レーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法及び計測装置
【課題】産業上において重要な分野で利用されているレーザ振動計について、歪ゲージを用いて動的線形性を正確且つ容易に計測し、評価できるようにする。
【解決手段】 金属棒の一端部に二重発射管から同心円上の２個の飛翔体を単独に、及び同時に又は微少な所定時間間隔で衝突させて金属棒内に弾性波パルスを発生させる。各飛翔体の衝突で発生した弾性波パルスが金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動速度及びひずみを、評価対象となるレーザ振動計で計測する、また金属棒側面に設けた歪ゲージで計測し、計測信号を演算し、また適宜補正を行う。その演算結果とレーザ振動計の計測値を時間領域及び周波数領域で比較することによりレーザ振動計の動的線形性を計測し、評価を行う。
【解決手段】 金属棒の一端部に二重発射管から同心円上の２個の飛翔体を単独に、及び同時に又は微少な所定時間間隔で衝突させて金属棒内に弾性波パルスを発生させる。各飛翔体の衝突で発生した弾性波パルスが金属棒の他端部に到達したときに生じる端面の運動速度及びひずみを、評価対象となるレーザ振動計で計測する、また金属棒側面に設けた歪ゲージで計測し、計測信号を演算し、また適宜補正を行う。その演算結果とレーザ振動計の計測値を時間領域及び周波数領域で比較することによりレーザ振動計の動的線形性を計測し、評価を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業上広く用いられているレーザ振動計による動的計測の基礎となる、それら計測機器の動的線形性を評価するための計測方法とその方法を実施するための装置に関し、特に、本発明は新しいDCから必要な周波数までの高速広周波数帯域における微小変位発生装置によって発生させた動的変位、速度を、歪ゲージで計測した結果を基礎にして、その性能評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の計測を可能とする計測方法とその方法を実施するための装置に関する。
装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラーシフトや光ヘテロダイン干渉等の光干渉を原理とする動的変位や振動を測定するレーザ振動計及びレーザ変位計は、従来から産業界では広く用いられてきている。レーザ振動計及びレーザ変位計は、非接触で微小な面の微小運動や動的変位を計測出来ることから、マイクロ運動デバイスの開発、マイクロ運動メカニズムの開発における計測で、近年広く用いられるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、１MHzをゆうに超える周波数帯域幅の数値がメーカ仕様に示されている一方、実際の計測では注目した周波数での測定結果の信頼性を検証する方法がなく、レーザ振動計、レーザ変位計のデータは未公開のままである。即ち、真実に１MHzをゆうに超える周波数帯域幅をレーザ振動計及びレーザ変位計はもっているのかどうか、また、特定の周波数での感度や位相遅れはどれくらいなのかを、検証する方法がないのが実状である。
【０００４】
そのため、動的計測に今後さらに多用されるであろうレーザ振動計及びレーザ変位計の、動的性能の基礎となるべき動的線形性を評価する計測技術の確立は急務となっている。
【０００５】
したがって本発明は、レーザ振動計による動的変位もしくは速度の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、計測器の線形性が成り立たなければ、本来計測はなりたたない。動的計測における線形性、すなわち動的線形性は、『入力信号x(t)に対する出力信号をX(t)とし、入力信号y(t)に対する出力信号をY(t)とするとき、任意定数a、bを用いて、入力信号a・x(t)+b・y(t)に対する出力信号がa・X(t)+b・Y(t)となること。』と一般的には定義される。しかしながら、この定義に基いて、計測機器やセンサの動的線形性を評価することは、一般には容易ではない。
【０００７】
したがって本発明は次に述べるような手段を採用することによって、本発明の上記課題を解決することができる。即ち、請求項１に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１３】
また、請求項７に係る発明は、多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【００１４】
また、請求項８に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１５】
また、請求項９に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１６】
また、請求項１０に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１７】
また、請求項１１に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１８】
また、請求項１２に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１９】
また、請求項１３に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２０】
また、請求項１４に係る発明は、多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正する。すなわち代表位置における弾性波の歪みを、軸方向に貼り付けた各歪ゲージから得られる信号に伝播理論を応用してゲージの個数分だけ算出し、相加平均をとることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【００２１】
また、請求項１５に係る発明は、前記発射装置は二重管からなり、前記第１の飛翔体を内側の管内から、前記第２の飛翔体は内側の管と外側の管の間から発射すること、もしくはその逆に第１の飛翔体は内側の管と外側の管の間から、第２の飛翔体は内側の管内から発射することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２２】
また、請求項１６に係る発明は、前記第１の飛翔体及びそのための発射装置、第２の飛翔体及びそのための発射装置を多重化し、発射の時間差を制御し、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２３】
また、請求項１７に係る発明は、前記歪ゲージは、前記金属棒の表面に対して該金属棒の端部から同一距離に複数設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２４】
また、請求項１８に係る発明は、飛翔体本体部を異なる材質の積層体で構成し、または飛翔体本体部の先端に該本体部と異なる材質の部材を取り付け、金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２５】
また、請求項１９に係る発明は、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって演算を行う演算手段は、解析解の１次の項、または高次の項までを用い、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求めることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２６】
また、請求項２０に係る発明は、前記計測手段は、前記第１及び第２の両飛翔体を微小時間差をもって衝突させるとき、両飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、両飛翔体を各々単独で衝突させたときに発生する歪ゲージ出力またはレーザ干渉計による計測結果に基づき、両飛翔体が完全には同時衝突が達成できないための微小時間差をもって衝突させたときに発生する歪ゲージ出力または基準レーザ干渉計による計測結果が最も適合するパラメータとして求め、 第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに両飛翔体を微小時間差をもって各々衝突させた時に得られる評価対象とするレーザ振動計の出力信号から、それらの動的線形性を計測することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２７】
また、請求項２１に係る発明は、前記金属棒を、軸方向への剛体運動を拘束しないように点接触によって水平に支持したことを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【００２８】
また、請求項２２に係る発明は、前記金属棒の第１端面に接する金属球を取り付け、前記金属球に発射タイミングを精密に制御した飛翔体を衝突させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２９】
また、請求項２３に係る発明は、前記金属棒の第２端面に圧電物質を取り付け、前記圧電物質を前記弾性波パルスの第２端面での反射過程の所定の時期に駆動する圧電物質駆動手段を備え、金属棒単体で発生できる棒端面の速度の周波数帯域幅が不足しているときに、前記圧電物質駆動手段により周波数帯域幅を広帯域化することを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３０】
また、請求項２４に係る発明は、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることを特徴とする請求項１８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３１】
また、請求項２５に係る発明は、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録した媒体と、歪ゲージが貼り付けられた金属棒または、圧電物質が端面に取り付けられた金属棒を反復実施可能性の実現手段とすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３２】
また、請求項２６に係る発明は、上記請求項１〜請求項２５のいずれか一つに記載の装置または方法を用いて動的線形性が計測されたレーザ振動計としたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、レーザ振動計による速度もしくは動的変位の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を得ることができる。
【００３４】
それにより、レーザ振動計の一次標準、及び二次標準の確立に貢献し、この分野の国際標準の確立に寄与することができる。また、マイクロデバイス、マイクロメカトロニクスにおける高周波振動計測における計測の信頼性が向上し、更に加速度センサについてもその一次標準校正技術の信頼性を向上させることができ、また国際規格を作成することも可能となる。
【００３５】
また、企業内での動的機械量センサの校正の基準の信頼性を向上させることから、動的機械量計測の信頼性が向上し、各計測器の使用に際して、ノイズと信号と区別がつかない等の実用上の問題を解決でき、且つ、歪ゲージを貼り付けた金属丸棒の計測技術上の有用性を、さらに高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明はレーザ振動計による動的変位もしくは速度の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を提供するという課題を、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することによって実現した。
【実施例１】
【００３７】
本発明によるレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法及び装置は、ほぼ同様の手法によって本発明以外においても種々の態様で実施することができるので、本発明に関連する各種態様を含めて説明する。図１に示す実施例においては、金属棒１の第１端面２に後述するような飛翔体３を衝突させて衝撃を加え、内部に弾性波パルスを発生させるものであり、内側発射管４、外側発射管５の二重の多重発射管７を用い、この多重発射管７から内外２個の多重の飛翔体３を発射させる。図示実施例では内側発射管４の内部から略円柱状の内側飛翔体８を内側発射装置９により、また内側発射管４と外側発射管５との間の環状空間から環状の外側飛翔体１０を外側発射装置１１により各々独立して発射できるようにしている。この発射の状態はレーザ光源２７からのレーザを金属棒１の前方において、２本間隔を設けて照射し、このレーザ光を遮る状態を受光素子２８で検出し、その時間差をカウンタ２９によって計測し、そのデータをパソコン２６に入力して検出することができる。
【００３８】
上記各飛翔体の発射に際しては、弁開閉制御装置１５により第１弁１６を解放し、第１高圧空気源１７からの高圧空気を内側発射装置９に供給することにより、内側発射管４内の内側飛翔体８を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。内側飛翔体８が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には衝撃加速度の弾性波が発生して金属棒１内を伝播する。また、弁開閉制御装置１５により前記第１弁１６の解放後の所定時間後に第２弁１８を解放し、第２高圧空気源１９からの高圧空気を外側発射装置１１に供給することにより、内側発射管４と外側発射管５との間に配置した環状の外側飛翔体１０を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。外側飛翔体１０が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には前記と同様の衝撃加速度の弾性波が前記第１飛翔体８の衝突による弾性波の発生に対して時間遅れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００３９】
このようにして金属棒１内に発生した弾性波により、金属棒１内には合成された波形が生じることとなり、この波形が金属棒１の第２端面２２に対して伝播する。このように、飛翔体を複数用い、各飛翔体の発射時期を任意に設定し発射の位相を制御することにより、重ね合わせの原理により全体として所定の継続時間の衝撃加速度波形を発生することが可能となる。
【００４０】
これらの発射管４、５の各飛翔体８、１０との接触面、または各飛翔体の外周面には潤滑処理、或いは低摩擦係数化する表面処理層を設けることが好ましい。また、個々の飛翔体の発射により金属棒１内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を狭くするために、飛翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材などを取り付けても良い。その際には、飛翔体本体部が金属、高分子材料、あるいはプラスティックス、木材など異なる材料との積層構造をもつような多重飛翔体を用いても良い。また金属棒１は軸方向への剛体運動を拘束しないようにボールベアリングやころ軸受等の点接触によって水平に支持し、弾性波の伝播への影響を最小限にすることが好ましい。更に、飛翔体が衝突する金属棒の端面には金属球を接触する状態で取り付けてもよい。
【００４１】
上記のような金属棒１の第１端面２において発生した弾性波パルスは、金属棒１内部を伝播してもう一方の第２端面２２に到達して反射する。反射の過程で発生する端面に垂直な方向の衝撃速度、及び衝撃ひずみが、その端面に対してレーザを照射しているレーザ振動計２３への入力となる。また、衝撃速度の精密な測定は歪ゲージ２５、またはレーザ干渉計２４により、更には必要に応じて両方を用いることにより測定し、レーザ振動計２３の計測値と比較を行う。
【００４２】
発生する衝撃速度の検出に際して棒側面に貼り付けた歪ゲージ２５を用いる際には、歪ゲージ２５を単体で実施することができるが、金属棒の軸線方向に一列に複数配置しても良く、この列を更に複数列配置しても良い。図１に示す例においては、第１端面２から１列に、Ｌ１、Ｌ２、・・・ＬＮずつ離れてＮ個配置し、同図の例ではこれを棒の周面において円周方向に２列配置した例を示している。複数個の歪ゲージを用いる際には、各ゲージの出力信号を演算装置としてのパソコン２６に入れ、これを信号処理して代表位置でのゲージ出力の周波数特性を求め、予め求めておいた補正関数を用いてレーザ干渉計２４で計測した結果と同等の結果が得られるようにする。なお、上記実施例においては、レーザ干渉計２４と歪ゲージ２５を用いた例を示しているが、いずれか片方のみでも実施することができる。
【００４３】
本発明は更に図２に示すような装置によってもレーザ振動計の測定を行い、その評価を行うことができる。同図の例においては前記図１に示す例と異なり、金属棒１の第２端面２２に圧電膜もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）（以下「圧電膜」と称する）３０を設け、図２の例においては歪ゲージの信号を信号入力処理部３１で検出して処理し、圧電膜駆動装置３２を作動してこの圧電膜３０を駆動することができるようにしている。また、評価対象となるレーザ振動計２３のレーザ、及び基準となるレーザ干渉計２４のレーザは、各々鏡３３を介して前記圧電膜３０の表面に照射し、この圧電膜３０が作動する速度等を検出できるようにしている。また、パソコン２６からの指示により、所定の時期に圧電膜を駆動させることもできる。
【００４４】
このような圧電膜を用いることにより丸棒内部を伝播する弾性波パルスの端面での反射により発生する速度、動的変位の周波数帯域が十分広くない場合には、圧電物質を端面に付加して、広帯域化をはかることができる。この圧電物質の利用については後にも述べる。図１及び図２に示すような装置において、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることにより、反復実施を容易に行うことができる装置として、この装置の取り扱いを容易にすることができる。
【００４５】
以下に、本発明のより具体的な実施の態様を、本発明と関連する各種態様と共に順に説明する。なお、以下の（１）〜（１４）の態様の内、本発明に直接関連する実施の態様は（２）〜（７）である。
（１）基準レーザ干渉計を用いて棒端面の速度を計測し、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
発射管から発射された飛翔体が、直径に比較して十分に長い金属棒端面に衝突すると、内部に弾性波パルスが発生する。その弾性波パルスが、もう一方の端面に到達して反射するときの端面の運動速度（v(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度（C）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）とによって、以下の式で表される。
【数１】
(1.1)
【００４６】
そこで、内側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれvin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれvin,2(t)、εin,2(t)とする。以下の式が成立する。
【数２】
(1.2)
【数３】
(1.3)
【００４７】
そこで、記号を以下の表のように定める。
【表１】
【００４８】
(1.4)式が成立する範囲内で、(1.5) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数４】
(1.4)
【数５】
(1.5)
【００４９】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合にはその時間差をΔtとすると, (1.6)式が成立する範囲内で、(1.7) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数６】
(1.6)
【数７】
(1.7)
【００５０】
（２）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をそのまま用いて、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
図１に示す装置例において飛翔体の衝突する端面から距離L1に貼ってある歪ゲージの出力信号について、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々についてεL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)、とする。この場合、歪ゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号であるひずみがそのまま動的線形性を評価するレーザ振動計からのレーザの照射面への入射弾性波パルスのひずみになるとみなす。εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)に対応する、評価対象のレーザ振動計で計測したレーザ照射面の速度信号を、vL1,out,1(t)、vL1,out,2(t)、vL1,out,1+2(t)とすれば、(2.1)式が成立する範囲内で、(2.2) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることがレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数８】
(2.1)
【数９】
(2.2)
【００５１】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(2.3)式が成立する範囲内で、(2.4) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることがレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数１０】
(2.3)
【数１１】
(2.4)
【００５２】
（３）複数個の歪ゲージ（軸方向に複数個貼る）の出力をそのまま用いて、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
金属丸棒の軸方向に複数個貼られている歪ゲージは、丸棒の衝撃端面から、Ln(n=1・・・N)だけ離れた位置に貼られているとする。また、棒の軸方向の複数位置に貼り付けたゲージの代表位置をL1とする。この場合、各Ln(n=1・・・N)位置において、照射端面への弾性波入射パルスと、反射弾性波パルスは分離して観察されなければならない。
【００５３】
弾性波の伝ぱ理論から衝撃端面から十分離れた丸棒断面での弾性波パルスのひずみは、平面波となるため衝撃端面からの距離zと時間t（t=0で飛翔体の衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能である。そこで、平面波としての丸棒内部のひずみ（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数１２】
(3.1)
【００５４】
但し、F(z,t)は次のように表される。（Skalakの解、級数展開の第一項目）
【数１３】
(3.2)
ただしここで、
t：時刻
lp：飛翔体の長さ
Cp：飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度
εt(t,z)：スカラクの解析解の一次項
【数１４】
(3.3)
【数１５】
(3.4)
【数１６】
(3.5)
ただしここで、
V1：飛翔体の衝突速度
t：衝突後の経過時間
ν：ポアソン比
Da：金属棒の直径
z：金属棒の軸方向の座標
【００５５】
多数の歪ゲージを用いて感度を上げるために、以下の手順を取る。位置Lｎ（ｎ＝１…N）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、εLn（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝ぱに時間がかかり、位置Lｎ（ｎ＝１…N）における歪ゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により（３）式を用いて代表位置Ｌ１に貼ってあるゲージの出力と等価な出力に変換することができる。
【数１７】
（ｎ＝２…N） (3.6)
ここで、Ｌ，Ｌ−１は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したがって、代表位置における弾性波パルスのひずみεr(L1,t)は以下の式で表される。
【数１８】
(3.7)
複数の歪ゲージを用い出力信号の加算平均を計算することにより、ノイズの影響を減らし微小動的ひずみの計測が可能になる。
【００５６】
この（３）においては、代表位置からビーム照射端面までの弾性波パルスの伝ぱによる弾性波動の分散、減衰などは考慮しない。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わない。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、代表位置における代表ひずみ信号を、εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)とすると、複数個の歪ゲージの代表位置からレーザ振動計からのレーザ光が照射する端面までの距離は、L−L1であるから、それぞれの場合にビーム照射端面に発生する速度v(t)は,次式で表される。
【数１９】
(3.8)
【数２０】
(3.9)
【数２１】
(3.10)
【００５７】
(3.8), (3.9), (3.10)の入力速度に対応する動的線形性を評価するレーザ振動計の出力速度信号をそれぞれ、vrout,1(t)、vrout,2(t)、vrout,1+2(t)とすると、(3.11)式が成立する範囲内で(3.12)式が成立することが、そのレーザ振動計が動的線形性を備えていることを示している。
【数２２】
(3.11)
【数２３】
(3.12)
【００５８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると(3.13)式が成立する範囲内で、(3.14)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性の計測となる。
【数２４】
(3.13)
【数２５】
(3.14)
【００５９】
（４）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入射弾性波パルスを求める。しかし、ゲージの周波数応答は無視される。(1.2)式、(1.3)式で示されるひずみ信号は、衝突端面から距離L1の位置に貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,1(L1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に衝突した時のひずみ信号をεin,1+2(L1,t)とすると以下の式が成立する。
【数２６】
(4.1)
【００６０】
εin,1+2(t)、εin,1+2(L1,t)を、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、レーザ振動計からのビームで照射される端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝突端面から距離L1に貼られた歪ゲージの出力信号とする。(4.1)式から求まるεin,1(t)、εin,2(t)、εin,1+2(t)および各々に対応する評価対象のレーザ振動計の出力信号、vout,1(t)、vout,2(t)、vout,1+2(t)を用いると（４）における評価対象のレーザ振動計の動的線形性の計測とは、(4.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(4.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数２７】
(4.2)
【数２８】
(4.3)
【００６１】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(4.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲内において、(4.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性の計測である。
【数２９】
(4.4)
【数３０】
(4.5)
【００６２】
（５）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）の出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
軸方向に複数個貼り付けた歪ゲージ出力から代表値を計算する方法として上記（３）の(3.7)式に示す方法を用い、代表位置（衝撃端面から距離L1）における歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合（εr,1(L1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合（εr,2(L1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させる場合（εr,1+2(L1,t)）について、それぞれに対応するレーザビーム照射面への入射弾性波パルスのひずみを、(5.1)式から求める。
【数３１】
(5.1)
【００６３】
εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)のそれぞれに対応する動的線形性を評価する対象のレーザ振動計の出力をvrcout,1(t)、vrcout,2(t)、vrcout,1+2(t)とする。このように決めれば、この（５）においてレーザ振動計の動的線形性を測定することは、(5.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(5.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数３２】
(5.2)
【数３３】
(5.3)
【００６４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(5.4)式が成立する周波数、速度範囲内において、(5.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測することができる。
【数３４】
(5.4)
【数３５】
(5.5)
【００６５】
（６）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
この場合は、軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージの出力を、レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、入力信号の線形性をチェックする方法に関するものである。
【００６６】
干渉計により棒端面の運動速度（vL(t)）が測定され、入射弾性波パルスのひずみ（εiL(t)）との関係は、vL(t)=2CεiL(t)で表される。この（６）においては、動的線形性検証が必要とする入力信号の線形性を検証するために、歪ゲージ出力からレーザ振動計への入力速度を推定するときに、ゲージの周波数応答を補正し、弾性波動の伝ぱの分散、減衰、音速値推定の不確かさなどを基準レーザ干渉計出力を用いて補正する。軸方向に一箇所に貼り付けてある歪ゲージの衝突端面からの位置を、L1とする。ゲージからの出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεL1,out,1+2(t)とする。このとき、ゲージの出力信号をレーザ振動計からのレーザが照射する端面への入射弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（GCL(jω）)を求める。
【数３６】
(6.1)
【００６７】
このように決めれば、内側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,1+2(t)として、ここでレーザ振動計の動的線形性を測定することは、(6.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(6.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数３７】
(6.2)
【数３８】
(6.3)
【００６８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(6.4)式が成立する周波数、速度範囲内において、(6.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測する。
【数３９】
(6.4)
【数４０】
(6.5)
【００６９】
（７）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
この場合は複数個の歪ゲージの出力を基準レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、動的線形性の検証が必要とする入力信号の線形性を求める。(3.7)式で求められる代表位置における歪ゲージ出力信号に関して、内側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,1(L1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεNr,1+2(L1,t)とする。内側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ振動計出力をvCLNout,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ振動計出力をvCLNout,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合のレーザ振動計出力出力をvCLNout,1+2(t)とするならば、この（７）において動的線形性とは、(7.1)式が成立する周波数、速度範囲内において、(7.2)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測する。
【数４１】
(7.1)
【数４２】
(7.2)
【００７０】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(7.3)式が成立する周波数、速度範囲内において、(7.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが、動的線形性を測定することとなる。
【数４３】
(7.3)
【数４４】
(7.4)
【００７１】
（８）基準レーザ干渉計を用いて棒端面の動的変位を計測し、レーザ変位計の動的線形性を求める場合。
この場合においては、発射管から発射された飛翔体が、直径に比較して十分に長い金属棒端面に衝突すると、内部に弾性波パルスが発生する。その弾性波パルスが、もう一方の端面に到達して反射するときの端面の動的変位（d(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度（C）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）とによって、以下の式で表される。
【数４５】
(8.1)
【００７２】
そこで、内側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する動的変位と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれdin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する動的変位と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれdin,2(t)、εin,2(t)、とする。以下の式が成立する。
【数４６】
(8.2)
【数４７】
(8.3)
【００７３】
そこで、記号を以下の表のように定める。
【表２】
(8.4)式が成立する範囲内で、(8.5) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数４８】
(8.4)
【数４９】
(8.5)
【００７４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合にはその時間差をΔtとすると, (8.6)式が成立する範囲内で、(8.7) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数５０】
(8.6)
【数５１】
(8.7)
【００７５】
（９）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をそのまま用いて、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合
図１に示す装置例において飛翔体の衝突する端面から距離L1に貼ってある歪ゲージの出力信号について、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)、とする。この場合、歪ゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号であるひずみがそのまま動的線形性を評価するレーザ変位計からのレーザ光の照射面への入射弾性波パルスのひずみになるとみなす。εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)に対応する、評価対象のレーザ変位計で計測したレーザ照射面の動的変位信号を、dL1,out,1(t)、dL1,out,2(t)、dL1,out,1+2(t)とすれば、(9.1)式が成立する範囲内で、(9.2) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数５２】
(9.1)
【数５３】
(9.2)
【００７６】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(9.3)式が成立する範囲内で、(9.4) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価となる。
【数５４】
(9.3)
【数５５】
(9.4)
【００７７】
（１０）複数個の歪ゲージの出力をそのまま用いて、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
金属丸棒の軸方向に複数個貼られている歪ゲージは、丸棒の衝撃端面から、Ln(n=1・・・N)だけ離れた位置に貼られているとする。また、棒の軸方向の複数位置に貼り付けたゲージの代表位置をL1とする。この場合、各Ln(n=1・・・N)位置において、照射端面への弾性波入射パルスと、反射弾性波パルスは分離して観察されなければならない。
弾性波の伝ぱ理論により、衝撃端面から十分離れた丸棒断面での弾性波パルスのひずみは、平面波となるため衝撃端面からの距離zと時間t（t=0で飛翔体の衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能である。そこで、平面波としての丸棒内部のひずみ（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数５６】
(10.1)
【００７８】
但し、F(z,t)は次のように表される。（Skalakの解、級数展開の第一項目）
【数５７】
(10.2)
ただしここで、
t：時刻
lp：飛翔体の長さ
Cp：飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度
εt(t,z)：スカラクの解析解の一次項
【数５８】
(10.3)
【数５９】
(10.4)
【数６０】
(10.5)
ただしここで、
V1：飛翔体の衝突速度
t：衝突後の経過時間
ν：ポアソン比
Da：金属棒の直径
z：金属棒の軸方向の座標
【００７９】
多数の歪ゲージを用いて感度を上げるために、以下の手順を取る。位置Ln(n=１…N）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、εLn(t)（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝ぱに時間がかかり、位置Ln（n=1…N）における歪ゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により（３）式を用いて代表位置L1に貼ってあるゲージの出力と等価な出力に変換することができる。
【数６１】
（ｎ＝２…N） (10.6)
ここで、Ｌ、Ｌ−１は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したがって、代表位置における弾性波パルスのひずみεr(L1,t)は以下の式で表される。
【数６２】
(10.7)
【００８０】
（１１）複数の歪ゲージを用い出力信号の加算平均を計算することにより、ノイズの影響を減らし微小動的ひずみを計測する場合。
代表位置からビーム照射端面までの弾性波パルスの伝ぱによる弾性波動の分散、減衰などは考慮しない。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わない。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、代表位置における代表ひずみ信号を、εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)とすると、複数個の歪ゲージの代表位置から評価対象のレーザ変位計のレーザ光が照射する端面までの距離は、L−L1であるから、それぞれの場合にビーム照射端面に発生する動的変位drin,1(t),drin,2(t),drin,1+2(t)は,次式で表される。
【数６３】
(11.1)
【数６４】
(11.2)
【数６５】
(11.3)
【００８１】
(11.1), (11.2), (11.3)の入力動的変位に対応する動的線形性を評価するレーザ変位計の出力である動的変位信号をそれぞれ、drout,1(t)、drout,2(t)、drout,1+2(t)とすると、(11.4)式が成立する範囲内で(11.5)式が成立することが、レーザ変位計の動的線形性である。
【数６６】
(11.4)
【数６７】
(11.5)
【００８２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると(11.6)式が成立する範囲内で、(11.7)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価を行うこととなる。
【数６８】
(11.6)
【数６９】
(11.7)
【００８３】
（１２）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
この場合においては、軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入射弾性波パルスを求める。しかし、ゲージの周波数応答は無視される。(1.2)式、(1.3)式で示されるひずみ信号は、衝突端面から距離L1の位置に貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,1(L1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に衝突した時のひずみ信号をεin,1+2(L1,t)とすると、以下の式が成立する。
【数７０】
(12.1)
【００８４】
εin,1+2(t)、εin,1+2(L1,t)を、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、レーザ振動計からのビームで照射される端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝突端面から距離L1に貼られた歪ゲージの出力信号とする。(12.1)式から求まるεin,1(t)、εin,2(t)、εin,1+2(t)および各々に対応する評価対象のレーザ変位計の出力信号、dout,1(t)、dout,2(t)、dout,1+2(t)、を用いると、この（１２）における評価対象のレーザ変位計の動的線形性を測定することは、(12.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(12.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数７１】
(12.2)
【数７２】
(12.3)
【００８５】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtをとすると、(12.4)式が成立する周波数範囲、動的変位領域において、(12.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが動的線形性の計測である。
【数７３】
(12.4)
【数７４】
(12.5)
【００８６】
（１３）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）の出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
軸方向に複数個貼り付けた歪ゲージ出力から代表値を計算する方法として前記（１０）の(10.7)式に示す方法を用い、代表位置（衝撃端面から距離L1）における歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合（εr,1(L1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合（εr,2(L1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させる場合（εr,1+2(L1,t)）について、それぞれに対応するレーザビーム照射面への入射弾性波パルスのひずみを、(13.1)式から求める。
【数７５】
(13.1)
【００８７】
εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)のそれぞれに対応する動的線形性を評価する対象のレーザ変位計の出力を、drcout,1(t)、drcout,2(t)、drcout,1+2(t)とする。このように決めれば、この（１３）においてレーザ変位計の動的線形性を測定することとは、(13.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(13.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数７６】
(13.2)
【数７７】
(13.3)
【００８８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(13.4)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(13.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることにより動的線形性を測定することができる。
【数７８】
(13.4)
【数７９】
(13.5)
【００８９】
（１４）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージの出力を、レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、入力信号の線形性をチェックするには次のようにして行う。
【００９０】
干渉計により棒端面の運動速度（vL(t)）が測定され、入射弾性波パルスのひずみ（εiL(t)）との関係は、vL(t)=2CεiL(t)で表される。この（１４）では、動的線形性検証が必要とする入力信号の線形性を検証するために、歪ゲージ出力からレーザ変位計への過渡的入力変位信号を推定するときに、ゲージの周波数応答を補正し、弾性波動伝ぱの分散、減衰、音速値推定の不確かさなどを基準レーザ干渉計出力を用いて補正する。軸方向に一箇所に貼り付けてある歪ゲージの衝突端面からの距離を、L1とする。ゲージからの出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεL1,out,1+2(t)とする。このとき、ゲージの出力信号をレーザ振動計からのレーザが照射する端面への入射弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（GCL(jω）を求める。
【数８０】
(14.1)
【００９１】
このように決めれば、内側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,1+2(t)として、この（１４）においてレーザ変位計の動的線形性を評価することは、(14.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(14.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数８１】
(14.2)
【数８２】
(14.3)
【００９２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(14.4)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(14.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることにより動的線形性を測定することができる。
【数８３】
(14.4)
【数８４】
(14.5)
【００９３】
（１５）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
複数個の歪ゲージの出力を基準レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、動的線形性の検証が必要とする入力信号の線形性を求める。(10.7)式で求められる代表位置における歪ゲージ出力信号に関して、内側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,1(L1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεNr,1+2(L1,t)とする。内側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ変位計出力をdCLNout,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ変位計出力をdCLNout,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合のレーザ変位計出力をdCLNout,1+2(t)とするならば、この（１５）において動的線形性を測定することは、(15.1)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(15.2)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることとなる。
【数８５】
(15.1)
【数８６】
(15.2)
【００９４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(15.3)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(15.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性を測定することとなる。
【数８７】
(15.3)
【数８８】
(15.4)
【００９５】
丸棒内部を伝ぱする弾性波パルスの端面での反射により発生する速度、動的変位の周波数帯域が十分広くない場合には、圧電物質（圧電膜や圧電スタックなど）を端面に付加して、広帯域化を図る。この場合には、ゲージ出力を理論補正しても、端面の速度を導くことは出来ないことを考慮し、前記（１）〜（１５）の各態様において、レーザ干渉計を用いる態様である（１）、（６）〜（８）、（１４）、（１５）については、次のようにこの圧電物質を用いる。
【００９６】
（１）及び（８）の態様においては、内側発射管のみから飛翔体を発射する場合、もしくは、外側発射管のみから飛翔体を発射する場合のどちらか一方の場合にのみ、金属棒のレーザ光照射端面に取り付けた圧電物質を駆動する。また、内側飛翔体、外側飛翔体を同時に発射する場合には、個別に発射した時とすべて同じ条件で、圧電物質を駆動する。
【００９７】
（６）及び（１４）の態様においては、圧電物質（圧電膜）もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）の表面の速度を基準干渉計で計測した結果を用いて、軸方向に同一距離の１箇所に貼り付けたゲージ出力を補正関数求めておけば、同じ考え方を用いることができる。すなわち、歪ゲージの出力に補正関数を適用することにより、ゲージの周波数応答、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、圧電物質（圧電膜）が弾性波パルスの反射に及ぼす影響を、すべて補正する関数となる。
【００９８】
（７）及び（１５）の態様においては、圧電物質（圧電膜）もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）の表面の速度を基準干渉計で計測した結果を用いて、軸方向に複数箇所に貼り付けたゲージ出力を補正関数を求めておけば、同じ考え方を用いることができる。すなわち、歪ゲージの出力に補正関数を適用することにより、ゲージの周波数応答、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、圧電物質（圧電膜）が弾性波パルスの反射に及ぼす影響を、すべて補正する関数となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明を実施するシステム概要を示す構成図である。
【図２】本発明を実施する他のシステム概要を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 金属棒
２ 第１端面
３ 飛翔体
４ 内側発射管
５ 外側発射管
６ 多重発射管
７ 内側飛翔体
８ 内側発射装置
１０ 外側飛翔体
１１ 外側発射装置
１５ 弁開閉制御装置
１６ 第１弁
１７ 第１高圧空気源
１８ 第２弁
１９ 第２高圧空気源
２２ 第２端面
２３ レーザ振動計
２４ レーザ干渉計
２５ 歪ゲージ
２６ パソコン
２７ またはレーザ光源
２８ 受光素子
２９ カウンタ
３０ 鏡面をもつ圧電物質（圧電膜）
３１ シグナルコンデンショナ
３２ 圧電膜駆動装置
３３ 鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業上広く用いられているレーザ振動計による動的計測の基礎となる、それら計測機器の動的線形性を評価するための計測方法とその方法を実施するための装置に関し、特に、本発明は新しいDCから必要な周波数までの高速広周波数帯域における微小変位発生装置によって発生させた動的変位、速度を、歪ゲージで計測した結果を基礎にして、その性能評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の計測を可能とする計測方法とその方法を実施するための装置に関する。
装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラーシフトや光ヘテロダイン干渉等の光干渉を原理とする動的変位や振動を測定するレーザ振動計及びレーザ変位計は、従来から産業界では広く用いられてきている。レーザ振動計及びレーザ変位計は、非接触で微小な面の微小運動や動的変位を計測出来ることから、マイクロ運動デバイスの開発、マイクロ運動メカニズムの開発における計測で、近年広く用いられるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、１MHzをゆうに超える周波数帯域幅の数値がメーカ仕様に示されている一方、実際の計測では注目した周波数での測定結果の信頼性を検証する方法がなく、レーザ振動計、レーザ変位計のデータは未公開のままである。即ち、真実に１MHzをゆうに超える周波数帯域幅をレーザ振動計及びレーザ変位計はもっているのかどうか、また、特定の周波数での感度や位相遅れはどれくらいなのかを、検証する方法がないのが実状である。
【０００４】
そのため、動的計測に今後さらに多用されるであろうレーザ振動計及びレーザ変位計の、動的性能の基礎となるべき動的線形性を評価する計測技術の確立は急務となっている。
【０００５】
したがって本発明は、レーザ振動計による動的変位もしくは速度の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、計測器の線形性が成り立たなければ、本来計測はなりたたない。動的計測における線形性、すなわち動的線形性は、『入力信号x(t)に対する出力信号をX(t)とし、入力信号y(t)に対する出力信号をY(t)とするとき、任意定数a、bを用いて、入力信号a・x(t)+b・y(t)に対する出力信号がa・X(t)+b・Y(t)となること。』と一般的には定義される。しかしながら、この定義に基いて、計測機器やセンサの動的線形性を評価することは、一般には容易ではない。
【０００７】
したがって本発明は次に述べるような手段を採用することによって、本発明の上記課題を解決することができる。即ち、請求項１に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測方法としたものである。
【００１３】
また、請求項７に係る発明は、多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【００１４】
また、請求項８に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１５】
また、請求項９に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１６】
また、請求項１０に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１７】
また、請求項１１に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１８】
また、請求項１２に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００１９】
また、請求項１３に係る発明は、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２０】
また、請求項１４に係る発明は、多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正する。すなわち代表位置における弾性波の歪みを、軸方向に貼り付けた各歪ゲージから得られる信号に伝播理論を応用してゲージの個数分だけ算出し、相加平均をとることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【００２１】
また、請求項１５に係る発明は、前記発射装置は二重管からなり、前記第１の飛翔体を内側の管内から、前記第２の飛翔体は内側の管と外側の管の間から発射すること、もしくはその逆に第１の飛翔体は内側の管と外側の管の間から、第２の飛翔体は内側の管内から発射することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２２】
また、請求項１６に係る発明は、前記第１の飛翔体及びそのための発射装置、第２の飛翔体及びそのための発射装置を多重化し、発射の時間差を制御し、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２３】
また、請求項１７に係る発明は、前記歪ゲージは、前記金属棒の表面に対して該金属棒の端部から同一距離に複数設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２４】
また、請求項１８に係る発明は、飛翔体本体部を異なる材質の積層体で構成し、または飛翔体本体部の先端に該本体部と異なる材質の部材を取り付け、金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２５】
また、請求項１９に係る発明は、前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって演算を行う演算手段は、解析解の１次の項、または高次の項までを用い、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求めることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２６】
また、請求項２０に係る発明は、前記計測手段は、前記第１及び第２の両飛翔体を微小時間差をもって衝突させるとき、両飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、両飛翔体を各々単独で衝突させたときに発生する歪ゲージ出力またはレーザ干渉計による計測結果に基づき、両飛翔体が完全には同時衝突が達成できないための微小時間差をもって衝突させたときに発生する歪ゲージ出力または基準レーザ干渉計による計測結果が最も適合するパラメータとして求め、 第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに両飛翔体を微小時間差をもって各々衝突させた時に得られる評価対象とするレーザ振動計の出力信号から、それらの動的線形性を計測することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２７】
また、請求項２１に係る発明は、前記金属棒を、軸方向への剛体運動を拘束しないように点接触によって水平に支持したことを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【００２８】
また、請求項２２に係る発明は、前記金属棒の第１端面に接する金属球を取り付け、前記金属球に発射タイミングを精密に制御した飛翔体を衝突させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００２９】
また、請求項２３に係る発明は、前記金属棒の第２端面に圧電物質を取り付け、前記圧電物質を前記弾性波パルスの第２端面での反射過程の所定の時期に駆動する圧電物質駆動手段を備え、金属棒単体で発生できる棒端面の速度の周波数帯域幅が不足しているときに、前記圧電物質駆動手段により周波数帯域幅を広帯域化することを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３０】
また、請求項２４に係る発明は、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることを特徴とする請求項１８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３１】
また、請求項２５に係る発明は、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録した媒体と、歪ゲージが貼り付けられた金属棒または、圧電物質が端面に取り付けられた金属棒を反復実施可能性の実現手段とすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の動的線形性計測装置としたものである。
【００３２】
また、請求項２６に係る発明は、上記請求項１〜請求項２５のいずれか一つに記載の装置または方法を用いて動的線形性が計測されたレーザ振動計としたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、レーザ振動計による速度もしくは動的変位の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を得ることができる。
【００３４】
それにより、レーザ振動計の一次標準、及び二次標準の確立に貢献し、この分野の国際標準の確立に寄与することができる。また、マイクロデバイス、マイクロメカトロニクスにおける高周波振動計測における計測の信頼性が向上し、更に加速度センサについてもその一次標準校正技術の信頼性を向上させることができ、また国際規格を作成することも可能となる。
【００３５】
また、企業内での動的機械量センサの校正の基準の信頼性を向上させることから、動的機械量計測の信頼性が向上し、各計測器の使用に際して、ノイズと信号と区別がつかない等の実用上の問題を解決でき、且つ、歪ゲージを貼り付けた金属丸棒の計測技術上の有用性を、さらに高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明はレーザ振動計による動的変位もしくは速度の測定において、それらの計測装置に動的線形性が成立するかどうかを計測し、また動的線形性が成立する周波数領域、振幅領域を明らかにする計測方法とその方法を実施するための装置を提供するという課題を、金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することによって実現した。
【実施例１】
【００３７】
本発明によるレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法及び装置は、ほぼ同様の手法によって本発明以外においても種々の態様で実施することができるので、本発明に関連する各種態様を含めて説明する。図１に示す実施例においては、金属棒１の第１端面２に後述するような飛翔体３を衝突させて衝撃を加え、内部に弾性波パルスを発生させるものであり、内側発射管４、外側発射管５の二重の多重発射管７を用い、この多重発射管７から内外２個の多重の飛翔体３を発射させる。図示実施例では内側発射管４の内部から略円柱状の内側飛翔体８を内側発射装置９により、また内側発射管４と外側発射管５との間の環状空間から環状の外側飛翔体１０を外側発射装置１１により各々独立して発射できるようにしている。この発射の状態はレーザ光源２７からのレーザを金属棒１の前方において、２本間隔を設けて照射し、このレーザ光を遮る状態を受光素子２８で検出し、その時間差をカウンタ２９によって計測し、そのデータをパソコン２６に入力して検出することができる。
【００３８】
上記各飛翔体の発射に際しては、弁開閉制御装置１５により第１弁１６を解放し、第１高圧空気源１７からの高圧空気を内側発射装置９に供給することにより、内側発射管４内の内側飛翔体８を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。内側飛翔体８が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には衝撃加速度の弾性波が発生して金属棒１内を伝播する。また、弁開閉制御装置１５により前記第１弁１６の解放後の所定時間後に第２弁１８を解放し、第２高圧空気源１９からの高圧空気を外側発射装置１１に供給することにより、内側発射管４と外側発射管５との間に配置した環状の外側飛翔体１０を金属棒１の第１端面２に向けて発射させる。外側飛翔体１０が金属棒１の第１端面２に衝突すると、金属棒１内には前記と同様の衝撃加速度の弾性波が前記第１飛翔体８の衝突による弾性波の発生に対して時間遅れで発生し金属棒１内を伝播する。
【００３９】
このようにして金属棒１内に発生した弾性波により、金属棒１内には合成された波形が生じることとなり、この波形が金属棒１の第２端面２２に対して伝播する。このように、飛翔体を複数用い、各飛翔体の発射時期を任意に設定し発射の位相を制御することにより、重ね合わせの原理により全体として所定の継続時間の衝撃加速度波形を発生することが可能となる。
【００４０】
これらの発射管４、５の各飛翔体８、１０との接触面、または各飛翔体の外周面には潤滑処理、或いは低摩擦係数化する表面処理層を設けることが好ましい。また、個々の飛翔体の発射により金属棒１内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を狭くするために、飛翔体先端部に高分子材料、プラスティックス、木材などを取り付けても良い。その際には、飛翔体本体部が金属、高分子材料、あるいはプラスティックス、木材など異なる材料との積層構造をもつような多重飛翔体を用いても良い。また金属棒１は軸方向への剛体運動を拘束しないようにボールベアリングやころ軸受等の点接触によって水平に支持し、弾性波の伝播への影響を最小限にすることが好ましい。更に、飛翔体が衝突する金属棒の端面には金属球を接触する状態で取り付けてもよい。
【００４１】
上記のような金属棒１の第１端面２において発生した弾性波パルスは、金属棒１内部を伝播してもう一方の第２端面２２に到達して反射する。反射の過程で発生する端面に垂直な方向の衝撃速度、及び衝撃ひずみが、その端面に対してレーザを照射しているレーザ振動計２３への入力となる。また、衝撃速度の精密な測定は歪ゲージ２５、またはレーザ干渉計２４により、更には必要に応じて両方を用いることにより測定し、レーザ振動計２３の計測値と比較を行う。
【００４２】
発生する衝撃速度の検出に際して棒側面に貼り付けた歪ゲージ２５を用いる際には、歪ゲージ２５を単体で実施することができるが、金属棒の軸線方向に一列に複数配置しても良く、この列を更に複数列配置しても良い。図１に示す例においては、第１端面２から１列に、Ｌ１、Ｌ２、・・・ＬＮずつ離れてＮ個配置し、同図の例ではこれを棒の周面において円周方向に２列配置した例を示している。複数個の歪ゲージを用いる際には、各ゲージの出力信号を演算装置としてのパソコン２６に入れ、これを信号処理して代表位置でのゲージ出力の周波数特性を求め、予め求めておいた補正関数を用いてレーザ干渉計２４で計測した結果と同等の結果が得られるようにする。なお、上記実施例においては、レーザ干渉計２４と歪ゲージ２５を用いた例を示しているが、いずれか片方のみでも実施することができる。
【００４３】
本発明は更に図２に示すような装置によってもレーザ振動計の測定を行い、その評価を行うことができる。同図の例においては前記図１に示す例と異なり、金属棒１の第２端面２２に圧電膜もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）（以下「圧電膜」と称する）３０を設け、図２の例においては歪ゲージの信号を信号入力処理部３１で検出して処理し、圧電膜駆動装置３２を作動してこの圧電膜３０を駆動することができるようにしている。また、評価対象となるレーザ振動計２３のレーザ、及び基準となるレーザ干渉計２４のレーザは、各々鏡３３を介して前記圧電膜３０の表面に照射し、この圧電膜３０が作動する速度等を検出できるようにしている。また、パソコン２６からの指示により、所定の時期に圧電膜を駆動させることもできる。
【００４４】
このような圧電膜を用いることにより丸棒内部を伝播する弾性波パルスの端面での反射により発生する速度、動的変位の周波数帯域が十分広くない場合には、圧電物質を端面に付加して、広帯域化をはかることができる。この圧電物質の利用については後にも述べる。図１及び図２に示すような装置において、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることにより、反復実施を容易に行うことができる装置として、この装置の取り扱いを容易にすることができる。
【００４５】
以下に、本発明のより具体的な実施の態様を、本発明と関連する各種態様と共に順に説明する。なお、以下の（１）〜（１４）の態様の内、本発明に直接関連する実施の態様は（２）〜（７）である。
（１）基準レーザ干渉計を用いて棒端面の速度を計測し、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
発射管から発射された飛翔体が、直径に比較して十分に長い金属棒端面に衝突すると、内部に弾性波パルスが発生する。その弾性波パルスが、もう一方の端面に到達して反射するときの端面の運動速度（v(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度（C）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）とによって、以下の式で表される。
【数１】
(1.1)
【００４６】
そこで、内側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれvin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する速度と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれvin,2(t)、εin,2(t)とする。以下の式が成立する。
【数２】
(1.2)
【数３】
(1.3)
【００４７】
そこで、記号を以下の表のように定める。
【表１】
【００４８】
(1.4)式が成立する範囲内で、(1.5) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数４】
(1.4)
【数５】
(1.5)
【００４９】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合にはその時間差をΔtとすると, (1.6)式が成立する範囲内で、(1.7) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数６】
(1.6)
【数７】
(1.7)
【００５０】
（２）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をそのまま用いて、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
図１に示す装置例において飛翔体の衝突する端面から距離L1に貼ってある歪ゲージの出力信号について、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々についてεL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)、とする。この場合、歪ゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号であるひずみがそのまま動的線形性を評価するレーザ振動計からのレーザの照射面への入射弾性波パルスのひずみになるとみなす。εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)に対応する、評価対象のレーザ振動計で計測したレーザ照射面の速度信号を、vL1,out,1(t)、vL1,out,2(t)、vL1,out,1+2(t)とすれば、(2.1)式が成立する範囲内で、(2.2) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることがレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数８】
(2.1)
【数９】
(2.2)
【００５１】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(2.3)式が成立する範囲内で、(2.4) 式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることがレーザ振動計の動的線形性の評価となる。
【数１０】
(2.3)
【数１１】
(2.4)
【００５２】
（３）複数個の歪ゲージ（軸方向に複数個貼る）の出力をそのまま用いて、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
金属丸棒の軸方向に複数個貼られている歪ゲージは、丸棒の衝撃端面から、Ln(n=1・・・N)だけ離れた位置に貼られているとする。また、棒の軸方向の複数位置に貼り付けたゲージの代表位置をL1とする。この場合、各Ln(n=1・・・N)位置において、照射端面への弾性波入射パルスと、反射弾性波パルスは分離して観察されなければならない。
【００５３】
弾性波の伝ぱ理論から衝撃端面から十分離れた丸棒断面での弾性波パルスのひずみは、平面波となるため衝撃端面からの距離zと時間t（t=0で飛翔体の衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能である。そこで、平面波としての丸棒内部のひずみ（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数１２】
(3.1)
【００５４】
但し、F(z,t)は次のように表される。（Skalakの解、級数展開の第一項目）
【数１３】
(3.2)
ただしここで、
t：時刻
lp：飛翔体の長さ
Cp：飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度
εt(t,z)：スカラクの解析解の一次項
【数１４】
(3.3)
【数１５】
(3.4)
【数１６】
(3.5)
ただしここで、
V1：飛翔体の衝突速度
t：衝突後の経過時間
ν：ポアソン比
Da：金属棒の直径
z：金属棒の軸方向の座標
【００５５】
多数の歪ゲージを用いて感度を上げるために、以下の手順を取る。位置Lｎ（ｎ＝１…N）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、εLn（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝ぱに時間がかかり、位置Lｎ（ｎ＝１…N）における歪ゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により（３）式を用いて代表位置Ｌ１に貼ってあるゲージの出力と等価な出力に変換することができる。
【数１７】
（ｎ＝２…N） (3.6)
ここで、Ｌ，Ｌ−１は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したがって、代表位置における弾性波パルスのひずみεr(L1,t)は以下の式で表される。
【数１８】
(3.7)
複数の歪ゲージを用い出力信号の加算平均を計算することにより、ノイズの影響を減らし微小動的ひずみの計測が可能になる。
【００５６】
この（３）においては、代表位置からビーム照射端面までの弾性波パルスの伝ぱによる弾性波動の分散、減衰などは考慮しない。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わない。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、代表位置における代表ひずみ信号を、εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)とすると、複数個の歪ゲージの代表位置からレーザ振動計からのレーザ光が照射する端面までの距離は、L−L1であるから、それぞれの場合にビーム照射端面に発生する速度v(t)は,次式で表される。
【数１９】
(3.8)
【数２０】
(3.9)
【数２１】
(3.10)
【００５７】
(3.8), (3.9), (3.10)の入力速度に対応する動的線形性を評価するレーザ振動計の出力速度信号をそれぞれ、vrout,1(t)、vrout,2(t)、vrout,1+2(t)とすると、(3.11)式が成立する範囲内で(3.12)式が成立することが、そのレーザ振動計が動的線形性を備えていることを示している。
【数２２】
(3.11)
【数２３】
(3.12)
【００５８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると(3.13)式が成立する範囲内で、(3.14)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性の計測となる。
【数２４】
(3.13)
【数２５】
(3.14)
【００５９】
（４）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入射弾性波パルスを求める。しかし、ゲージの周波数応答は無視される。(1.2)式、(1.3)式で示されるひずみ信号は、衝突端面から距離L1の位置に貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,1(L1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に衝突した時のひずみ信号をεin,1+2(L1,t)とすると以下の式が成立する。
【数２６】
(4.1)
【００６０】
εin,1+2(t)、εin,1+2(L1,t)を、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、レーザ振動計からのビームで照射される端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝突端面から距離L1に貼られた歪ゲージの出力信号とする。(4.1)式から求まるεin,1(t)、εin,2(t)、εin,1+2(t)および各々に対応する評価対象のレーザ振動計の出力信号、vout,1(t)、vout,2(t)、vout,1+2(t)を用いると（４）における評価対象のレーザ振動計の動的線形性の計測とは、(4.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(4.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数２７】
(4.2)
【数２８】
(4.3)
【００６１】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(4.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲内において、(4.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性の計測である。
【数２９】
(4.4)
【数３０】
(4.5)
【００６２】
（５）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）の出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
軸方向に複数個貼り付けた歪ゲージ出力から代表値を計算する方法として上記（３）の(3.7)式に示す方法を用い、代表位置（衝撃端面から距離L1）における歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合（εr,1(L1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合（εr,2(L1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させる場合（εr,1+2(L1,t)）について、それぞれに対応するレーザビーム照射面への入射弾性波パルスのひずみを、(5.1)式から求める。
【数３１】
(5.1)
【００６３】
εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)のそれぞれに対応する動的線形性を評価する対象のレーザ振動計の出力をvrcout,1(t)、vrcout,2(t)、vrcout,1+2(t)とする。このように決めれば、この（５）においてレーザ振動計の動的線形性を測定することは、(5.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(5.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数３２】
(5.2)
【数３３】
(5.3)
【００６４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(5.4)式が成立する周波数、速度範囲内において、(5.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測することができる。
【数３４】
(5.4)
【数３５】
(5.5)
【００６５】
（６）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
この場合は、軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージの出力を、レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、入力信号の線形性をチェックする方法に関するものである。
【００６６】
干渉計により棒端面の運動速度（vL(t)）が測定され、入射弾性波パルスのひずみ（εiL(t)）との関係は、vL(t)=2CεiL(t)で表される。この（６）においては、動的線形性検証が必要とする入力信号の線形性を検証するために、歪ゲージ出力からレーザ振動計への入力速度を推定するときに、ゲージの周波数応答を補正し、弾性波動の伝ぱの分散、減衰、音速値推定の不確かさなどを基準レーザ干渉計出力を用いて補正する。軸方向に一箇所に貼り付けてある歪ゲージの衝突端面からの位置を、L1とする。ゲージからの出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεL1,out,1+2(t)とする。このとき、ゲージの出力信号をレーザ振動計からのレーザが照射する端面への入射弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（GCL(jω）)を求める。
【数３６】
(6.1)
【００６７】
このように決めれば、内側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の動的線形性を評価するレーザ振動計出力をvCL1out,1+2(t)として、ここでレーザ振動計の動的線形性を測定することは、(6.2)式が成立する周波数、速度範囲内において、(6.3)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることである。
【数３７】
(6.2)
【数３８】
(6.3)
【００６８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(6.4)式が成立する周波数、速度範囲内において、(6.5)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測する。
【数３９】
(6.4)
【数４０】
(6.5)
【００６９】
（７）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ振動計の動的線形性を計測する場合。
この場合は複数個の歪ゲージの出力を基準レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、動的線形性の検証が必要とする入力信号の線形性を求める。(3.7)式で求められる代表位置における歪ゲージ出力信号に関して、内側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,1(L1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεNr,1+2(L1,t)とする。内側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ振動計出力をvCLNout,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ振動計出力をvCLNout,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合のレーザ振動計出力出力をvCLNout,1+2(t)とするならば、この（７）において動的線形性とは、(7.1)式が成立する周波数、速度範囲内において、(7.2)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることにより動的線形性を計測する。
【数４１】
(7.1)
【数４２】
(7.2)
【００７０】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(7.3)式が成立する周波数、速度範囲内において、(7.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが、動的線形性を測定することとなる。
【数４３】
(7.3)
【数４４】
(7.4)
【００７１】
（８）基準レーザ干渉計を用いて棒端面の動的変位を計測し、レーザ変位計の動的線形性を求める場合。
この場合においては、発射管から発射された飛翔体が、直径に比較して十分に長い金属棒端面に衝突すると、内部に弾性波パルスが発生する。その弾性波パルスが、もう一方の端面に到達して反射するときの端面の動的変位（d(t)）は、金属棒内部の縦波弾性波速度（C）と端面での入射弾性波パルスのひずみ（ε(t)）とによって、以下の式で表される。
【数４５】
(8.1)
【００７２】
そこで、内側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する動的変位と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれdin,1(t)、εin,1(t)とする。外側発射管から飛翔体が発射される場合に端面に発生する動的変位と入射弾性波パルスのひずみを、それぞれdin,2(t)、εin,2(t)、とする。以下の式が成立する。
【数４６】
(8.2)
【数４７】
(8.3)
【００７３】
そこで、記号を以下の表のように定める。
【表２】
(8.4)式が成立する範囲内で、(8.5) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数４８】
(8.4)
【数４９】
(8.5)
【００７４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合にはその時間差をΔtとすると, (8.6)式が成立する範囲内で、(8.7) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが評価対象であるレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数５０】
(8.6)
【数５１】
(8.7)
【００７５】
（９）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をそのまま用いて、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合
図１に示す装置例において飛翔体の衝突する端面から距離L1に貼ってある歪ゲージの出力信号について、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)、とする。この場合、歪ゲージの周波数応答特性、弾性波の分散、減衰、音速値の不確かさなどを考慮しないので、ゲージの出力信号であるひずみがそのまま動的線形性を評価するレーザ変位計からのレーザ光の照射面への入射弾性波パルスのひずみになるとみなす。εL1,out,1(t)、εL1,out,2(t)、εL1,out,1+2(t)に対応する、評価対象のレーザ変位計で計測したレーザ照射面の動的変位信号を、dL1,out,1(t)、dL1,out,2(t)、dL1,out,1+2(t)とすれば、(9.1)式が成立する範囲内で、(9.2) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価である。
【数５２】
(9.1)
【数５３】
(9.2)
【００７６】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(9.3)式が成立する範囲内で、(9.4) 式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価となる。
【数５４】
(9.3)
【数５５】
(9.4)
【００７７】
（１０）複数個の歪ゲージの出力をそのまま用いて、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
金属丸棒の軸方向に複数個貼られている歪ゲージは、丸棒の衝撃端面から、Ln(n=1・・・N)だけ離れた位置に貼られているとする。また、棒の軸方向の複数位置に貼り付けたゲージの代表位置をL1とする。この場合、各Ln(n=1・・・N)位置において、照射端面への弾性波入射パルスと、反射弾性波パルスは分離して観察されなければならない。
弾性波の伝ぱ理論により、衝撃端面から十分離れた丸棒断面での弾性波パルスのひずみは、平面波となるため衝撃端面からの距離zと時間t（t=0で飛翔体の衝突が始まるとする）で解析的に表すことが可能である。そこで、平面波としての丸棒内部のひずみ（ε(z,t)）を次式で表すことにする。
【数５６】
(10.1)
【００７８】
但し、F(z,t)は次のように表される。（Skalakの解、級数展開の第一項目）
【数５７】
(10.2)
ただしここで、
t：時刻
lp：飛翔体の長さ
Cp：飛翔体の中の縦波弾性波の伝ぱ速度
εt(t,z)：スカラクの解析解の一次項
【数５８】
(10.3)
【数５９】
(10.4)
【数６０】
(10.5)
ただしここで、
V1：飛翔体の衝突速度
t：衝突後の経過時間
ν：ポアソン比
Da：金属棒の直径
z：金属棒の軸方向の座標
【００７９】
多数の歪ゲージを用いて感度を上げるために、以下の手順を取る。位置Ln(n=１…N）における複数個のゲージ出力の断面での平均値を、εLn(t)（ｔ＝０は衝突開始時間）とする。波動伝ぱに時間がかかり、位置Ln（n=1…N）における歪ゲージの出力信号は同相ではないので、以下の手順により（３）式を用いて代表位置L1に貼ってあるゲージの出力と等価な出力に変換することができる。
【数６１】
（ｎ＝２…N） (10.6)
ここで、Ｌ、Ｌ−１は、ラプラス演算子、逆ラプラス演算子である。したがって、代表位置における弾性波パルスのひずみεr(L1,t)は以下の式で表される。
【数６２】
(10.7)
【００８０】
（１１）複数の歪ゲージを用い出力信号の加算平均を計算することにより、ノイズの影響を減らし微小動的ひずみを計測する場合。
代表位置からビーム照射端面までの弾性波パルスの伝ぱによる弾性波動の分散、減衰などは考慮しない。歪ゲージの動特性を考慮した補正も行わない。そこで、内側飛翔体を単独で発射した場合、外側飛翔体を単独で発射した場合、内側飛翔体と外側飛翔体を同時にかつ単独で発射した場合と同一の条件で発射した場合の各々について、代表位置における代表ひずみ信号を、εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)とすると、複数個の歪ゲージの代表位置から評価対象のレーザ変位計のレーザ光が照射する端面までの距離は、L−L1であるから、それぞれの場合にビーム照射端面に発生する動的変位drin,1(t),drin,2(t),drin,1+2(t)は,次式で表される。
【数６３】
(11.1)
【数６４】
(11.2)
【数６５】
(11.3)
【００８１】
(11.1), (11.2), (11.3)の入力動的変位に対応する動的線形性を評価するレーザ変位計の出力である動的変位信号をそれぞれ、drout,1(t)、drout,2(t)、drout,1+2(t)とすると、(11.4)式が成立する範囲内で(11.5)式が成立することが、レーザ変位計の動的線形性である。
【数６６】
(11.4)
【数６７】
(11.5)
【００８２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると(11.6)式が成立する範囲内で、(11.7)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることがレーザ変位計の動的線形性の評価を行うこととなる。
【数６８】
(11.6)
【数６９】
(11.7)
【００８３】
（１２）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
この場合においては、軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージ出力を、弾性波理論で補正して端面への入射弾性波パルスを求める。しかし、ゲージの周波数応答は無視される。(1.2)式、(1.3)式で示されるひずみ信号は、衝突端面から距離L1の位置に貼られているとし、内側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,1(L1,t)、外側飛翔体のみの衝突で発生したひずみ信号をεin,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に衝突した時のひずみ信号をεin,1+2(L1,t)とすると、以下の式が成立する。
【数７０】
(12.1)
【００８４】
εin,1+2(t)、εin,1+2(L1,t)を、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に発射した時の、レーザ振動計からのビームで照射される端面への入射弾性波パルスのひずみ、衝突端面から距離L1に貼られた歪ゲージの出力信号とする。(12.1)式から求まるεin,1(t)、εin,2(t)、εin,1+2(t)および各々に対応する評価対象のレーザ変位計の出力信号、dout,1(t)、dout,2(t)、dout,1+2(t)、を用いると、この（１２）における評価対象のレーザ変位計の動的線形性を測定することは、(12.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(12.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数７１】
(12.2)
【数７２】
(12.3)
【００８５】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtをとすると、(12.4)式が成立する周波数範囲、動的変位領域において、(12.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることが動的線形性の計測である。
【数７３】
(12.4)
【数７４】
(12.5)
【００８６】
（１３）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）の出力を理論的に補正して端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
軸方向に複数個貼り付けた歪ゲージ出力から代表値を計算する方法として前記（１０）の(10.7)式に示す方法を用い、代表位置（衝撃端面から距離L1）における歪ゲージ出力信号を、内側飛翔体を単独で発射する場合（εr,1(L1,t)）、外側飛翔体を単独で発射する場合（εr,2(L1,t)）、内側飛翔体と外側飛翔体を同時に金属棒に衝突させる場合（εr,1+2(L1,t)）について、それぞれに対応するレーザビーム照射面への入射弾性波パルスのひずみを、(13.1)式から求める。
【数７５】
(13.1)
【００８７】
εr,1(L1,t)、εr,2(L1,t)、εr,1+2(L1,t)のそれぞれに対応する動的線形性を評価する対象のレーザ変位計の出力を、drcout,1(t)、drcout,2(t)、drcout,1+2(t)とする。このように決めれば、この（１３）においてレーザ変位計の動的線形性を測定することとは、(13.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(13.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数７６】
(13.2)
【数７７】
(13.3)
【００８８】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(13.4)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(13.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることにより動的線形性を測定することができる。
【数７８】
(13.4)
【数７９】
(13.5)
【００８９】
（１４）歪ゲージ（軸方向の一個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
軸方向の一箇所に貼り付けた歪ゲージの出力を、レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、入力信号の線形性をチェックするには次のようにして行う。
【００９０】
干渉計により棒端面の運動速度（vL(t)）が測定され、入射弾性波パルスのひずみ（εiL(t)）との関係は、vL(t)=2CεiL(t)で表される。この（１４）では、動的線形性検証が必要とする入力信号の線形性を検証するために、歪ゲージ出力からレーザ変位計への過渡的入力変位信号を推定するときに、ゲージの周波数応答を補正し、弾性波動伝ぱの分散、減衰、音速値推定の不確かさなどを基準レーザ干渉計出力を用いて補正する。軸方向に一箇所に貼り付けてある歪ゲージの衝突端面からの距離を、L1とする。ゲージからの出力信号について、内側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεL1,out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεL1,out,1+2(t)とする。このとき、ゲージの出力信号をレーザ振動計からのレーザが照射する端面への入射弾性波パルスのひずみに変換する以下の補正関数（GCL(jω）を求める。
【数８０】
(14.1)
【００９１】
このように決めれば、内側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合の動的線形性を評価するレーザ変位計出力をdCL1out,1+2(t)として、この（１４）においてレーザ変位計の動的線形性を評価することは、(14.2)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(14.3)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることである。
【数８１】
(14.2)
【数８２】
(14.3)
【００９２】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(14.4)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(14.5)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることにより動的線形性を測定することができる。
【数８３】
(14.4)
【数８４】
(14.5)
【００９３】
（１５）歪ゲージ（軸方向の複数個所に貼る）出力をレーザ干渉計で計測した結果を用いて補正し端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、レーザ変位計の動的線形性を計測する場合。
複数個の歪ゲージの出力を基準レーザ干渉計で計測した結果により補正してレーザ照射端面への入射弾性波パルスのひずみを求め、動的線形性の検証が必要とする入力信号の線形性を求める。(10.7)式で求められる代表位置における歪ゲージ出力信号に関して、内側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,1(L1,t)、外側飛翔体が単独で発射された場合をεNr,2(L1,t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合をεNr,1+2(L1,t)とする。内側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ変位計出力をdCLNout,1(t)、外側飛翔体が単独で発射された場合のレーザ変位計出力をdCLNout,2(t)、内側飛翔体と外側飛翔体が同時に発射される場合のレーザ変位計出力をdCLNout,1+2(t)とするならば、この（１５）において動的線形性を測定することは、(15.1)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(15.2)式が成立する周波数範囲、動的変位範囲を明らかにすることとなる。
【数８５】
(15.1)
【数８６】
(15.2)
【００９４】
内側飛翔体と外側飛翔体の衝突が同時でない場合には、その時間差をΔtとすると、(15.3)式が成立する周波数、動的変位範囲内において、(15.4)式が成立する周波数範囲、速度範囲を明らかにすることが動的線形性を測定することとなる。
【数８７】
(15.3)
【数８８】
(15.4)
【００９５】
丸棒内部を伝ぱする弾性波パルスの端面での反射により発生する速度、動的変位の周波数帯域が十分広くない場合には、圧電物質（圧電膜や圧電スタックなど）を端面に付加して、広帯域化を図る。この場合には、ゲージ出力を理論補正しても、端面の速度を導くことは出来ないことを考慮し、前記（１）〜（１５）の各態様において、レーザ干渉計を用いる態様である（１）、（６）〜（８）、（１４）、（１５）については、次のようにこの圧電物質を用いる。
【００９６】
（１）及び（８）の態様においては、内側発射管のみから飛翔体を発射する場合、もしくは、外側発射管のみから飛翔体を発射する場合のどちらか一方の場合にのみ、金属棒のレーザ光照射端面に取り付けた圧電物質を駆動する。また、内側飛翔体、外側飛翔体を同時に発射する場合には、個別に発射した時とすべて同じ条件で、圧電物質を駆動する。
【００９７】
（６）及び（１４）の態様においては、圧電物質（圧電膜）もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）の表面の速度を基準干渉計で計測した結果を用いて、軸方向に同一距離の１箇所に貼り付けたゲージ出力を補正関数求めておけば、同じ考え方を用いることができる。すなわち、歪ゲージの出力に補正関数を適用することにより、ゲージの周波数応答、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、圧電物質（圧電膜）が弾性波パルスの反射に及ぼす影響を、すべて補正する関数となる。
【００９８】
（７）及び（１５）の態様においては、圧電物質（圧電膜）もしくは圧電膜駆動のレーザ光反射膜（材）の表面の速度を基準干渉計で計測した結果を用いて、軸方向に複数箇所に貼り付けたゲージ出力を補正関数を求めておけば、同じ考え方を用いることができる。すなわち、歪ゲージの出力に補正関数を適用することにより、ゲージの周波数応答、波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、圧電物質（圧電膜）が弾性波パルスの反射に及ぼす影響を、すべて補正する関数となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明を実施するシステム概要を示す構成図である。
【図２】本発明を実施する他のシステム概要を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 金属棒
２ 第１端面
３ 飛翔体
４ 内側発射管
５ 外側発射管
６ 多重発射管
７ 内側飛翔体
８ 内側発射装置
１０ 外側飛翔体
１１ 外側発射装置
１５ 弁開閉制御装置
１６ 第１弁
１７ 第１高圧空気源
１８ 第２弁
１９ 第２高圧空気源
２２ 第２端面
２３ レーザ振動計
２４ レーザ干渉計
２５ 歪ゲージ
２６ パソコン
２７ またはレーザ光源
２８ 受光素子
２９ カウンタ
３０ 鏡面をもつ圧電物質（圧電膜）
３１ シグナルコンデンショナ
３２ 圧電膜駆動装置
３３ 鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項２】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項３】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項４】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項５】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項６】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項７】
多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項８】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項９】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１０】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１１】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１２】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１３】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１４】
多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１５】
前記発射装置は二重管からなり、前記第１の飛翔体を内側の管内から、前記第２の飛翔体は内側の管と外側の管の間から発射すること、もしくはその逆に第１の飛翔体は内側の管と外側の管の間から、第２の飛翔体は内側の管内から発射することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１６】
前記第１の飛翔体及びそのための発射装置、第２の飛翔体及びそのための発射装置を多重化し、発射の時間差を制御し、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１７】
前記歪ゲージは、前記金属棒の表面に対して該金属棒の端部から同一距離に複数設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１８】
飛翔体本体部を異なる材質の積層体で構成し、または飛翔体本体部の先端に該本体部と異なる材質の部材を取り付け、金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１９】
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって演算を行う演算手段は、解析解の１次の項、または高次の項までを用い、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求めることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２０】
前記計測手段は、前記第１及び第２の両飛翔体を微小時間差をもって衝突させるとき、両飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、両飛翔体を各々単独で衝突させたときに発生する歪ゲージ出力による計測結果に基づき、両飛翔体が完全には同時衝突が達成できないための微小時間差をもって衝突させたときに発生する歪ゲージ出力による計測結果が最も適合するパラメータとして求め、 第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに両飛翔体を微小時間差をもって各々衝突させた時に得られる評価対象とするレーザ振動計の出力信号から、それらの動的線形性を計測することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２１】
前記金属棒を、軸方向への剛体運動を拘束しないように点接触によって水平に支持したことを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２２】
前記金属棒の第１端面に接する金属球を取り付け、
前記金属球に発射タイミングを精密に制御した飛翔体を衝突させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２３】
前記金属棒の第２端面に圧電物質を取り付け、
前記圧電物質を前記弾性波パルスの第２端面での反射過程の所定の時期に駆動する圧電物質駆動手段を備え、
金属棒単体で発生できる棒端面の速度の周波数帯域幅が不足しているときに、前記圧電物質駆動手段により周波数帯域幅を広帯域化することを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２４】
波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２５】
波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録した媒体と、歪ゲージが貼り付けられた金属棒または、圧電物質が端面に取り付けられた金属棒を反復実施可能性の実現手段とすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２６】
上記請求項１〜請求項２５のいずれか一つに記載の方法または装置を用いて動的線形性が計測されたレーザ振動計。
【請求項１】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項２】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項３】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項４】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行い、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項５】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、金属棒側面に設けた歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項６】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させ、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージと、レーザ干渉計と、評価対象となるレーザ振動計とで計測し、
前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正し、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較することにより、レーザ振動計の動的線形性を計測することを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項７】
多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測方法。
【請求項８】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項９】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１０】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段を備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１１】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及び評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって波動の分散、減衰に応じた補正演算を行う演算手段と、
前記歪ゲージの出力を補正演算した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１２】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、金属棒側面に設けた歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、
前記歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１３】
金属棒の第１端面に第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに前記第１及び第２の両飛翔体を同時に或いは微小時間差をもって衝突させて金属棒内部に弾性波パルスを発生させる発射装置と、
前記各衝突により発生した弾性波パルスが金属棒の前記第１端面の反対側の第２端面に到達したときに生じる第２端面の運動速度を測定する、該第１端面から各々異なる距離の金属棒側面に設けた複数の歪ゲージ、及びレーザ干渉計、並びに評価対象となるレーザ振動計と、
前記複数の歪ゲージの出力を前記レーザ干渉計の信号により補正する補正手段と、
前記歪ゲージの出力を補正した信号と、前記レーザ振動計の信号とを、時間領域または周波数領域で比較し、レーザ振動計の動的線形性を計測する計測手段とを備えたことを特徴とするレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１４】
多数の歪ゲージを円周方向のみならず軸方向に貼り付け、弾性波動の伝播の位相の違いを弾性波伝播理論により補正して、各ゲージ出力信号から代表位置における歪みを軸方向に貼り付けた歪みの個数だけ算出し、総加平均を取ることによりノイズを抑制する動的歪みの計測手法を用いたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１５】
前記発射装置は二重管からなり、前記第１の飛翔体を内側の管内から、前記第２の飛翔体は内側の管と外側の管の間から発射すること、もしくはその逆に第１の飛翔体は内側の管と外側の管の間から、第２の飛翔体は内側の管内から発射することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１６】
前記第１の飛翔体及びそのための発射装置、第２の飛翔体及びそのための発射装置を多重化し、発射の時間差を制御し、金属棒内部に発生する弾性波の周波数帯域を狭帯域化することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１７】
前記歪ゲージは、前記金属棒の表面に対して該金属棒の端部から同一距離に複数設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１８】
飛翔体本体部を異なる材質の積層体で構成し、または飛翔体本体部の先端に該本体部と異なる材質の部材を取り付け、金属棒内部に発生する弾性波パルスの周波数帯域を制御することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項１９】
前記歪ゲージの出力を弾性波パルスの伝播理論によって演算を行う演算手段は、解析解の１次の項、または高次の項までを用い、歪ゲージ出力信号から端面に入射する弾性波パルスの過渡歪信号を求めることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２０】
前記計測手段は、前記第１及び第２の両飛翔体を微小時間差をもって衝突させるとき、両飛翔体の金属棒に対する衝突時刻の差を、両飛翔体を各々単独で衝突させたときに発生する歪ゲージ出力による計測結果に基づき、両飛翔体が完全には同時衝突が達成できないための微小時間差をもって衝突させたときに発生する歪ゲージ出力による計測結果が最も適合するパラメータとして求め、 第１の飛翔体のみ、及び第２の飛翔体のみ、並びに両飛翔体を微小時間差をもって各々衝突させた時に得られる評価対象とするレーザ振動計の出力信号から、それらの動的線形性を計測することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２１】
前記金属棒を、軸方向への剛体運動を拘束しないように点接触によって水平に支持したことを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２２】
前記金属棒の第１端面に接する金属球を取り付け、
前記金属球に発射タイミングを精密に制御した飛翔体を衝突させ、金属棒内部に弾性波パルスを発生させることを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２３】
前記金属棒の第２端面に圧電物質を取り付け、
前記圧電物質を前記弾性波パルスの第２端面での反射過程の所定の時期に駆動する圧電物質駆動手段を備え、
金属棒単体で発生できる棒端面の速度の周波数帯域幅が不足しているときに、前記圧電物質駆動手段により周波数帯域幅を広帯域化することを特徴とする、請求項８〜請求項１３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２４】
波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録したデータと、歪ゲージが貼り付けられた金属棒を必要不可欠な交換部品セットとすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２５】
波動の分散、波動の減衰、音速値の不確かさ、ゲージの周波数応答、棒端面に取り付けた圧電物質の高速微小振動、及び高速微小動的変位の少なくとも一つを補正する補正関数を記録した媒体と、歪ゲージが貼り付けられた金属棒または、圧電物質が端面に取り付けられた金属棒を反復実施可能性の実現手段とすることを特徴とする請求項８〜請求項１３、請求項２３のいずれか一つに記載のレーザ振動計の歪ゲージを用いた動的線形性計測装置。
【請求項２６】
上記請求項１〜請求項２５のいずれか一つに記載の方法または装置を用いて動的線形性が計測されたレーザ振動計。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３００９５９（Ｐ２００６−３００９５９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６１８８６（Ｐ２００６−１６１８８６）
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【分割の表示】特願２００３−１１５４５３（Ｐ２００３−１１５４５３）の分割
【原出願日】平成１５年４月２１日（２００３．４．２１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【分割の表示】特願２００３−１１５４５３（Ｐ２００３−１１５４５３）の分割
【原出願日】平成１５年４月２１日（２００３．４．２１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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