡線の値が一定に至った際の駆動電流周波
数を前記測定対象物の振動数として出力する振動数判定
機能とを備えている。
【００５１】図１１に示す例では、まず、測定対象物の
振動周波数よりも低い周波数の駆動電流でレーザを駆動
する（ステップＳ３１）。続いて、戻り光と出射光とが
レーザ共振器１４にて自己混合し、このビート波をフォ
トダイオード２０が出力する（ステップＳ３２）。この
ビート波を信号処理し（ステップＳ３３）、微少振動数
差を検出する（ステップＳ３４）。そして、微少振動数
差が０（又はしきい値以下）であるか否かをを判定し
（ステップＳ３５）、０でなければレーザ駆動周波数を
増加させる（ステップＳ３６）。一方、微少振動数差が
０であれば、レーザ駆動周波数を振動数として出力す
る。
振動周波数よりも低い周波数の駆動電流でレーザを駆動
する（ステップＳ３１）。続いて、戻り光と出射光とが
レーザ共振器１４にて自己混合し、このビート波をフォ
トダイオード２０が出力する（ステップＳ３２）。この
ビート波を信号処理し（ステップＳ３３）、微少振動数
差を検出する（ステップＳ３４）。そして、微少振動数
差が０（又はしきい値以下）であるか否かをを判定し
（ステップＳ３５）、０でなければレーザ駆動周波数を
増加させる（ステップＳ３６）。一方、微少振動数差が
０であれば、レーザ駆動周波数を振動数として出力す
る。
【００５２】次に、図２に示す微少振動算出機能２２
が、前記包絡線の波形を予め想定した場合の近似式に基
づいて前記包絡線の値の変化を用いて前記振動数差を算
出する機能を備えた例を説明する。すなわち、測定時間
を短縮するための手法を説明する。
が、前記包絡線の波形を予め想定した場合の近似式に基
づいて前記包絡線の値の変化を用いて前記振動数差を算
出する機能を備えた例を説明する。すなわち、測定時間
を短縮するための手法を説明する。
【００５３】半導体レーザの変調周波数ｆmと、対象物
の振動数ｆtとの微少振動数差ｆaを包絡線の周期からで
はなく、２点の測定値の差から算出することにより、測
定時間の大幅な短縮が可能である。近似式として、第１
に、包絡線が正弦波変動すると仮定する方法や、第２
に、包絡線が正弦波の絶対値をとった波形で変動すると
仮定する方法とがある。
の振動数ｆtとの微少振動数差ｆaを包絡線の周期からで
はなく、２点の測定値の差から算出することにより、測
定時間の大幅な短縮が可能である。近似式として、第１
に、包絡線が正弦波変動すると仮定する方法や、第２
に、包絡線が正弦波の絶対値をとった波形で変動すると
仮定する方法とがある。
【００５４】（近似１）．包絡線周波数ｆdbenvが正弦
波変動すると仮定すると、次式（５）が成り立つ。ここ
で、時間ｔaはｆmとｆtとの位相のずれを表す定数であ
る。ある時間ｔ1，ｔ1＋Δｔにおける包絡線周波数をそ
れぞれｆdbenv1，ｆdevnv2とすると、式（５）は次式
（６）及び（７）で表される。この式（６）及び（７）
にて時間ｔa＋ｔ1を消去し、微少振動数差ｆaについて
変形すると、次式（８）となる。
波変動すると仮定すると、次式（５）が成り立つ。ここ
で、時間ｔaはｆmとｆtとの位相のずれを表す定数であ
る。ある時間ｔ1，ｔ1＋Δｔにおける包絡線周波数をそ
れぞれｆdbenv1，ｆdevnv2とすると、式（５）は次式
（６）及び（７）で表される。この式（６）及び（７）
にて時間ｔa＋ｔ1を消去し、微少振動数差ｆaについて
変形すると、次式（８）となる。
【００５５】（近似２）．包絡線周波数ｆdbenvが図・
に示す変動をすると仮定すると、次式（９）が成立す
る。上記（近似１）の場合と同様にしてｆaについて変
形すると、次式（１０）となる。この式（１０）より、
ｆaを求めることができる。
に示す変動をすると仮定すると、次式（９）が成立す
る。上記（近似１）の場合と同様にしてｆaについて変
形すると、次式（１０）となる。この式（１０）より、
ｆaを求めることができる。
【００５６】
【数２】
【００５７】式（３）において、ｆb maxとｆd maxの差
が小さい場合の包絡線周波数ｆdben vの変動は図１２
（Ｂ）に示す曲線に近く、その差が大きくなるにつれて
図１０（Ａ）に示す正弦波変動に近づく。従って、ｆ
b maxとｆd maxの差が大きい場合には式（８）を、差が
小さい場合には式（１０）を用いると精度を高く保つこ
とができる。
が小さい場合の包絡線周波数ｆdben vの変動は図１２
（Ｂ）に示す曲線に近く、その差が大きくなるにつれて
図１０（Ａ）に示す正弦波変動に近づく。従って、ｆ
b maxとｆd maxの差が大きい場合には式（８）を、差が
小さい場合には式（１０）を用いると精度を高く保つこ
とができる。
【００５８】（近似３）．式３において、ｆb maxとｆ
d maxの差が無ければ、式（１０）の精度が高くなる。
このため、レーザの周波数変調効率df/diを予め記録し
ておき、次に、レーザ変調せずに対象物の振動を測定
し、このときのフォトダイオード２０の出力からｆ
d maxを記録する。そして、式（１）に基づいてｆb max
がｆd maxと等しくなるように駆動電流の振幅を設定す
る。そして、式（１０）にて近似を実行する。
d maxの差が無ければ、式（１０）の精度が高くなる。
このため、レーザの周波数変調効率df/diを予め記録し
ておき、次に、レーザ変調せずに対象物の振動を測定
し、このときのフォトダイオード２０の出力からｆ
d maxを記録する。そして、式（１）に基づいてｆb max
がｆd maxと等しくなるように駆動電流の振幅を設定す
る。そして、式（１０）にて近似を実行する。
【００５９】図１３（Ａ）に示す微少振動数差の測定結
果について、式（８）及び式（１０）により微少振動数
差を求めた。この結果を図１３（Ｂ）に示す。この場
合、ｆb maxとｆd maxとの差が小さいため、式（１０）
による算出値の方が誤差が少ない。このことは、式（１
０）による算出値がほぼ一定値を示すのに対して、式
（８）による算出値は除々に減少し飽和する傾向が見ら
れないことからも判る。
果について、式（８）及び式（１０）により微少振動数
差を求めた。この結果を図１３（Ｂ）に示す。この場
合、ｆb maxとｆd maxとの差が小さいため、式（１０）
による算出値の方が誤差が少ない。このことは、式（１
０）による算出値がほぼ一定値を示すのに対して、式
（８）による算出値は除々に減少し飽和する傾向が見ら
れないことからも判る。
【００６０】
【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、自己混合工程にて、測定対象物か
らの戻り光と、この戻り光受光時の出射光（発振光）と
が共振器内で自己混合し、振動情報出力工程では、自己
混合工程で生じた前記対象物ドップラ周波数と自己周波
数とが重畳したビート波または当該ビート波を信号処理
した情報を前記測定対象物の振動情報として出力するた
め、共振器の仮想速度による自己周波数と測定対象物の
速度によるドップラ周波数との差に応じた包絡線（群周
波数）が、ビート波に現れ、共振器の仮想速度を一定と
した場合には、この包絡線の変化を検出することで測定
対象物の振動周期の変化を得ることができ、他方、共振
器の仮想速度を順次変化させることで測定対象物の振動
数を検出することができ、さらに、包絡線周波数又は包
絡線の周期を算出すると、測定対象物の振動数を信号処
理部のハードウエア資源の精度を同等としたままドップ
ラ周波数を直接検出する場合と比較して高精度に計測す
ることができる、という従来にない優れた振動計測方法
を提供することができる。また、本発明による振動数差
測定装置では、レーザ駆動部が、正弦波波形のレーザ駆
動電流で当該レーザ部を駆動するため、レーザ共振器で
の発振波長は、この駆動電流の大きさに応じて変化し、
この発振波長の変化速度を共振器の仮想速度とする自己
周波数が生じ、一方、戻り光には、測定対象物の速度に
応じてドップラ周波数が加わり、そして、出射光と戻り
光とが共振器内にて自己混合すると、自己周波数とドッ
プラ周波数とが重畳したビート波が生じる。このビート
波の周期変化は自己周波数とドップラ周波数との差に応
じた変化となるため、このビート波の周波数を観測する
ことで測定対象物の振動数や振動数の変化を計測するこ
とができる、という従来にない優れた振動数測定装置を
提供することができる。
ので、これによると、自己混合工程にて、測定対象物か
らの戻り光と、この戻り光受光時の出射光（発振光）と
が共振器内で自己混合し、振動情報出力工程では、自己
混合工程で生じた前記対象物ドップラ周波数と自己周波
数とが重畳したビート波または当該ビート波を信号処理
した情報を前記測定対象物の振動情報として出力するた
め、共振器の仮想速度による自己周波数と測定対象物の
速度によるドップラ周波数との差に応じた包絡線（群周
波数）が、ビート波に現れ、共振器の仮想速度を一定と
した場合には、この包絡線の変化を検出することで測定
対象物の振動周期の変化を得ることができ、他方、共振
器の仮想速度を順次変化させることで測定対象物の振動
数を検出することができ、さらに、包絡線周波数又は包
絡線の周期を算出すると、測定対象物の振動数を信号処
理部のハードウエア資源の精度を同等としたままドップ
ラ周波数を直接検出する場合と比較して高精度に計測す
ることができる、という従来にない優れた振動計測方法
を提供することができる。また、本発明による振動数差
測定装置では、レーザ駆動部が、正弦波波形のレーザ駆
動電流で当該レーザ部を駆動するため、レーザ共振器で
の発振波長は、この駆動電流の大きさに応じて変化し、
この発振波長の変化速度を共振器の仮想速度とする自己
周波数が生じ、一方、戻り光には、測定対象物の速度に
応じてドップラ周波数が加わり、そして、出射光と戻り
光とが共振器内にて自己混合すると、自己周波数とドッ
プラ周波数とが重畳したビート波が生じる。このビート
波の周期変化は自己周波数とドップラ周波数との差に応
じた変化となるため、このビート波の周波数を観測する
ことで測定対象物の振動数や振動数の変化を計測するこ
とができる、という従来にない優れた振動数測定装置を
提供することができる。
【図１】本発明の第一の実施形態の構成を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図２】第１実施形態でのハードウエア資源の構成を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】本発明の動作原理を説明するための波形図であ
り、図３（Ａ）はレーザ光周波数の変化を示す図で、図
３（Ｂ）はそのビート周波数変化を示す図で、図３
（Ｃ）は振動変位を示す図で、図３（Ｄ）はそのドップ
ラ周波数変化を示す図である。
り、図３（Ａ）はレーザ光周波数の変化を示す図で、図
３（Ｂ）はそのビート周波数変化を示す図で、図３
（Ｃ）は振動変位を示す図で、図３（Ｄ）はそのドップ
ラ周波数変化を示す図である。
【図４】本発明の動作原理を説明するための波形図であ
り、図４（Ａ）はドップラ周波数変化とビート周波数変
化とを示す図で、図４（Ｂ）は両者の重ね合わせの状態
を示す図で、図４（Ｃ）はドップラビート周波数変化の
包絡線の一例を示す図で、図４（Ｄ）はうなりの効果を
説明するための図である。
り、図４（Ａ）はドップラ周波数変化とビート周波数変
化とを示す図で、図４（Ｂ）は両者の重ね合わせの状態
を示す図で、図４（Ｃ）はドップラビート周波数変化の
包絡線の一例を示す図で、図４（Ｄ）はうなりの効果を
説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態の動作例を示すフローチャー
トである。
トである。
【図６】本発明の一実施形態の構成例を示すブロック図
である。
である。
【図７】図６に示したレーザ駆動系の詳細構成を示すブ
ロック図であり、図７（Ａ）は交流電流により正弦波を
発生させる例を示す図で、図７（Ｂ）は電圧による例を
示す図である。
ロック図であり、図７（Ａ）は交流電流により正弦波を
発生させる例を示す図で、図７（Ｂ）は電圧による例を
示す図である。
【図８】図６に示した信号処理系の詳細構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図９】図８に示した信号処理系の動作例及び波形例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１０】時間経過に対するドップラビート周波数の測
定結果を示す波形図であり、図１０（Ａ）は測定対象物
を１ k[Hz] で駆動した例を示す図で、図１０（Ｂ）は
１m[Hz]増加させた場合の例を示す図である。
定結果を示す波形図であり、図１０（Ａ）は測定対象物
を１ k[Hz] で駆動した例を示す図で、図１０（Ｂ）は
１m[Hz]増加させた場合の例を示す図である。
【図１１】同調により測定対象物の振動数を判定する実
施例の構成を示すフローチャートである。
施例の構成を示すフローチャートである。
【図１２】包絡線の近似により測定時間を短縮する実施
例で使用する包絡線近似波形の例を示す波形図であり、
図１２（Ａ）は近似１で使用する波形例を示す図で、図
１２（Ｂ）は近似２及び近似３で使用する波形例を示す
図である。
例で使用する包絡線近似波形の例を示す波形図であり、
図１２（Ａ）は近似１で使用する波形例を示す図で、図
１２（Ｂ）は近似２及び近似３で使用する波形例を示す
図である。
【図１３】近似による算出結果の一例を示す波形図であ
り、図１３（Ａ）は経過時間に対する最大ドップラ周波
数の特性を示す図で、図１３（Ｂ）は測定時間間隔に対
する微少周波数差の算出例を示す波形図である。
り、図１３（Ａ）は経過時間に対する最大ドップラ周波
数の特性を示す図で、図１３（Ｂ）は測定時間間隔に対
する微少周波数差の算出例を示す波形図である。
１０ 測定対象物 １２ レーザ部（半導体レーザ部） １４ レーザ共振器（または、レーザダイオード） １６ レンズ ２０ フォトダイオード ２１ 信号処理部 ２２ 微少振動数差算出機能
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 淳治 神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号 ス ズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者 西村 喜光 千葉県習志野市藤崎４−１−12 ライブ・ ゆうなみ102号室 (72)発明者 古寺 博 東京都日野市東豊田１丁目43番地の14 (72)発明者 角 正雄 東京都東大和市湖畔２丁目325―８ Ｆターム(参考） 2G064 AB01 BC05 BC32
Claims (7)
- 【請求項１】 測定対象物へレーザ光を出射するレーザ
光出射工程と、前記測定対象物で反射すると共に当該測
定対象物の速度に応じた対象物ドップラ周波数を有する
戻り光を受光する戻り光受光工程と、この戻り光受光工
程での受光時に発振し前記レーザ光を出射した時から当
該戻り光を受光するまでの共振器の変化に応じた自己周
波数を生じさせる新たな出射光と前記ドップラ周波数を
有する戻り光とを自己混合させる自己混合工程と、この
自己混合工程で生じ前記対象物ドップラ周波数と自己周
波数とが重畳したビート波または当該ビート波を信号処
理した情報を前記測定対象物の振動情報として出力する
振動情報出力工程とを備えたことを特徴とする振動測定
方法。 - 【請求項２】 前記振動情報出力工程が、前記ビート波
の周波数の変化波形の包絡線を抽出する包絡線抽出工程
と、この包絡線抽出工程にて抽出された包絡線の周波数
に基づいて前記対象物ドップラ周波数と自己周波数との
振動数差を算出する振動数差算出工程を備えたことを特
徴とする請求項１記載の振動測定方法。 - 【請求項３】 レーザ光を発振すると共に当該発振した
出射光が測定対象物で反射した戻り光と当該戻り光受光
時に発振した出射光とを自己混合させるレーザ共振器
と、正弦波波形のレーザ駆動電流で当該レーザ部を駆動
するレーザ駆動部と、前記レーザ共振器での駆動電流に
応じた出射時の波長で発振されたレーザ光を測定対象物
に向けて出射すると共に前記測定対象物からの戻り光と
当該戻り光受光時の前記レーザ共振器での駆動電流に応
じた波長で発振された出射光とが当該共振器内で自己混
合したビート波を出力するレーザ部と、このレーザ部か
ら出力されるビート波を信号処理すると共に処理結果を
振動情報として出力する信号処理部とを備えると共に、 前記信号処理部は、前記ビート波の周波数の変化に基づ
いて前記測定対象物の振動周波数を算出する微少振動数
差算出機能を備えたことを特徴とする振動数計測装置。 - 【請求項４】 前記信号処理部が、前記ビート波の周波
数を電圧に変換するＦＶ変換素子と、このＦＶ変換素子
によって変換された電圧値のピークを保持すると共に当
該ピーク値を前記ビート波の包絡線波形として出力する
ピークホールド部とを備え、 前記微少振動数差算出機能は、前記ピークホールド部か
ら出力される包絡線波形の周期に基づいて前記測定対象
物の振動周波数を算出する機能を備えたことを特徴とす
る請求項３記載の振動数計測装置。 - 【請求項５】 前記微少振動算出機能は、前記包絡線の
波形を予め想定した場合の近似式に基づいて前記包絡線
の値の変化を用いて前記測定対象物の振動周波数を算出
する機能を備えたことを特徴とする請求項３記載の振動
数計測装置。 - 【請求項６】 前記信号処理部は、前記包絡線の値が一
定に至るまで前記レーザ駆動部での駆動電流周波数を変
化させる同調制御機能を備えたことを特徴とする請求項
３，４又は５記載の振動数計測装置。 - 【請求項７】 レーザ光を発振すると共に当該発振した
出射光が第１の測定対象物で反射した戻り光と当該戻り
光受光時に発振した出射光とを自己混合させるレーザ共
振器と、前記第１の測定対象物の振動と同期して振動す
る第２の測定対象物に設置され前記レーザ共振器を保持
するレーザ部と、このレーザ部から出力されるビート波
を信号処理すると共に処理結果を振動情報として出力す
る信号処理部とを備えると共に、 前記信号処理部は、前記ビート波の包絡線に基づいて前
記第１の測定対象物の振動数と前記第２の測定対象物の
振動数の振動数差を算出する微少振動数差算出機能を備
えたことを特徴とする振動数計測装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000036568A JP3680678B2 (ja) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | 振動測定方法及び振動数測定装置 |
| US09/781,163 US6671638B2 (en) | 2000-02-15 | 2001-02-13 | Oscillation measuring method and frequency measuring apparatus |
| DE10106801A DE10106801B4 (de) | 2000-02-15 | 2001-02-14 | Schwingungsmessverfahren und Frequenzmessvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000036568A JP3680678B2 (ja) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | 振動測定方法及び振動数測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001228017A true JP2001228017A (ja) | 2001-08-24 |
| JP3680678B2 JP3680678B2 (ja) | 2005-08-10 |
Family
ID=18560599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000036568A Expired - Fee Related JP3680678B2 (ja) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | 振動測定方法及び振動数測定装置 |
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|---|---|
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| DE (1) | DE10106801B4 (ja) |
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| JP2010071923A (ja) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Yamatake Corp | 振動周波数計測装置および振動周波数計測方法 |
| JP2010078393A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Yamatake Corp | 振動振幅計測装置および振動振幅計測方法 |
| JP2010085236A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 包絡線生成装置と、そのような包絡線生成装置を備えたドア開閉装置 |
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| KR100646117B1 (ko) * | 2005-09-06 | 2006-11-14 | 주식회사 에이로직스 | 미세발진 검출 방법 및 장치, 그 장치를 구비한 와이브로중계기 |
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| CN101517520B (zh) * | 2006-10-03 | 2014-11-19 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 激光器控制器 |
| CN101419262B (zh) * | 2008-10-10 | 2011-06-15 | 南京信息工程大学 | 石英晶体振荡器的在线检测系统 |
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| CN103217599A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-07-24 | 深圳市三奇科技有限公司 | 一种频率器件自动测试装置及其测试方法 |
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| FR3057078B1 (fr) * | 2016-10-04 | 2018-10-26 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales | Circuit electrique de mesure, detecteur de gaz et procede de mesure d'une concentration gazeuse |
| JP7436276B2 (ja) * | 2020-04-21 | 2024-02-21 | アズビル株式会社 | ハンチング検出装置およびハンチング検出方法 |
| JP6980163B1 (ja) * | 2021-02-26 | 2021-12-15 | 三菱電機株式会社 | 信号処理装置、信号処理方法及びライダ装置 |
| CN114594419B (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-26 | 中国人民解放军空军预警学院 | 波束域侦察测频测向方法与装置 |
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2001
- 2001-02-13 US US09/781,163 patent/US6671638B2/en not_active Expired - Fee Related
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