JP2017161492A - Vibration displacement measuring apparatus and vibration displacement measuring method - Google Patents

Vibration displacement measuring apparatus and vibration displacement measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost vibration displacement measuring apparatus having a wide dynamic range and capable of performing more accurate measurement than before.SOLUTION: A vibration displacement measuring apparatus 1 includes: a light source unit 11 for outputting continuous light L1 that is subjected to frequency modulation so that a measuring site of a measuring object DUT is disposed within a correlation peak; a joint and branch unit 12 for branching the continuous light L1 into probe light LP and reference light LR; a light receiving unit 15 for receiving interference light of the probe light LP reflected by the measuring object DUT with the reference light LR; and an operation unit 17 for obtaining vibration or displacement of the measuring object DUT using a light receiving signal S1 output from the light receiving unit 15.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、被測定対象の振動或いは変位を測定する振動変位測定装置及び振動変位測定方法に関する。   The present invention relates to a vibration displacement measuring apparatus and a vibration displacement measuring method for measuring vibration or displacement of an object to be measured.

振動変位測定装置は、被測定対象の振動或いは変位を測定するために種々の分野で用いられている。例えば、プラントに設けられた各種機器(例えば、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等の回転機器、配管、その他の機器)や、種々のエンジン(自動車用、航空機用、船舶用、その他の用に供するエンジン)で生ずる振動や変位を測定するために用いられている。   The vibration displacement measuring device is used in various fields in order to measure vibration or displacement of a measurement object. For example, various devices provided in the plant (for example, valve devices such as flow control valves and on-off valves, rotating devices such as fans and motors, piping, and other devices) and various engines (for automobiles, aircraft, ships) It is used to measure vibrations and displacements generated in an engine used for other purposes.

このような振動変位測定装置は、接触型の振動変位測定装置と非接触型の振動変位測定装置とに大別される。接触型の振動変位測定装置の代表的なものとしては、圧電式や静電容量式の半導体加速度センサが挙げられ、非接触型の振動変位測定装置の代表的なものとしては、レーザ干渉計を利用したレーザ・ドップラー速度計(Laser Doppler Velocimeter、Velocimetry、或いはVibrometer:以下、「LDV」という)が挙げられる。   Such a vibration displacement measuring device is roughly classified into a contact type vibration displacement measuring device and a non-contact type vibration displacement measuring device. Typical examples of contact-type vibration displacement measuring devices include piezoelectric and capacitive semiconductor acceleration sensors, and typical examples of non-contact type vibration displacement measuring devices include laser interferometers. The laser Doppler velocimeter (Laser Doppler Velocimeter, Velocimetry, or Vibrometer: hereinafter referred to as “LDV”) is used.

接触型の振動変位測定装置の一種である圧電式半導体加速度センサは、小型であり、外部電源が不要であり、変位基準点の設置が不要であり、静的感度を持たないのでDC成分(直流成分)によるゼロシフトがない等の特長がある。これに対し、非接触型の振動変位測定装置の一種であるLDVは、離れた位置から測定できる、被測定対象の重量に影響を与えない、測定ダイナミックレンジが広い等の特長がある。尚、以下の特許文献1には、上述した圧電式半導体加速度センサの一例が開示されており、以下の非特許文献1には、上述したLDVの一例が開示されている。   A piezoelectric semiconductor acceleration sensor, which is a type of contact-type vibration displacement measuring device, is small in size, does not require an external power supply, does not require a displacement reference point, and has no static sensitivity. Features such as no zero shift due to component). On the other hand, LDV, which is a kind of non-contact type vibration displacement measuring device, has the features that it can measure from a distant position, does not affect the weight of the object to be measured, and has a wide measurement dynamic range. The following Patent Document 1 discloses an example of the above-described piezoelectric semiconductor acceleration sensor, and the following Non-Patent Document 1 discloses an example of the above-described LDV.

特許第5494803号公報Japanese Patent No. 5494803

G. Siegmund, “Sources of Measurement Error in Laser Doppler Vibrometers and Proposal for Unified Specifications”, Proc. SPIE, 7098, 70980YG. Siegmund, “Sources of Measurement Error in Laser Doppler Vibrometers and Proposal for Unified Specifications”, Proc. SPIE, 7098, 70980Y

ところで、上述した圧電式半導体加速度センサを用いて被測定対象の振動或いは変位を測定するには、圧電式半導体加速度センサを被測定対象に接触させる(取り付ける)必要がある。被測定対象の重量は、取り付けられた圧電式半導体加速度センサの重量の分だけ増加するため、被測定対象の振動の共振周波数が変わってしまう虞があるという問題がある。また、上述した特許文献1に開示された加速度センサのように、錘部が梁部に支持された構造を有するものは、錘部の最大変位量が制限されることから、測定ダイナミックレンジが限定されるという問題があった。   By the way, in order to measure the vibration or displacement of the measurement target using the piezoelectric semiconductor acceleration sensor described above, it is necessary to contact (attach) the piezoelectric semiconductor acceleration sensor to the measurement target. Since the weight of the measurement target increases by the weight of the attached piezoelectric semiconductor acceleration sensor, there is a problem that the resonance frequency of the vibration of the measurement target may change. In addition, the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1 described above has a structure in which the weight portion is supported by the beam portion, so that the maximum displacement amount of the weight portion is limited, so that the measurement dynamic range is limited. There was a problem of being.

これに対し、上述したLDVは、圧電式半導体加速度センサのような問題点(共振周波数が変わる、ダイナミックレンジが限定される)が無く、また、圧電式半導体加速度センサよりも測定精度が高いという利点を有する。しかしながら、LDVは、レーザ光の空間光路(一般的には、直線光路)を確保することが必要であることから、例えば直接目視することができない被測定対象の内部等を測定することはできないという問題がある。   On the other hand, the above-mentioned LDV has no problems (a resonance frequency changes, a dynamic range is limited) like the piezoelectric semiconductor acceleration sensor, and has an advantage of higher measurement accuracy than the piezoelectric semiconductor acceleration sensor. Have However, since LDV needs to secure a spatial light path (generally, a straight light path) of laser light, it cannot measure, for example, the inside of a measurement target that cannot be directly observed. There's a problem.

また、上述した圧電式半導体加速度センサとLDVとの双方に共通する問題点として、積分による誤差が生ずることが挙げられる。つまり、圧電式半導体加速度センサの場合には、変位量を求めるには検出結果(加速度を示す検出結果)を2回積分する必要があり、LDVの場合には、変位量を求めるには検出結果(速度を示す検出結果)を1回積分する必要があるが、何れの場合においても検出結果を積分する際に誤差が生じてしまう。このような測定結果の悪化が生じ得る積分演算を用いることなく、被測定対象の変位を直接測定することができれば、高い精度での測定が実現できると考えられる。   Another problem common to both the piezoelectric semiconductor acceleration sensor and the LDV described above is that an error due to integration occurs. That is, in the case of a piezoelectric semiconductor acceleration sensor, it is necessary to integrate the detection result (detection result indicating acceleration) twice in order to obtain the displacement amount. In the case of LDV, the detection result is obtained in order to obtain the displacement amount. Although it is necessary to integrate the (detection result indicating the speed) once, in any case, an error occurs when the detection result is integrated. If the displacement of the object to be measured can be directly measured without using an integral calculation that may cause such a deterioration of the measurement result, it is considered that measurement with high accuracy can be realized.

尚、LDV以外の非接触型の振動変位測定装置として、光変調器を用いて光路差を可変掃引するレーザ干渉計がある。このようなレーザ干渉計は、高精度での変位測定を高速に行うことが可能であるというという極めて優れた特徴を有するものの、レーザ干渉計に設けられた光変調器が受動光学部品や半導体電子部品に比べると高価であるため、コストの面での問題もある。   As a non-contact type vibration displacement measuring apparatus other than the LDV, there is a laser interferometer that variably sweeps an optical path difference using an optical modulator. Although such a laser interferometer has an extremely excellent feature that it is possible to perform displacement measurement with high accuracy at high speed, the optical modulator provided in the laser interferometer is a passive optical component or semiconductor electronic device. Since it is more expensive than parts, there is a problem in terms of cost.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、広いダイナミックレンジを有し、従来よりも高精度の測定を行うことが可能な振動変位測定装置及び振動変位測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to provide a vibration displacement measuring device and a vibration displacement measuring method that have a wide dynamic range and can perform measurement with higher accuracy than conventional methods. To do.

上記課題を解決するために、本発明の振動変位測定装置は、被測定対象(DUT)の振動或いは変位を非接触で測定する振動変位測定装置(1〜3)であって、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク(CP)内に配置されるように周波数変調された連続光(L1)を出力する光源部(11)と、前記連続光をプローブ光(LP)と参照光(LR)とに分岐する分岐部(12、21)と、前記被測定対象で反射された前記プローブ光と前記参照光との干渉光を受光する受光部(15)と、前記受光部から出力される受光信号(S1)を用いて前記被測定対象の振動或いは変位を求める演算部(17)と、を備える。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記光源部が、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように、少なくとも変調周期及び変調振幅が設定されている。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記光源部の変調周期及び変調振幅が、前記被測定対象の測定部位が前記相関ピークの前半部(H1)、又は後半部(H2)に配置されるように設定されている。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記光源部の変調周期が、前記分岐部で分岐された前記プローブ光が前記被測定対象で反射されて前記受光部に至るまでの第1光路の長さと、前記分岐部で分岐された前記参照光が前記受光部に至るまでの第2光路の長さとの差を光速で除して得られる値の整数倍、或いは該整数倍に近い値に設定される。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記光源部の変調振幅が、前記被測定対象の測定部位の振動或いは変位の大きさに応じて設定される。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記分岐部で分岐された前記プローブ光を、前記被測定対象に向けて照射する位置である照射位置まで導く光ファイバ(F10)を備える。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記照射位置と前記被測定対象との間に配置され、前記光ファイバから射出される前記プローブ光を前記被測定対象の測定部位に集光し、或いは前記光ファイバから射出される前記プローブ光を平行光に変換して前記被測定対象の測定部位に照射するレンズ(14a、14b)を備える。
また、本発明の振動変位測定装置は、前記演算部の演算結果を参照しつつ、前記光源部を制御する制御部(18)を備える。
本発明の振動変位測定方法は、被測定対象(DUT)の振動或いは変位を非接触で測定する振動変位測定方法であって、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク(CP)内に配置されるように周波数変調された連続光(L1)を出力する第1ステップ(S21)と、前記連続光をプローブ光(LP)と参照光(LR)とに分岐する第2ステップと(S22)、前記被測定対象で反射された前記プローブ光と前記参照光との干渉光を受光する第3ステップ(S23)と、前記第3ステップで得られる受光信号を用いて前記被測定対象の振動或いは変位を求める第4ステップ(S24)と、を有する。
また、本発明の振動変位測定方法は、前記被測定対象の振動或いは変位の測定に先立って行われ、前記プローブ光の光路上における基準位置に設置された反射ミラーに前記プローブ光を照射し、前記受光信号が最大となる前記連続光の変調周波数を求める第1初期ステップ(S11)と、前記基準位置から前記反射ミラーが除去された状態で、前記被測定対象に前記プローブ光を照射し、前記連続光の変調周波数を変化させつつ前記受光信号の強度を測定する第2初期ステップ(S12)と、前記第2初期ステップの測定結果を用いて、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように前記連続光の変調周波数を決定する第3初期ステップ(S16)と、を有する。
In order to solve the above-described problems, a vibration displacement measuring apparatus according to the present invention is a vibration displacement measuring apparatus (1 to 3) that measures the vibration or displacement of a measurement target (DUT) in a non-contact manner. A light source unit (11) that outputs continuous light (L1) that is frequency-modulated so that the measurement site is located within the correlation peak (CP), and the continuous light is used as probe light (LP) and reference light (LR). A branching portion (12, 21) that branches into a light receiving portion, a light receiving portion (15) that receives interference light between the probe light and the reference light reflected by the object to be measured, and a light receiving output from the light receiving portion. A calculation unit (17) for obtaining vibration or displacement of the measurement object using a signal (S1).
In the vibration displacement measuring apparatus of the present invention, at least the modulation period and the modulation amplitude are set so that the light source unit has the measurement site to be measured within the correlation peak.
In the vibration displacement measuring apparatus of the present invention, the modulation period and the modulation amplitude of the light source unit are arranged such that the measurement site of the measurement target is in the first half (H1) or the second half (H2) of the correlation peak. Is set to
Further, in the vibration displacement measuring apparatus according to the present invention, the modulation period of the light source unit is a length of the first optical path from when the probe light branched by the branch unit is reflected by the measurement target to the light receiving unit. And an integer multiple of a value obtained by dividing the difference between the length of the second optical path until the reference light branched at the branching portion reaches the light receiving portion by the speed of light, or a value close to the integral multiple Is done.
In the vibration displacement measuring apparatus of the present invention, the modulation amplitude of the light source unit is set according to the magnitude of vibration or displacement of the measurement site of the measurement target.
In addition, the vibration displacement measuring apparatus of the present invention includes an optical fiber (F10) that guides the probe light branched at the branching portion to an irradiation position that is a position at which the probe light is irradiated toward the measurement target.
Further, the vibration displacement measuring apparatus of the present invention is arranged between the irradiation position and the measurement target, and condenses the probe light emitted from the optical fiber on the measurement site of the measurement target, or Lenses (14a, 14b) for converting the probe light emitted from the optical fiber into parallel light and irradiating the measurement site of the measurement target.
In addition, the vibration displacement measuring apparatus of the present invention includes a control unit (18) that controls the light source unit while referring to the calculation result of the calculation unit.
The vibration displacement measuring method of the present invention is a vibration displacement measuring method for measuring vibration or displacement of a measurement target (DUT) in a non-contact manner, wherein the measurement site of the measurement target is arranged in a correlation peak (CP). A first step (S21) for outputting continuous light (L1) frequency-modulated in such a manner, and a second step (S22) for branching the continuous light into probe light (LP) and reference light (LR), A third step (S23) for receiving interference light between the probe light and the reference light reflected by the measurement target, and vibration or displacement of the measurement target using a light reception signal obtained in the third step. And a fourth step (S24) for obtaining.
Further, the vibration displacement measuring method of the present invention is performed prior to measurement of vibration or displacement of the measurement target, and irradiates the probe light to a reflection mirror installed at a reference position on the optical path of the probe light, A first initial step (S11) for obtaining a modulation frequency of the continuous light that maximizes the light reception signal, and irradiating the probe light to the object to be measured in a state where the reflection mirror is removed from the reference position; A second initial step (S12) of measuring the intensity of the received light signal while changing the modulation frequency of the continuous light, and using the measurement result of the second initial step, the measurement site of the measurement target is within the correlation peak. And a third initial step (S16) for determining the modulation frequency of the continuous light to be arranged in

本発明によれば、被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように光源部から出力される連続光を周波数変調し、連続光をプローブ光と参照光とに分岐し、被測定対象で反射されたプローブ光と参照光との干渉光を受光し、受光信号を用いて被測定対象の振動或いは変位を求めるようにしている。このため、従来の加速度センサのようにダイナミックレンジが制限されることはなく、また従来のように積分演算を行う必要がないことから、広いダイナミックレンジを有し、従来よりも高精度の測定を行うことが可能である、という効果がある。   According to the present invention, the continuous light output from the light source unit is frequency-modulated so that the measurement site to be measured is located within the correlation peak, the continuous light is branched into the probe light and the reference light, and the measurement is performed. Interference light between the probe light reflected by the object and the reference light is received, and the vibration or displacement of the object to be measured is obtained using the received light signal. For this reason, the dynamic range is not limited as in the conventional acceleration sensor, and it is not necessary to perform integral calculation as in the conventional acceleration sensor. There is an effect that it can be performed.

本発明の第1実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the vibration displacement measuring apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における相関ピークの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correlation peak in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における相関ピークの拡大図である。It is an enlarged view of the correlation peak in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で行われる初期設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the initial setting process performed in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態において被測定対象が振動している場合に測定される受光信号の強度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the intensity | strength of the received light signal measured when the to-be-measured object is vibrating in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で行われる測定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement process performed in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the vibration displacement measuring apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the vibration displacement measuring apparatus by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第1〜第3実施形態における射出部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the injection part in the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1〜第3実施形態における射出部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the injection part in the 1st-3rd embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態による振動変位測定装置について詳細に説明する。   Hereinafter, a vibration displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
〈振動変位測定装置の構成〉
図1は、本発明の第1実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。図1に示す通り、本実施形態の振動変位測定装置1は、光源部11、合分岐部12(分岐部)、反射部13、射出部14、受光部15、取得部16、演算部17、制御部18、及び偏波保持光ファイバF1〜F4を備えており、被測定対象DUTに対してプローブ光LPを照射して被測定対象DUTの振動或いは変位を非接触で測定する。尚、被測定対象DUTは、例えばプラントに設けられた各種機器や、種々のエンジン等が挙げられるが、特に制限されることはなく任意の物で良い。
[First Embodiment]
<Configuration of vibration displacement measuring device>
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of the vibration displacement measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vibration displacement measuring apparatus 1 of the present embodiment includes a light source unit 11, a coupling / branching unit 12 (branching unit), a reflecting unit 13, an emitting unit 14, a light receiving unit 15, an acquiring unit 16, a computing unit 17, A control unit 18 and polarization maintaining optical fibers F1 to F4 are provided, and the measurement target DUT is irradiated with the probe light LP to measure the vibration or displacement of the measurement target DUT without contact. The DUT to be measured includes, for example, various devices provided in the plant, various engines, and the like, but is not particularly limited and may be an arbitrary object.

光源部11は、例えば分布帰還型レーザダイオード(DFB−LD:Distributed Feed-Back Laser Diode)等の半導体レーザ素子を備えており、制御部18によって制御されて、周波数変調された直線偏波の連続光L1を出力する。詳細は後述するが、光源部11から出力される連続光L1は、被測定対象DUTの測定部位(プローブ光LPが照射される部位)が相関ピーク(Correlation Peak)内に配置されるように周波数変調されている。この光源部11の出力端には偏波保持光ファイバF1が接続されており、光源部11から出力された連続光L1は、偏波保持光ファイバF1を介して合分岐部12に導かれる。   The light source unit 11 includes, for example, a semiconductor laser element such as a distributed feedback laser diode (DFB-LD), and is controlled by the control unit 18 to continuously frequency-modulate linearly polarized waves. Outputs light L1. Although details will be described later, the continuous light L1 output from the light source unit 11 has a frequency such that the measurement site of the DUT to be measured (the site irradiated with the probe light LP) is arranged within the correlation peak. It is modulated. A polarization maintaining optical fiber F1 is connected to the output end of the light source unit 11, and the continuous light L1 output from the light source unit 11 is guided to the combining / branching unit 12 via the polarization maintaining optical fiber F1.

尚、図示は省略しているが、光源部11には、半導体レーザ素子の射出端側に、半導体レーザ素子の動作を安定させるためのアイソレータが設けられている。半導体レーザ素子から射出された連続光L1は、アイソレータを介して光源部11の外部に出力されるが、半導体レーザ素子への戻り光(例えば、連続光L1の反射光)は、アイソレータによって遮断される。半導体レーザ素子への戻り光がアイソレータによって遮断されることで、半導体レーザ素子の動作が安定する。   Although not shown, the light source unit 11 is provided with an isolator for stabilizing the operation of the semiconductor laser element on the emission end side of the semiconductor laser element. The continuous light L1 emitted from the semiconductor laser element is output to the outside of the light source unit 11 through the isolator, but the return light (for example, reflected light of the continuous light L1) to the semiconductor laser element is blocked by the isolator. The Since the return light to the semiconductor laser element is blocked by the isolator, the operation of the semiconductor laser element is stabilized.

合分岐部12は、偏波保持光ファイバF1〜F4がそれぞれ接続された4つの入出力端を有しており、これら入出力端から入力される光の合波或いは分岐を行う。このような合分岐部12としては、例えば光カプラや光サーキュレータを用いることができる。具体的に、合分岐部12は、偏波保持光ファイバF1が接続された入出力端から入力される光(連続光L1)を、その偏波状態を保持しつつ参照光LRとプローブ光LPとに分岐し、分岐した参照光LRを偏波保持光ファイバF2が接続された入出力端から出力し、分岐したプローブ光LPを偏波保持光ファイバF3が接続された入出力端から出力する。尚、合分岐部12の分岐比は、任意に設定可能であるが、例えば参照光LRとプローブ光LPの強度比が1対1となるように設定されている。   The combining / branching unit 12 has four input / output ends to which the polarization maintaining optical fibers F1 to F4 are respectively connected, and combines or branches light input from these input / output ends. For example, an optical coupler or an optical circulator can be used as the coupling / branching unit 12. Specifically, the combining / branching unit 12 receives the light (continuous light L1) input from the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F1 is connected, while maintaining the polarization state, and the reference light LR and the probe light LP. The branched reference light LR is output from the input / output end connected to the polarization maintaining optical fiber F2, and the branched probe light LP is output from the input / output end connected to the polarization maintaining optical fiber F3. . The branching ratio of the combining / branching unit 12 can be arbitrarily set. For example, the intensity ratio of the reference light LR and the probe light LP is set to 1: 1.

また、合分岐部12は、偏波保持光ファイバF2が接続された入出力端から入力される光(参照光LRの反射光)と、偏波保持光ファイバF3が接続された入出力端から入力される光(プローブ光LPの反射光)とを、その偏波状態を保持しつつ合波し、合波した光を偏波保持光ファイバF4が接続された入出力端から出力する。尚、合分岐部12で合波された光は、偏波保持光ファイバF4が接続された入出力端のみから出力され、偏波保持光ファイバF1が接続された入出力端から出力されないようにすることが望ましい。   Further, the combining / branching unit 12 receives light (reflected light of the reference light LR) input from the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F2 is connected and the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F3 is connected. The input light (the reflected light of the probe light LP) is multiplexed while maintaining its polarization state, and the combined light is output from the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F4 is connected. It should be noted that the light combined at the combining / branching unit 12 is output only from the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F4 is connected, and is not output from the input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F1 is connected. It is desirable to do.

反射部13は、偏波保持光ファイバF2の端部(或いは、その近傍)に配置されており、偏波保持光ファイバF2によって導かれた参照光LRを、その偏波状態を保持したまま反射する。尚、参照光LRの反射光は、偏波保持光ファイバF2に入射し、偏波保持光ファイバF2を介して合分岐部12に導かれる。射出部14は、偏波保持光ファイバF3を介して導かれたプローブ光LPを、その偏波状態を保持したまま振動変位測定装置1の外部に射出する。射出部14から射出されるプローブ光LPは、被測定対象DUTの測定部位に集光される光であっても良く、コリメートされた光であっても良い。また、射出部14には、被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPの反射光が入射される。   The reflection unit 13 is arranged at the end (or the vicinity thereof) of the polarization maintaining optical fiber F2, and reflects the reference light LR guided by the polarization maintaining optical fiber F2 while maintaining the polarization state. To do. The reflected light of the reference light LR enters the polarization maintaining optical fiber F2, and is guided to the coupling / branching unit 12 via the polarization maintaining optical fiber F2. The emitting unit 14 emits the probe light LP guided through the polarization maintaining optical fiber F3 to the outside of the vibration displacement measuring apparatus 1 while maintaining the polarization state. The probe light LP emitted from the emission unit 14 may be light condensed on the measurement site of the measurement target DUT or may be collimated light. In addition, the reflected light of the probe light LP reflected by the measurement target DUT is incident on the emission unit 14.

受光部15は、例えばフォトダイオード、或いはアバランシェ・フォトダイオード等の受光素子を備えており、偏波保持光ファイバF4によって導かれた光(参照光LRの反射光とプローブ光LPの反射光との合波光)を受光する。ここで、偏波保持光ファイバF4によって受光部15に導かれる光は、参照光LRとプローブ光LPとが干渉したものであるため、受光部15からは、参照光LRとプローブ光LPとの干渉強度を示す受光信号S1が出力される。   The light receiving unit 15 includes a light receiving element such as a photodiode or an avalanche photodiode, and the light guided by the polarization maintaining optical fiber F4 (the reflected light of the reference light LR and the reflected light of the probe light LP). Receives (combined light). Here, since the light guided to the light receiving unit 15 by the polarization maintaining optical fiber F4 is the interference of the reference light LR and the probe light LP, the light receiving unit 15 transmits the reference light LR and the probe light LP. A light reception signal S1 indicating the interference intensity is output.

取得部16は、受光部15から出力される受光信号S1を、演算部17で処理可能な信号に変換する。例えば、取得部16は、受光信号S1を、アナログ電圧信号に変換し、或いはディジタル信号に変換する。この取得部16としては、例えばオシロスコープ等のサンプリング装置、デジタイザ装置、A/D(アナログ/ディジタル)変換器等を用いることができる。   The acquisition unit 16 converts the light reception signal S1 output from the light reception unit 15 into a signal that can be processed by the calculation unit 17. For example, the acquisition unit 16 converts the light reception signal S1 into an analog voltage signal or a digital signal. As the acquisition unit 16, for example, a sampling device such as an oscilloscope, a digitizer device, an A / D (analog / digital) converter, or the like can be used.

演算部17は、取得部16から出力される信号を用いて、被測定対象DUTの位置(変位量)を演算によって求める。この演算部17は、従来の圧電式半導体加速度センサやLDV等のような積分演算を行うことなく、相関ピークの形状と取得部16から出力される信号の大きさとに基づいて被測定対象DUTの位置を求める。尚、演算部17で行われる演算の詳細については後述する。   The calculation unit 17 calculates the position (displacement amount) of the measurement target DUT by using the signal output from the acquisition unit 16. This calculation unit 17 does not perform integration calculation as in a conventional piezoelectric semiconductor acceleration sensor, LDV, or the like, and based on the shape of the correlation peak and the magnitude of the signal output from the acquisition unit 16, the measurement target DUT Find the position. Details of the calculation performed by the calculation unit 17 will be described later.

制御部18は、光源部11に設けられた半導体レーザ素子に対する注入電流を制御することで、光源部11の発光及び非発光を制御する。具体的に、制御部18は、光源部11を発光させる場合には、半導体レーザ素子の発光閾値を上回る直流電流が半導体レーザ素子に注入されるように制御しつつ、光源部11から出力される連続光L1を周波数変調するための任意波形の交流電流が半導体レーザ素子に注入されるように制御する。尚、詳細は説明するが、制御部18は、演算部17の演算結果を参照しつつ光源部11を制御することもある。   The control unit 18 controls light emission and non-light emission of the light source unit 11 by controlling an injection current to the semiconductor laser element provided in the light source unit 11. Specifically, when the light source unit 11 emits light, the control unit 18 outputs the light source unit 11 while controlling so that a direct current exceeding the emission threshold value of the semiconductor laser element is injected into the semiconductor laser element. Control is performed so that an alternating current having an arbitrary waveform for frequency-modulating the continuous light L1 is injected into the semiconductor laser element. Although details will be described, the control unit 18 may control the light source unit 11 while referring to the calculation result of the calculation unit 17.

〈相関ピーク及び測定原理〉
次に、相関ピーク及び相関ピークを用いた被測定対象DUTの振動或いは変位の測定原理について説明する。振動変位測定装置1は、参照光LRの反射光とプローブ光LPの反射光とを合分岐部12で合波させることで参照光LRとプローブ光LPとを干渉させ、その干渉強度を示す受光信号S1を得ている。仮に、光源部11から出力される連続光L1の周波数が無変調である場合には、受光信号S1の強度変化の周期は、連続光L1の波長の1周期となる。
<Correlation peak and measurement principle>
Next, the measurement principle of the vibration or displacement of the measurement target DUT using the correlation peak and the correlation peak will be described. The vibration displacement measuring device 1 causes the reference light LR and the probe light LP to interfere with each other by combining the reflected light of the reference light LR and the reflected light of the probe light LP at the combining / branching unit 12, and receives light indicating the interference intensity. A signal S1 is obtained. If the frequency of the continuous light L1 output from the light source unit 11 is unmodulated, the period of intensity change of the light reception signal S1 is one period of the wavelength of the continuous light L1.

本実施形態では、光源部11から出力される連続光L1を周波数変調しているため、受光信号S1の強度は、上記の周期(連続光L1の波長の1周期)とは異なる相関ピークの周期で変化することとなる。ここで、相関ピークは、参照光LRとプローブ光LPとの相関が高い状態であることを示すものであり、参照光LRとプローブ光LPとの光路差が、参照光LRとプローブ光LPとが強め合う状態になっている場合に現れる。特に、参照光LRとプローブ光LPとの光路差が零である場合に現れる相関ピークを0次相関ピーク(0th Order Correlation Peak)という。 In the present embodiment, since the continuous light L1 output from the light source unit 11 is frequency-modulated, the intensity of the light reception signal S1 is a correlation peak period different from the above period (one period of the wavelength of the continuous light L1). Will change. Here, the correlation peak indicates that the correlation between the reference light LR and the probe light LP is high, and the optical path difference between the reference light LR and the probe light LP is the difference between the reference light LR and the probe light LP. Appears when is in an intensifying state. In particular, as the reference light LR and the probe light LP and correlation peak zero-order correlation peak optical path difference appears in the case of zero (0 th Order Correlation Peak).

いま、光源部11から出力される連続光L1が、周波数fmの正弦波で変調されているとする。まず、説明を簡単にするために、偏波保持光ファイバF2の長さが1[m]であり、偏波保持光ファイバF3の長さが11[m]であるとする。これにより、合分岐部12と反射部13との間の往復光路長が2[m]であり、合分岐部12と射出部14との間の往復光路長が22[m]であるとする。また、被測定対象DUTが射出部14の端面に配置されており、射出部14から被測定対象DUTまでの距離が0[m]であるとする。   Now, it is assumed that the continuous light L1 output from the light source unit 11 is modulated by a sine wave having a frequency fm. First, to simplify the description, it is assumed that the polarization maintaining optical fiber F2 has a length of 1 [m] and the polarization maintaining optical fiber F3 has a length of 11 [m]. As a result, the round-trip optical path length between the coupling / branching unit 12 and the reflection unit 13 is 2 [m], and the round-trip optical path length between the coupling / branching unit 12 and the emission unit 14 is 22 [m]. . In addition, it is assumed that the measurement target DUT is disposed on the end face of the injection unit 14 and the distance from the injection unit 14 to the measurement target DUT is 0 [m].

かかる状況において、0次相関ピークは、偏波保持光ファイバF3の一端(合分岐部12に接続された端部)から1[m]の位置に現れる。つまり、プローブ光LPの往復光路長が、参照光LRの往復光路長と等しくなる位置に0次相関ピークが現れる。この0次相関ピークが現れる位置で反射光やレイリー散乱光が生ずると、参照光LRと干渉することから測定誤差となり得る。しかしながら、0次相関ピークは、偏波保持光ファイバF3の途中で現れているため反射光は生じず、またレイリー散乱光の強度は被測定対象DUTからの反射光の強度に比べて極めて小さいため、測定誤差は殆ど生じない。   In such a situation, the zero-order correlation peak appears at a position of 1 [m] from one end of the polarization maintaining optical fiber F3 (the end connected to the coupling / branching unit 12). That is, a zero-order correlation peak appears at a position where the round-trip optical path length of the probe light LP is equal to the round-trip optical path length of the reference light LR. If reflected light or Rayleigh scattered light is generated at the position where the zeroth-order correlation peak appears, it may cause a measurement error because it interferes with the reference light LR. However, since the 0th-order correlation peak appears in the middle of the polarization maintaining optical fiber F3, no reflected light is generated, and the intensity of Rayleigh scattered light is extremely small compared to the intensity of the reflected light from the DUT to be measured. Measurement error hardly occurs.

また、参照光LRとプローブ光LPとの光路差が連続光L1の変調周期(1/fm)のN倍(Nは整数)になる場合に現れる相関ピークをN次相関ピーク(Nth Order Correlation Peak)という。具体的には、以下の(1)式に示す通り、参照光LRとプローブ光LPとの光路差(2L)を光速Vで除して得られる値が、連続光L1の変調周期(1/fm)のN倍と一致する場合に、N次相関ピークが現れる。尚、以下の(1)式中の光速Vは、光ファイバ中の光速である。
L=N・V/(2・fm) …(1)
Further, a correlation peak that appears when the optical path difference between the reference light LR and the probe light LP is N times (N is an integer) the modulation period (1 / fm) of the continuous light L1 is an N th Order Correlation. Peak). Specifically, as shown in the following equation (1), a value obtained by dividing the optical path difference (2L) between the reference light LR and the probe light LP by the speed of light V is a modulation period (1 / An Nth order correlation peak appears when it matches N times fm). In addition, the light speed V in the following (1) Formula is the light speed in an optical fiber.
L = N · V / (2 · fm) (1)

例えば、連続光L1の変調周波数fmが10[MHz]であり、光ファイバ中の光速Vが、例えば2×10[m/sec]であるとすると、上記(1)式においてN=1の場合の相関ピーク(1次相関ピーク)は、L=10[m]の位置に現れる。つまり、1次相関ピークは、0次相関ピークが現れた位置から10[m]だけ離れた位置(即ち、射出部14の位置)に現れる。上述の通り、射出部14の端面には被測定対象DUTが配置されていることから、1次相関ピークが現れる位置で反射光(プローブ光LPの反射光)が生ずる。このプローブ光LPの反射光は、参照光LR(反射部13で反射された参照光LR)と干渉し、受光部15から出力される受光信号S1の強度が最大になる。このように、相関ピークが現れる位置に被測定対象DUTが配置されている場合には、相関ピークが現れる位置でプローブ光LPの反射光が生ずるため、受光部15から出力される受光信号S1の強度が最大になる。 For example, assuming that the modulation frequency fm of the continuous light L1 is 10 [MHz] and the speed of light V in the optical fiber is 2 × 10 8 [m / sec], for example, N = 1 in the above equation (1). The correlation peak in this case (primary correlation peak) appears at the position of L = 10 [m]. That is, the primary correlation peak appears at a position 10 [m] away from the position where the zero-order correlation peak appears (that is, the position of the emission unit 14). As described above, since the DUT to be measured is arranged on the end face of the emitting portion 14, reflected light (reflected light of the probe light LP) is generated at the position where the primary correlation peak appears. The reflected light of the probe light LP interferes with the reference light LR (the reference light LR reflected by the reflecting unit 13), and the intensity of the received light signal S1 output from the light receiving unit 15 is maximized. As described above, when the DUT to be measured is arranged at the position where the correlation peak appears, the reflected light of the probe light LP is generated at the position where the correlation peak appears. Strength is maximized.

図2は、本発明の第1実施形態における相関ピークの一例を示す図である。尚、図2においては、横軸に射出部14の位置を原点とした被測定対象DUTの位置をとっており、縦軸に参照光LRとプローブ光LPとの相関度をとってある。尚、縦軸は、「受光信号S1の強度」と読み替えても良い。図2において、相関度がδ関数的に大きくなっている部分が相関ピークCPである。図2に示す例では、0[m]の位置(原点)に1次相関ピークが現れており、10[m]の位置に2次相関ピークが現れており、以降10[m]おきに3次以降の相関ピークが周期的に現れている。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a correlation peak in the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the horizontal axis represents the position of the measurement target DUT with the position of the emitting portion 14 as the origin, and the vertical axis represents the correlation between the reference light LR and the probe light LP. The vertical axis may be read as “intensity of light reception signal S1”. In FIG. 2, the correlation peak CP is a portion where the correlation degree increases in a δ function. In the example shown in FIG. 2, a primary correlation peak appears at a position (origin) of 0 [m], a secondary correlation peak appears at a position of 10 [m], and thereafter every 3 [m]. The correlation peaks after the next appear periodically.

図3は、本発明の第1実施形態における相関ピークの拡大図である。尚、図3は、図2に示す2次相関ピークを拡大した図である。図3に示す通り、相関ピークCPは、左右対称の山形状(上に凸の形状)であり、相関ピークCPの両脇にはサイドローブと呼ばれる複数の山形状(高さは相関ピークCPの高さよりも低い)が繰り返し存在することが分かる。また、相関ピークCPの前半部H1だけを見ると、相関ピークCPは、単調増加の直線に近い変化を示す部分があり、相関ピークCPの後半部H2だけを見ると、相関ピークCPは、単調減少の直線に近い変化を示す部分があるのが分かる。   FIG. 3 is an enlarged view of a correlation peak in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view of the secondary correlation peak shown in FIG. As shown in FIG. 3, the correlation peak CP has a symmetrical mountain shape (convex shape upward), and a plurality of mountain shapes called “side lobes” (height is the height of the correlation peak CP) on both sides of the correlation peak CP. It can be seen that (lower than the height) exists repeatedly. Further, when only the first half H1 of the correlation peak CP is viewed, the correlation peak CP has a portion showing a change close to a monotonically increasing line. When only the second half H2 of the correlation peak CP is viewed, the correlation peak CP is monotonous. It can be seen that there is a portion showing a change close to a decreasing straight line.

本実施形態では、このような相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2における直線に近い変化を示す部分を利用し、被測定対象DUTの測定部位が相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2に配置されるようにして被測定対象DUTの振動或いは変位を精度良く測定している。例えば、静止状態にある被測定対象DUTの測定部位が、図3中に示す位置DP(相関度が0.5程度となる位置)になるように、前述した(1)式を用いて光源部11の変調周波数fm及び整数Nの値を決定する。尚、変調周波数fmを高くすれば整数Nの値は大きくなり、変調周波数fmを低くすれば整数Nの値は小さくなる。   In the present embodiment, a portion showing a change close to a straight line in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP is used, and the measurement site of the measurement target DUT is the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP. The vibration or displacement of the DUT to be measured is accurately measured. For example, the light source unit using the above-described equation (1) so that the measurement site of the measurement target DUT in a stationary state is a position DP (a position where the correlation degree is about 0.5) shown in FIG. 11 modulation frequencies fm and integer N are determined. If the modulation frequency fm is increased, the value of the integer N is increased, and if the modulation frequency fm is decreased, the value of the integer N is decreased.

変調周波数fmが一定に維持されている場合には、相関ピークCPの位置は変動しないため、被測定対象DUTの測定部位が振動変位測定装置1の射出部14から遠ざかる方向(図3の紙面右方向)に変位すると、参照光LRとプローブ光LPとの相関度が高くなって受光信号S1の強度は高くなる。これに対し、変調周波数fmが一定に維持されている場合において、被測定対象DUTの測定部位が振動変位測定装置1の射出部14に近づく方向(図3の紙面左方向)に変位すると、参照光LRとプローブ光LPとの相関度が低くなって受光信号S1の強度は低くなる。このように、被測定対象DUTの測定部位の変位量に応じて受光信号S1の強度が変化するという現象を利用して、本実施形態では、受光信号S1の強度の測定結果を用いて被測定対象DUTの変位量を求めるようにしている。   When the modulation frequency fm is kept constant, the position of the correlation peak CP does not fluctuate. Therefore, the measurement site of the DUT to be measured is away from the emitting portion 14 of the vibration displacement measuring device 1 (right side of the drawing in FIG. 3). Displacement in the direction), the degree of correlation between the reference light LR and the probe light LP increases, and the intensity of the light reception signal S1 increases. On the other hand, when the modulation frequency fm is kept constant, if the measurement site of the DUT to be measured is displaced in the direction approaching the injection unit 14 of the vibration displacement measuring device 1 (the left side in FIG. 3), the reference is made. The degree of correlation between the light LR and the probe light LP decreases, and the intensity of the light reception signal S1 decreases. In this embodiment, using the phenomenon that the intensity of the light reception signal S1 changes in accordance with the amount of displacement of the measurement site of the DUT to be measured, the measurement result of the intensity of the light reception signal S1 is used in this embodiment. The amount of displacement of the target DUT is obtained.

ここで、図3に示す通り、相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2において、相関度が高い部分(相関度が0.8程度以上の部分)では、相関ピークCPは曲線状に変化しており、この部分を利用すると測定精度が悪化する虞が考えられる。また、相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2において、相関度が低い部分(相関度が0.2程度以下の部分)では、受光信号S1の強度が低くなっており、この部分を利用するとノイズ等の影響によって測定精度が悪化する虞が考えられる。   Here, as shown in FIG. 3, in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP, the correlation peak CP changes in a curve at a portion where the correlation degree is high (a part where the correlation degree is about 0.8 or more). If this part is used, there is a possibility that the measurement accuracy may deteriorate. Further, in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP, the intensity of the received light signal S1 is low in a portion where the correlation is low (a portion where the correlation is about 0.2 or less). There is a possibility that the measurement accuracy may deteriorate due to the influence of noise or the like.

このため、図3中に示す位置DP(相関度が0.5程度となる位置)を基準とし、被測定対象DUTの変位量(振動の振幅を含む)が、図3中に示す位置DL(相関度が0.2程度となる位置)と図3中に示す位置DH(相関度が0.8程度となる位置)との間に収まるようにすれば、測定精度の悪化を防止できると考えられる。尚、以下では、図3中に示す位置DPを「動作点OP」といい、図2中に示す位置DLを「最小変位点OL」といい、図2中に示す位置DHを「最大変位点OH」ということもある。   For this reason, with reference to the position DP shown in FIG. 3 (the position where the correlation degree is about 0.5), the displacement amount (including the amplitude of vibration) of the DUT to be measured is the position DL (shown in FIG. 3). It is considered that the deterioration of measurement accuracy can be prevented by keeping it between the position DH (position where the correlation degree is about 0.2) and the position DH shown in FIG. 3 (position where the correlation degree is about 0.8). It is done. In the following, the position DP shown in FIG. 3 is referred to as “operation point OP”, the position DL shown in FIG. 2 is called “minimum displacement point OL”, and the position DH shown in FIG. OH ".

図3に示す相関ピークCPの形状は、光源部11から出力される連続光L1の波長、偏波保持光ファイバF1〜F4の屈折率、射出部14から被測定対象DUTまでの光路の屈折率、連続光L1の変調周波数fm、変調振幅Δf、及び変調波形によって求めることができる。図1に示す演算部17は、これらを用いて相関ピークCPの形状を求め、求めた相関ピークCPの形状と取得部16から出力される信号とを用いて、被測定対象DUTの変位量を求めている。尚、被測定対象DUTの変位量を連続的に求めることによって、被測定対象DUTの振動を求めることができる。   The shape of the correlation peak CP shown in FIG. 3 is the wavelength of the continuous light L1 output from the light source unit 11, the refractive index of the polarization maintaining optical fibers F1 to F4, and the refractive index of the optical path from the emitting unit 14 to the measurement target DUT. The modulation frequency fm, the modulation amplitude Δf, and the modulation waveform of the continuous light L1 can be obtained. The calculation unit 17 shown in FIG. 1 obtains the shape of the correlation peak CP using these, and uses the obtained shape of the correlation peak CP and the signal output from the acquisition unit 16 to calculate the displacement amount of the measurement target DUT. Looking for. Note that the vibration of the measurement target DUT can be obtained by continuously obtaining the displacement amount of the measurement target DUT.

〈振動変位測定方法〉
次に、振動変位測定方法について説明する。振動変位測定装置1によって被測定対象DUTの振動或いは変位の測定を行うには、図3を用いて説明した通り、静止状態にある被測定対象DUTの測定部位が、図3中に示す動作点OPになるように、光源部11の変調周波数fm等を決定する必要がある。以下では、まず、光源部11の変調周波数fm等を決定する処理(以下、初期設定処理という)について説明し、次に被測定対象DUTの振動或いは変位を測定する処理(以下、測定処理という)について説明する。
<Vibration displacement measurement method>
Next, a vibration displacement measuring method will be described. In order to measure the vibration or displacement of the DUT to be measured by the vibration displacement measuring apparatus 1, as described with reference to FIG. 3, the measurement site of the DUT to be measured in the stationary state is the operating point shown in FIG. It is necessary to determine the modulation frequency fm and the like of the light source unit 11 so as to be OP. In the following, first, processing for determining the modulation frequency fm and the like of the light source unit 11 (hereinafter referred to as initial setting processing) will be described, and then processing for measuring vibration or displacement of the DUT to be measured (hereinafter referred to as measurement processing). Will be described.

・初期設定処理
図4は、本発明の第1実施形態で行われる初期設定処理を示すフローチャートである。まず、図4に示す通り、振動変位測定装置1に設けられた射出部14の端面(プローブ光LPの光路上における基準位置)に不図示の反射ミラーを設置し、反射ミラーにプローブ光LPを照射して、受光信号S1の強度が最大となる変調周波数fmを決定する処理が行われる(ステップS11:第1初期ステップ)。この処理は、偏波保持光ファイバF2,F3の長さを正確に把握することは実際上困難であるため、変調周波数fmの調整によってプローブ光LPと参照光LRとの光路長差を正確に把握するために行われる。
Initial Setting Process FIG. 4 is a flowchart showing the initial setting process performed in the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 4, a reflection mirror (not shown) is installed on the end surface (reference position on the optical path of the probe light LP) of the emission unit 14 provided in the vibration displacement measuring apparatus 1, and the probe light LP is applied to the reflection mirror. Irradiation is performed to determine the modulation frequency fm that maximizes the intensity of the light reception signal S1 (step S11: first initial step). In this process, it is practically difficult to accurately grasp the lengths of the polarization maintaining optical fibers F2 and F3. Therefore, the optical path length difference between the probe light LP and the reference light LR is accurately determined by adjusting the modulation frequency fm. Done to figure out.

射出部14の端面に対する不図示の反射ミラーの設置は、例えば振動変位測定装置1の設置やメンテナンス等を行う作業者によって行われる。尚、反射ミラーとしては、例えば反射面が平面な平面ミラーを用いることができるが、射出部14の端面から射出されるプローブ光LPを反射して射出部14に入射させることができるものであれば任意のミラーを用いることができる。   The installation of the reflection mirror (not shown) on the end face of the emission unit 14 is performed by an operator who performs installation, maintenance, and the like of the vibration displacement measuring device 1, for example. As the reflection mirror, for example, a flat mirror having a flat reflection surface can be used. However, the reflection mirror can be made to reflect the probe light LP emitted from the end face of the emission unit 14 and enter the emission unit 14. Any mirror can be used.

反射ミラーの設置が完了して、ステップS11の処理が開始されると、制御部18によって光源部11が制御され、予め規定された変調周波数fmで変調された連続光L1が光源部11から出力される。光源部11から出力された連続光L1は、偏波保持光ファイバF1を介して合分岐部12に入射し、偏波状態が保持されつつ参照光LRとプローブ光LPとに分岐される。   When the installation of the reflection mirror is completed and the process of step S11 is started, the light source unit 11 is controlled by the control unit 18, and the continuous light L1 modulated at a predetermined modulation frequency fm is output from the light source unit 11. Is done. The continuous light L1 output from the light source unit 11 enters the combining / branching unit 12 via the polarization maintaining optical fiber F1, and is branched into the reference light LR and the probe light LP while maintaining the polarization state.

分岐された参照光LRは、偏波保持光ファイバF2を伝播した後に反射部13によって偏波状態が保持されたまま反射され、偏波保持光ファイバF2を逆方向に伝播した後に合分岐部12に入射する。これに対し、分岐されたプローブ光LPは、偏波保持光ファイバF3を伝播した後に射出部14の端面に設置された不図示の反射ミラーによって偏波状態が保持されたまま反射され、偏波保持光ファイバF3を逆方向に伝播した後に合分岐部12に入射する。   The branched reference light LR is propagated through the polarization maintaining optical fiber F2 and then reflected by the reflecting unit 13 while maintaining the polarization state, and after propagating through the polarization maintaining optical fiber F2 in the reverse direction, the combining / branching unit 12 Is incident on. On the other hand, the branched probe light LP is reflected while the polarization state is maintained by a reflection mirror (not shown) installed on the end face of the emitting unit 14 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F3. After propagating through the holding optical fiber F3 in the reverse direction, the light enters the junction 12.

合分岐部12に入射した参照光LRの反射光及びプローブ光LPの反射光は、偏波状態が保持されたまま合波される。合分岐部12で合波された光は、偏波保持光ファイバF4を伝播した後に受光部15で受光される。これにより、受光部15からは、参照光LRとプローブ光LPとの干渉強度を示す受光信号S1が出力される。受光部15から出力された受光信号S1は、取得部16において演算部17で処理可能な信号に変換された後に演算部17に入力されて受光信号S1の強度を測定する処理が行われる。   The reflected light of the reference light LR and the reflected light of the probe light LP incident on the combining / branching unit 12 are combined while maintaining the polarization state. The light combined by the combining / branching unit 12 is received by the light receiving unit 15 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F4. As a result, the light receiving unit 15 outputs a light reception signal S1 indicating the interference intensity between the reference light LR and the probe light LP. The light reception signal S1 output from the light receiving unit 15 is converted into a signal that can be processed by the calculation unit 17 in the acquisition unit 16, and then input to the calculation unit 17 to measure the intensity of the light reception signal S1.

以上の処理が終了すると、制御部18の制御によって連続光L1の変調周波数fmが予め規定された周波数だけ変更され、変更された変調周波数fmにおける受光信号S1が取得部16で変換されて演算部17に入力されて受光信号S1の強度を測定する処理が行われる。以後、連続光L1の変調周波数fmを予め規定された周波数だけ変更し、変更した変調周波数fmにおける受光信号S1の強度を測定する処理が、制御部18の制御の下で繰り返し行われる。このような繰り返し処理が終了すると、演算部17で測定された受光信号S1の強度が最大となる変調周波数fmを決定する処理が制御部18で行われる。尚、ここで決定された変調周波数fmは、相関ピークの1つ(例えば、1次相関ピーク)が、射出部14の端面の位置に現れるようにするものである。   When the above processing ends, the modulation frequency fm of the continuous light L1 is changed by a predetermined frequency under the control of the control unit 18, and the light reception signal S1 at the changed modulation frequency fm is converted by the acquisition unit 16 to be calculated. 17 is performed to measure the intensity of the received light signal S1. Thereafter, the process of changing the modulation frequency fm of the continuous light L1 by a predetermined frequency and measuring the intensity of the received light signal S1 at the changed modulation frequency fm is repeatedly performed under the control of the control unit 18. When such repetitive processing is completed, processing for determining the modulation frequency fm that maximizes the intensity of the received light signal S1 measured by the arithmetic unit 17 is performed by the control unit 18. The modulation frequency fm determined here is such that one of the correlation peaks (for example, the primary correlation peak) appears at the position of the end face of the emitting portion 14.

次に、射出部14の端面に設置された不図示の反射ミラーを除去し、被測定対象DUTにプローブ光LPを照射して、連続光L1の変調周波数fmを変化させつつ受光信号S1の強度を測定する処理が演算部17で行われる(ステップS12:第2初期ステップ)。ここで、被測定対象DUTに照射されたプローブ光LPは、被測定対象DUTで反射されて射出部14の端面に入射するように設定されているものとする。尚、不図示の反射ミラーの除去は、例えば振動変位測定装置1の設置やメンテナンス等を行う作業者によって行われる。   Next, a reflection mirror (not shown) installed on the end face of the emitting unit 14 is removed, the probe light LP is irradiated to the measurement target DUT, and the intensity of the light reception signal S1 while changing the modulation frequency fm of the continuous light L1. Is calculated by the calculation unit 17 (step S12: second initial step). Here, it is assumed that the probe light LP irradiated to the measurement target DUT is set so as to be reflected by the measurement target DUT and to enter the end face of the emitting unit 14. The removal of the reflection mirror (not shown) is performed by, for example, an operator who performs installation or maintenance of the vibration displacement measuring apparatus 1.

ステップS12の処理が開始されると、制御部18の制御によって、まず連続光L1の変調周波数fmが、上述したステップS11で決定された変調周波数fmよりも予め規定された周波数だけ異なる周波数に設定される。例えば、連続光L1の変調周波数fmが、ステップS11で決定された変調周波数fmよりも僅かに低い周波数に設定される。このような周波数に設定された場合には、前述した(1)式中におけるLの値が僅かに大きくなる。これにより、射出部14の端面に現れている相関ピーク(例えば、1次相関ピーク)は、射出部14の端面から被測定対象DUTに向かう方向に移動した状態になる。そして、この状態における受光信号S1の強度の最大値(ピーク強度)を測定する処理が演算部17で行われる。   When the process of step S12 is started, the control frequency of the control unit 18 first sets the modulation frequency fm of the continuous light L1 to a frequency different from the modulation frequency fm determined in the above-described step S11 by a predetermined frequency. Is done. For example, the modulation frequency fm of the continuous light L1 is set to a frequency slightly lower than the modulation frequency fm determined in step S11. When such a frequency is set, the value of L in the above-described equation (1) is slightly increased. Thereby, the correlation peak (for example, primary correlation peak) appearing on the end face of the emitting unit 14 is moved from the end face of the emitting unit 14 in the direction toward the measurement target DUT. Then, processing for measuring the maximum value (peak intensity) of the light reception signal S1 in this state is performed by the arithmetic unit 17.

以後同様に、連続光L1の変調周波数fmを変化させつつ、受光信号S1のピーク強度を測定する処理が繰り返し行われる。つまり、変調周波数fmを走査(スキャン)して相関ピークの位置を徐々に移動させながら、受光信号S1のピーク強度を測定する処理が行われる。このような処理が行われることで、振動変位測定装置1からの距離(射出部14の端面からの距離)と、受光信号S1のピーク強度の変化との関係を示す受光強度分布が得られる。   Thereafter, similarly, the process of measuring the peak intensity of the received light signal S1 is repeatedly performed while changing the modulation frequency fm of the continuous light L1. That is, the process of measuring the peak intensity of the received light signal S1 is performed while scanning the modulation frequency fm and gradually moving the position of the correlation peak. By performing such processing, a received light intensity distribution indicating the relationship between the distance from the vibration displacement measuring apparatus 1 (the distance from the end face of the emitting unit 14) and the change in the peak intensity of the received light signal S1 is obtained.

ここで、被測定対象DUTが静止している場合には、上記の処理で得られる受光強度分布は、相関ピークの波形を示すものとなる。また、受光強度分布の最大値が得られる位置が、被測定対象DUTの測定部位が配置されている位置である。このため、上述した処理を行って受光強度分布を求めることにより、静止した状態にある被測定対象DUTの位置を求めることができる。   Here, when the DUT to be measured is stationary, the received light intensity distribution obtained by the above processing shows the waveform of the correlation peak. Further, the position where the maximum value of the received light intensity distribution is obtained is the position where the measurement site of the DUT to be measured is arranged. For this reason, the position of the measurement target DUT in a stationary state can be obtained by performing the above-described processing to obtain the received light intensity distribution.

これに対し、被測定対象DUTが静止していない場合(例えば、振動している場合)には、変調周波数fmが一定であったとしても、演算部17で測定される受光信号S1の強度は時間的に変動する。図5は、本発明の第1実施形態において被測定対象が振動している場合に測定される受光信号の強度の一例を示す図である。尚、図5においては、図2,図3と同様に、縦軸を「受光信号S1の強度」と読み替えても良い。   On the other hand, when the DUT to be measured is not stationary (for example, when it is vibrating), even if the modulation frequency fm is constant, the intensity of the light reception signal S1 measured by the calculation unit 17 is It varies with time. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the intensity of the received light signal measured when the measurement target is vibrating in the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, as in FIGS. 2 and 3, the vertical axis may be read as “intensity of the received light signal S <b> 1”.

例えば、被測定対象DUTの位置が、相関ピークの位置よりも紙面左側に移動した場合には、相関ピークが被測定対象DUTに対して相対的に紙面右側に移動したときの受光強度が得られる。これに対し、被測定対象DUTの位置が、相関ピークの位置よりも紙面右側に移動した場合には、相関ピークが被測定対象DUTに対して相対的に紙面左側に移動したときの受光強度が得られる。このように、被測定対象DUTが静止していない場合には演算部17で測定される受光信号S1の強度は時間的に変動する。   For example, when the position of the DUT to be measured moves to the left side of the paper relative to the position of the correlation peak, the received light intensity when the correlation peak moves to the right side of the paper relative to the DUT to be measured is obtained. . On the other hand, when the position of the DUT to be measured moves to the right side of the drawing relative to the position of the correlation peak, the received light intensity when the correlation peak moves to the left side of the drawing relative to the DUT to be measured. can get. As described above, when the measurement target DUT is not stationary, the intensity of the light reception signal S1 measured by the calculation unit 17 varies with time.

本実施形態では、受光信号S1の強度の最大値(ピーク強度)を測定することで、被測定対象DUTの静止時位置(被測定対象DUTが静止している時に配置される位置)を求めるようにしている。具体的に、図5中の符号PKを付した曲線が、演算部17で測定されたピーク強度を示す曲線である。尚、ピーク強度は、例えば、変調周波数fmがある周波数に設定されたときに、少なくとも被測定対象DUTの振動の一周期の間において、演算部17で測定された強度の最大値を保持(ピークホールド)することによって求められる。   In the present embodiment, by measuring the maximum intensity (peak intensity) of the light reception signal S1, the stationary position of the measurement target DUT (position when the measurement target DUT is stationary) is obtained. I have to. Specifically, the curve with the symbol PK in FIG. 5 is a curve indicating the peak intensity measured by the calculation unit 17. The peak intensity holds, for example, the maximum value of the intensity measured by the computing unit 17 during at least one period of vibration of the DUT to be measured (peak) when the modulation frequency fm is set to a certain frequency. It is calculated by holding.

図5を参照すると、被測定対象DUTの振れ幅の分だけ、相関ピークの最大値が得られる範囲が拡がっていることとが分かる。つまり、図5に示す例では、図中符号Wを付した範囲において、相関ピークの最大値が得られている。このため、被測定対象DUTが静止していない場合には、演算部17は、符号Wを付した範囲の中心位置Qを、被測定対象DUTの静止時位置として求め、符号Wを付した範囲の半分の長さを変位振幅として求めている。   Referring to FIG. 5, it can be seen that the range in which the maximum value of the correlation peak can be obtained is expanded by the amount of fluctuation of the DUT to be measured. That is, in the example shown in FIG. 5, the maximum value of the correlation peak is obtained in the range indicated by the symbol W in the figure. Therefore, when the DUT to be measured is not stationary, the calculation unit 17 obtains the center position Q of the range to which the symbol W is attached as the stationary position of the DUT to be measured, and the range to which the symbol W is attached. Is obtained as the displacement amplitude.

次いで、受光信号S1の強度が最大となる位置(或いは、受光信号S1の強度が最大となる範囲の中心位置Q)から、相関ピークの1つを被測定対象DUTの静止位置(或いは、静止時位置)に配置するための変調周波数fm0を決定する処理が演算部17で行われる(ステップS13)。また、符号Wの範囲から、変調振幅Δfを決定する処理が演算部17で行われる(ステップS14)。   Next, from the position where the intensity of the light reception signal S1 is maximized (or the center position Q of the range where the intensity of the light reception signal S1 is maximum), one of the correlation peaks is taken as the stationary position (or when stationary) of the DUT to be measured. Processing for determining the modulation frequency fm0 to be arranged at (position) is performed by the computing unit 17 (step S13). Further, the processing unit 17 performs a process of determining the modulation amplitude Δf from the range of the code W (step S14).

続いて、得られた変調周波数fm0と変調振幅Δfとに基づいて、相関ピークの波形を算出する処理が演算部17で行われる(ステップS15)。この処理によって、例えば図3に示す相関ピークCPの波形が求められる。以上の処理が終了すると、静止している被測定対象DUTの測定部位、或いは静止時位置にある被測定対象DUTの測定部位が、図3中に示す動作点OPになるよう、変調周波数fmが調整される(ステップS16:第3初期ステップ)。   Subsequently, based on the obtained modulation frequency fm0 and modulation amplitude Δf, processing for calculating the waveform of the correlation peak is performed by the computing unit 17 (step S15). By this processing, for example, the waveform of the correlation peak CP shown in FIG. 3 is obtained. When the above processing is completed, the modulation frequency fm is set so that the measurement part of the measurement target DUT that is stationary or the measurement part of the measurement target DUT that is at a stationary position becomes the operating point OP shown in FIG. Adjustment is made (step S16: third initial step).

・測定処理
図6は、本発明の第1実施形態で行われる測定処理を示すフローチャートである。処理が開始されると、制御部18によって光源部11が制御され、上述した初期設定処理で最終的に決定された変調周波数fm及び変調振幅Δfで変調された連続光L1が光源部11から出力される(ステップS21:第1ステップ)。光源部11から出力された連続光L1は、偏波保持光ファイバF1を介して合分岐部12に入射し、偏波状態が保持されつつ参照光LRとプローブ光LPとに分岐される(ステップS22:第2ステップ)。
Measurement Process FIG. 6 is a flowchart showing the measurement process performed in the first embodiment of the present invention. When the processing is started, the light source unit 11 is controlled by the control unit 18, and the continuous light L1 modulated with the modulation frequency fm and the modulation amplitude Δf finally determined by the above-described initial setting processing is output from the light source unit 11. (Step S21: first step). The continuous light L1 output from the light source unit 11 enters the combining / branching unit 12 via the polarization maintaining optical fiber F1, and is branched into the reference light LR and the probe light LP while maintaining the polarization state (step). S22: Second step).

分岐された参照光LRは、偏波保持光ファイバF2を伝播した後に反射部13によって偏波状態が保持されたまま反射され、偏波保持光ファイバF2を逆方向に伝播した後に合分岐部12に入射する。これに対し、分岐されたプローブ光LPは、偏波保持光ファイバF3を伝播した後に射出部14から偏波状態が保持されたまま振動変位測定装置1の外部に射出され、図1に示す光路を伝播した後に、被測定対象DUTの測定部位に照射される。被測定対象DUTに照射されたプローブ光LPの反射光は、図1に示す光路を逆向きに伝播した後に射出部14に入射し、偏波保持光ファイバF3を逆方向に伝播した後に合分岐部12に入射する。   The branched reference light LR is propagated through the polarization maintaining optical fiber F2 and then reflected by the reflecting unit 13 while maintaining the polarization state, and after propagating through the polarization maintaining optical fiber F2 in the reverse direction, the combining / branching unit 12 Is incident on. On the other hand, the branched probe light LP propagates through the polarization-maintaining optical fiber F3 and then exits from the vibration displacement measuring apparatus 1 while maintaining the polarization state from the emitting unit 14, and the optical path shown in FIG. After being propagated, the measurement site of the DUT to be measured is irradiated. The reflected light of the probe light LP applied to the DUT to be measured is propagated in the reverse direction in the optical path shown in FIG. 1 and then incident on the emission unit 14 and then propagated in the reverse direction through the polarization maintaining optical fiber F3. Incident on the portion 12.

合分岐部12に入射した参照光LRの反射光及びプローブ光LPの反射光は、偏波状態が保持されたまま合波される。合分岐部12で合波された光は、偏波保持光ファイバF4を伝播した後に受光部15で受光される(ステップS23:第3ステップ)。これにより、受光部15からは、参照光LRとプローブ光LPとの干渉強度を示す受光信号S1が出力される。受光部15から出力された受光信号S1は、取得部16において演算部17で処理可能な信号に変換された後に演算部17に入力される。   The reflected light of the reference light LR and the reflected light of the probe light LP incident on the combining / branching unit 12 are combined while maintaining the polarization state. The light combined by the combining / branching unit 12 is received by the light receiving unit 15 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F4 (step S23: third step). As a result, the light receiving unit 15 outputs a light reception signal S1 indicating the interference intensity between the reference light LR and the probe light LP. The light reception signal S <b> 1 output from the light receiving unit 15 is converted into a signal that can be processed by the calculation unit 17 in the acquisition unit 16 and then input to the calculation unit 17.

取得部16からの信号が入力されると、演算部17では、前述した通り、相関ピークCPの形状を求め、求めた相関ピークCPの形状と取得部16から出力された信号とを用いて、被測定対象DUTの変位量を求める処理が行われる(ステップS24:第4ステップ)。尚、このような被測定対象DUTの変位量を求める処理が連続して行われることで、被測定対象DUTの振動が求められる。   When the signal from the acquisition unit 16 is input, the calculation unit 17 obtains the shape of the correlation peak CP as described above, and uses the obtained shape of the correlation peak CP and the signal output from the acquisition unit 16, Processing for obtaining the displacement amount of the DUT to be measured is performed (step S24: fourth step). In addition, the vibration of the measurement target DUT is obtained by continuously performing the process for obtaining the displacement amount of the measurement target DUT.

ここで、演算部17は、相関ピークCPの形状を求めた場合に、求めた相関ピークCPの形状に対し、一般的に知られている最適化方法を用いて関数のフィッティングを行うようにしても良い。一般的に、フィッティングに用いられる関数は、1次関数或いは2次関数が多いが、より高次の関数であっても良く、非線形関数であっても良く、任意の関数を用いることができる。尚、フィッティングに1次関数を用いることができる場合には、極めて容易な演算で被測定対象DUTの変位量を求めることができる。   Here, when the shape of the correlation peak CP is obtained, the calculation unit 17 performs function fitting on the obtained shape of the correlation peak CP using a generally known optimization method. Also good. In general, there are many linear functions or quadratic functions as functions used for fitting. However, a higher-order function or a non-linear function may be used, and an arbitrary function can be used. If a linear function can be used for the fitting, the displacement amount of the DUT to be measured can be obtained by an extremely easy calculation.

上記のフィッティングが演算部17で行われる場合には、制御部18が光源部11を制御して、演算部17でフィッティングされた関数の誤差が許容範囲に収まるように、図3に示す最小変位点OL及び最大変位点OHを自動的に設定するようにしても良い。例えば、測定可能な距離レンジ(最小変位点OLと最大変位点OHとの間隔)が、被測定対象DUTの最大変位量よりも狭い場合には、制御部18が光源部11を制御して、相関ピークCPの形状を変えることで、測定可能な距離レンジを広げることができる。具体的に、連続光L1の変調が正弦波を用いて行われている場合には、その変調振幅Δfを小さくすれば相関ピークCPの幅が広がるため、測定可能な距離レンジを広げることができる。   When the above fitting is performed by the calculation unit 17, the control unit 18 controls the light source unit 11 so that the error of the function fitted by the calculation unit 17 falls within an allowable range. The point OL and the maximum displacement point OH may be automatically set. For example, when the measurable distance range (the interval between the minimum displacement point OL and the maximum displacement point OH) is narrower than the maximum displacement amount of the DUT to be measured, the control unit 18 controls the light source unit 11, By changing the shape of the correlation peak CP, the measurable distance range can be expanded. Specifically, when the modulation of the continuous light L1 is performed using a sine wave, the width of the correlation peak CP is widened by reducing the modulation amplitude Δf, so that the measurable distance range can be widened. .

逆に、測定可能な距離レンジ(最小変位点OLと最大変位点OHとの間隔)が、被測定対象DUTの最大変位量よりも広すぎる場合には、相関ピークCPの傾斜のごく一部しか用いられないこととなる。このような場合には、制御部18が光源部11を制御して、相関ピークCPの形状を変えて測定可能な距離レンジを狭くすることで、被測定対象DUTの変位量の感度を向上させることができる。具体的に、連続光L1の変調が正弦波を用いて行われている場合には、その変調振幅Δfを大きくすれば相関ピークCPの幅が狭くなって傾斜が急峻になるため、被測定対象DUTの変位量の感度を向上させることができる。   Conversely, if the measurable distance range (interval between the minimum displacement point OL and the maximum displacement point OH) is too wide than the maximum displacement amount of the DUT to be measured, only a small part of the slope of the correlation peak CP is present. It will not be used. In such a case, the control unit 18 controls the light source unit 11 to change the shape of the correlation peak CP and narrow the measurable distance range, thereby improving the sensitivity of the displacement amount of the measurement target DUT. be able to. Specifically, when the modulation of the continuous light L1 is performed using a sine wave, if the modulation amplitude Δf is increased, the width of the correlation peak CP becomes narrower and the inclination becomes steeper. The sensitivity of the displacement amount of the DUT can be improved.

以上の通り、本実施形態では、被測定対象DUTの測定部位が相関ピークCPの前半部H1又は後半部H2に配置されるように光源部11から出力される連続光L1を周波数変調し、連続光L1を合分岐部12で参照光LRとプローブ光LPとに分岐している。そして、反射部13で反射された参照光LRと被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPとを合分岐部12で合波して受光し、得られた受光信号S1を用いて被測定対象DUTの振動或いは変位を求めるようにしている。   As described above, in the present embodiment, the continuous light L1 output from the light source unit 11 is frequency-modulated so that the measurement site of the measurement target DUT is arranged in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP, The light L1 is branched into the reference light LR and the probe light LP by the combining / branching unit 12. Then, the reference light LR reflected by the reflection unit 13 and the probe light LP reflected by the measurement target DUT are combined and received by the combining / branching unit 12, and the measurement target is obtained using the obtained light reception signal S1. The vibration or displacement of the DUT is obtained.

このため、本実施形態では、従来の加速度センサのようにダイナミックレンジが制限されることはなく、また従来のように積分演算を行う必要がないことから、広いダイナミックレンジを有し、従来よりも高精度の測定を行うことが可能である。また、本実施形態では、従来のレーザ干渉計のように光変調器を用いて光路差を可変掃引する必要もないことから、コストの大幅な上昇を招くことなく、低コストで振動変位測定装置1を実現することができる。   For this reason, in this embodiment, the dynamic range is not limited as in the conventional acceleration sensor, and it is not necessary to perform the integral calculation as in the conventional case. It is possible to perform highly accurate measurement. Further, in the present embodiment, since there is no need to variably sweep the optical path difference using an optical modulator as in a conventional laser interferometer, the vibration displacement measuring device can be produced at a low cost without causing a significant increase in cost. 1 can be realized.

また、本実施形態では、被測定対象DUTの測定に先立って、連続光L1の変調周波数fmを走査(スキャン)することによって相関ピークが現れる位置を変えていき、相関ピークの1つを被測定対象DUTの静止位置(或いは、静止時位置)に配置するための変調周波数fm0を決定するようにしている。そして、決定された変調周波数fm0と変調振幅Δfとに基づいて相関ピークの波形を算出し、静止している被測定対象DUTの測定部位、或いは静止時位置にある被測定対象DUTの測定部位が、図3中に示す動作点OPになるよう変調周波数fmを調整するようにしている。このように、本実施形態では、被測定対象DUTの振動或いは変位を非接触で測定する上で必要な変調周波数fmの調整を、短時間で自動的に行うことができる。   In the present embodiment, prior to measurement of the measurement target DUT, the position where the correlation peak appears is changed by scanning the modulation frequency fm of the continuous light L1, and one of the correlation peaks is measured. The modulation frequency fm0 to be arranged at the stationary position (or stationary position) of the target DUT is determined. Then, the waveform of the correlation peak is calculated based on the determined modulation frequency fm0 and modulation amplitude Δf, and the measurement part of the measurement target DUT that is stationary or the measurement part of the measurement target DUT that is at a stationary position is obtained. The modulation frequency fm is adjusted so that the operating point OP shown in FIG. As described above, in this embodiment, the modulation frequency fm necessary for measuring the vibration or displacement of the DUT to be measured without contact can be automatically adjusted in a short time.

〔第2実施形態〕
図7は、本発明の第2実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図7では、図1に示した構成と同じ構成については同一の符号を付してある。図7に示す通り、本実施形態の振動変位測定装置2は、図1に示す振動変位測定装置1の射出部14をコネクタ部CNに代えた構成である。このような振動変位測定装置2は、例えば直接目視することができない被測定対象DUTの内部等のような部位であっても測定可能とするものである。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram showing a main configuration of the vibration displacement measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. As shown in FIG. 7, the vibration displacement measuring device 2 of the present embodiment has a configuration in which the injection unit 14 of the vibration displacement measuring device 1 shown in FIG. 1 is replaced with a connector portion CN. Such a vibration displacement measuring apparatus 2 is capable of measuring even a part such as the inside of the measurement target DUT that cannot be directly observed.

コネクタ部CNには、一端に射出部14が設けられた偏波保持光ファイバF10(光ファイバ)の他端が取り付けられる。この偏波保持光ファイバF10は、偏波保持光ファイバF3を介したプローブ光LPを、被測定対象DUTに向けて照射する位置である照射位置まで導くためのものである。このような偏波保持光ファイバF10を取り付け可能とすることで、被測定対象DUTに対して任意の位置、任意の方向からプローブ光LPを照射することができ、また、被測定対象DUTの内部にもプローブ光LPを導くことが可能になる。このため、上述した被測定対象DUTの内部等の部位の振動或いは変位も測定可能になる。   The other end of the polarization-maintaining optical fiber F10 (optical fiber) provided with the emitting portion 14 at one end is attached to the connector portion CN. The polarization maintaining optical fiber F10 is for guiding the probe light LP via the polarization maintaining optical fiber F3 to an irradiation position that is a position where the probe light LP is irradiated toward the measurement target DUT. By making it possible to attach such a polarization maintaining optical fiber F10, it is possible to irradiate the probe light LP from an arbitrary position and an arbitrary direction with respect to the measurement target DUT, and also, inside the measurement target DUT. Also, the probe light LP can be guided. For this reason, it becomes possible to measure the vibration or displacement of a part such as the inside of the measurement target DUT.

尚、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、被測定対象DUTの測定部位が相関ピークCPの前半部H1又は後半部H2に配置されるように光源部11から出力される連続光L1を周波数変調し、連続光L1を合分岐部12で参照光LRとプローブ光LPとに分岐している。そして、反射部13で反射された参照光LRと被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPとを合分岐部12で合波して受光し、得られた受光信号S1を用いて被測定対象DUTの振動或いは変位を求めるようにしている。このため、第1実施形態と同様に、広いダイナミックレンジを有し、従来よりも高精度の測定を行うことが可能である。   In the present embodiment as well, as in the first embodiment, continuous light output from the light source unit 11 so that the measurement site of the DUT to be measured is arranged in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP. L1 is frequency-modulated, and the continuous light L1 is branched into the reference light LR and the probe light LP by the combining / branching unit 12. Then, the reference light LR reflected by the reflection unit 13 and the probe light LP reflected by the measurement target DUT are combined and received by the combining / branching unit 12, and the measurement target is obtained using the obtained light reception signal S1. The vibration or displacement of the DUT is obtained. For this reason, similarly to the first embodiment, it has a wide dynamic range and can perform measurement with higher accuracy than in the past.

〔第3実施形態〕
図8は、本発明の第3実施形態による振動変位測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図8では、図1に示した構成と同じ構成については同一の符号を付してある。図8に示す通り、本実施形態の振動変位測定装置3は、図1に示す振動変位測定装置1の合分岐部12、反射部13、及び偏波保持光ファイバF2〜F4に代えて、分岐部21、光サーキュレータ22、合波部23、及び偏波保持光ファイバF21〜F25を設けた構成である。このような振動変位測定装置3は、プローブ光LPの損失(ロス)を低減して、S/N(信号雑音比)の向上を図ったものである。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram showing a main configuration of the vibration displacement measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 8, the vibration displacement measuring device 3 of the present embodiment is branched instead of the branching unit 12, the reflecting unit 13, and the polarization maintaining optical fibers F <b> 2 to F <b> 4 of the vibration displacement measuring device 1 shown in FIG. 1. This is a configuration in which a section 21, an optical circulator 22, a multiplexing section 23, and polarization maintaining optical fibers F21 to F25 are provided. Such a vibration displacement measuring device 3 is intended to improve the S / N (signal-to-noise ratio) by reducing the loss of the probe light LP.

分岐部21は、偏波保持光ファイバF1が接続された1つの入力端と、偏波保持光ファイバF21,F22がそれぞれ接続された2つの出力端とを有しており、入力端から入力される光を2分岐して出力端からそれぞれ出力する。具体的に、分岐部21は、偏波保持光ファイバF1が接続された入力端から入力される光(連続光L1)を、その偏波状態を保持しつつ参照光LRとプローブ光LPとに分岐し、分岐したプローブ光LPを偏波保持光ファイバF21が接続された出力端から出力し、分岐した参照光LRを偏波保持光ファイバF22が接続された出力端から出力する。尚、分岐部21の分岐比は、図1に示す合分岐部12と同様に任意である。   The branching unit 21 has one input end to which the polarization maintaining optical fiber F1 is connected and two output ends to which the polarization maintaining optical fibers F21 and F22 are respectively connected, and is input from the input end. The light to be split into two and output from the output end. Specifically, the branching unit 21 converts the light (continuous light L1) input from the input end to which the polarization maintaining optical fiber F1 is connected into the reference light LR and the probe light LP while maintaining the polarization state. The branched probe light LP is output from the output end connected to the polarization maintaining optical fiber F21, and the branched reference light LR is output from the output end connected to the polarization maintaining optical fiber F22. In addition, the branching ratio of the branching part 21 is arbitrary like the combining branching part 12 shown in FIG.

光サーキュレータ22は、偏波保持光ファイバF21が接続された入出力端P1と、偏波保持光ファイバF23が接続された入出力端P2と、偏波保持光ファイバF24が接続された入出力端P3とを有する。この光サーキュレータ22は、入出力端P1から入力される光を入出力端P2から出力し、入出力端P2から入力される光を入出力端P3から出力し、入出力端P3から入力される光を入出力端P1から出力する。尚、光サーキュレータ22は、上記の光の入出力を、その偏波状態を保持しつつ行う。尚、偏波保持光ファイバF23は、射出部14にも接続されている。   The optical circulator 22 includes an input / output end P1 to which the polarization maintaining optical fiber F21 is connected, an input / output end P2 to which the polarization maintaining optical fiber F23 is connected, and an input / output end to which the polarization maintaining optical fiber F24 is connected. P3. The optical circulator 22 outputs light input from the input / output terminal P1 from the input / output terminal P2, outputs light input from the input / output terminal P2 from the input / output terminal P3, and inputs from the input / output terminal P3. Light is output from the input / output terminal P1. The optical circulator 22 performs the above-described light input / output while maintaining the polarization state. The polarization maintaining optical fiber F23 is also connected to the emitting unit 14.

合波部23は、偏波保持光ファイバF22,F24がそれぞれ接続された2つの入力端と、偏波保持光ファイバF25が接続された1つの出力端とを有する。この合波部23は、偏波保持光ファイバF22が接続された入力端から入力される光(参照光LR)と、偏波保持光ファイバF24が接続された入力端から入力される光(プローブ光LPの反射光)とを、その偏波状態を保持しつつ合波し、合波した光を偏波保持光ファイバF25が接続された出力端から出力する。   The multiplexing unit 23 has two input ends to which the polarization maintaining optical fibers F22 and F24 are respectively connected, and one output end to which the polarization maintaining optical fiber F25 is connected. The multiplexing unit 23 includes light (reference light LR) input from the input end to which the polarization maintaining optical fiber F22 is connected and light (probe) input from the input end to which the polarization maintaining optical fiber F24 is connected. The reflected light of the light LP is multiplexed while maintaining its polarization state, and the combined light is output from the output end to which the polarization maintaining optical fiber F25 is connected.

次に、振動変位測定装置3の動作について簡単に説明する。動作が開始されると、第1,第2実施形態と同様に、制御部18によって光源部11が制御され、前述した初期設定処理で決定された変調周波数fmで変調された連続光L1が光源部11から出力される。光源部11から出力された連続光L1は、偏波保持光ファイバF1を介して分岐部21に入射し、偏波状態が保持されつつ参照光LRとプローブ光LPとに分岐される。   Next, the operation of the vibration displacement measuring device 3 will be briefly described. When the operation is started, as in the first and second embodiments, the light source unit 11 is controlled by the control unit 18, and the continuous light L1 modulated at the modulation frequency fm determined in the initial setting process described above is the light source. Output from the unit 11. The continuous light L1 output from the light source unit 11 enters the branching unit 21 via the polarization maintaining optical fiber F1, and is branched into the reference light LR and the probe light LP while maintaining the polarization state.

分岐されたプローブ光LPは、偏波保持光ファイバF21を伝播した後に光サーキュレータ22の入出力端P1に入力し、偏波状態が保持されたまま光サーキュレータ22の入出力端P2から出力される。そして、偏波保持光ファイバF21を伝播した後に、射出部14から偏波状態が保持されたまま振動変位測定装置1の外部に射出され、図3に示す光路を伝播した後に、被測定対象DUTの測定部位に照射される。他方、分岐された参照光LRは、偏波保持光ファイバF22を伝播した後に合波部23に入力する。   The branched probe light LP is input to the input / output terminal P1 of the optical circulator 22 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F21, and is output from the input / output terminal P2 of the optical circulator 22 while maintaining the polarization state. . Then, after propagating through the polarization-maintaining optical fiber F21, it is emitted from the emission unit 14 to the outside of the vibration displacement measuring apparatus 1 while maintaining the polarization state, and after propagating through the optical path shown in FIG. The measurement site is irradiated. On the other hand, the branched reference light LR is input to the multiplexing unit 23 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F22.

被測定対象DUTに照射されたプローブ光LPの反射光は、図3に示す光路を逆向きに伝播した後に射出部14に入射する。この反射光は、偏波保持光ファイバF23を逆方向に伝播した後に光サーキュレータ22の入出力端P2に入力し、偏波状態が保持されたまま光サーキュレータ22の入出力端P3から出力される。そして、偏波保持光ファイバF24を伝播した後に合波部23に入射して参照光LRと合波される。合波部23で合波された光(参照光LRとプローブ光LPの反射光との干渉光)は、偏波保持光ファイバF25伝播した後に受光部15で受光される。   The reflected light of the probe light LP applied to the DUT to be measured is incident on the emission unit 14 after propagating in the reverse direction along the optical path shown in FIG. This reflected light propagates in the polarization maintaining optical fiber F23 in the reverse direction and then enters the input / output terminal P2 of the optical circulator 22, and is output from the input / output terminal P3 of the optical circulator 22 while maintaining the polarization state. . Then, after propagating through the polarization maintaining optical fiber F24, the light enters the multiplexing unit 23 and is combined with the reference light LR. The light combined by the combining unit 23 (interference light between the reference light LR and the reflected light of the probe light LP) is propagated by the polarization maintaining optical fiber F25 and then received by the light receiving unit 15.

これにより、受光部15からは、参照光LRとプローブ光LPの反射光との干渉強度を示す受光信号S1が出力される。受光部15から出力された受光信号S1は、取得部16において演算部17で処理可能な信号に変換された後に演算部17に入力される。そして、演算部17では、前述した通り、相関ピークCPの形状を求め、求めた相関ピークCPの形状と取得部16から出力された信号とを用いて、被測定対象DUTの変位量を求める処理が行われる。   As a result, the light receiving unit 15 outputs a light reception signal S1 indicating the interference intensity between the reference light LR and the reflected light of the probe light LP. The light reception signal S <b> 1 output from the light receiving unit 15 is converted into a signal that can be processed by the calculation unit 17 in the acquisition unit 16 and then input to the calculation unit 17. Then, as described above, the calculation unit 17 obtains the shape of the correlation peak CP, and uses the obtained shape of the correlation peak CP and the signal output from the acquisition unit 16 to obtain the displacement amount of the measurement target DUT. Is done.

以上の通り、本実施形態では、分岐部21と射出部14との間に光サーキュレータ22を設け、光サーキュレータ22の入出力端P2に入力したプローブ光LPの反射光の全てを入出力端P3から出力するようにしている。これにより、第1,第2実施形態のように、プローブ光LPの反射光が合分岐部12で分岐されることがないため、プローブ光LPの損失(ロス)を低減することができる。その結果として、S/N(信号雑音比)の向上を図ることができる。   As described above, in the present embodiment, the optical circulator 22 is provided between the branching portion 21 and the emitting portion 14, and all the reflected light of the probe light LP input to the input / output end P2 of the optical circulator 22 is input / output end P3. Output. As a result, unlike the first and second embodiments, the reflected light of the probe light LP is not branched by the combining / branching unit 12, so that the loss of the probe light LP can be reduced. As a result, the S / N (signal to noise ratio) can be improved.

次に、上述した第1〜第3実施形態で用いられている射出部14の具体的な構成例について説明する。図9は、本発明の第1〜第3実施形態における射出部の構成例を示す図である。図9(a)に示す通り、射出部14は、偏波保持光ファイバF3、偏波保持光ファイバF10、或いは偏波保持光ファイバF23(以下、偏波保持光ファイバF3等と略記する)の端部から予め規定された距離だけ離間して配置された両凸レンズ14a(レンズ)を備える。この両凸レンズ14aは、偏波保持光ファイバF3等の端部から射出されたプローブ光LPが、被測定対象DUTの測定部位に集光され、被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPが偏波保持光ファイバF3等の端部に集光されるように、偏波保持光ファイバF3等の端部と被測定対象DUTとの間に配置される。   Next, a specific configuration example of the injection unit 14 used in the first to third embodiments described above will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the injection unit in the first to third embodiments of the present invention. As shown in FIG. 9A, the emitting unit 14 is a polarization maintaining optical fiber F3, a polarization maintaining optical fiber F10, or a polarization maintaining optical fiber F23 (hereinafter abbreviated as a polarization maintaining optical fiber F3 or the like). A biconvex lens 14a (lens) is provided that is spaced from the end portion by a predetermined distance. In this biconvex lens 14a, the probe light LP emitted from the end of the polarization maintaining optical fiber F3 or the like is condensed on the measurement site of the measurement target DUT, and the probe light LP reflected by the measurement target DUT is polarized. It arrange | positions between edge parts, such as polarization-maintaining optical fiber F3, and to-be-measured object DUT so that it may concentrate on edge parts, such as wave-maintaining optical fiber F3.

尚、両凸レンズ14aの開口数(NA:Numerical Aperture)は、偏波保持光ファイバF3等の開口数と合致しているのが望ましい。また、偏波保持光ファイバF3等の端部と両凸レンズ14aとの位置関係がずれないように、偏波保持光ファイバF3等及び両凸レンズ14aは、モジュール化されているのが望ましい。偏波保持光ファイバF3等及び両凸レンズ14aをモジュール化する方法は、例えばプローブ光LPの光路を遮らないように偏波保持光ファイバF3等及び両凸レンズ14aを樹脂で固める等の任意の方法を用いることできる。   The numerical aperture (NA) of the biconvex lens 14a preferably matches the numerical aperture of the polarization maintaining optical fiber F3 or the like. Further, it is desirable that the polarization maintaining optical fiber F3 and the biconvex lens 14a are modularized so that the positional relationship between the end of the polarization maintaining optical fiber F3 and the biconvex lens 14a is not shifted. As a method for modularizing the polarization maintaining optical fiber F3 and the like and the biconvex lens 14a, for example, an arbitrary method such as fixing the polarization maintaining optical fiber F3 and the biconvex lens 14a with resin so as not to block the optical path of the probe light LP is used. Can be used.

ここで、図9(b)に示す通り、両凸レンズ14aによって集光されるプローブ光LPは、完全な一点に集光される訳ではなく、ある幅をもったスポット状に集光される。尚、スポットの径が最小になる位置がビームウェストBWであり、ビームウェストBWの半径に対してプローブ光LPが所定の大きさまで広がる光軸方向の距離が焦点深度DOFである。   Here, as shown in FIG. 9B, the probe light LP condensed by the biconvex lens 14a is not condensed at a complete point, but is condensed in a spot shape having a certain width. The position where the spot diameter is minimum is the beam waist BW, and the distance in the optical axis direction where the probe light LP spreads to a predetermined size with respect to the radius of the beam waist BW is the depth of focus DOF.

被測定対象DUTが、上記の焦点深度DOF内で振動している場合は、被測定対象DUTから反射されるプローブ光LPは、図9(a)に示す通り、両凸レンズ14aによって偏波保持光ファイバF3等の端部に集光されて、偏波保持光ファイバF3等に入射する。このため、被測定対象DUTの振動或いは変位が、焦点深度DOF内に収まるような微小振動或いは微小変位である場合には、図9(a)に示す構成の射出部14で良好に測定することができる。   When the measurement target DUT is oscillating within the above-described depth of focus DOF, the probe light LP reflected from the measurement target DUT is polarization-maintaining light by the biconvex lens 14a as shown in FIG. The light is condensed at the end of the fiber F3 or the like and enters the polarization maintaining optical fiber F3 or the like. For this reason, when the vibration or displacement of the DUT to be measured is a minute vibration or a minute displacement that can be accommodated within the focal depth DOF, the measurement is preferably performed by the emission unit 14 having the configuration shown in FIG. Can do.

これに対し、被測定対象DUTが、上記の焦点深度DOFを大きく外れる場合には、図9(b)に示す通り、被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPが両凸レンズ14aの口径を超えて広がることがある。このように、両凸レンズ14aの口径を超えて広がったプローブ光LPは、偏波保持光ファイバF3等の端部に集光されることはないため、プローブ光LPの強度(受光信号S1の強度)に誤差が生じ、大きな振動或いは変位を高い精度で測定することができなくなる。   On the other hand, when the DUT to be measured greatly deviates from the depth of focus DOF, the probe light LP reflected by the DUT to be measured exceeds the aperture of the biconvex lens 14a as shown in FIG. 9B. May spread. Thus, since the probe light LP that has spread beyond the aperture of the biconvex lens 14a is not condensed on the end of the polarization maintaining optical fiber F3 or the like, the intensity of the probe light LP (the intensity of the light reception signal S1). ), And a large vibration or displacement cannot be measured with high accuracy.

図10は、本発明の第1〜第3実施形態における射出部の他の構成例を示す図である。図10に示す通り、射出部14は、偏波保持光ファイバF3等の端部から予め規定された距離だけ離間して配置されたシリンドリカルレンズ14b(レンズ)を備える。このシリンドリカルレンズ14bは焦点位置が偏波保持光ファイバF3等の端部に配置されるように、偏波保持光ファイバF3等の端部と被測定対象DUTとの間に配置される。   FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the injection unit in the first to third embodiments of the present invention. As shown in FIG. 10, the emission unit 14 includes a cylindrical lens 14 b (lens) that is disposed at a predetermined distance from an end of the polarization maintaining optical fiber F <b> 3 or the like. The cylindrical lens 14b is disposed between the end of the polarization maintaining optical fiber F3 and the measurement target DUT so that the focal position is disposed at the end of the polarization maintaining optical fiber F3 and the like.

シリンドリカルレンズ14bは、偏波保持光ファイバF3等の端部から射出されるプローブ光LPを平行光に変換し、被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPを偏波保持光ファイバF3等の端部に集光する。このようなシリンドリカルレンズ14bを用いれば、被測定対象DUTの振動或いは変位が大きくなっても、被測定対象DUTで反射されたプローブ光LPが、シリンドリカルレンズ14bを外れてしまい、偏波保持光ファイバF3等の端部に集光されなくなるといった事態は生じない。このため、被測定対象DUTの振動或いは変位が大きい場合であっても、被測定対象DUTの振動或いは変位を高い精度で測定することができる。   The cylindrical lens 14b converts the probe light LP emitted from the end of the polarization maintaining optical fiber F3 or the like into parallel light, and converts the probe light LP reflected by the measurement target DUT to the end of the polarization maintaining optical fiber F3 or the like. Focus on the part. When such a cylindrical lens 14b is used, even if the vibration or displacement of the measurement target DUT is increased, the probe light LP reflected by the measurement target DUT is separated from the cylindrical lens 14b, and the polarization maintaining optical fiber There is no situation where the light is not collected at the end of F3 or the like. For this reason, even if the vibration or displacement of the measurement target DUT is large, the vibration or displacement of the measurement target DUT can be measured with high accuracy.

以上、本発明の実施形態による振動変位測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第1,第2実施形態では、光源部11、合分岐部12、反射部13、射出部14、及び受光部15が偏波保持光ファイバF1〜F4によって接続されている例について説明した。また、上記第3実施形態では、光源部11、分岐部21、光サーキュレータ22、射出部14、合波部23、及び受光部15が偏波保持光ファイバF1,F21〜F25によって接続されている例について説明した。しかしながら、偏波保持光ファイバF1〜F4,F21〜F25に代えて光導波路を用いても良く、或いは空間伝送路を用いても良い。また、射出部14は、屈折率分布を有する平面レンズ等を用いても良い。   The vibration displacement measuring apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the first and second embodiments described above, an example in which the light source unit 11, the coupling / branching unit 12, the reflection unit 13, the emission unit 14, and the light receiving unit 15 are connected by the polarization maintaining optical fibers F1 to F4 will be described. did. In the third embodiment, the light source unit 11, the branch unit 21, the optical circulator 22, the emission unit 14, the multiplexing unit 23, and the light receiving unit 15 are connected by the polarization maintaining optical fibers F1, F21 to F25. An example was described. However, an optical waveguide may be used instead of the polarization maintaining optical fibers F1 to F4 and F21 to F25, or a spatial transmission line may be used. The emitting unit 14 may use a flat lens having a refractive index distribution.

また、上記実施形態では、被測定対象DUTの測定部位が、相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2に配置されるように連続光L1が周波数変調されている例について説明した。しかしながら、被測定対象DUTの測定部位が、相関ピークCP内に配置されていれば、被測定対象DUTの振動或いは変位の測定は可能である。例えば、被測定対象DUTの測定部位が、相関ピークCPの前半部H1と後半部H2とを跨がるように振動していたとしても、振動の測定は可能である。但し、測定精度の観点からは、相関ピークCPの前半部H1或いは後半部H2における直線に近い変化を示す部分を利用するのが望ましい。   In the above embodiment, the example in which the continuous light L1 is frequency-modulated so that the measurement site of the DUT to be measured is arranged in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP has been described. However, if the measurement site of the measurement target DUT is arranged within the correlation peak CP, the vibration or displacement of the measurement target DUT can be measured. For example, even if the measurement site of the DUT to be measured vibrates so as to straddle the first half H1 and the second half H2 of the correlation peak CP, the vibration can be measured. However, from the viewpoint of measurement accuracy, it is desirable to use a portion showing a change close to a straight line in the first half H1 or the second half H2 of the correlation peak CP.

また、上記実施形態では、偏波保持光ファイバF1〜F4,F10,F21〜F25を用いる例について説明した。しかしながら、これらに代えて偏波保持機能を有しない通常の光ファイバを用いることも可能である。但し、偏波保持機能を有しない通常の光ファイバを用いる場合には、偏波スクランブラ等を用いて参照光LR及びプローブ光LPの偏波状態をスクランブルさせる必要がある。   In the above-described embodiment, an example in which the polarization maintaining optical fibers F1 to F4, F10, and F21 to F25 are used has been described. However, instead of these, it is also possible to use a normal optical fiber having no polarization maintaining function. However, when a normal optical fiber having no polarization maintaining function is used, it is necessary to scramble the polarization states of the reference light LR and the probe light LP using a polarization scrambler or the like.

最後に、光源から射出されるレーザ光(周波数変調されたレーザ光)を2つに分岐し、一方のレーザ光を光ファイバに入射させて得られる散乱光と他方のレーザ光とを干渉させ、光ファイバ内の状態に応じて生じる散乱光を分布的に観測する反射計は、光相関領域反射計(OCDR:Optical Correlation Domain Reflectometry)と呼ばれている。本発明の振動変位測定装置は、反射計ではなく干渉計であることから、光相関領域干渉計(OCDI:Optical Correlation Domain Interferometry)と呼ぶことができる。   Finally, the laser light (frequency-modulated laser light) emitted from the light source is branched into two, and the scattered light obtained by making one laser light incident on the optical fiber interferes with the other laser light, A reflectometer that observes scattered light generated according to the state in an optical fiber in a distributed manner is called an optical correlation domain reflectometer (OCDR). Since the vibration displacement measuring apparatus of the present invention is not a reflectometer but an interferometer, it can be called an optical correlation domain interferometer (OCDI).

1〜3 振動変位測定装置
11 光源部
12 合分岐部
14a 両凸レンズ
14b シリンドリカルレンズ
15 受光部
17 演算部
18 制御部
21 分岐部
CP 相関ピーク
DUT 被測定対象
F10 偏波保持光ファイバ
H1 相関ピークの前半部
H2 相関ピークの後半部
L1 連続光
LP プローブ光
LR 参照光
S1 受光信号
1 to 3 Vibration displacement measuring device 11 Light source unit 12 Joint branching unit 14a Biconvex lens 14b Cylindrical lens 15 Light receiving unit 17 Calculation unit 18 Control unit 21 Branching unit CP Correlation peak DUT Measurement target F10 Polarization-maintaining optical fiber H1 First half of correlation peak Part H2 Second half of correlation peak L1 Continuous light LP Probe light LR Reference light S1 Light reception signal

このため、図3中に示す位置DP(相関度が0.5程度となる位置)を基準とし、被測定対象DUTの変位量(振動の振幅を含む)が、図3中に示す位置DL(相関度が0.2程度となる位置)と図3中に示す位置DH(相関度が0.8程度となる位置)との間に収まるようにすれば、測定精度の悪化を防止できると考えられる。尚、以下では、図3中に示す位置DPを「動作点OP」といい、図3中に示す位置DLを「最小変位点OL」といい、図3中に示す位置DHを「最大変位点OH」ということもある。 For this reason, with reference to the position DP shown in FIG. 3 (the position where the correlation degree is about 0.5), the displacement amount (including the amplitude of vibration) of the DUT to be measured is the position DL (shown in FIG. 3). It is considered that the deterioration of measurement accuracy can be prevented by keeping it between the position DH (position where the correlation degree is about 0.2) and the position DH shown in FIG. 3 (position where the correlation degree is about 0.8). It is done. In the following, the position DP shown in FIG. 3 is referred to as “operation point OP”, the position DL shown in FIG. 3 is called “minimum displacement point OL”, and the position DH shown in FIG. OH ".

分岐されたプローブ光LPは、偏波保持光ファイバF21を伝播した後に光サーキュレータ22の入出力端P1に入力し、偏波状態が保持されたまま光サーキュレータ22の入出力端P2から出力される。そして、偏波保持光ファイバF23を伝播した後に、射出部14から偏波状態が保持されたまま振動変位測定装置の外部に射出され、図8に示す光路を伝播した後に、被測定対象DUTの測定部位に照射される。他方、分岐された参照光LRは、偏波保持光ファイバF22を伝播した後に合波部23に入力する。 The branched probe light LP is input to the input / output terminal P1 of the optical circulator 22 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F21, and is output from the input / output terminal P2 of the optical circulator 22 while maintaining the polarization state. . Then, after propagating through the polarization-maintaining optical fiber F23 , it is emitted from the emission unit 14 to the outside of the vibration displacement measuring device 3 while maintaining the polarization state, and after propagating through the optical path shown in FIG. The measurement site is irradiated. On the other hand, the branched reference light LR is input to the multiplexing unit 23 after propagating through the polarization maintaining optical fiber F22.

被測定対象DUTに照射されたプローブ光LPの反射光は、図8に示す光路を逆向きに伝播した後に射出部14に入射する。この反射光は、偏波保持光ファイバF23を逆方向に伝播した後に光サーキュレータ22の入出力端P2に入力し、偏波状態が保持されたまま光サーキュレータ22の入出力端P3から出力される。そして、偏波保持光ファイバF24を伝播した後に合波部23に入射して参照光LRと合波される。合波部23で合波された光(参照光LRとプローブ光LPの反射光との干渉光)は、偏波保持光ファイバF25伝播した後に受光部15で受光される。 The reflected light of the probe light LP irradiated on the measurement target DUT is incident on the emission unit 14 after propagating in the reverse direction in the optical path shown in FIG . This reflected light propagates in the polarization maintaining optical fiber F23 in the reverse direction and then enters the input / output terminal P2 of the optical circulator 22, and is output from the input / output terminal P3 of the optical circulator 22 while maintaining the polarization state. . Then, after propagating through the polarization maintaining optical fiber F24, the light enters the multiplexing unit 23 and is combined with the reference light LR. The light combined by the combining unit 23 (interference light between the reference light LR and the reflected light of the probe light LP) is propagated through the polarization maintaining optical fiber F25 and then received by the light receiving unit 15.

Claims (10)

被測定対象の振動或いは変位を非接触で測定する振動変位測定装置であって、
前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように周波数変調された連続光を出力する光源部と、
前記連続光をプローブ光と参照光とに分岐する分岐部と、
前記被測定対象で反射された前記プローブ光と前記参照光との干渉光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される受光信号を用いて前記被測定対象の振動或いは変位を求める演算部と、
を備える振動変位測定装置。
A vibration displacement measuring device for measuring vibration or displacement of a measurement object in a non-contact manner,
A light source unit that outputs continuous light that is frequency-modulated so that the measurement site of the measurement target is disposed within a correlation peak;
A branching section for branching the continuous light into probe light and reference light;
A light receiving unit that receives interference light between the probe light and the reference light reflected by the measurement target;
A calculation unit for obtaining vibration or displacement of the measurement object using a light reception signal output from the light reception unit;
A vibration displacement measuring device comprising:
前記光源部は、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように、少なくとも変調周期及び変調振幅が設定されている、請求項1記載の振動変位測定装置。   The vibration displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein at least a modulation period and a modulation amplitude are set in the light source unit so that the measurement site of the measurement target is disposed within a correlation peak. 前記光源部の変調周期及び変調振幅は、前記被測定対象の測定部位が前記相関ピークの前半部、又は後半部に配置されるように設定されている、請求項2記載の振動変位測定装置。   The vibration displacement measuring apparatus according to claim 2, wherein the modulation period and the modulation amplitude of the light source unit are set so that the measurement site of the measurement target is arranged in the first half or the second half of the correlation peak. 前記光源部の変調周期は、前記分岐部で分岐された前記プローブ光が前記被測定対象で反射されて前記受光部に至るまでの第1光路の長さと、前記分岐部で分岐された前記参照光が前記受光部に至るまでの第2光路の長さとの差を光速で除して得られる値の整数倍、或いは該整数倍に近い値に設定される、請求項3記載の振動変位測定装置。   The modulation period of the light source unit includes the length of the first optical path from when the probe light branched by the branching unit is reflected by the measurement target to the light receiving unit, and the reference branched by the branching unit. 4. The vibration displacement measurement according to claim 3, wherein the vibration displacement measurement is set to an integral multiple of a value obtained by dividing a difference from the length of the second optical path until the light reaches the light receiving portion by the speed of light, or a value close to the integral multiple. apparatus. 前記光源部の変調振幅は、前記被測定対象の測定部位の振動或いは変位の大きさに応じて設定される、請求項3又は請求項4記載の振動変位測定装置。   The vibration displacement measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein the modulation amplitude of the light source unit is set according to the magnitude of vibration or displacement of the measurement site of the measurement target. 前記分岐部で分岐された前記プローブ光を、前記被測定対象に向けて照射する位置である照射位置まで導く光ファイバを備える、請求項1から請求項5の何れか一項に記載の振動変位測定装置。   6. The vibration displacement according to claim 1, further comprising an optical fiber that guides the probe light branched at the branching portion to an irradiation position that is a position at which the probe light is irradiated toward the object to be measured. measuring device. 前記照射位置と前記被測定対象との間に配置され、前記光ファイバから射出される前記プローブ光を前記被測定対象の測定部位に集光し、或いは前記光ファイバから射出される前記プローブ光を平行光に変換して前記被測定対象の測定部位に照射するレンズを備える、請求項6記載の振動変位測定装置。   The probe light that is arranged between the irradiation position and the object to be measured and that is emitted from the optical fiber is condensed on the measurement site of the object to be measured, or the probe light that is emitted from the optical fiber The vibration displacement measuring apparatus according to claim 6, further comprising a lens that converts the light into parallel light and irradiates the measurement site of the measurement target. 前記演算部の演算結果を参照しつつ、前記光源部を制御する制御部を備える、請求項1から請求項7の何れか一項に記載の振動変位測定装置。   The vibration displacement measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control unit that controls the light source unit while referring to a calculation result of the calculation unit. 被測定対象の振動或いは変位を非接触で測定する振動変位測定方法であって、
前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように周波数変調された連続光を出力する第1ステップと、
前記連続光をプローブ光と参照光とに分岐する第2ステップと、
前記被測定対象で反射された前記プローブ光と前記参照光との干渉光を受光する第3ステップと、
前記第3ステップで得られる受光信号を用いて前記被測定対象の振動或いは変位を求める第4ステップと、
を有する振動変位測定方法。
A vibration displacement measuring method for measuring vibration or displacement of an object to be measured without contact,
A first step of outputting continuous light that is frequency-modulated so that the measurement site of the measurement object is located within a correlation peak;
A second step of branching the continuous light into probe light and reference light;
A third step of receiving interference light between the probe light and the reference light reflected by the measurement target;
A fourth step of obtaining vibration or displacement of the measurement object using the light reception signal obtained in the third step;
A vibration displacement measuring method comprising:
前記被測定対象の振動或いは変位の測定に先立って行われ、
前記プローブ光の光路上における基準位置に設置された反射ミラーに前記プローブ光を照射し、前記受光信号が最大となる前記連続光の変調周波数を求める第1初期ステップと、
前記基準位置から前記反射ミラーが除去された状態で、前記被測定対象に前記プローブ光を照射し、前記連続光の変調周波数を変化させつつ前記受光信号の強度を測定する第2初期ステップと、
前記第2初期ステップの測定結果を用いて、前記被測定対象の測定部位が相関ピーク内に配置されるように前記連続光の変調周波数を決定する第3初期ステップと、
を有する請求項9記載の振動変位測定方法。
Performed prior to measurement of vibration or displacement of the object to be measured,
A first initial step of irradiating a reflection mirror installed at a reference position on the optical path of the probe light with the probe light to obtain a modulation frequency of the continuous light at which the light reception signal is maximized;
A second initial step of irradiating the object to be measured with the probe light in a state where the reflection mirror is removed from the reference position, and measuring the intensity of the received light signal while changing the modulation frequency of the continuous light;
Using the measurement result of the second initial step, a third initial step of determining the modulation frequency of the continuous light so that the measurement site of the measurement target is disposed within a correlation peak;
The vibration displacement measuring method according to claim 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115346357A (en) * 2022-10-18 2022-11-15 高勘(广州)技术有限公司 Early warning method, device and equipment for preventing external damage of optical cable and storage medium

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1076991A (en) * 1964-07-17 1967-07-26 Nat Res Dev Measurement of linear distances
JPH01316616A (en) * 1988-06-17 1989-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Controller for operating point of fabry-perot interferometer type optical sensor and optical sensor using said controller
JPH06221907A (en) * 1993-01-26 1994-08-12 Canon Inc Detector and controller for microvibration
US5412474A (en) * 1992-05-08 1995-05-02 Smithsonian Institution System for measuring distance between two points using a variable frequency coherent source
JPH10505425A (en) * 1995-06-20 1998-05-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser vibrometer for vibration measurement
JPH10300565A (en) * 1997-04-30 1998-11-13 Hitachi Ltd Method and device for measuring surface wave sound velocity
JP2010261911A (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Optical Comb Inc Vibration measuring instrument and vibration measuring method
JP2014513301A (en) * 2011-05-03 2014-05-29 ポリテック・ゲー・エム・ベー・ハー Apparatus and method for measuring non-contact optical vibration of a vibrating object

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1076991A (en) * 1964-07-17 1967-07-26 Nat Res Dev Measurement of linear distances
JPH01316616A (en) * 1988-06-17 1989-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Controller for operating point of fabry-perot interferometer type optical sensor and optical sensor using said controller
US5412474A (en) * 1992-05-08 1995-05-02 Smithsonian Institution System for measuring distance between two points using a variable frequency coherent source
JPH06221907A (en) * 1993-01-26 1994-08-12 Canon Inc Detector and controller for microvibration
JPH10505425A (en) * 1995-06-20 1998-05-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Laser vibrometer for vibration measurement
JPH10300565A (en) * 1997-04-30 1998-11-13 Hitachi Ltd Method and device for measuring surface wave sound velocity
JP2010261911A (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Optical Comb Inc Vibration measuring instrument and vibration measuring method
JP2014513301A (en) * 2011-05-03 2014-05-29 ポリテック・ゲー・エム・ベー・ハー Apparatus and method for measuring non-contact optical vibration of a vibrating object

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115346357A (en) * 2022-10-18 2022-11-15 高勘(广州)技术有限公司 Early warning method, device and equipment for preventing external damage of optical cable and storage medium

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