測定原理 - レーザー振動計

移動する対象物から反射された光は、対象物の速度に比例して周波数が変化します（ドップラー効果）。干渉計でこの周波数シフトを測定することにより、物体の振動運動を正確に測定できます。

ドップラー効果

波が接近する（または後退する）発信源から放出される場合、連続する波頭は、放出されたよりも短い（長い）時間間隔で検出器に到達します。この現象は、周波数のシフトとして観察され、ドップラー効果として知られています。音響上の例としては、例えば歩行者が、通り過ぎる救急車のサイレンの音の高さに明らかな変化を感じるということがあります。波長λc のレーザーでの測定された周波数シフト Δfc は、実際の振動測定アプリケーションでは高精度で速度 v に比例します。

Δf_c = 2 v/λ_c

振動測定

検出された周波数シフトは、レーザー光が反射される表面の速度  v(t)  と、変位 d(t) および加速度 a(t) を導出するために使用されます。周波数 f および変位 d(t) = D sin(2π f t) の調和振動の場合、変位、速度、および加速度の振幅は、

A = 2π f V = 4π² f² D .

干渉計

周波数の変化は、マッハ・ツェンダー干渉計によって強度の時系列に変換され、その周波数領域は、さらなる電子処理にアクセスできます。干渉計内で、レーザービームは基準ビームと測定ビームに分離されます。プローブから反射された光は、基準ビームと干渉します。光検出器に記録された強度には、基準ビーム I_c と反射光 I_v の強度以外にも、光路の差 Δz に関連する情報が含まれています。

I(t) = I_c + I_v + 2 (I_c I_v)^1/2 cos (2 π Δz(t)/λ) .

ヘテロダインの読み出し

強度の変化は、物体が振動計に近づいているか遠ざかっているかに依存しません。このあいまいさは、ヘテロダインによって取り除かれます。基準ビームの周波数が一定量f_bで相関している場合、移動しないプローブの両方のビームの干渉により、周波数f_bで高調波強度が変化します。この搬送波信号 ∝ cos (2 π f_b) は、測定対象の動きによって変調されます。その動きの方向に応じて、強度の周波数はより高いまたはより低い周波数に向かってシフトします。

復調

測定された物体の動きに関する情報は、強度からの復調によって取得されます。デジタル信号に変換した後、信号プロセッサは測定対象の変位と速度をリアルタイムで測定します。復調（多くの場合、デコーディングとも呼ばれます）は、速度または変位のいずれかに対して実行されます。