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JP7314749B2 - Vibration meter - Google Patents
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Description

この発明は、振動計に関するものである。 The present invention relates to a vibrometer.

レーザードップラー振動計は、物体の振動を非接触で測定することが可能な非接触型の振動計である。 A laser Doppler vibrometer is a non-contact vibrometer that can measure the vibration of an object without contact.

振動している物体に光を照射し散乱光を発生させると、散乱光にはドップラー効果による振動成分が重畳される。したがって散乱光を受光し復調することによって物体の振動を測定することが可能となる。 When a vibrating object is irradiated with light to generate scattered light, a vibrational component due to the Doppler effect is superimposed on the scattered light. Therefore, it is possible to measure the vibration of an object by receiving and demodulating the scattered light.

レーザードップラー振動計は非接触の測定が可能であるため、従来は困難であった遠方にある物体の振動の測定や高温・高磁場下の物体の振動測定も可能である。このような利点を活かし、さまざまな点検用途に利用されている。 Since the laser Doppler vibrometer enables non-contact measurement, it is possible to measure the vibration of a distant object and the vibration measurement of an object under high temperature and high magnetic field, which was difficult in the past. Taking advantage of these advantages, it is used for various inspection purposes.

物体の振動を詳細に測定するためには、振動の測定箇所は一点よりも多点の方が好ましい。例えば、道路や橋梁のような大規模な構造物の振動を測定するためには、構造物の一点の振動を観察するよりも多点を観察したほうが包括的な結果を得られるためである。 In order to measure the vibration of the object in detail, it is preferable to measure the vibration at multiple points rather than at one point. For example, in order to measure the vibration of a large-scale structure such as a road or a bridge, it is possible to obtain comprehensive results by observing the vibration at multiple points rather than observing the vibration at one point.

多点計測可能なレーザードップラー振動計として、光コムと呼ばれる等周波数間隔及び同位相の線スペクトル列の光を対象物に略同時に照射し、それぞれの散乱光の位相変化を抽出することによる、多点同時計測可能な振動計がある(例えば、特許文献1、2又は3参照)。 As a laser Doppler vibrometer capable of multi-point measurement, there is a vibrometer capable of simultaneous multi-point measurement by irradiating an object with light of a line spectrum train with equal frequency intervals and the same phase called an optical comb, and extracting the phase change of each scattered light (for example, see Patent Documents 1, 2, or 3).

この多点同時計測可能な振動計の第1の従来例では、例えば、レーザ光源で生成されたレーザ光を2分岐し、2分岐されたレーザ光から、互いに異なる周波数間隔の2つの光コムを参照光及び測定光として生成する。そして、参照光又は測定光の中心周波数を周波数シフトさせる。測定光は、測定対象物に略同時に照射され、測定対象物から得られた各散乱光は、参照光と合波され、ヘテロダイン検波される。 In the first conventional example of this vibrometer capable of simultaneous multi-point measurement, for example, a laser beam generated by a laser light source is split into two, and from the two-branched laser beam, two optical combs with mutually different frequency intervals are generated as reference light and measurement light. Then, the center frequency of the reference light or measurement light is frequency-shifted. The measurement light is irradiated to the measurement object substantially simultaneously, and each scattered light obtained from the measurement object is multiplexed with the reference light and heterodyne-detected.

また、多点同時計測可能な振動計の第2の従来例では、異なる中心周波数及び異なる周波数間隔の2つの光コムを、位相同期した2つのモード同期レーザを用いて生成する。 In a second conventional example of a vibrometer capable of simultaneous multi-point measurement, two optical combs with different center frequencies and different frequency intervals are generated using two phase-locked mode-locked lasers.

特開2010-203860号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-203860 特開2010-261911号公報JP 2010-261911 A 特開2011-27648号公報JP 2011-27648 A

ここで、従来例では、多点同時計測を行うために、異なる中心周波数及び異なる周波数間隔の2つの光コムを用いている。例えば、第2の従来例において用いられる、モード同期レーザは高額であるばかりでなく、2つの光を安定に長時間位相同期させることは容易ではないなど、従来例では、装置構成が複雑になったり、高価になったりする。 Here, in the conventional example, two optical combs with different center frequencies and different frequency intervals are used in order to perform multipoint simultaneous measurement. For example, the mode-locked laser used in the second conventional example is not only expensive, but it is not easy to stably phase-lock the two lights for a long time.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、簡素及び
安価な構成で、測定の同時性が重視されない多点の振動測定を可能にする、振動計を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration meter that has a simple and inexpensive configuration and enables multi-point vibration measurement without emphasizing simultaneity of measurement.

上述した目的を達成するために、この発明の振動計は、干渉信号生成部と、発振信号生成部と、多ポート入出力部と、ディジタル信号生成部と、信号処理部とを備えて構成される。 To achieve the above object, the vibrometer of the present invention comprises an interference signal generator, an oscillation signal generator, a multiport input/output section, a digital signal generator, and a signal processor.

干渉信号生成部は、連続光を生成し、連続光をプローブ光及び参照光に2分岐し、プローブ光及び参照光のいずれか一方を、発振信号生成部で生成された電気信号によって周波数シフトさせ、プローブ光を多ポート入出力部に送り、散乱光と、参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成し、及び、干渉信号をディジタル信号生成部に送る。多ポート入出力部は、プローブ光を、所定の時間間隔で第1~第N(Nは2以上の整数)の照射側入出力ポートから出力して、それぞれ第1~第Nの測定対象物に照射し、第1~第Nの測定対象物で散乱した散乱光が入力され、及び、散乱光を干渉信号生成部に送る。ディジタル信号生成部は、干渉信号を所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変換し、信号処理部は、ディジタル信号から干渉信号の位相変化を取得し、第1~第Nの測定対象物の振動を算出する。 The interference signal generator generates continuous light, splits the continuous light into probe light and reference light, frequency-shifts one of the probe light and reference light by an electrical signal generated by the oscillation signal generator, sends the probe light to the multi-port input/output unit, performs coherent detection of the scattered light and the reference light to generate an interference signal, and sends the interference signal to the digital signal generator. The multi-port input/output unit outputs probe light from 1st to Nth (N is an integer equal to or greater than 2) irradiation-side input/output ports at predetermined time intervals, irradiates the 1st to Nth measurement objects, receives the scattered light scattered by the 1st to Nth measurement objects, and sends the scattered light to the interference signal generation unit. The digital signal generation unit samples the interference signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal, and the signal processing unit acquires the phase change of the interference signal from the digital signal, and calculates the vibration of the first to Nth measurement objects.

上述の振動計の好適実施形態によれば、多ポート入出力部は、一方の側に1個の光源側ポートと、他方の側にN個の照射側ポートを有する1×N光スイッチを備えて構成される。1×N光スイッチの光源側ポートは、光源側入出力ポートに接続され、1×N光スイッチの第1~第Nの照射側ポートは、それぞれ第1~第Nの照射側入出力ポートに接続される。 According to the preferred embodiment of the vibrometer described above, the multi-port input/output unit comprises a 1×N optical switch with one light source side port on one side and N illumination side ports on the other side. The light source side port of the 1×N optical switch is connected to the light source side input/output port, and the first to Nth irradiation side ports of the 1×N optical switch are connected to the first to Nth irradiation side input/output ports, respectively.

また、1×N光スイッチの第1~第Nの照射側ポートと、第1~第Nの照射側入出力ポートとは、コリメータを介して接続されるのが良い。 Also, the first to Nth irradiation-side ports of the 1×N optical switch and the first to Nth irradiation-side input/output ports are preferably connected via a collimator.

また、1つの照射側ポートから光が出射する時間をton、照射側ポートの切り換えに要する時間をtswitchとしたとき、1×N光スイッチの他方の側の第k(kは1以上N以下の整数)の入出力ポートと、前記第kの測定対象物との距離dに対して、ton>2d/cかつtswitch>2|dj+1-d|/c(jは1以上N-1以下の整数)を満たすのが良い。 Further, when the time for light to be emitted from one irradiation-side port is t on and the time required for switching the irradiation-side port is t switch , t on >2d k /c and t switch >2|d j+1 −d j |/c (j is an integer of 1 or more and N−1 or less) with respect to the distance d k between the k-th input/output port on the other side of the 1×N optical switch and the k-th measurement object. ) should be satisfied.

この発明の振動計によれば、簡素及び安価な構成で、多点の振動測定を可能になる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the vibration meter of the present invention, it is possible to measure vibrations at multiple points with a simple and inexpensive configuration.

多点計測可能な振動計の実施形態を説明するための模式図である。1 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a vibrometer capable of multi-point measurement; FIG. 光スイッチにおけるプローブ光の出力の様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing how probe light is output from an optical switch;

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the shape, size and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although preferred configuration examples of the present invention will be described below, they are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications and variations that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

図1を参照して、多点計測可能な振動計の実施形態を説明する。図1は、多点計測可能な振動計の実施形態を説明するための模式図である。 An embodiment of a vibration meter capable of multi-point measurement will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a vibrometer capable of multi-point measurement.

本実施形態の振動計は、干渉信号生成部100と、発振信号生成部180と、多ポート入出力部200と、ディジタル信号生成部300と、信号処理部400とを備えて構成される。 The vibrometer of this embodiment comprises an interference signal generator 100 , an oscillation signal generator 180 , a multiport input/output unit 200 , a digital signal generator 300 and a signal processor 400 .

干渉信号生成部100は、連続光光源110、第1及び第2のカプラ121及び122、偏光ビームスプリッタ(PBS:Polarizing Beam Splitter)130、λ/4板140、周波数シフタ150、及び、光電変換器160を備えて構成される。 The interference signal generator 100 includes a continuous light source 110 , first and second couplers 121 and 122 , a polarizing beam splitter (PBS) 130 , a λ/4 plate 140 , a frequency shifter 150 and a photoelectric converter 160 .

連続光光源110は、コヒーレント光を生成可能な、例えば、任意好適な従来周知のレーザ光源で構成される。連続光光源110は、中心角周波数ωで発振する、直線偏光状態である連続光を生成する。連続光光源110が生成した連続光は、第1のカプラ121に送られる。 The continuous light source 110 is composed of, for example, any suitable conventionally known laser light source capable of generating coherent light. A continuous light source 110 generates continuous light in a linearly polarized state that oscillates at a central angular frequency ω 0 . Continuous light generated by the continuous light source 110 is sent to the first coupler 121 .

第1のカプラ121は、入力端、第1の出力端、及び、第2の出力端を有する。第1のカプラ121は、入力端を経て入力された連続光を2分岐する。2分岐された一方は第1の出力端から出力されて、プローブ光として、PBS130に送られる。また、2分岐された他方は第2の出力端から、参照光として出力される。 The first coupler 121 has an input end, a first output end and a second output end. The first coupler 121 splits the continuous light input through the input terminal into two. One of the two split beams is output from the first output terminal and sent to the PBS 130 as probe light. The other split light is output as a reference light from the second output end.

PBS130は、入力端、入出力端、出力端を有する。PBS130は、入力端を経て入力されたプローブ光を、入出力端から出力する。入出力端から出力されたプローブ光は、λ/4板140に送られる。 The PBS 130 has an input end, an input/output end, and an output end. The PBS 130 outputs the probe light input through the input end from the input/output end. The probe light output from the input/output end is sent to the λ/4 plate 140 .

PBS130は、例えば、Y偏光の光を透過させ、X偏光の光を反射させるように設けられる。この場合、連続光光源110を、Y偏光の連続光を生成する構成にすればよい。なお、連続光光源110を、X偏光及びY偏光を含む連続光を生成する構成とし、第1のカプラ121に変えてPBSを用い、連続光のうちY偏光の光をプローブ光とし、X偏光の光を参照光とすることができる。 The PBS 130 is provided, for example, so as to transmit Y-polarized light and reflect X-polarized light. In this case, the continuous light source 110 may be configured to generate Y-polarized continuous light. The continuous light source 110 can be configured to generate continuous light including X-polarized light and Y-polarized light, a PBS can be used instead of the first coupler 121, and Y-polarized light of the continuous light can be used as probe light and X-polarized light can be used as reference light.

λ/4板140は、PBS130から入力された直線偏光状態のプローブ光を、円偏光状態に変換する。円偏光状態に変換されたプローブ光は、多ポート入出力部200に送られる。多ポート入出力部200は、1個の光源側入出力ポート201と、N(Nは2以上の整数)個の照射側入出力ポート202を有している。多ポート入出力部200の光源側入出力ポート201に、λ/4板140から送られたプローブ光が入力される。プローブ光は、いずれか1つの照射側入出力ポート202から出力され測定対象物500に照射される。 The λ/4 plate 140 converts the linearly polarized probe light input from the PBS 130 into circularly polarized light. The probe light converted into the circularly polarized state is sent to the multiport input/output unit 200 . The multiport input/output unit 200 has one light source side input/output port 201 and N (N is an integer equal to or greater than 2) irradiation side input/output ports 202 . The probe light sent from the λ/4 plate 140 is input to the light source side input/output port 201 of the multiport input/output unit 200 . The probe light is output from any one of the irradiation-side input/output ports 202 and irradiated to the measurement object 500 .

発振信号生成部180は、例えば発振器で構成され、角周波数ωの電気信号を生成する。 The oscillation signal generator 180 is configured by, for example, an oscillator, and generates an electrical signal with an angular frequency ω.

多ポート入出力部200は、例えば、1×N(Nは2以上の整数)光スイッチ210を備えて構成される。 The multiport input/output unit 200 is configured with, for example, a 1×N (N is an integer equal to or greater than 2) optical switch 210 .

一般的に光スイッチは、一方の側のポートと、他方の側のポートの、いずれか又は双方を複数備えている。一方の側のポート数がM(Mは1以上の整数)、他方の側のポート数がNの光スイッチをM×N光スイッチと呼ぶ。M×N光スイッチは、切り換えにより一方の側のポートと他方の側のポートが選択され、選択された一方の側のいずれか1つの選択されたポートに入力された光を、他方の側のいずれか1つの選択されたポートから出力する機能を有する。 Generally, an optical switch has a plurality of ports on one side and/or ports on the other side. An optical switch in which the number of ports on one side is M (M is an integer equal to or greater than 1) and the number of ports on the other side is N is called an M×N optical switch. The M×N optical switch has a function of selecting a port on one side and a port on the other side by switching, and outputting light input to any one selected port on the selected one side from any one selected port on the other side.

多ポート入出力部200の光源側入出力ポート201は、1×N光スイッチ210の一方の側の光源側ポート211に光学的に接続される。また、多ポート入出力部200のN個の照射側入出力ポート202は、それぞれ、1×N光スイッチ210の他方の側のN個の照射側ポート212に光学的に接続される。 A light source side input/output port 201 of the multiport input/output unit 200 is optically connected to a light source side port 211 on one side of the 1×N optical switch 210 . Also, the N irradiation-side input/output ports 202 of the multi-port input/output unit 200 are optically connected to the N irradiation-side ports 212 on the other side of the 1×N optical switch 210, respectively.

1×N光スイッチ210は、第1~第Nの照射側ポート212-1~Nから、プローブ光を所定の時間間隔でポートを切り換えながら出力する。図2は、1×N光スイッチ210におけるプローブ光の出力の様子を示す模式図である。図2では、横軸に時間(任意単位)を取って示し、縦軸に出力の光パワー(任意単位)を取って示している。 The 1×N optical switch 210 outputs the probe light from the first to N-th irradiation side ports 212-1 to 212-N while switching the ports at predetermined time intervals. FIG. 2 is a schematic diagram showing how the probe light is output in the 1×N optical switch 210. As shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis indicates time (arbitrary unit), and the vertical axis indicates output optical power (arbitrary unit).

1つの照射側入出力ポート202から光が出射される時間をton、ポートの切り換えに要する時間をtswitchとする。tswitchは、一般的に10msec程度である。 Let t on be the time that light is emitted from one irradiation-side input/output port 202 , and t switch be the time required for port switching. t switch is generally about 10 msec.

ここで、各照射側入出力ポート202から出力されるプローブ光を用いて振動測定を行うには、散乱光が、当該散乱光を発生させたプローブ光を出力した照射側ポート212に入力される必要がある。第k(kは1以上N以下の整数)の照射側ポート212-kと、第kの測定対象物500-kとのを距離dとしたとき、プローブ光が光スイッチ210を出射してから散乱光が光スイッチ210に入射するまでに要する時間は2d/c(cは光速)である。従って、ton>2d/cとなるようにtonが設定される。 Here, in order to perform vibration measurement using the probe light output from each irradiation-side input/output port 202, the scattered light must be input to the irradiation-side port 212 that outputs the probe light that generated the scattered light. When the k-th (k is an integer of 1 or more and N or less) irradiation side port 212-k and the k-th measurement object 500-k is a distance d k , the time required from the probe light exiting the optical switch 210 until the scattered light enters the optical switch 210 is 2d k /c (c is the speed of light). Therefore, t on is set such that t on >2d k /c.

また、第j(jは1以上N-1以下の整数)の照射側ポート212-jから出力されたプローブ光により生じた散乱光と、第j+1の照射側ポート212-(j+1)から出力されたプローブ光により生じた散乱光が重ならないようにする必要がある。従って、tswitch>2|dj+1-d|/cであればよい。 In addition, it is necessary to prevent the scattered light generated by the probe light output from the j-th (j is an integer of 1 or more and N−1 or less) irradiation-side port 212-j from overlapping with the scattered light generated by the probe light output from the j+1-th irradiation-side port 212-(j+1). Therefore, it suffices if t switch >2|d j+1 -d j |/c.

例えば、ton=10msecとするとき、d<15kmとなる。また、tswitch=10msecとすると、dj+1-d<15kmとなる。一般的にレーザードップラー振動計はkmオーダー以上離れた対象物の測定には用いられない。このため、10msec程度のtswitchであり、tonを10msec程度に設定すれば、測定可能である。 For example, when t on =10 msec, d k <15 km. Also, if t switch =10 msec, then d j+1 −d j <15 km. Laser Doppler vibrometers are generally not used to measure objects that are more than a kilometer away. Therefore, if t switch is about 10 msec and t on is set to about 10 msec, measurement is possible.

なお、tonについては、1×N光スイッチ210から測定対象物500までの距離に応じて、任意好適に設定すればよい。図2では、tonが一定の場合を示しているが、1×N光スイッチ210から測定対象物500までの距離に応じて、1×N光スイッチ210の照射側ポートごとにtonを異なる値に設定してもよい。 Note that t on may be set arbitrarily and preferably according to the distance from the 1×N optical switch 210 to the measurement object 500 . Although FIG. 2 shows the case where t on is constant, t on may be set to a different value for each irradiation side port of the 1×N optical switch 210 according to the distance from the 1×N optical switch 210 to the measurement object 500 .

多ポート入出力部200のN個の照射側入出力ポート202と、1×N光スイッチ212の照射側ポートの間に、N個のコリメータ220を備えるのが良い。プローブ光がコリメータ220を経て出力され、散乱光がコリメータ220を経て入力されることにより、コリメータ220により定まる方向からの散乱光を、より効率的に取得することができる。1×N光スイッチ210の照射側ポート212と、コリメータ220の間は、例えば、光ファイバで接続される。 It is preferable to provide N collimators 220 between the N irradiation-side input/output ports 202 of the multiport input/output unit 200 and the irradiation-side ports of the 1×N optical switch 212 . By outputting the probe light through the collimator 220 and inputting the scattered light through the collimator 220, the scattered light from the direction determined by the collimator 220 can be acquired more efficiently. The irradiation side port 212 of the 1×N optical switch 210 and the collimator 220 are connected by, for example, an optical fiber.

プローブ光が測定対象物500に照射されると、測定対象物500において散乱光が発生する。このときの散乱光の偏光状態は、照射されたプローブ光に対して反対回りの円偏光となる。 When the measurement object 500 is irradiated with the probe light, scattered light is generated in the measurement object 500 . The polarized state of the scattered light at this time is circularly polarized in the opposite direction to the irradiated probe light.

測定対象物500から受けた円偏光状態の散乱光は、当該散乱光を発生させたプローブ
光が出力された照射側入出力ポート202に入力され、多ポート入出力部200の光源側入出力部201を経て、λ/4板140に送られる。λ/4板140は、測定対象物500から受けた円偏光状態の散乱光を、直線偏光状態に変換する。直線偏光状態に変換された散乱光は、PBS130に送られる。ここで、直線偏光状態のプローブ光は、λ/4板140を2回通過して、かつ、測定対象物で散乱することにより、直線偏光状態の散乱光になる。このとき、λ/4板140に入力される直線偏光状態のプローブ光と、λ/4板140から出力される直線偏光状態の散乱光とは、偏光方向が直交する。
The circularly polarized scattered light received from the measurement object 500 is input to the irradiation-side input/output port 202 from which the probe light that generated the scattered light was output, and is sent to the λ/4 plate 140 via the light source-side input/output unit 201 of the multi-port input/output unit 200. The λ/4 plate 140 converts the circularly polarized scattered light received from the measurement object 500 into a linearly polarized light. Scattered light converted to a linearly polarized state is sent to PBS 130 . Here, the linearly polarized probe light passes through the λ/4 plate 140 twice and is scattered by the object to be measured, thereby becoming linearly polarized scattered light. At this time, the linearly polarized probe light input to the λ/4 plate 140 and the linearly polarized scattered light output from the λ/4 plate 140 have orthogonal polarization directions.

PBS130は、入出力端から入力された散乱光を、出力端から出力する。出力端から出力された散乱光は、第2のカプラ122に送られる。 The PBS 130 outputs the scattered light input from the input/output end from the output end. The scattered light output from the output end is sent to the second coupler 122 .

第1のカプラ121の第2の出力端から出力された参照光は、周波数シフタ150に送られる。周波数シフタ150は、例えば、音響光学変調器(AOM:Acoustic Optic Modulator)で構成される。周波数シフタ150は、発振信号生成部180で生成された角周波数ωの電気信号によって、音響光学変調され、角周波数ωだけ周波数シフトされる。周波数シフタ150で角周波数ωの周波数シフトを受けた参照光は、第2のカプラ122に送られる。 The reference light output from the second output terminal of the first coupler 121 is sent to the frequency shifter 150 . The frequency shifter 150 is composed of, for example, an acoustic optical modulator (AOM). The frequency shifter 150 acousto-optically modulates the electric signal with the angular frequency ω generated by the oscillation signal generator 180 and shifts the frequency by the angular frequency ω. The reference light frequency-shifted by the angular frequency ω in the frequency shifter 150 is sent to the second coupler 122 .

第2のカプラ122は、第1の入力端、第2の入力端、及び、出力端を有する。第2のカプラ122の第1の入力端には、PBS130から送られた散乱光が入力される。また、第2のカプラ122の第2の入力端には、周波数シフタ150から送られた参照光が入力される。 The second coupler 122 has a first input, a second input and an output. A first input terminal of the second coupler 122 receives the scattered light sent from the PBS 130 . Also, the reference light sent from the frequency shifter 150 is input to the second input end of the second coupler 122 .

第2のカプラ122は、第1の入力端及び第2の入力端を経て入力された、同じ偏光状態の散乱光及び参照光を干渉させて、干渉光を生成する。干渉光は、光電変換器160に送られる。 The second coupler 122 causes the scattered light and the reference light of the same polarization state inputted through the first input terminal and the second input terminal to interfere with each other to generate interference light. The interfering light is sent to photoelectric converter 160 .

光電変換器160は、例えば、フォトダイオード(PD:Photodetector)で構成される。光電変換器160は、干渉光を干渉電気信号に変換する。干渉電気信号は、角周波数Δωを中心としたビート信号である。干渉電気信号は、角周波数Δω近傍に、ドップラーシフトによる位相変調成分を含む。このようにして、干渉信号生成部100において、散乱光と参照光とはコヒーレント検波される。 The photoelectric converter 160 is composed of, for example, a photodiode (PD: Photodetector). Photoelectric converter 160 converts the interfering light into an interfering electrical signal. The interfering electrical signal is a beat signal centered on the angular frequency Δω. The interfering electric signal contains a phase modulation component due to Doppler shift near the angular frequency Δω. In this manner, the scattered light and the reference light are coherently detected in the interference signal generator 100 .

干渉電気信号は、ディジタル信号生成部300に送られる。ディジタル信号生成部300は、例えば、アナログ・ディジタル変換器(ADC:Analog to Digital Converter)を備えて構成される。 The interfering electrical signal is sent to the digital signal generator 300 . The digital signal generation unit 300 is configured with, for example, an analog to digital converter (ADC).

ADC300は、干渉電気信号を所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変換して干渉信号を得る。このディジタル信号である干渉信号は、信号処理部400に送られる。 ADC 300 samples the interference electrical signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal to obtain an interference signal. This interference signal, which is a digital signal, is sent to the signal processing section 400 .

信号処理部400は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)で構成される。信号処理部400は、ディジタル信号を処理する部分である。信号処理部400では、例えば、CPUがソフトウェアを実行することにより、所望の機能が実現される。 The signal processing unit 400 is configured by, for example, a personal computer (PC). The signal processing section 400 is a section that processes digital signals. In the signal processing unit 400, for example, a desired function is realized by the CPU executing software.

信号処理部400は、干渉信号に信号処理を施す。測定対象物500が振動状態にあると、散乱光にはドップラー効果により測定対象物の振動成分が付加される。信号処理部400は、ディジタル信号である干渉信号を信号処理して復調することによって、干渉信号の位相変化を取得し、この位相変化に基づいて測定対象物500の振動状態を算出することができる。 The signal processing unit 400 performs signal processing on the interference signal. When the measurement object 500 is in a vibrating state, the vibration component of the measurement object is added to the scattered light due to the Doppler effect. The signal processing unit 400 obtains the phase change of the interference signal by signal-processing and demodulating the interference signal, which is a digital signal, and can calculate the vibration state of the measurement object 500 based on this phase change.

信号処理部400の構成は、第1~第Nの測定対象物500-1~Nの振動状態を、1×N光スイッチ210の切り換えに対応して、順次に取得する点を除いて、任意好適な従来公知の構成にすることができる。なお、振動状態を、1×N光スイッチ210の切り換えに対応して、順次に取得する点については、当業者であれば好適に設定可能である。 The configuration of the signal processing unit 400 can be any suitable conventionally known configuration, except that the vibration states of the first to N-th measurement objects 500-1 to 500-N are sequentially acquired in response to the switching of the 1×N optical switch 210. It should be noted that a person skilled in the art can suitably set the point that the vibration state is sequentially acquired in response to the switching of the 1×N optical switch 210 .

100 干渉信号生成部
110 連続光光源
121、122 カプラ
130 偏光ビームスプリッタ(PBS)
140 λ/4板
150 周波数シフタ
160 光電変換器
180 発振信号生成部
200 多ポート入出力部
210 1×N光スイッチ
220 コリメータ
300 ディジタル信号生成部(アナログ・ディジタル変換器:ADC)
400 信号処理部
500 測定対象物
100 interference signal generator 110 continuous light source 121, 122 coupler 130 polarization beam splitter (PBS)
140 λ/4 plate 150 frequency shifter 160 photoelectric converter 180 oscillation signal generator 200 multi-port input/output unit 210 1×N optical switch 220 collimator 300 digital signal generator (analog/digital converter: ADC)
400 signal processing unit 500 measurement object

Claims (2)

干渉信号生成部と、
発振信号生成部と、
多ポート入出力部と、
ディジタル信号生成部と、
信号処理部と
を備え、
前記干渉信号生成部は、
連続光を生成し、
前記連続光をプローブ光及び参照光に2分岐し、
前記プローブ光及び参照光のいずれか一方を前記発振信号生成部で生成された電気信号によって周波数シフトさせ、
前記プローブ光を前記多ポート入出力部に送り、
散乱光と、前記参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成し、及び、
前記干渉信号を前記ディジタル信号生成部に送り、
前記多ポート入出力部は、
光源側入出力ポートに入力された前記プローブ光を、所定の時間間隔で第1~第N(Nは2以上の整数)の照射側入出力ポートから出力して、それぞれ第1~第Nの測定対象物に照射し、
前記第1~第Nの測定対象物で散乱した前記散乱光が入力され、及び、
前記散乱光を前記干渉信号生成部に送り、
前記ディジタル信号生成部は、前記干渉信号を所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変換し、
前記信号処理部は、前記ディジタル信号から前記干渉信号の位相変化を取得し、前記第1~第Nの測定対象物の振動を算出し、
前記多ポート入出力部は、
一方の側に1個の光源側ポートと、他方の側にN個の照射側ポートを有する1×N光スイッチを備えて構成され、
前記1×N光スイッチの前記光源側ポートは、前記光源側入出力ポートに接続され、前記1×N光スイッチの第1~第Nの前記照射側ポートは、それぞれ前記第1~第Nの照射側入出力ポートに接続され、
1つの前記照射側入出力ポートから光が出射する時間をton、前記照射側入出力ポートの切り換えに要する時間をtswitchとしたとき、
前記1×N光スイッチの他方の側の第k(kは1以上N以下の整数)の入出力ポートと、前記第kの測定対象物との距離をdに対して、ton>2d/cかつtswitch>2|dj+1-d|/c(jは1以上N-1以下の整数)を満たす
ことを特徴とする振動計。
an interference signal generator;
an oscillation signal generator;
a multi-port input/output unit;
a digital signal generator;
signal processor and
with
The interference signal generator,
generate continuous light,
bifurcating the continuous light into a probe light and a reference light,
either one of the probe light and the reference light is frequency-shifted by the electrical signal generated by the oscillation signal generator;
sending the probe light to the multi-port input/output unit;
generating an interference signal by coherently detecting the scattered light and the reference light; and
sending the interference signal to the digital signal generator;
The multi-port input/output unit
The probe light input to the light source side input/output port is output from the first to Nth irradiation side input/output ports (N is an integer equal to or greater than 2) at predetermined time intervals to irradiate the first to Nth measurement objects, respectively;
The scattered light scattered by the first to Nth measurement objects is input, and
sending the scattered light to the interference signal generator;
The digital signal generator samples the interference signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal;
The signal processing unit acquires the phase change of the interference signal from the digital signal, calculates the vibration of the first to Nth measurement objects,
The multi-port input/output unit
configured with a 1×N optical switch having one light source side port on one side and N illumination side ports on the other side,
the light source side port of the 1×N optical switch is connected to the light source side input/output port, and the first to Nth irradiation side ports of the 1×N optical switch are connected to the first to Nth irradiation side input/output ports, respectively;
When the time for light emission from one irradiation-side input/output port is t on and the time required for switching the irradiation-side input/output port is t switch ,
A vibration meter characterized by satisfying t on >2d k /c and t switch >2|d j+1 −d j |/c (where j is an integer of 1 or more and N−1 or less), where d k is the distance between the k-th (k is an integer of 1 or more and N or less) input/output port on the other side of the 1×N optical switch and the k-th measurement object.
前記1×N光スイッチの第1~第Nの前記照射側ポートと、前記第1~第Nの照射側入出力ポートとは、コリメータを介して接続される
ことを特徴とする請求項に記載の振動計。
2. The vibrometer according to claim 1 , wherein the first to Nth irradiation-side ports of the 1×N optical switch and the first to Nth irradiation-side input/output ports are connected via a collimator.
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