振动位移测定装置及振动位移测定方法与流程

本发明涉及对被测定对象的振动或者位移进行测定的振动位移测定装置及振动位移测定方法。

本申请主张2016年3月4日申请的日本专利申请第2016-042761号及2016年7月27日申请的日本专利申请第2016-147538号的优先权，在这里引用其内容。

背景技术：

振动位移测定装置为了对被测定对象的振动或者位移进行测定而在各种领域中使用。例如，为了对在设置于车间的各种设备(例如，流量控制阀及开闭阀等阀设备、风扇、电动机等旋转设备、配管、其他设备)或各种发动机(供汽车、飞机、船舶、其他使用的发动机)中产生的振动、位移进行测定而使用。

如上所述的振动位移测定装置大致区分为接触型的振动位移测定装置和非接触型的振动位移测定装置。作为接触型的振动位移测定装置的代表，可举出压电式、静电容量式的半导体加速度传感器，作为非接触型的振动位移测定装置的代表，可举出使用了激光干涉计的激光多普勒测速仪(laserdopplervelocimeter、velocimetry、或者vibrometer：下面称为“ldv”)。

作为接触型的振动位移测定装置的一种的压电式半导体加速度传感器为小型，不需要外部电源，不需要位移基准点的设置，不具有静态灵敏度，因此具有下述优点，即，没有由dc成分(直流成分)引起的零点漂移等。与此相对，作为非接触型的振动位移测定装置的一种的ldv具有下述优点，即，能够从远离的位置进行测定、不会对被测定对象的重量产生影响、测定动态范围大等。在日本专利第5494803号公报(下面称为“专利文献1”)中公开了上述压电式半导体加速度传感器的一个例子。在g.siegmund,“sourcesofmeasurementerrorinlaserdopplervibrometersandproposalforunifiedspecifications”，proc.spie,7098,70980y中，公开了上述的ldv的一个例子。

在使用上述压电式半导体加速度传感器对被测定对象的振动或者位移进行测定时，需要使压电式半导体加速度传感器与被测定对象接触(进行安装)。被测定对象的重量增加与所安装的压电式半导体加速度传感器的重量相对应的量，因此有时被测定对象的振动的共振频率发生改变。如在上述的专利文献1公开的加速度传感器那样，具有将锤部支撑于梁部的构造的加速度传感器，锤部的最大位移量受限，因此测定动态范围被限定。

与此相对，上述的ldv没有如压电式半导体加速度传感器这种问题点(共振频率改变、动态范围被限定)，与压电式半导体加速度传感器相比，具有测定精度高这样的优点。但是，ldv需要确保激光的空间光路(通常是直线光路)，因此不能对例如无法直接目视的被测定对象的内部等进行测定。

在上述的压电式半导体加速度传感器和ldv这两者中，会产生由积分引起的误差。即，在压电式半导体加速度传感器的情况下，为了求出位移量，需要对检测结果(表示加速度的检测结果)进行2次积分。在ldv的情况下，为了求而位移量而需要对检测结果(表示速度的检测结果)进行1次积分。不管在哪种情况下，对检测结果进行积分时会产生误差。可想到如果不使用可产生如上所述的测定结果的恶化的积分运算，就能够直接对被测定对象的位移进行测定，则能够实现高精度的测定。

作为除了ldv以外的非接触型的振动位移测定装置，具有使用光调制器而对光路差进行可变扫掠的激光干涉计。如上所述的激光干涉计虽然有能够高速地进行高精度的位移测定这样的优异的特征，但设置于激光干涉计的光调制器的价格比被动光学部件、半导体电子部件高。

技术实现要素：

本发明的一个方式提供一种具有大的动态范围，与现有技术相比能够进行高精度的测定的振动位移测定装置及振动位移测定方法。

本发明的一个方式是一种振动位移测定装置，其以非接触方式对被测定对象的振动或者位移进行测定，该振动位移测定装置可以具有：光源部，其输出以使所述被测定对象的测定部位配置于相关峰内的方式进行了频率调制的连续光；分支部，其将所述连续光分支为第1分支光和第2分支光；受光部，其对在所述被测定对象处被反射的所述第1分支光和所述第2分支光的干涉光进行受光而生成电气信号；以及运算部，其使用所述电气信号，求出所述被测定对象的振动或者位移。

在上述的振动位移测定装置中，可以是所述光源部至少设定调制周期及调制振幅，以使得所述被测定对象的测定部位配置于相关峰内。

在上述的振动位移测定装置中，可以是所述光源部的调制周期及调制振幅设定为，使所述被测定对象的测定部位配置于所述相关峰的前半部或后半部。

在上述的振动位移测定装置中，可以是所述光源部的调制周期设定为，将通过所述分支部分支出的所述第1分支光在所述被测定对象处进行反射而到达所述受光部为止的第1光路的长度、与通过所述分支部分支出的所述第2分支光到达所述受光部为止的第2光路的长度之差除以光速而得到的值的整数倍，或者接近所述整数倍的值。

在上述的振动位移测定装置中，可以是所述光源部的调制振幅与所述被测定对象的测定部位的振动或者位移的大小相对应地设定。

上述的振动位移测定装置还可以具有光纤，该光纤将通过所述分支部分支出的所述第1分支光引导至朝向所述被测定对象进行照射的位置即照射位置。

上述的振动位移测定装置还可以具有透镜，该透镜配置于所述照射位置和所述被测定对象之间，将从所述光纤射出的所述第1分支光聚光至所述被测定对象的测定部位。

上述的振动位移测定装置还可以具有透镜，该透镜配置于所述照射位置和所述被测定对象之间，将从所述光纤射出的所述第1分支光变换为平行光，并向所述被测定对象的测定部位照射。

上述的振动位移测定装置还可以具有控制部，该控制部一边参照所述运算部的运算结果、一边对所述光源部进行控制。

在上述的振动位移测定装置中，可以是在所述第1分支光和所述第2分支光的光路差为零、或者将所述光路差除以光速而得到的值为所述连续光的调制周期的整数倍的情况下，所述相关峰出现。

本发明的其他方式是一种振动位移测定方法，其以非接触方式对被测定对象的振动或者位移进行测定，在该振动位移测定方法中，可以是输出以使所述被测定对象的测定部位配置于相关峰内的方式进行了频率调制的连续光，将所述连续光分支为第1分支光和第2分支光，对在所述被测定对象处被反射的所述第1分支光和所述第2分支光的干涉光进行受光而生成电气信号，使用所述电气信号，求出所述被测定对象的振动或者位移。

在上述的振动位移测定方法中，也可以是在输出进行了所述频率调制的连续光之前，对在所述第1分支光的光路上的基准位置设置的反射镜照射所述第1分支光，求出所述电气信号成为最大的所述连续光的调制频率，在从所述基准位置去除所述反射镜的状态下，对所述被测定对象照射所述第1分支光，一边使所述连续光的调制频率变化、一边对所述电气信号的强度进行测定，使用所述电气信号的强度，将所述连续光的调制频率决定为，使所述被测定对象的测定部位配置于相关峰内。

在上述的振动位移测定方法中，也可以是将调制周期及调制振幅设定为，使所述被测定对象的测定部位配置于相关峰内。

在上述的振动位移测定方法中，也可以是将所述调制周期及调制振幅设定为，使所述被测定对象的测定部位配置于所述相关峰的前半部或后半部。

在上述的振动位移测定方法中，也可以是将所述调制周期设定为，将所述分支出的所述第1分支光在所述被测定对象处进行反射而被受光为止的第1光路的长度、与所述分支出的所述第2分支光被受光为止的第2光路的长度之差除以光速而得到的值的整数倍，或者接近所述整数倍的值。

发明的效果

根据本发明的一个方式，以使被测定对象的测定部位配置于相关峰内的方式对从光源部输出的连续光进行频率调制，将连续光分支为第1分支光和第2分支光，对在被测定对象处被反射的第1分支光和第2分支光的干涉光进行受光，使用基于干涉光的电气信号，求出被测定对象的振动或者位移。因此，不会如现有的加速度传感器那样动态范围受限，无需进行如现有技术那样的积分运算，因此具有大的动态范围，与现有技术相比，能够进行高精度的测定。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及振动位移测定装置的要部结构的框图。

图2是表示本发明的第1实施方式中的相关峰的一个例子的图。

图3是本发明的第1实施方式中的相关峰的放大图。

图4是表示在本发明的第1实施方式中进行的初始设定处理的流程图。

图5是表示在本发明的第1实施方式中在被测定对象振动的情况下测定的电气信号的强度的一个例子的图。

图6是表示在本发明的第1实施方式中进行的测定处理的流程图。

图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的振动位移测定装置的要部结构的框图。

图8是表示本发明的第3实施方式所涉及的振动位移测定装置的要部结构的框图。

图9a是表示本发明的第1～第3实施方式中的射出部的结构例的图。

图9b是表示本发明的第1～第3实施方式中的射出部的结构例的图。

图10是表示本发明的第1～第3实施方式中的射出部的其他结构例的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的几个实施方式所涉及的振动位移测定装置详细地进行说明。

[第1实施方式]

<振动位移测定装置的结构>

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动位移测定装置的要部结构的框图。如图1所示，本实施方式的振动位移测定装置1例如具有光源部11、合分支部12(分支部)、反射部13、射出部14、受光部15、取得部16、运算部17、控制部18及偏振保持光纤f1～f4。振动位移测定装置1向被测定对象dut照射探测光lp(第1分支光)，以非接触方式对被测定对象dut的振动或者位移进行测定。被测定对象dut可举出例如设置在车间的各种设备、各种发动机等，但没有特别的限制，可以是任意物品。

光源部11例如具有分布反馈型激光二极管(dfb－ld：distributedfeed-backlaserdiode)等半导体激光元件。光源部11由控制部18控制，将频率调制后的直线偏振的连续光l1输出。详细内容在后面记述，从光源部11输出的连续光l1频率调制为，被测定对象dut的测定部位(照射探测光lp的部位)配置在相关峰(correlationpeak)内。该光源部11的输出端与偏振保持光纤f1连接。从光源部11输出的连续光l1经由偏振保持光纤f1被引导至合分支部12。

虽然省略图示，但在光源部11中，在半导体激光元件的射出端侧，设置有用于使半导体激光元件的动作稳定的隔离器。从半导体激光元件射出的连续光l1经由隔离器输出至光源部11的外部，但向半导体激光元件的返回光(例如，连续光l1的反射光)被隔离器遮挡。由于向半导体激光元件的返回光被隔离器遮挡，因此半导体激光元件的动作稳定。

合分支部12具有与偏振保持光纤f1～f4分别连接的4个输入输出端，进行从这些输入输出端输入的光的合波或者分支。作为如上所述的合分支部12，例如能够使用光耦合器、光环行器。具体而言，合分支部12对于从与偏振保持光纤f1连接的输入输出端输入的光(连续光l1)，保持其偏振状态并分支为参照光lr(第2分支光)和探测光lp，将分支出的参照光lr从与偏振保持光纤f2连接的输入输出端输出，将分支出的探测光lp从与偏振保持光纤f3连接的输入输出端输出。合分支部12的分支比可以任意地设定，但例如设定为参照光lr和探测光lp的强度比成为1比1。

合分支部12对于从与偏振保持光纤f2连接的输入输出端输入的光(参照光lr的反射光)、和从与偏振保持光纤f3连接的输入输出端输入的光(探测光lp的反射光)，保持其偏振状态并进行合波，将合波后的光从与偏振保持光纤f4连接的输入输出端输出。也可以设为，通过合分支部12合波后的光仅从与偏振保持光纤f4连接的输入输出端输出，不会从与偏振保持光纤f1连接的输入输出端输出。

反射部13配置于偏振保持光纤f2的端部(或者其附近)。反射部13对于由偏振保持光纤f2引导的参照光lr，保持其偏振状态并进行反射。参照光lr的反射光入射至偏振保持光纤f2，经由偏振保持光纤f2而引导至合分支部12。射出部14将经由偏振保持光纤f3引导的探测光lp，保持其偏振状态并向振动位移测定装置1的外部射出。从射出部14射出的探测光lp可以是在被测定对象dut的测定部位聚光的光，也可以是平行光。向射出部14入射在被测定对象dut处被反射的探测光lp的反射光。

受光部15具有例如光电二极管、或者雪崩光电二极管等受光元件。受光部15对由偏振保持光纤f4引导的光(参照光lr的反射光和探测光lp的反射光的合波光)进行受光。通过偏振保持光纤f4引导至受光部15的光是参照光lr和探测光lp干涉而成的光，因此从受光部15输出表示参照光lr和探测光lp的干涉强度的电气信号s1。

取得部16将从受光部15输出的电气信号s1变换为在运算部17中能够进行处理的信号。例如，取得部16将电气信号s1变换为模拟电压信号、或者数字信号。作为该取得部16，例如能够使用示波器等取样装置、数字化装置、a/d(模拟/数字)变换器等。

运算部17使用从取得部16输出的信号，通过运算求出被测定对象dut的位置(位移量)。该运算部17不是进行如现有的压电式半导体加速度传感器、ldv等那样的积分运算，而是基于相关峰的形状和从取得部16输出的信号的大小，求出被测定对象dut的位置。对于在运算部17中进行的运算的详细内容将在后面记述。

控制部18通过控制向在光源部11设置的半导体激光元件注入的注入电流，由此对光源部11的发光及不发光进行控制。具体而言，控制部18在使光源部11发光的情况下，控制为将超过半导体激光元件的发光阈值的直流电流注入至半导体激光元件，并控制为将用于对从光源部11输出的连续光l1进行频率调制的任意波形的交流电流注入至半导体激光元件。详细内容将在后面记述，控制部18还会对运算部17的运算结果进行参照并控制光源部11。

<相关峰及测定原理>

接下来，对相关峰及使用了相关峰的被测定对象dut的振动或者位移的测定原理进行说明。振动位移测定装置1通过将参照光lr的反射光和探测光lp的反射光通过合分支部12进行合波，从而使参照光lr和探测光lp发生干涉，得到表示其干涉强度的电气信号s1。假设在从光源部11输出的连续光l1的频率没有调制的情况下，电气信号s1的强度变化的周期成为连续光l1的波长的1个周期。

在本实施方式中，对从光源部11输出的连续光l1进行频率调制，因此电气信号s1的强度以与上述周期(连续光l1的波长的1个周期)不同的相关峰的周期进行变化。相关峰是表示处于参照光lr和探测光lp之间的相关性高的状态。相关峰是在参照光lr和探测光lp的光路差成为参照光lr和探测光lp相互增强的状态的情况下出现的。特别是，将参照光lr和探测光lp的光路差为零的情况下出现的相关峰称为0阶相关峰(0^thordercorrelationpeak)。

设为从光源部11输出的连续光l1以频率fm的正弦波进行调制。首先，为了便于说明，设为偏振保持光纤f2的长度为1[m]，偏振保持光纤f3的长度为11[m]。由此，设为合分支部12和反射部13之间的往返光路长度为2[m]，合分支部12和射出部14之间的往返光路长度为22[m]。设为被测定对象dut配置在射出部14的端面，从射出部14至被测定对象dut为止的距离为0[m]。

在上述状况下，0阶相关峰在从偏振保持光纤f3的一端(与合分支部12连接的端部)相距1[m]的位置出现。即，在探测光lp的往返光路长度与参照光lr的往返光路长度相等的位置出现0阶相关峰。如果在该0阶相关峰出现的位置处产生反射光、瑞利散射光，则由于与参照光lr干涉而有可能成为测定误差。但是，0阶相关峰在偏振保持光纤f3的中途出现，因此不会产生反射光。瑞利散射光的强度与来自被测定对象dut的反射光的强度相比非常小，因此几乎不会产生测定误差。

将在参照光lr和探测光lp的光路差成为连续光l1的调制周期(1/fm)的n倍(n是整数)的情况下出现的相关峰称为n阶相关峰(n^thordercorrelationpeak)。具体地说，如下面的(1)式所示，在将参照光lr和探测光lp的光路差(2l)除以光速v而得到的值与连续光l1的调制周期(1/fm)的n倍一致情况下，n阶相关峰出现。下面(1)式中的光速v是光纤中的光速。

l＝n·v/(2·fm)…(1)

例如，如果连续光l1的调制频率fm为10[mhz]，光纤中的光速v为例如2×10⁸[m/sec]，则在上述(1)式中n＝1的情况下的相关峰(1阶相关峰)在l＝10[m]的位置出现。即，1阶相关峰在从0阶相关峰出现的位置分离10[m]的位置(即，射出部14的位置)出现。如上所述，在射出部14的端面配置有被测定对象dut，因此在1阶相关峰出现的位置处产生反射光(探测光lp的反射光)。该探测光lp的反射光与参照光lr(被反射部13反射出的参照光lr)干涉，从受光部15输出的电气信号s1的强度变得最大。如上所述，在相关峰出现的位置配置有被测定对象dut的情况下，在相关峰出现的位置处产生探测光lp的反射光，因此从受光部15输出的电气信号s1的强度变得最大。

图2是表示本发明的第1实施方式中的相关峰的一个例子的图。在图2中，横轴表示将射出部14的位置作为原点的被测定对象dut的位置，纵轴表示参照光lr和探测光lp之间的相关度。纵轴也可以读作“电气信号s1的强度”。在图2中，相关度以δ函数的方式变大的部分是相关峰cp。在图2所示的例子中，在0[m]的位置(原点)出现1阶相关峰，在10[m]的位置出现2阶相关峰，之后每隔10[m]而周期性地出现3阶以及3阶以上的相关峰。

图3是本发明的第1实施方式中的相关峰的放大图。图3是将图2所示的2阶相关峰扩大的图。如图3所示，可知相关峰cp是左右对称的山形状(向上凸出的形状)，相关峰cp的两侧称为旁瓣的多个山形状(高度低于相关峰cp的高度)反复出现。可知如果只看相关峰cp的前半部h1，则相关峰cp具有表示与单调增加的直线近似的变化的部分，如果只看相关峰cp的后半部h2，则相关峰cp具有表示与单调减少的直线近似的变化的部分。

在本实施方式中，利用如上所述的相关峰cp的前半部h1或者后半部h2中的表示与直线近似的变化的部分，使得被测定对象dut的测定部位配置于相关峰cp的前半部h1或者后半部h2，对被测定对象dut的振动或者位移高精度地进行测定。例如，以使得处于静止状态的被测定对象dut的测定部位成为在图3中示出的位置dp(相关度成为0.5左右的位置)的方式，使用前述的(1)式，决定光源部11的调制频率fm及整数n的值。如果将调制频率fm设得高，则整数n的值变大，如果将调制频率fm设得低，则整数n的值变小。

在调制频率fm维持为恒定的情况下，相关峰cp的位置不发生变动，因此如果被测定对象dut的测定部位向从振动位移测定装置1的射出部14远离的方向(图3的纸面右方向)位移，则参照光lr和探测光lp的相关度变高，电气信号s1的强度变高。与此相对，在调制频率fm维持为恒定的情况下，如果被测定对象dut的测定部位向与振动位移测定装置1的射出部14接近的方向(图3的纸面左方向)位移，则参照光lr和探测光lp的相关度变低，电气信号s1的强度变低。如上所述，利用电气信号s1的强度与被测定对象dut的测定部位的位移量相对应地变化的现象，在本实施方式中，使用电气信号s1的强度的测定结果，求出被测定对象dut的位移量。

如图3所示，在相关峰cp的前半部h1或者后半部h2中，在相关度高的部分(相关度大于或等于0.8左右的部分)中，相关峰cp以曲线状变化，可想到如果利用该部分，则测定精度有可能恶化。在相关峰cp的前半部h1或者后半部h2中，在相关度低的部分(相关度小于或等于0.2左右的部分)中，电气信号s1的强度变低，可想到如果利用给该部分，则由于噪声等的影响而导致测定精度有可能恶化。

因此，可想到如果将在图3中示出的位置dp(相关度成为0.5左右的位置)作为基准，使得被测定对象dut的位移量(包含振动的振幅)收敛于在图3中示出的位置dl(相关度成为0.2左右的位置)和图3中示出的位置dh(相关度成为0.8左右的位置)之间，则能够防止测定精度的恶化。下面，有时将图3中示出的位置dp称为“动作点op”，将图3中示出的位置dl称为“最小位移点ol”，将图3中示出的位置dh称为“最大位移点oh”。

图3所示的相关峰cp的形状能够通过从光源部11输出的连续光l1的波长、偏振保持光纤f1～f4的折射率、从射出部14至被测定对象dut为止的光路的折射率、连续光l1的调制频率fm、调制振幅△f及调制波形求出。图1所示的运算部17使用这些而求出相关峰cp的形状，使用求出的相关峰cp的形状和从取得部16输出的信号，求出被测定对象dut的位移量。通过连续地求出被测定对象dut的位移量，由此能够求出被测定对象dut的振动。

<振动位移测定方法>

接下来，对振动位移测定方法进行说明。在通过振动位移测定装置1进行被测定对象dut的振动或者位移的测定时，如使用图3说明的那样，需要将光源部11的调制频率fm等决定为，使得处于静止状态的被测定对象dut的测定部位成为图3中示出的动作点op。下面，首先，对决定光源部11的调制频率fm等的处理(下面，称为初始设定处理)进行说明，接下来对测定被测定对象dut的振动或者位移的处理(下面，称为测定处理)进行说明。

·初始设定处理

图4是表示在本发明的第1实施方式中进行的初始设定处理的流程图。首先，如图4所示，进行下述处理，即，在振动位移测定装置1设置的射出部14的端面(探测光lp的光路上的基准位置)设置未图示的反射镜，向反射镜照射探测光lp，决定电气信号s1的强度成为最大的调制频率fm(步骤s11：第1初始步骤)。关于该处理，由于实际上难以准确地把握偏振保持光纤f2、f3的长度，因此该处理是为了通过调制频率fm的调整而准确地把握探测光lp和参照光lr的光路长度差而进行的。

未图示的反射镜相对于射出部14的端面的设置，是由例如进行振动位移测定装置1的设置、维护等的作业者进行的。作为反射镜，例如能够使用反射面为平面的平面镜，但是只要能够将从射出部14的端面射出的探测光lp反射而使得入射至射出部14，则能够使用任意的反射镜。

如果反射镜的设置完成，步骤s11的处理开始，则通过控制部18控制光源部11，以预先规定的调制频率fm调制出的连续光l1从光源部11输出。从光源部11输出的连续光l1经由偏振保持光纤f1，入射至合分支部12，保持偏振状态并分支成参照光lr和探测光lp。

分支出的参照光lr在偏振保持光纤f2中传播之后，在保持偏振状态的情况下由反射部13反射，在偏振保持光纤f2中以反方向传播之后入射至合分支部12。与此相对，分支出的探测光lp在偏振保持光纤f3传播之后，在保持偏振状态的情况下由在射出部14的端面设置的未图示的反射镜反射，在偏振保持光纤f3中以反方向传播之后，入射至合分支部12。

入射至合分支部12的参照光lr的反射光及探测光lp的反射光在保持偏振状态的情况下进行合波。在合分支部12中合波而成的光，在偏振保持光纤f4中传播之后，被受光部15受光。由此，从受光部15输出表示参照光lr和探测光lp的干涉强度的电气信号s1。从受光部15输出的电气信号s1在取得部16中变换为能够通过运算部17处理的信号后，输入至运算部17，进行对电气信号s1的强度进行测定的处理。

如果上述的处理结束，则通过控制部18的控制，连续光l1的调制频率fm仅被变更预先规定的频率，变更后的调制频率fm下的电气信号s1通过取得部16被变换，并输入至运算部17，进行对电气信号s1的强度进行测定的处理。之后，将连续光l1的调制频率fm仅变更预先规定的频率，对变更后的调制频率fm下的电气信号s1的强度进行测定的处理在控制部18的控制之下反复进行。如果如上所述的反复处理结束，则通过控制部18进行下述处理，即，对使通过运算部17测定出的电气信号s1的强度成为最大的调制频率f进行决定。决定出的调制频率fm使得一个相关峰(例如，1阶相关峰)在射出部14的端面的位置出现。

接下来，去除在射出部14的端面设置的未图示的反射镜，对被测定对象dut照射探测光lp，通过运算部17进行一边使连续光l1的调制频率fm变化、一边对电气信号s1的强度进行测定的处理(步骤s12：第2初始步骤)。对被测定对象dut照射的探测光lp是设定为在被测定对象dut处反射而入射至射出部14的端面的光。未图示的反射镜的去除是由例如进行振动位移测定装置1的设置、维护等的作业者进行的。

如果步骤s12的处理开始，则通过控制部18的控制，首先连续光l1的调制频率fm设定为下述频率，即，与在上述的步骤s11中决定出的调制频率fm相比仅相差预先规定的频率。例如，连续光l1的调制频率fm设定为比在步骤s11中决定出的调制频率fm稍微低的频率。在设定为如上所述的频率的情况下，在前述的(1)式中的l的值稍微变大。由此，在射出部14的端面出现的相关峰(例如，1阶相关峰)成为从射出部14的端面朝向被测定对象dut的方向移动的状态。而且，对该状态下的电气信号s1的强度的最大值(峰值强度)进行测定的处理在运算部17中进行。

之后同样地，反复进行一边使连续光l1的调制频率fm变化、一边对电气信号s1的峰值强度进行测定的处理。即，进行对调制频率fm进行扫描(scan)而一边使相关峰的位置逐渐地移动，一边对电气信号s1的峰值强度进行测定的处理。通过进行如上所述的处理，从而得到受光强度分布，该受光强度分布表示与振动位移测定装置1相距的距离(与射出部14的端面相距的距离)、和电气信号s1的峰值强度的变化之间的关系。

在被测定对象dut静止的情况下，在上述的处理中得到的受光强度分布表示相关峰的波形。得到受光强度分布的最大值的位置就是配置有被测定对象dut的测定部位的位置。因此，进行上述的处理而求出受光强度分布，由此能够求出处于静止的状态的被测定对象dut的位置。

与此相对，在被测定对象dut不是处于静止的情况下(例如，振动的情况下)，即使调制频率fm恒定，通过运算部17进行测定的电气信号s1的强度也会随时间变动。图5是表示在本发明的第1实施方式中在被测定对象振动的情况下进行测定的电气信号的强度的一个例子的图。在图5中，与图2、图3同样地，可以将纵轴读作“电气信号s1的强度”。

例如，在被测定对象dut的位置与相关峰的位置相比向纸面左侧移动的情况下，得到相关峰相对于被测定对象dut而相对地向纸面右侧移动时的受光强度。与此相对，在被测定对象dut的位置与相关峰的位置相比向纸面右侧移动的情况下，得到相关峰相对于被测定对象dut而相对地向纸面左侧移动时的受光强度。如上所述，在被测定对象dut不是处于静止的情况下，通过运算部17进行测定的信号s1的强度随时间变动。

在本实施方式中，通过对电气信号s1的强度的最大值(峰值强度)进行测定，由此求出被测定对象dut的静止时位置(被测定对象dut静止时进行配置的位置)。具体而言，图5中的标注标号pk的曲线是表示通过运算部17测定出的峰值强度的曲线。峰值强度是例如通过在将调制频率fm设定为某个频率时，至少在被测定对象dut的振动的一个周期的期间，保持通过运算部17测定出的强度的最大值(保持峰值)而求出的。

参照图5，可知得到相关峰的最大值的范围，扩大与被测定对象dut的振幅对应的量。即，在图5所示的例子中，在图中标注了标号w的范围，得到相关峰的最大值。因此，在被测定对象dut不是处于静止的情况下，运算部17将标注了标号w的范围的中心位置q作为被测定对象dut的静止时位置而求出，将标注了标号w的范围的一半的长度作为位移振幅而求出。

接下来，通过运算部17进行下述处理，即，根据从电气信号s1的强度成为最大的位置(或者，电气信号s1的强度成为最大的范围的中心位置q)，决定调制频率fm0，该调制频率fm0用于将一个相关峰配置于被测定对象dut的静止位置(或者，静止时位置)(步骤s13)。通过运算部17进行根据标号w的范围，决定调制振幅△f的处理(步骤s14)。

接着，通过运算部17进行下述处理，即，基于所得到的调制频率fm0和调制振幅△f，对相关峰的波形进行计算(步骤s15)。通过该处理，求出例如图3所示的相关峰cp的波形。如果以上的处理结束，则调整调制频率fm，使得静止的被测定对象dut的测定部位、或者处于静止时位置的被测定对象dut的测定部位成为图3中示出的动作点op(步骤s16：第3初始步骤)。

·测定处理

图6是表示在本发明的第1实施方式中进行的测定处理的流程图。如果处理开始，则通过控制部18控制光源部11，以在上述的初始设定处理中最终决定出的调制频率fm及调制振幅△f进行了调制而得到的连续光l1从光源部11输出(步骤s21：第1步骤)。从光源部11输出的连续光l1经由偏振保持光纤f1入射至合分支部12，保持偏振状态并分支成参照光lr和探测光lp(步骤s22：第2步骤)。

分支出的参照光lr在偏振保持光纤f2中传播之后，在保持偏振状态的情况下由反射部13反射，在偏振保持光纤f2中以反方向传播之后入射至合分支部12。与此相对，分支出的探测光lp在偏振保持光纤f3中传播之后，在保持偏振状态的情况下从射出部14向振动位移测定装置1的外部射出，在图1所示的光路中传播之后，向被测定对象dut的测定部位照射。向被测定对象dut照射的探测光lp的反射光，在图1所示的光路中以反向传播之后入射至射出部14，在偏振保持光纤f3中以反方向传播之后入射至合分支部12。

入射至合分支部12的参照光lr的反射光及探测光lp的反射光在保持偏振状态的情况下进行合波。通过合分支部12合波而成的光，在偏振保持光纤f4中传播之后，被受光部15受光(步骤s23：第3步骤)。由此，从受光部15输出表示参照光lr和探测光lp的干涉强度的电气信号s1。从受光部15输出的电气信号s1在取得部16中变换为能够通过运算部17处理的信号后，输入至运算部17。

如果输入来自取得部16的信号，则在运算部17中，如前述那样进行下述处理，即，求出相关峰cp的形状，使用求出的相关峰cp的形状和从取得部16输出的信号，求出被测定对象dut的位移量(步骤s24：第4步骤)。通过连续地进行如上所述的求出被测定对象dut的位移量的处理，由此求出被测定对象dut的振动。

运算部17在求出相关峰cp的形状的情况下，也可以针对所求出的相关峰cp的形状，使用通常所知的最佳方法进行函数的拟合。通常，在拟合中所用的函数大多是1阶函数或者2阶函数，但也可以使用更高阶的函数，也可以非线性函数，能够使用任意函数。在拟合中能够使用1阶函数的情况下，能够以非常容易的运算求出被测定对象dut的位移量。

在运算部17中进行上述拟合的情况下，也可以由控制部18对光源部11进行控制，对图3所示的最小位移点ol及最大位移点oh自动地设定，使得在运算部17中拟合出的函数的误差收敛于容许范围。例如，在可测定的距离范围(最小位移点ol和最大位移点oh之间的间隔)小于被测定对象dut的最大位移量的情况下，控制部18对光源部11进行控制，改变相关峰cp的形状，由此能够扩大可测定的距离范围。具体而言，在使用正弦波进行连续光l1的调制的情况下，如果使其调制振幅△f变小，则相关峰cp的宽度变大，因此能够扩大可测定的距离范围。

相反地，在可测定的距离范围(最小位移点ol和最大位移点oh之间的间隔)与被测定对象dut的最大位移量相比过大的情况下，仅能使用相关峰cp的倾斜的极小部分。在如上所述的情况下，控制部18对光源部11进行控制，改变相关峰cp的形状，将可测定的距离范围减小，由此能够提高被测定对象dut的位移量的灵敏度。具体而言，在使用正弦波进行连续光l1的调制的情况下，如果使其调制振幅△f变大，则相关峰cp的宽度变小，倾斜变得陡峭，因此能够提高被测定对象dut的位移量的灵敏度。

如上所述，在本实施方式中，以使被测定对象dut的测定部位配置于相关峰cp的前半部h1或后半部h2的方式，对从光源部11输出的连续光l1进行频率调制，将连续光l1通过合分支部12分支成参照光lr和探测光lp。而且，将在反射部13处反射出的参照光lr和在被测定对象dut处反射出的探测光lp通过合分支部12进行合波，通过受光部15进行受光，使用所得到的电气信号s1，求出被测定对象dut的振动或者位移。

因此，在本实施方式中，不会如现有的加速度传感器那样，动态范围受限制，无需如现有技术那样进行积分运算，因此具有宽的动态范围，与现有技术相比能够进行高精度的测定。在本实施方式中，无需如现有的激光干涉计那样使用光调制器对光路差进行可变扫掠，因此不会导致成本的大幅上升，能够以低成本实现振动位移测定装置1。

在本实施方式中，在被测定对象dut的测定之前，对连续光l1的调制频率fm进行扫描(scan)，由此改变相关峰出现的位置，决定调制频率fm0，该调制频率fm0用于将一个相关峰配置于被测定对象dut的静止位置(或者，静止时位置)。而且，基于决定出的调制频率fm0和调制振幅△f，对相关峰的波形进行计算，将调制频率fm调整为，使得静止的被测定对象dut的测定部位、或者处于静止时位置的被测定对象dut的测定部位成为图3中示出的动作点op。如上所述，在本实施方式中，能够使为了以非接触方式对被测定对象dut的振动或者位移进行测定所需的调制频率fm的调整以短时间自动地进行。

[第2实施方式]

图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的振动位移测定装置的要部结构的框图。在图7中，对于与图1所示的结构相同的结构标注相同标号。如图7所示，本实施方式的振动位移测定装置2是用连接器部cn替换图1所示的振动位移测定装置1的射出部14而得到的结构。如上所述的振动位移测定装置2还能够对例如不能直接目视的被测定对象dut的内部等的部位进行测定。

在连接器部cn安装在一端设置有射出部14的偏振保持光纤f10(光纤)的另一端。该偏振保持光纤f10用于将经由偏振保持光纤f3的探测光lp引导至朝向被测定对象dut进行照射的位置即照射位置。通过设为能够安装如上所述的偏振保持光纤f10，从而能够从任意位置、任意方向对被测定对象dut照射探测光lp，也能够将探测光lp引导至被测定对象dut的内部。因此，还能够对上述的被测定对象dut的内部等部位的振动或者位移进行测定。

在本实施方式中，也与第1实施方式同样地，以将被测定对象dut的测定部位配置于相关峰cp的前半部h1或后半部h2的方式对从光源部11输出的连续光l1进行频率调制，将连续光l1通过合分支部12分支为参照光lr和探测光lp。而且，将在反射部13处被反射的参照光lr和在被测定对象dut处被反射的探测光lp通过合分支部12进行合波，通过受光部15进行受光，使用所得到的电气信号s1，求出被测定对象dut的振动或者位移。因此，与第1实施方式同样地，具有大的动态范围，与现有技术相比能够进行高精度的测定。

[第3实施方式]

图8是表示本发明的第3实施方式所涉及的振动位移测定装置的要部结构的框图。在图8中，对于与图1所示的结构相同的结构标注相同标号。如图8所示，本实施方式的振动位移测定装置3是下述结构，即，取代图1所示的振动位移测定装置1的合分支部12、反射部13及偏振保持光纤f2～f4，而设置有分支部21、光环行器22、合波部23及偏振保持光纤f21～f25。如上所述的振动位移测定装置3降低探测光lp的损失(损耗)，实现s/n(信号噪音比)的提高。

分支部21具有与偏振保持光纤f1连接的1个输入端、和与偏振保持光纤f21、f22分别连接的2个输出端。分支部21将从输入端输入的光分支为2个，从输出端分别输出。具体而言，分支部21将从与偏振保持光纤f1连接的输入端输入的光(连续光l1)，在保持其偏振状态的情况下分支为参照光lr和探测光lp。分支部21将分支出的探测光lp从与偏振保持光纤f21连接的输出端输出，将分支出的参照光lr从与偏振保持光纤f22连接的输出端输出。分支部21的分支比与图1所示的合分支部12同样是任意的。

光环行器22具有与偏振保持光纤f21连接的输入输出端p1、与偏振保持光纤f23连接的输入输出端p2、以及与偏振保持光纤f24连接的输入输出端p3。该光环行器22将从输入输出端p1输入的光从输入输出端p2输出，将从输入输出端p2输入的光从输入输出端p3输出，将从输入输出端p3输入的光从输入输出端p1输出。光环行器22在保持上述光的偏振状态的情况下进行该光的输入输出。偏振保持光纤f23还与射出部14连接。

合波部23具有与偏振保持光纤f22、f24分别连接的2个输入端、和与偏振保持光纤f25连接的1个输出端。该合波部23对于从与偏振保持光纤f22连接的输入端输入的光(参照光lr)、和从与偏振保持光纤f24连接的输入端输入的光(探测光lp的反射光)，保持其偏振状态并进行合波，将合波后的光从与偏振保持光纤f25连接的输出端输出。

接下来，简单地说明振动位移测定装置3的动作。如果动作开始，则与第1、第2实施方式同样地，通过控制部18控制光源部11，从光源部11输出以在前述的初始设定处理中决定出的调制频率fm进行了调制的连续光l1。从光源部11输出的连续光l1经由偏振保持光纤f1入射至分支部21，保持偏振状态并分支为参照光lr和探测光lp。

分支出的探测光lp在偏振保持光纤f21中传播之后，输入至光环行器22的输入输出端p1，在保持偏振状态的情况下从光环行器22的输入输出端p2输出。而且，在偏振保持光纤f23中传播之后，在保持偏振状态的情况下从射出部14向振动位移测定装置3的外部射出，在图8所示的光路中传播之后，向被测定对象dut的测定部位照射。另一方面，分支出的参照光lr在偏振保持光纤f22中传播之后，输入至合波部23。

照射至被测定对象dut的探测光lp的反射光在图8所示的光路中以反向传播之后，入射至射出部14。该反射光在偏振保持光纤f23中以反方向传播之后，输入至光环行器22的输入输出端p2，在保持偏振状态的情况下从光环行器22的输入输出端p3输出。而且，在偏振保持光纤f24中传播之后，向合波部23入射而与参照光lr进行合波。通过合波部23合波的光(参照光lr和探测光lp的反射光之间的干涉光)在偏振保持光纤f25中传播之后，由受光部15受光。

由此，从受光部15输出表示参照光lr和探测光lp的反射光之间的干涉强度的电气信号s1。从受光部15输出的电气信号s1在取得部16中变换为能够通过运算部17处理的信号后，输入至运算部17。而且，在运算部17中，如前述那样进行下述处理，即，求出相关峰cp的形状，使用所求出的相关峰cp的形状和从取得部16输出的信号，求出被测定对象dut的位移量。

如上所述，在本实施方式中，在分支部21和射出部14之间设置光环行器22，将输入至光环行器22的输入输出端p2的探测光lp的反射光全部从输入输出端p3输出。由此，不会如第1、第2实施方式那样，探测光lp的反射光通过合分支部12被分支，因此能够降低探测光lp的损耗(损失)。作为其结果，能够实现s/n(信号噪音比)的提高。

接下来，对在上述的第1～第3实施方式中所使用的射出部14的具体结构例进行说明。图9a及9b是表示本发明的第1～第3实施方式中的射出部的结构例的图。如图9a所示，射出部14具有从偏振保持光纤f3、偏振保持光纤f10或者偏振保持光纤f23(下面，简记为偏振保持光纤f3等)的端部分离预先规定的距离而配置的双凸透镜14a(透镜)。该双凸透镜14a配置在偏振保持光纤f3等的端部和被测定对象dut之间，使得从偏振保持光纤f3等的端部射出的探测光lp聚光至被测定对象dut的测定部位，在被测定对象dut处被反射的探测光lp聚光至偏振保持光纤f3等的端部。

双凸透镜14a的数值孔径(na：numericalaperture)可以与偏振保持光纤f3等的数值孔径吻合。为了使偏振保持光纤f3等的端部和双凸透镜14a之间的位置关系不出现偏差，偏振保持光纤f3等及双凸透镜14a可以模块化。将偏振保持光纤f3等及双凸透镜14a模块化的方法，能够使用例如以不遮挡探测光lp的光路的方式将偏振保持光纤f3等及双凸透镜14a利用树脂紧固等任意的方法。

如图9b所示，通过双凸透镜14a被聚光的探测光lp并不是完全聚光至一点，而是聚光为具有一定宽度的斑点状。斑点的直径成为最小的位置为光束束腰bw，相对于光束束腰bw的半径，探测光lp扩展至规定的大小的光轴方向的距离为焦深dof。

在被测定对象dut在上述的焦深dof内进行振动的情况下，从被测定对象dut被反射的探测光lp如图9a所示，通过双凸透镜14a聚光至偏振保持光纤f3等的端部，入射至偏振保持光纤f3等。因此，在被测定对象dut的振动或者位移为如收敛于焦深dof内的微小振动或者微小位移的情况下，能够通过图9a所示的结构的射出部14良好地进行测定。

与此相对，在被测定对象dut大幅地偏离上述的焦深dof的情况下，如图9b所示，在被测定对象dut处被反射的探测光lp有时超过双凸透镜14a的口径而扩张。如上所述，超过双凸透镜14a的口径而扩张的探测光lp不会聚光至偏振保持光纤f3等的端部，因此在探测光lp的强度(电气信号s1的强度)产生误差，不能够高精度地测量大的振动或者位移。

图10是表示本发明的第1～第3实施方式中的射出部的其他结构例的图。如图10所示，射出部14具有从偏振保持光纤f3等的端部分离预先规定的距离而配置的柱面透镜14b(透镜)。该柱面透镜14b以使焦点位置配置于偏振保持光纤f3等的端部的方式，配置在偏振保持光纤f3等的端部和被测定对象dut之间。

柱面透镜14b将从偏振保持光纤f3等的端部射出的探测光lp变换为平行光，将在被测定对象dut处被反射的探测光lp聚光至偏振保持光纤f3等的端部。如果使用如上所述的柱面透镜14b，则即使被测定对象dut的振动或者位移变大，也不会发生在被测定对象dut处被反射的探测光lp从柱面透镜14b偏离，不聚光至偏振保持光纤f3等的端部这样的情况。因此，即使在被测定对象dut的振动或者位移大的情况下，也能够以高精度对被测定对象dut的振动或者位移进行测定。

以上，说明了本发明的实施方式所涉及的振动位移测定装置，但本发明并不限定于上述实施方式，在本发明的范围内能够自由变更。例如，在上述第1、第2实施方式中，说明了光源部11、合分支部12、反射部13、射出部14及受光部15通过偏振保持光纤f1～f4进行连接的例子。在上述第3实施方式中，说明了光源部11、分支部21、光环行器22、射出部14、合波部23及受光部15通过偏振保持光纤f1、f21～f25进行连接的例子。但是，也可以取代偏振保持光纤f1～f4、f21～f25而使用光波导，或者也可以使用空间传送通路。射出部14也可以使用具有折射率分布的平面透镜等。

在上述实施方式中，说明了以使被测定对象dut的测定部位配置于相关峰cp的前半部h1或者后半部h2的方式对连续光l1进行频率调制的例子。但是，只要被测定对象dut的测定部位配置在相关峰cp内，就能够进行被测定对象dut的振动或者位移的测定。例如，即使被测定对象dut的测定部位以跨越相关峰cp的前半部h1和后半部h2的方式进行振动，也能够进行振动的测定。但是，从测定精度的观点出发，也可以利用相关峰cp的前半部h1或者后半部h2中的表示与直线近似的变化的部分。

在上述实施方式中，说明了使用偏振保持光纤f1～f4、f10、f21～f25的例子。但是，也可以取代这些而使用不具有偏振保持功能的通常的光纤。但是，在使用不具有偏振保持功能的通常的光纤的情况下，可以使用偏振扰频器等，扰频(scramble)参照光lr及探测光lp的偏振状态。

最后，将从光源射出的激光(进行了频率调制的激光)分支为2个，使将一个激光入射至光纤而得到的散射光和另一个激光进行干涉，对与光纤内的状态相对应地产生的散射光进行分布性地观测的反射计称为光学相关域反射计(ocdr：opticalcorrelationdomainreflectometry)。本发明的振动位移测定装置不是反射计而是干涉计，因此能够称为光学相关域干涉计(ocdi：opticalcorrelationdomaininterferometry)。