JP6319373B2 - 振動変位測定装置及び振動変位測定方法 - Google Patents

振動変位測定装置及び振動変位測定方法 Download PDF

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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。
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。
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。
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。
特許第5494803号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〈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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〈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。
・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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
・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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (10)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
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