JPH02259431A - 振動計測方法およびその計測装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は光干渉法を利用した振動計測方法およびその計
測装置に係り、詳しくはレーザ光を反射させる光反射体
を無振動状態に制御して、振動計測装置自体の振動を相
殺することにより被測定体の振動の計測誤差を少なくす
るようにした振動計測方法およびその計測装置に関する
。

〔従来の技術〕

非接触式の振動計測装置の一つに光干渉法を利用した振
動計測装置が知られているが、従来の光干渉法を利用し
た振動計測装置は、この振動計測装置から被測定体に向
けて周波数ｆ０のレーザ光を送信すると共に、前記被測
定体の振動Ｖの影響を受けて変化した反射レーザ光の周
波数ｆをこの振動計測装置により受信して、これらレー
ザ光の画周波数ｒ０、ｆと光速Ｃとにより、前記被測定
体の振動Ｖを、 ｖ＝ｃ　（ｆｏ　　　ｒ）／　Ｃｆｏ　＋ｆ）−−−−
（ａ）によって求めるものであるが、振動計測装置が静
止していることを前提としており、実際には振動計測装
置自体も振動しているので、この振動計測装置自体の振
動を打ち消して計測誤差を少なくする方法が試みられる
ようになってきている。

その−例を、光干渉法を活用した振動計測装置の構成説
明図の第４図に基づいて紹介する。

即ち、図に示す符号０ωは振動計測装置の本体であり、
この本体０ωは支持台（１）とこれに取付けられる振動
検出器（２）と、レーザ発信器（３）と、ビームスプリ
ッタ（４）および光検出器（５）とからなっている。

従って、レーザ発信器（３）からビームスプリッタ（４
）に向けて周波数ｆ０のレーザ光を送信すると、レーザ
光はビームスプリッタ（４）によって分岐され一方の分
岐レーザ光は直進して、例えばＶの振幅で振動している
被測定体（６０）により反射されて周波数ｒの反射レー
ザ光として再びビームスプリッタ（４）に戻り、このビ
ームスプリッタ（４）により反射されて光検出器（５）
に到達する。また、他方の分岐レーザ光はビームスプリ
ッタ（４）および反射体（６）によって屈折され、周波
数ｆ０のまま光検出器（５）に到達する。さすれば、光
検出器（５）ではそれらのレーザ光の周波数の差（ｒ−
ｒ、）に比例した出力が得られるので、上記式（ａ）か
ら被測定体（６０）の振動Ｖを求め得るが、支持台（１
）が振動Ｕで振動しているとすれば、被測定体（６０）
により反射された反射レーザ光の周波数ｆには、被測定
体（６０）の振動Ｖとこの支持台（１）の振動Ｕとの両
振動が加わるので、光検出器（５）の出力は支持台（１
）の振動Ｕに基づく誤差を含むものとなってしまうこと
になる。

そこで、この支持台（１）に取付けた振動検出器（２）
で検出されると共に、この振動検出器（２）の信号処理
器（２０）から得られた支持台（１）の振動Ｕの信号と
、前記光検出器（５）の信号処理器（３０）から得られ
た振動（ｖ＋ｕ）の信号とを共に演算処理装置（４０）
に入力して、振動（ｖ＋ｕ）から振動Ｕを差し引くこと
によって正確な被測定体（６０）の振動Ｖを求め、これ
を表示装置（５０）により表示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の振動計測装置による振動の計測方法では
、支持台を完全な剛体にしてビームスプリッタや光検出
器の振動と振動検出器の振動に差が生じないように配慮
する必要があるが、実際には支持台を完全な剛体にする
ことが困難であって、振動の検出値を補正しなければな
らない。

その為にこの支持台の振動を振動検出器で検出して補正
しているが、実際にはビームスプリッタや光検出器も振
動しているので、これによって振動の全てを補正したこ
とにはなり得す、ビームスプリッタや光検出器の振動と
振動検出器の振動との差が振動計測装置の測定誤差とな
り、高精度の計測ができないという問題点が残されてい
る。

従って、支持台の振動により派生するビームスプリッタ
等が無振動になるよう制御して、光検出器により被測定
体の振動のみを測定可能にすることにより、高精度の振
動計測ができる振動計測方法およびその計測装置の提供
を目的とする。

（課題を解決するための手段〕 本１発明の第１発明に係る振動計測方法の要旨は、被測
定体に向けてレーザ光を送信し、該送信レーザ光と被測
定体により反射された反射レーザ光との干渉を検出する
ことにより被測定体の振動を検出する振動計測方法にお
いて、前記送信レーザ光を分岐し、被測定体により反射
された反射レーザ光と、支持台に取付けた圧電体に弾性
体を介して支持してなる光反射体により反射された反射
レーザ光との干渉を検出するに際し、該光反射体の振動
が０になるように前記圧電体の伸縮を該光反射体の振動
検出値に基づいて作動する圧電体ドライバにより制御す
ることを特徴とする。

また、本発明の第２発明に係る振動計測装置の構成は、
被測定体に向けてレーザ光を送信するし−ザ発信器を備
え、該レーザ光と被測定体により反射された反射レーザ
光との干渉を検出する光検出器を備えると共に、該光検
出器で検出した検出値を処理する信号処理装置とを備え
てなる被測定体の振動計測装置において、前記送信レー
ザ光を分岐するビームスプリッタと、分岐したレーザ光
を反射させる光反射体と、支持台に取付けられ、かつ該
光反射体を弾性体を介して支持する圧電体と、該光反射
体の振動を検出する振動検出装置と、該振動の検出信号
に基づいて前記圧電体の伸縮を制御する圧電体ドライバ
とを備えてなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明では振動計測方法を以上のようにしたので、レー
ザ発信器から送信された周波数ｆ０の送信レーザ光は、
ビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方のレ
ーザ光は直進して被測定体に到達し、被測定体の振動Ｖ
の影響を受けて周波数ｆの反射レーザ光となり、ビーム
スプリッタに戻ると共に直角に反射して光検出器に到達
する。

また、分岐された他方のレーザ光はビームスプリッタに
より直角方向に反射され、かつ反射鏡で被測定体の振動
方向に屈折されると共に光反射体で反射されてビームス
プリッタに戻り、直進して前記光検出器に到達する。従
って、光反射体は支持台の振動を弾性体を介して受ける
ことになるが、その振動に基づいて光反射体と支持台の
間の圧電体を伸縮制御することにより、光反射体が無振
動状態になるように制御例ゲインを設定するすることが
できるので、光反射体により反射された反射レーザ光の
周波数はｆｏのまま維持される。

そして、支持台の振動を弾性体を介して受けて振動する
この光反射体の振動系は、第３図に示すように、質量ｍ
−バネにの振動系で表される。

つまり、光反射体の質量をｍ、弾性体のバネ定数をｋ、
支持台の振幅をＸ＋、光反射体の振幅をｘ！、圧電体の
伸縮振動の振幅をΔＸ１、弾性体の伸縮の振幅をΔｘ２
として、ｘ、を検出してΔＸＩ　に印加する制御ゲイン
をＧとすると、ｍＸｘ＋にΔｘ＊＝０ で表され、ΔＸＩ−ｃΔｘ２の関係からｘｔ／ｘ＋　−
１／　（１−（ω／ω、’）”）が求められる。なお、
この上式は支持台の振動をω、振動系の固有振動をω。

−（ｋ／　ｍ　）　ｌ　／　を等偏置有振動をω。′−
ω。／（１＋Ｇ）””として示したものである。

従って、制御ゲインをＧを大きくするとω。

を小さくできるので、Ｘｚ／Ｘ１　を小さくすることが
できる。換言すれば、支持台の振幅Ｘ１に対して光反射
体の振幅ｘｔを小さくすることにより、この光反射体を
静止状態にすることができる。

そして、前記被測定体の振動Ｖの影響を受けた周波数ｆ
の反射レーザ光と、支持台の振動の影響を受けないよう
にした光反射体により反射された周波数ｒ０の反射レー
ザ光が干渉し、これら両レーザ光の周波数の差（ｒ、−
ｒ）が光検出器によって検出されることになる。

〔実施例〕

本発明の実施冷を第１図乃至第２図を参照しながら以下
に説明する。

Ｌ＝！！虻侭 この第一実施例を、振動計測装置の構成説明図の第１図
を参照しながら説明する。なお、この図に示す振動計測
装置は光反射体の振動検出を、被測定体の振動を検出す
るレーザ光を活用してその光干渉法で検出する方法を示
している。

即ち、図に示す符号（２０）は振動計測装置の本体であ
り、この本体（２０）は、支持台（５）により圧電体（
４）を介して支持してなる支持体（３）にバネ（２）を
介して光反射体（１）を支持し、レーザ発信器（６）と
この本体の外方にセットされる被測定体（７０）の間で
あって、この被測定体（７０）側寄りにはビームスプリ
ッタ（９）を、レーザ発信器（６）側寄りにはビームス
プリッタ（７）を配設し、また被測定体（７０）側寄り
のビームスプリッタ（９）により分岐されたレーザ光を
前記光反射体（１）の方向向きに変換する反射鏡０ωを
配設し、レーザ発信器（６）側寄りのビームスプリッタ
（７）により分岐されたレーザ光を反射体（１）の方向
向きに変換し、かつこの光反射体（１）により反射され
た反射レーザ光を光検出器００に向けて透過させるビ−
ムスブリッタ（８）を配設し、さらに被測定体（７０）
から反射された反射レーザ光を直角方向に変換してこの
ビームスプリッタ（９）の図における上方に設けた光検
出器Ｇｅｌに送光する構成とした。

そして、この光検出器Ｑ２１の出力を信号処理装置（４
０）を介して表示装置（６０）に入力し、また光検出器
００の出力を信号処理装置（４０）を介して圧電体ドラ
イバ（５０）に入力すると共に、この圧電体ドライバ（
５０）の出力により前記圧電体（４）の伸縮を制御ｎす
る構成とした。

以下、上記構成になる振動計測装置の作用態様を説明す
ると、レーザ発信器（６）から送信された周波数「。の
レーザ光は、先ずビームスプリッタ（７）で分岐され、
分岐された一方のレーザ光は光反射体（１）により反射
され、振幅ｘｉで振動している光反射体（１）に反射さ
れて周波数ｆ、の反射レーザ光となってビームスプリッ
タ（８）を透過して光検出器０１）に到達する一方、周
波数ｆ、の反射レーザ光とビームスプリッタ（８）で屈
折されて光検出器θ０に到達した周波数ｆ０のレーザ光
とが干渉し、光検出器００から（ｒｌ−ｒｏ）の信号が
得られ、これから信号処理装置（４０）で演算処理する
ことにより光反射体（１）の振動ｘ２が求められる。そ
して、求められた振動Ｘ８の値を増幅して圧電体（４）
に入力してこの圧電体（４）の振動を制御して、支持台
（５）から伝えられる振動Ｘ、を打ち消すように光反射
体（１）の振動ｘ２を０に近づける。一方、ビームスプ
リッタ（７）と（９）を透過したレーザ光は、振動Ｖで
振動している被測定体（７０）で反射し、周波数ｆ、の
反射レーザ光となってビームスプリッタ（９）により反
射されて光検出器０りに到達する。そして、この反射レ
ーザ光と反射鏡０■で反射されると共に、ビームスプリ
ッタ（９）を透過し、かつ光反射体（１）で反射された
周波数ｆ０の反射レーザ光とが干渉する。

故に、この干渉したレーザ光から光検出器面によって（
ｒ、−ｆ＠　＞の信号が得られると共に、信号処理装置
（４０）により被測定体（７０）の振動Ｖが求められ、
次いでこれが表示装置（６０）により表示される。

なお、光反射体（１）はバネ（２）を介して支持したが
、バネ（２）は支持台（５）の振動が直接そのままこの
光反射体（１）に伝わるのを防止する働きをする。

に皇ｌ阻 この第二実施例を、振動計測装置の構成説明図の第２図
を参照しながら説明する。なお、この図に示す振動計測
装置は光反射体の振動を加速度計で検出するようにした
構成を示している。

即ち、この振動計測装置は本体（２０）と、レーザ電１
　（３０）と、信号処理装置（４０）と、圧電体ドライ
バ（５０）と、表示装置（６０）とから構成されている
。

この本体く２０）は、支持台（５）により圧電体（４）
を介して支持してなる支持体（３）にバネ（２）を介し
て光反射体（＋）を支持し、レーザ発信器（６）により
送信されたレーザ光を反射させ、かつ反射方向と逆方向
に反射させると共に、反射して光反射体（１）により反
射された反射レーザ光を透過させるビームスプリッタ（
８）を配設し、また反射レーザ光と前記反射したレーザ
光とを受ける光検出器０りを配設した。

さらに、前記バネ（２）と並列に配設した振動検出器０
３）を支持体（３）に固着し、この検出信号を信号処理
装置（４０）を介して圧電体ドライバ（５０）に入力す
ると共に、この圧電体ドライバ（５０）により前記圧電
体（４）の伸縮を制御する構成とした。なお、光反射体
（１）の上面と振動計測装置の外方にセットされる被測
定体（７０）の下面とに設けられている符号に）で示し
た三角形状をしたものは反射鏡である。

従って、振動検出器０３）で検出された検出値に基づい
て圧電体（４）の伸縮が制御されるので、この実施例は
上記した第一実施例と同効である。

但し、この構成の振動計測装置では反射鏡（ホ）が振動
するので第一実施例に比較して振動の測定精度の点に関
して若干劣るという問題が残される。

なお、振動検出器０９の形式としては、静電容量式セン
サでも、また渦電流式センサでも良く、形式の相違によ
り不具合が生じることはない。

このように、上記した何れの実施例にあっても支持台（
５）の振動が光反射体（１）に伝えられても、この光反
射体（１）の振動が圧電体（４）の伸縮振動の制御によ
って打ち消されるので従来の振動計測装置に比較してよ
り高精度で被測定体（７０）の振動を測定することがで
きるようになった。

なお、上記した実施例は何れも本発明の具体例に過ぎず
、従ってこの発明の技術思想の範囲がこれらの実施例に
よって限定されるものではなく、しかもこの技術思想を
逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在である
。

〔発明の効果〕

本発明になる振動計測方法およびその装置によれば、被
測定体により反射される反射レーザ光と干渉させる基準
となるレーザ光を、弾性体を介して圧電体で支持すると
共にこの圧電体の伸縮を制御Ｔｊすることにより、支持
台から光反射体に伝わる振動を打ち消すようにした。

従って、支持台の振動の程度の如何に関わらず光反射体
を静止状態に維持することができるので、支持台の剛性
を強固にするまでもなく高精度で被測定体の振動を測定
することが可能になる。

そして、上記したように支持台の剛性を強固にする必要
がないので、振動計測装置自体の軽量化が可能になりそ
の取扱いが簡単になるという効果も生じてきた。

従って、本発明によって高精度で振動計測ができる極め
て優れ、かつ有用な振動計測方法およびその計測装置を
実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例になる振動計測装置の構成
説明図、第２図は本発明の第二実施例になる振動計測装
置の構成説明図、第３図は質量−バネ振動系の説明図、
第４図は従来の振動計測装置の構成説明図である。 （１）−光反射体、（２）−バネ、（４）−圧電体、（
５）−支持台、（６）−レーザ発信器、（７）、（８）
、（９）−ビームスプリッタ、０ω、に）、−反射鏡、
００．０クー光検出器、０■−振動検出器、（２０）−
本体、（４０Ｌ−信号処理装置、（５０）−圧電体ドラ
イバ、（７０）−被測定体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体に向けてレーザ光を送信し、該送信レー
   ザ光と被測定体により反射された反射レーザ光との干渉
   を検出することにより被測定体の振動を検出する振動計
   測方法において、前記送信レーザ光を分岐し、被測定体
   により反射された反射レーザ光と、支持台に取付けた圧
   電体に弾性体を介して支持してなる光反射体により反射
   された反射レーザ光との干渉を検出するに際し、該光反
   射体の振動が０になるように前記圧電体の伸縮を該光反
   射体の振動検出値に基づいて作動する圧電体ドライバに
   より制御することを特徴とする振動計測方法。
2. （２）被測定体に向けてレーザ光を送信するレーザ発信
   器を備え、該レーザ光と被測定体により反射された反射
   レーザ光との干渉を検出する光検出器を備えると共に、
   該光検出器で検出した検出値を処理する信号処理装置と
   を備えてなる被測定体の振動計測装置において、前記送
   信レーザ光を分岐するビームスプリッタと、分岐したレ
   ーザ光を反射させる光反射体と、支持台に取付けられ、
   かつ該光反射体を弾性体を介して支持する圧電体と、該
   光反射体の振動を検出する振動検出装置と、該振動の検
   出信号に基づいて前記圧電体の伸縮を制御する圧電体ド
   ライバとを備えてなることを特徴とする振動計測装置。