JPH0219888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダブルパルスホログラフイによる振動
計測方法に関する。

従来のこの種の振動計測方法を第１図に示す。
この第１図において、ダブルパルスレーザ装置１
から投光されたレーザ光はビームスプリツタ２で
２光束に分割される。その一方のレーザ光は第１
の供試体照明光として、平面鏡３、凹レンズ４を
経由して平面鏡５に照射させて、供試体１６を照
明するようになつている。

また、他方のレーザ光は、ビームスプリツタ２
を経てさらに、ビームスプリツタ６で反射光と透
過光に２分されるようになつており、このビーム
スプリツタ６の反射光は参照光として、凹レンズ
７、コリメータレンズ８、減衰器９を介して平面
鏡１０で反射させて、写真乾板１１に到達するよ
うになつている。この写真乾板１１はホルダ１２
にセツトされている。また、ビームスプリツタ６
の透過光は平面鏡１３、凹レンズ１４、平面鏡１
５を介して第２の照明光として供試体１６を照明
するようになつている。

上記平面鏡５はその背部に棒状の回転治具２９
が突出されており、この回転治具２９により支点
Ｏで枢支されている。回転治具２９の端部には、
この端部を挾んで一方にはばね２８が固着されて
おり、このばね２８により常時引つ張られてい
る。回転治具２９の端部の他方には電磁石２７が
近接して設けられており、この電磁石２７はスイ
ツチ２６及び負荷抵抗３３―ｂを介して、直流電
源２５およびパルス立下り検出回路３３―ａに接
続されている。このスイツチ２６を投入すること
により、電磁石２７が直流電源２５で付勢され、
回転治具２９の端部がばね２８の弾力に抗して引
きつけられるようになつている。この電源２５は
電磁石２７を作動させるための電源である。

２１は位相可変２出力発振器で、２つの出力の
うち、一方の出力は増幅器１９と周波数カウンタ
２０に入力され、増幅器１９の出力は加振器１７
に入力されて供試体１６を加振するようになつて
いる。この位相可変２出力発振器２１の他方の出
力はパルス発振器２２に送出され、このパルス発
振器２２の出力の１つはオシロスコープ２４に入
力されてモニタされている。

さらに、パルス発振器２２の出力はゲート回路
３１にも入力されている。上記ダブルパルスレー
ザ装置１から発射されたレーザ光は光検出器３２
で検出されて、その検出出力はオシロスコープ２
４に入力されて表示されるようになつている。ま
た、供試体１６の一端部には振動計１８が固着さ
れており、供試体１６の振動を検出し、増幅器２
３を介して、上記オシロスコープ２４に入力さ
せ、モニタするようになつている。

上記パルス立下り検出回路３３―ａは負荷抵抗
３３―ｂの電圧変化をパルス電圧の形で検出し
て、そのパルス電圧を遅延回路３０に送出するよ
うになつている。この遅延回路３０の出力はゲー
ト回路３１に出力するようになつている。ゲート
回路３１は遅延回路３０の出力信号の入力により
パルス発振器２２の出力信号をダブルパルスレー
ザ装置１に送出するようになつている。

次に、以上のように構成されたこのダブルパル
スホログラフイによる振動計測方法の動作につい
て説明する。この説明に当り、理解を容易にする
ため、次の(a)項ないし（ｍ）項の個条書にして計
測手順に従つて説明する。

(a) 位相可変２出力発振器２１の出力は増幅器１
９を経て、加振器１７により供試体１６を振動
させる。この供試体１６の振動状態は振動計１
８で検出され、その検出出力は増幅器２３で増
幅された後、オシロスコープ２４に供給され
る。これにより、供試体１６の振動状態はオシ
ロスコープ２４で観測される。その結果、供試
体１６が所定の共振状態にあることが確認され
る。また、これと同時に、位相可変２出力発振
器２１の出力は周波数カウンタ２０に送出さ
れ、この周波数カウンタ２０のカウント値によ
り、供試体１６の共振周波数を確認することが
できる。

(b) 次に、オシロスコープ２４をモニタしなが
ら、パルス発振器２２の出力パルスを上記振動
計１８より検出した振動の零の位置に対して、
ダブルパルスレーザ装置１の第１発目のダブル
パルスレーザ光発射のための外部トリガ電圧印
加に対する遅れ時間TDだけ位相を進めてお
く。

(c) スイツチ２６をオンにして、直流電源２５よ
りスイツチ２６を介して電磁石２７に電力を供
給する。これにより電磁石２７が励磁され、ば
ね２８の弾力に抗して、回転治具２９を電磁石
２７に引き付けて固定しておく。

(d) 次にダブルパルスレーザ装置１から発生する
ダブルパルスレーザ光の間隔ΔTを上記(a)項の
結果を用いて、供試体１６の振動の1/4周期に
セツトする。

(e) 未露光のホログラム写真乾板１１をホログラ
ムホルダ１２にセツトする。

(f) この状態で、スイツチ２６をオフにして電磁
石２７へ通電を断ち、ばね２８の力により、回
転治具２９を電磁石２７から引き離す。

(g) これにより、回転平面鏡５を固着した回転治
具２９は電磁石２７から離れて回転する。一
方、パルス立下り検出回路３３―ａは負荷抵抗
３３―ｂの変化すなわち、電磁石２７への直流
電源２５の供給電力しや断時の変化を検出し
て、パルス電圧を発生する。このパルス電圧は
遅延回路３０で遅延させ、たとえば15×
10^-3sec（任意でよいが、遅延回路３０の遅延時
間は回転治具２９の回転慣性を計算に入れて定
める必要がある）遅らせて、ゲート回路３１に
印加する。これにより、パルス発振器２２の出
力パルスはゲート回路３１を通してダブルパル
スレーザ装置１にトリガ電圧として印加され
る。

(h) このようにして、パルス発振器２２の出力パ
ルスが印加されたダブルパルスレーザ装置１は
出力パルスの最初のパルス電圧でトリガされ
て、ダブルパルスレーザ光を発射する。

(i) このダブルパルスレーザ装置１から発生され
た第１発目のダブルパルスレーザ光は、上記(b)
項において、供試体１６の振動振幅零の状態に
同期されているので、供試体１６はその振動の
零状態において、第１の照明光と第２の照明光
により照明され、それぞれの物体光が参照光と
同時に写真乾板１１に到達する。

(j) ダブルパルスレーザ装置１は第１発目のパル
スレーザ光に引き続いて、供試体１６の振動の
１／４周期後に第２発目のパルスレーザ光を発射
する。

(k) 第２発目のパルスレーザ光の発射時には回転
平面鏡５は回転治具２９により回転中であるか
ら、第１の照明光は第１発目のパルスレーザ光
とは異なる角度で、正あるいは負の最大振幅状
態にある供試体１６を参照し、第２の照明光は
第１発目のパルスレーザ光と同じ角度で照明す
る。第１および第２の照明光で照明された供試
体１６から、それぞれの物体光が参照光と同時
に写真乾板１１に到達する。

(l) このようにして、供試体１６が振幅零状態と
正あるいは負の最大振幅状態の２つの状態にあ
る場合を、第１発目および第２発目のパルスレ
ーザ光によつてそれぞれ第１の照明光と、第２
の照明光によつて照明され、供試体１６の２つ
の状態の物体光と参照光で写真乾板１１が２重
露光される。

(m) 上記のようにして、２重露光された写真乾
板１１を現像、定着処理した後、水洗および乾
燥してホログラムが得られる。

ここで、上記(a)項乃至（ｍ）項に関し、以下補
足説明をする。上記ダブルパルスレーザ光の１発
目における第１の照明光および第２の照明光は供
試体１６の振動振幅零の状態を照明し、それぞれ
の反射光が物体光として、写真乾板１１に到達
し、同時に参照光が写真乾板１１に到達する。ダ
ブルパルスレーザ光の２発目においては、参照光
は１発目と同じであるが、第１および第２の照明
光は次のようになる。

第１の照明光は回転平面鏡５の角度がわずかに
回転変化しているので、正あるいは負の最大振動
振幅状態を１発目と異なる角度で照明する。その
照明角度は第２図に示す基本配置で考えると、次
のようになる。

すなわち、回転平面鏡５の回転角度の微小角を
εとすると、２発目の照明光の角度は2εだけ傾
く、その結果、物体光の伝播方向は実線Σ₁から
点線のΣ₂となり、α≒2εの方向変化となる。こ
の第２図において生じた物体光の角度変化αは見
掛上、第３図に示すように、供試体１６を回転中
心Ｃよりεだけ回転させた場合と同じとなり、供
試体１６に見かけ上の変位δ_R（ｐ），すなわち、 δ_R（ｐ）＝ltanε＝lε …(1) が生じたとみなすことができる。

ただし、この第(1)式において、 ｐは供試体表面の任意の１点の座標、 ｌは見掛上の供試体の回転中心からｐ点までの
距離である。

したがつて、２発目の物体光は照明光用の回転
平面鏡５の回転による供試体１６の見掛上の変位
δ_Rと、現実の振動による変位Ｗ（ｐ，t₂）が重畳
された状態、すなわち、 W′（ｐ，t₂）＝δ_R（ｐ）＋Ｗ（ｐ，t₂） …(2) から反射したものとして、写真乾板１１に到達す
る。

他方、第２の照明光は、ダブルパルスレーザ光
の２発目において、供試体１６の正あるいは負の
最大振動振幅状態Ｗ（ｐ，t₂）を照明しその反射
光が物体光として、写真乾板１１に到達する。

このようにして、写真乾板１１は振動振幅零の
状態に同期した第１照明光と第２照明光による物
体光および振動振幅の正あるいは負の状態に同期
した第１照明光と第２照明光による物体光とによ
り、それぞれ参照光と一緒に２重露光される。

ところで、ホログラムの再生は第４図々の再生
配置により、以下に述べる（ｏ）項ないし（ｑ）
項の手順で行なう。

(o) まず、第４図々示の再生配置を説明する。
この第４図において、ヘリウムネオンレーザ装
置４０から発生したレーザ光束４０ａを凸レン
ズ４１，４２で平行光束とした後、平面鏡４３
で反射させ、ホログラム１１ａを照射する。こ
の場合、ホログラム１１ａに対する照明光入射
角度を第１図々示の参照光の写真乾板１１に対
する入射角度を同じにする。

(p) このようにすると、干渉縞をともなつた再
生像が供試体１６の位置に現われる。

(q) この再生像をカメラ４４で撮影すると、振
動モードを表わすパルスレーザホログラフイ干
渉縞が印画紙に記録される。

以上（ｏ）項から（ｑ）項はホログラム再生の
簡単な手順であつたが、以下にそれについてさら
に詳述する。上記（ｏ）項ないし（ｐ）項で現わ
れる再生像は次に述べるような意味を有する。

まず、第１照明光による物体光が形成する干渉
縞は次のようになる。供試体１６が振動していな
ければ、回転平面鏡５の回転による供試体１６の
見掛上の変位だけであるので、 δ_R（ｐ）＝λ／２ 2N−１／cosθ₁′＋cosθ₂′…(3
) を満たす位置ｐに暗い干渉縞、たとえば第５図の
ような平行縞Ｘが生じる。

ただし、この第(3)式において、 Ｎ＝１，２，３，… λはダブルパルスレーザ光の波長 θ₁′，θ₂′は供試体の見掛上の変位の方向と照明
光および物体光のなす角度、 である。

供試体１６が振動しているときは、写真乾板１
１の２重露光の前後における振動変形は第(2)式の
W′（ｐ，t₂）であるので、 δ_R（ｐ）＋Ｗ（ｐ，t₂）＝λ／２ 2M−１／cosθ₁＋
cosθ₂…(4) を満たす位置（ｐ）に暗い干渉縞が生じる。

ただし、この第(4)式において、 Ｍ＝１，２，３，… λはダブルパルスレーザ光の波長、 θ₁，θ₂は振動ベクトルと第１照明光および物体
光のなす角度、 である。

この第(4)式は供試体１６の見掛上の変位の方向
と照明光および物体光のなす角度θ₁′，θ₂′がそれ
ぞれ振動ベクトルと照明光および物体光のなす角
度θ₁，θ₂に等しいとみなされるならば次のように
表わされる。

Ｗ（ｐ，t₂）＝Ｍ−Ｎ／cosθ₁＋cosθ₂λ …(5) ただし、この第(5)式において、 θ₁＝θ₁′ θ₂＝θ₂′ Ｎ＝１，２，３，…，（供試体の見掛上の回転
変位による干渉縞の次数） Ｍ＝１，２，３，…，（供試体の見掛上の回転
変位と振動変位が組み合わされた場合の干渉縞の
次数） である。

この第(5)式はフリンジシフト量として、 Ｓ＝Ｍ−Ｎ と定義すると、 Ｗ（ｐ，t₂）＝Ｓ／cosθ₁＋cosθ₂λ ＝Ｓ／２λ；（θ₁≒θ₂＝０の場合） …(6) である。この第(6)式は、第６図に示すように、振
動の方向がそれぞれ正及び負に対応して、フリン
ジシフト量Ｓはその符号が正及び負となり、｜Ｓ
｜は振幅の大きさに対応することを示している。

次に、第２照明光による物体光が形成する干渉
縞は、次のようになる。写真乾板１１の２重露光
の前後における振動変位は第(2)式の右辺中のＷ
（ｐ，t₂）であるので、 Ｗ（ｐ，t₂）＝λ／２ 2K−１／cosβ₁＋cosβ₂…(7) を満たす位置ｐに暗い干渉縞が生じる。

ただし、この第(7)式において、 Ｋ＝１，２，３，… λはダブルパルスレーザ光の波長、 β₁，β₂は振動ベクトルと第２照明光および物体
光のなす角度、 である。この干渉縞は、第７図に示すようにな
る。

したがつて、上記(a)項ないし（ｍ）項で作成し
たホログラムの再生像には、上記(6)式および(7)式
で表わされる２つの干渉縞群が同時に現われる。
すなわち、振動変位の方向と振幅の大きさを表わ
す干渉縞群L₁と振幅の等高線を示す干渉縞群L₂
とが第８図に示すような形で得られる。

したがつて、従来の方法によれば、振幅の等高
線及び振動変位の方向をダブルパルスレーザホロ
グラフイ干渉縞として計測できる。しかしなが
ら、このようなホログラフイによる振動計測方法
では以下に述べるような欠点がある。

(ア) 従来の方法は、等振幅線を表わす干渉縞及び
振動変位の方向を表わす干渉縞が同じホログラ
ム再生像に重なつて現われるので、モワレ縞が
形成されて干渉縞の識別が困難である。特に、
計測対象の振幅が大きくて、等振幅線を表わす
干渉縞の本数が多くなつていくと、第９図に示
すように等振幅線を表わす干渉縞L₂と振動変
位方向を表わす干渉縞L₁の識別が不能となる。

(イ) その為、従来法を用いるに当つては、等振幅
線を表わす干渉縞の本数を、５〜６本程度すな
わち計測対象の最大振幅を1μm程度に制限せね
ばならなかつた。

(ウ) また、振幅の勾配が大きい箇所では、等変位
線の干渉縞と振動変位方向を表わす干渉縞が混
在して、両方の縞の識別ができなかつた。

(エ) 一般的に蒸気タービン、ガスタービン等回転
機械のインペラ及び翼、内燃機関本体などのパ
ルスホログラフイによる振動計測では、その振
幅は1μm程度以上であることが多く、また、そ
の振幅の勾配が上記縞の識別ができない程度に
大きい場合が多い。したがつて、上記従来法は
産業上の見地からは実用価値が低かつた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、従
来法のもつ欠点を解消し得るダブルパルスホログ
ラフイによる振動計測方法を提供することを目的
とする。

本発明は下記の点を特徴とする。

() 振動変位の等高線を表わす干渉縞、及び変
動変位の方向と大きさを表わす干渉縞を１枚の
ホログラムに同時に計測して、その二つの干渉
縞の再生像を分離させて、別々にその干渉縞デ
ータを得る。

() 上記（）を実現するために、下記を実施
する。

パルスレーザ装置から発射されるダブルパ
ルスレーザ光をビームスプリツタで３光束に
分ける。

上記３光束をそれぞれ、ホログラム作成の
為の物体照明光、第１の参照光、第２の参照
光として用いる。

上記第１の参照光のホログラフイ写真乾板
に対する角度をダブルパルス光の第１発目と
第２発目の間でわずかに変える。

上記第２の参照光と物体照明光の角度は一
定とする。

ホログラム作成において、上記第１の参照
光と第２の参照光を異なる角度から同一のホ
ログラフイ写真乾板に入射させるのと同時
に、上記物体照明光による物体光を上記ホロ
グラフイ写真乾板に入射させる。

ホログラムの再生は、ホログラムに第１の
参照光と第２の参照光を別々に照射すること
により、第１の参照光で振動変位の方向と大
きさを表わす干渉縞を再生させて、第２の参
照光では振動変位の等高線を表わす干渉縞を
再生させる。

以下、図面を参照して本発明を周辺固定の板の
振動モード計測に適用した実施例について説明す
る。第１０図はホログラム作成のためのブロツク
図を示すものである。同図において、１００はダ
ブルパルスレーザ装置で、この装置１００に後述
のパルス発振器１２１の出力をトリガパルスとし
て印加させると、ダブルパルス光を発生する。な
お、そのダブルパルス光の間隔は、1μsec〜
1000μsecの範囲で1μsec刻みで設定され、その１
発目のパルス光の発射タイミングは上記トリガパ
ルス印加後、上記装置１００固有の遅れ時間TD
後となる。１０１はビームスプリツタで、ダブル
パルスレーザ光束を２光束に分割する。その一方
はホログラム作成における物体照明光として用い
られ、他方は後述のビームスプリツタ１０４へ導
かれる。１０２は凹レンズで、ダブルパルスレー
ザ光束を拡大する。１０３は平面鏡で、凹レンズ
１０２で拡大されたダブルパルスレーザ光を後述
の被測定物体１１５へ照射する。１０４はビーム
スプリツタで、ダブルパルスレーザ光束を２光束
に分割する。これら光束の一方は後述の凹レンズ
１０５へ、他方は平面鏡１０９へ導かれる。１０
５は凹レンズで、ダブルパルスレーザ光束を拡大
する。１０６はコリメータレンズで、凹レンズ１
０５で拡大されたダブルパルスレーザ光を平行光
とする。１０７は平面鏡で、コリメータレンズ１
０６において平行光となつたダブルパルスレーザ
光を後述のホログラフイ写真乾板１１３へ第１の
参照光として投光する。そして平面鏡１０７は後
述の回転治具１０８に固着されており回転治具１
０８で回転される。１０８は回転治具で、平面鏡
１０７を支点Ｏのまわりに回転させる。なお、そ
の回転は後述の電磁石１２３及びバネ１２４によ
つて起こされる。１０９は平面鏡で、ダブルパル
スレーザ光束を反射する。１１０は凹レンズで、
ダブルパルスレーザ光束を拡大する。１１１はコ
リメータレンズで、凹レンズ１１０で拡大された
ダブルパルスレーザ光を平行光とする。１１２は
平面鏡で、コリメータレンズ１１１で平行光とな
つたダブルパルスレーザ光を後述のホログラフイ
写真乾板１１３へ第２の参照光として投光する。
１１３はホログラフイ写真乾板、１１４はホログ
ラフイ写真乾板１１３を固着するためのホルダ、
１１５は被測定物体である。１１６は位相可変２
出力発振器で、その２出力の一方は後述の増幅器
１１７を介して後述の加振機１１８へ入力され
る。他方は後述のパルス発振器１２１の同期信号
として用いられる。なお、上記２出力の信号の位
相は位相調整器を調整することにより0゜〜360゜の
範囲でコントロールできる。１１７は増幅器で、
位相可変２出力発振器１１６の一方の出力を電力
増幅して、後述の加振機１１８へ送出する。１１
８は加振機で、被測定物体１１５を励振する。１
１９は加速度検出器で、被測定物体１１５の振動
を検出する。１２０は増幅器で、加速度検出器１
１９の出力を増幅する。１２１はパルス発振器
で、位相可変２出力発振器１１６の出力信号に同
期されたパルス電圧を発振する。そのパルス電圧
は、後述のゲート回路１３０を介して、ダブルパ
ルスレーザ装置１００のトリガ信号として用いら
れる。１２２はオシロスコープで、増幅器１２０
の出力信号、パルス発振器１２１の出力信号及び
後述の光検出器１３１の出力信号を記録表示す
る。１２３は電磁石で、後述の電源１２５の出力
電流が後述のスイツチ１２６及び負荷抵抗１２７
経由で供給されると励磁力が発生して回転治具１
０８を引きつける。１２４はバネで、回転治具１
０８を弾力で引きつける。なお、その弾力は電磁
石１２３の引力より弱い。１２５は電源で、電磁
石１２３へ電流を供給する。１２６はスイツチ
で、電源１２５が供給する電流を上記電磁石１２
３へ通電あるいはしや断する。１２７は負荷抵抗
で、スイツチ１２６を介して電源１２５が電磁石
１２３へ供給する電流により電圧を発生する。１
２８はパルス立下り検出回路で、負荷抵抗１２７
の両端電圧の変化を検出して、パルス電圧を発生
する。１２９は遅延回路で、パルス立下り検出回
路１２８が発生するパルス電圧の位相を遅延させ
て、そのパルス電圧を後述のゲート回路１３０へ
送出する。１３０はゲート回路で、遅延回路１２
９の出力が印加されると、パルス発振器１２１の
出力をダブルパルスレーザ装置１００へ送出す
る。１３１は光検出器で、ダブルパルスレーザ装
置１００が発生するダブルパルスレーザ光を検出
し、オシロスコープ１２２へ送出する。１３２は
周波数カウンタで、位相可変２出力発振器１１６
の出力信号の周波数をカウントして表示する。

さらに、第１１図はホログラム再生の光学配置
を示すものである。同図において２０１はHe―
Neレーザ装置で、連続波レーザ光を発生する。
２０２は凸レンズで、連続波レーザ光束を拡大す
る。２０３はコリメータレンズで、凸レンズ２０
２で拡大されたレーザ光を平行光にする。２０４
はビームスプリツタで、平行光を反射光と透過光
の２つに分割する。２０５は平面鏡で、ビームス
プリツタ２０４の反射光を第１の再生用レーザ光
として後述のホログラム１０９′へ照射させる。
なお、その入射角度は第１０図に示した第１の参
照光のホログラフイ写真乾板１１３に対する入射
角度と同じにする。２０６は第１のしやへい板
で、第１の再生用レーザ光をしやへいする。２０
６′は第１のしやへい板２０６が第１の再生用レ
ーザ光をしやへいするときの位置を示す。２０７
は暗幕である。２０８はカメラで、ホログラム再
生像を撮影する。２０９は平面鏡で、ビームスプ
リツタ２０４の透過光を第２の再生用レーザ光と
して後述のホログラム１０９′へ照射させる。な
お、その入射角度は第１０図に示した第２の参照
光のホログラフイ写真乾板１１３に対する入射角
度と同じにする。２１０は第２のしやへい板で、
第２の再生用レーザ光をしやへいする。２１０′
は第２のしやへい板２１０が第２の再生用レーザ
光をしやへいしないときの位置を示す。１１３′
はホログラムで、第１０図の配置で作成されたも
のである。このような装置において、以下その計
測方法を説明する。

(イ) 先ず第１０図に示した光学配置において、被
測定物体１１５とホログラフイ写真乾板のホル
ダ１１４を対面させて設置したあと、ビームス
プリツタ１０１から凹レンズ１０２、平面鏡１
０３、被測定物体１１５を経由したホルダ１１
４までの距離と、ビームスプリツタ１０１から
ビームスプリツタ１０４、凹レンズ１０５、コ
リメータレンズ１０６及び平面鏡１０７を経由
したホルダ１１４までの距離と、ビームスプリ
ツタ１０１から平面鏡１０９、凹レンズ１１
０、コリメータレンズ１１１及び平面鏡１１２
を経由したホルダ１１４までの距離を、上記そ
れぞれの光学部品を移動させて、ダブルパルス
レーザ装置１００が発生するダブルパルスレー
ザ光の可干渉長（通常、２ｍ〜４ｍ程度であ
る）より短かい範囲例えば数10cm以内で合致さ
せる。

(ロ) そして、ダブルパルスレーザ装置１００が発
生するダブルパルスレーザ光を、ビームスプリ
ツタ１０１で２つに分割して、その一方すなわ
ちその反射光を、凹レンズ１０２及び平面鏡１
０３を経由して物体照明光として被測定物体１
１５に投光する。他方、その透過光は、ビーム
スプリツタ１０４でさらに２つに分割して、そ
の一方すなわちビームスプリツタ１０４、凹レ
ンズ１０５及び平面鏡１０７を経由してホルダ
１１４へ到達する光を、第１の参照光とする。
また、ビームスプリツタ１０４を透過した光す
なわち平面鏡１０９、凹レンズ１１０、コリメ
ータレンズ１１１及び平面鏡１１２を経由して
ホルダ１１４へ到達する光を、第２の参照光と
する。なお、上記第１の参照光と第２の参照光
のホルダ１１４に対する入射角度は互いに異な
る角度をもたせる。

(ハ) 位相可変２出力発振器１１６の２出力の一つ
を増幅器１１７を介して、加振器１１８へ入力
させて、被測定物体１１５を振動させる。その
振動状態を加速度検出器１１９で検出し、その
振動信号を増幅器１２０を介して、オシロスコ
ープ１２２に記録表示する。他方、位相可変２
出力発振器１１６の出力を周波数カウンタ１３
２に送出してそのカウント値によつて周波数を
知る。そして、位相可変２出力発振器１１６の
周波数を所要の値に設定する。

(ニ) 位相可変２出力発振器１１６の他の一つの出
力を、同期信号としてパルス発振器１２１に入
力させて、その装置に被測定物体１１５の振動
に同期したパルス電圧を発生させる。そして、
そのパルス電圧をゲート回路１３０へ送出する
とともにオシロスコープ１２２に記録表示す
る。

(ホ) オシロスコープ１２２に記録表示されている
振動信号とパルス発振器１２１の出力パルスの
位相関係を観察して、振動変位が零となる時刻
と、出力パルス電圧の発生時刻の間隔が、ダブ
ルパルスレーザ装置１００固有のパルスレーザ
光発射遅れ時間TDすなわちその装置１００に
外部トリガパルス電圧が印加されてダブルパル
ス光の第１発目が発射するまでの時間に等しく
なるように、上記パルス電圧の位相を位相可変
２出力発振器１１６に付随している２出力位相
調整器で調整する。

(ヘ) スイツチ１２６をオンにして、電源１２５よ
りスイツチ１２６及び負荷抵抗１２７を介して
電磁石１２３に電流を供給する。これにより、
電磁石１２３の吸引力がバネ１２４の抗力より
大きくなり、平面鏡１０７に固着されている回
転治具１０８が電磁石１２３に固着される。

(ト) 次にダブルパルスレーザ装置１００から発生
するダブルパルス光の間隔Δtを上記(ハ)で設定
した周波数をもつ被測定物体１１５の振動の1/
４周期に設定する。

(チ) 未露光のホログラフイ写真乾板１１３をホル
ダ１１４にセツトする。

(リ) スイツチ１２６をオフにして、電磁石１２３
への通電を断ち、バネ１２４の力により回転治
具１０８を電磁石１２３から引き離す。そうす
ると、平面鏡１０７を固着している回転治具１
０８はその回転軸Ｏのまわりに回転する。

(ヌ) 一方、パルス立下り検出器１２８は負荷抵抗
１２７の電圧降下、すなわち電磁石１２３への
供給電流の変化を検出してパルス電圧を発生す
る。そして、そのパルス電圧を遅延回路１２９
で遅延させて、例えば15msec（任意でよいが、
遅延回路１２９の遅延時間は回転治具１０８の
回転慣性を計算に入れて定める必要がある）遅
らせて、ゲート回路１３０に印加する。なお、
ゲート回路１３０は、遅延回路１２９の出力パ
ルス電圧を受けると、上記(ホ)項で上記パルス発
振器１２１から送出されている出力パルスをダ
ブルパルスレーザ装置１００へ印加する。

(ル) このようにして、パルス発振器１２１の出
力パルス電圧が印加されたダブルパルスレーザ
装置１００は、そのパルス電圧の最初のパルス
により作動し、上記(ト)項で設定した間隔Δtの
ダブルパルス光を発射する。

(ヲ) そのダブルパルス光の第１発目は、上記(ホ)
項で被測定物体１１５の振動変位零の状態に同
期されているので、被測定物体１１５の振動変
位零の状態において、次の３つの光に分離し
て、ホログラフイ写真乾板１１３に到達する。
その第１番目の光は、ビームスプリツタ１０
１、凹レンズ１０２、平面鏡１０３及び被測定
物体１１５を経由してホログラム作成の物体光
として写真乾板１１３に到達する。第２番目の
光は、ビームスプリツタ１０４、凹レンス１０
５及び平面鏡１０７を経由して第１の参照光と
して写真乾板１１３に到達する。第３番目の光
は、ビームスプリツタ１０４、平面鏡１０９、
凹レンズ１１０、コリメータレンズ１１１及び
平面鏡１１２を経由して、第２の参照光として
ホログラフイ写真乾板１１３に到達する。

(オ) ダブルパルス光の第２発目については、上
記(ホ)項及び(ト)項で、被測定物体１１５の振動変
位の最大状態に同期されているので、被測定物
体１１５が正あるいは負の最大振幅状態にある
タイミングで、上記（ヲ）項の３つの光に分離
してホログラフイ写真乾板１１３に到達する。
ただし、第１の参照光に関しては、平面鏡１０
７が回転治具１０８によつて回転しているの
で、第１発目の場合と異なる角度でホログラフ
イ写真乾板１１３を投光する。

(ワ) 上記（ヲ）項及び（オ）項に述べたよう
に、被測定物体１１５が振動変位零の状態と、
正あるいは負の最大変位状態の２つの状態にお
ける物体光、入射角度一定の第２の参照光及び
入射角度がダブルパルス光の第１発目と第２発
目で異なる第１の参照光で、ホログラフイ写真
乾板１１３を露光する。

(カ) このようにして露光されたホログラフイ写真
乾板１１３を、現像、定着処理した後、水洗お
よび乾燥してホログラム１１３′を得る。

以上の(イ)項ないし(カ)項で作成したホログラム１
１３′の再生は、第１１図に示した光学配置によ
り、以下に述べる（ヨ）項ないし（レ）項の手順
で行なう。

(ヨ) 先ず、第１１図の光学配置を説明する。第
１１図において、He―Neレーザ装置２０１で
発生した連続波レーザ光束を凸レンズ２０２で
拡大した後、コリメータレンズ２０３で平行光
とし、ビームスプリツタ２０４へ導く。ビーム
スプリツタ２０４は、平行光を反射光と透過光
の２つに分割する。その反射光は平面鏡２０５
を介してホログラム１１３′へ、また透過光は
平面鏡２０９を介してホログラム１１３′へ到
達する。なお、平面鏡２０５を介してホログラ
ム１１３′を照射する平行光の角度は、第１０
図に示した第１の参照光の第１発目におけるホ
ログラフイ写真乾板１１３に対する入射角度
に、また、平面鏡２０９を介してホログラム１
１３′を照射する平行光の角度は第１０図に示
した第２の参照光のホログラフイ写真乾板１１
３に対する入射角度にそれぞれ等しくする。

(タ) 次に、ホログラム１１３′を平面鏡２０５
を介してくる照明光のみで照射する。なお、平
面鏡２０９を介してくる照明光は、第２のしや
へい板２１０でしや断し、ホログラム１１３′
の前方には暗幕２０７を置いている。そうする
と、ホログラム１１３′からは、以下に述べる
ような性質をもつ再生像が現われる。すなわ
ち、第１の参照光においてダブルパルス光の１
発目で記録された被測定物体１１５の像は、第
１２図ａに○イで示すようにホログラム作成時に
おける物体１１５の位置に対応した位置にその
像が現われるが、ダブルパルス光の２発目の第
１の参照光の角度θ₂は、第１発目での角度θ₁と
角度（θ₁−θ₂）だけ異なるので、その２発目の
第１の参照光で記録された被測定物体１１５の
像は、第１２図に○ロで示すように第１発目での
位置より（θ₁−θ₂）だけ異なつて現われる。す
なわち、その像は第１の参照光の第１発目で記
録された像を基準に考えれば、（θ₁−θ₂）だけ
回転していることになる。その為、従来法にお
いて、照明光の角度を変化して、被測定物体を
回転させた効果に対応する効果がある。したが
つて、従来法の説明における第(1)式ないし第(6)
式の関係で決まる干渉縞が現われる。なお、こ
の場合、第２の参照光も上記干渉縞と同時に現
われるが、被測定物体１１５の像と異なる視線
角度になるので、影響はない。

上記干渉縞をカメラ２０８で撮影すると、上
記振動変位方向及び振動変位の情報をもつ干渉
縞が印画紙に記録される。その干渉縞の例とし
て、従来法では計測できなかつた第９図に示し
た振動と同じ振動を、本発明の方法で計測した
場合の干渉縞を第１３図ａに示す。この干渉縞
は、第９図の振動変位方向と振動変位を表わす
干渉縞L₁に対応するものである。

(レ) 次に、ホログラム１１３′を、平面鏡２０
９を介してくる照明光のみで照射する。なお、
第２のしやへい板２１０を２１０′の位置へ移
動し、また、第１のしやへい板２０６は２０
６′の位置へ移動する。そうすると、ホログラ
ム１０９′に記録されている被測定物体１１５
の振動変位の等高線を表わす干渉縞が再生像
（虚像）として現われる。その再生像をカメラ
２０８で撮影すると、振動変位の等高線を表わ
す干渉縞が印画紙に記録される。その干渉縞の
例として、従来法では計測できなかつた第９図
に示した振動と同じ振動を本発明の方法で計測
した場合の干渉縞を第１３図ｂに示す。この干
渉縞は第９図の振動変位の等高線を表わす干渉
縞L₂に対応するものである。

以上のように本発明の方法によれば、ホログラ
ム作成において、振動変位方向と振動変位の大き
さを表わす干渉縞、及び振動変位の等高線を表わ
す干渉縞の二つの干渉縞を同一のホログラムに同
時に記録し、ホログラムの再生においては、その
二つの干渉縞を別々に再生することにより、振動
変位の大小にかかわらず振動変位の等高線と振動
変位の方向を計測できる。

このような方法によれば、次のような効果が得
られる。

(1) 従来の方法では、振動変位の等高線を表わす
干渉縞及びその振動方向を表わす干渉縞の２種
類の干渉縞が、同じホログラムの再生像に重な
つて現われるので、その２種類の干渉縞の識別
ができないという欠点があつたが、本発明の方
法によれば、ホログラム作成ではその２種類の
干渉縞を同一のホログラムにしかも同時に記録
し、またホログラム再生では、その２種類の干
渉縞を分離した形で再生できる。したがつて、
被測定物体の振動変位の大きさ、あるいは振動
モードの形の複雑さによらず、振動変位の等振
幅線、及び振動方向の情報を干渉縞として計測
できる。

(2) 従来の方法では計測できなかつた運転時にお
ける機械のケーシング類例えば内燃機関クラン
クケースの複合振動モードの計測の場合では、
本発明の方法によれば、振動変位の等高線とそ
の振動変位の方向をホログラフイ干渉縞として
計測できるので、騒音低減対策に関する振動モ
ードの計測実験などで特にその効果が大きい。

以上のように本発明によれば、実用上極めて有
益なダブルパルスホログラフイによる振動計測方
法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダブルパルスホログラフイによ
る振動計測方法に係るホログラム作成のブロツク
図、第２図及び第３図はそれぞれ上記従来方法の
原理を示す図、第４図は上記従来方法に係るホロ
グラム再生光学配置図、第５図乃至第８図はそれ
ぞれ上記従来方法で得られる干渉縞の説明図、第
９図は上記従来方法で計測された干渉縞の一例を
示す図、第１０図は本発明のダブルパルスホログ
ラフイによる振動計測方法に係るホログラム作成
のブロツク図、第１１図は上記本発明の方法に係
るホログラム再生の光学配置図、第１２図ａ，ｂ
はそれぞれ上記本発明の方法で計測される干渉縞
の性質を示す図、第１３図ａ，ｂは本発明の方法
で計測された干渉縞の一例を示す図である。 １００…ダブルパルスレーザ装置、１０１，１
０４…ビームスプリツタ、１０７…平面鏡、１０
８…回転治具、１０９…平面鏡、１１３…ホログ
ラフイ写真乾板、１１３′…ホログラム、１１５
…被測定物体、１１８…加振機、２０１…He―
Neレーザ装置、２０４…ビームスプリツタ、２
０５，２０９…平面鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダフルパルスレーザの第１発目を物体振動変
   位が零となる時期に、第２発目を第１発目より物
   体振動周期の1/4に等しい時間後に発射して、物
   体の振動を計測するダフルパルスレーザホログラ
   フイにおいて、 ダフルパルスレーザ装置から発射されるダブル
   パルスレーザ光をビームスプリツタで３光束に分
   割し、その３光束のうちの一つを物体照明光と
   し、他の二つの光束をそれぞれ第１の参照光及び
   第２の参照光とし、上記物体照明光による物体光
   と、上記第１及び第２の参照光の光路差を、上記
   ダブルパルスレーザ光の可干渉長より小さくなる
   様にして、上記第１の参照光と第２の参照光をホ
   ログラフイ写真乾板に対し異なる角度から入射さ
   せるとともに、上記第１の参照光を分割したビー
   ムスプリツタと上記ホログラフイ写真乾板との間
   に、第１の参照光のホログラフイ写真乾板に対す
   る角度を変える働きをする回転反射手段を設け
   て、その回転反射手段が回転する間に上記第１の
   参照光を反射させて上記ホログラフイ写真乾板に
   投光させるのと同時に、上記物体光と第２の参照
   光とを上記ホログラフイ写真乾板に投光させるよ
   うにしたことを特徴とするダフルパルスホログラ
   フイによる振動計測方法。