JP2003139786A - Speed and acceleration measuring device - Google Patents
Speed and acceleration measuring deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、被計測物体の速
度および加速度を光でもって計測する装置に関し、特
に、被計測物体の動きに応じて光ファイバーが局所的に
あるいは全体的に曲がりを生ずるように構成され、被計
測物体の速度および加速度を計測する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring the velocity and acceleration of an object to be measured with light, and more particularly to an optical fiber that locally or totally bends in response to the movement of the object to be measured. And a device for measuring the velocity and acceleration of an object to be measured.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の速度計測装置としては、例えば、
被計測物体の変位に応じて回転する回転体を設け、この
回転体と連動する発電機の出力から被計測物体の速度を
計測する装置や、被計測物体の変位によって発生する風
力でもって回転する羽根を設け、この羽根と連動する発
電機の出力から被計測物体の速度を計測する装置などが
ある。2. Description of the Related Art As a conventional speed measuring device, for example,
A rotating body that rotates according to the displacement of the measured object is provided, and it rotates with the device that measures the speed of the measured object from the output of the generator that works in conjunction with this rotating body and the wind force generated by the displacement of the measured object. There is a device that is provided with blades and measures the speed of an object to be measured from the output of a generator that works with the blades.
【０００３】また、従来の加速度計測装置としては、例
えば、被計測物体にばねを介して錘を取り付け、被計測
物体が加速度を受けたときに移動する錘の変位を圧電素
子やストレンゲージなどで電気信号に変換し、被計測物
体の加速度を計測する装置などがある。Further, as a conventional acceleration measuring device, for example, a weight is attached to an object to be measured via a spring, and the displacement of the weight that moves when the object to be measured receives acceleration is detected by a piezoelectric element or a strain gauge. There is a device for converting the electric signal and measuring the acceleration of the measured object.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の速度計測装置や加速度計測装置は、電気
ノイズによって誤計測される可能性があるという問題が
あった。すなわち、従来のいずれの速度計測装置や加速
度計測装置の場合も被計測物体の変位を電気信号によっ
て計測するので、被計測物体自体が電気ノイズが多く発
生する場所に置かれていると、被計測物体の変位が誤っ
て計測され、その速度や加速度に計測誤差が生ずるとい
う可能性があった。また、被計測物体が高電圧部に置か
れている場合、被計測物体との絶縁対策が必要であり非
常にやっかいであった。However, the above-described conventional velocity measuring device and acceleration measuring device have a problem that they may be erroneously measured due to electrical noise. That is, since the displacement of the object to be measured is measured by an electric signal in any conventional velocity measuring device or acceleration measuring device, if the object to be measured itself is placed in a place where a lot of electrical noise occurs, There is a possibility that the displacement of the object is erroneously measured and a measurement error occurs in its velocity or acceleration. Further, when the measured object is placed in the high voltage part, it is very troublesome because it is necessary to take measures against the insulation from the measured object.
【０００５】この発明の目的は、電気ノイズや高電圧の
影響を受けない速度および加速度計測装置を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a velocity and acceleration measuring device which is not affected by electrical noise or high voltage.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、被計測物体の速度を計測する装
置であって、直線偏光波が、前記被計測物体の変位に応
じて曲がりが生ずるように構成された光ファイバーに入
力され、前記光ファイバー内での前記直線偏光波の偏光
面の回転角度の時間についての１次微分値を求めること
によって前記被計測物体の速度を計測してなるなるよう
にするとよい。それによって、光ファイバーとして光弾
性定数が小さいものを使用すれば、光ファイバーの曲が
りに応じて直線偏光波の偏光面が回転するので、光ファ
イバーから出力される直線偏光波の偏光面回転角度の時
間についての１次微分値を求めれば被計測物体の速度を
計測することができる。光ファイバーで速度を計測する
ので、電気ノイズや高電圧の影響を受けることがない。In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an apparatus for measuring the velocity of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave responds to the displacement of the object to be measured. The velocity of the object to be measured is measured by obtaining a first-order differential value with respect to time of a rotation angle of a polarization plane of the linearly polarized light wave, which is input to an optical fiber configured to cause bending. It is better to be As a result, if an optical fiber with a small photoelastic constant is used, the plane of polarization of the linearly polarized wave rotates according to the bending of the optical fiber. The velocity of the measured object can be measured by obtaining the first-order differential value. Since the speed is measured with an optical fiber, it is not affected by electrical noise or high voltage.
【０００７】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが予め全周に応力が加えられたものからなるように
してもよい。それによって、見かけの光弾性の影響を少
なくすることができるので、例え光弾性定数の大きい光
ファイバーが使用されたとしても直線偏光波の状態が維
持され、光ファイバーから出力される直線偏光波の偏光
面回転角度の時間についての１次微分値が被計測物体の
速度に正確に対応するようになる。Further, in such a construction, the optical fiber may be made of a material to which stress is applied to the entire circumference in advance. As a result, the effect of apparent photoelasticity can be reduced, so that even if an optical fiber with a large photoelastic constant is used, the linearly polarized wave state is maintained, and the polarization plane of the linearly polarized wave output from the optical fiber is maintained. The first-order differential value of the rotation angle with respect to time corresponds to the velocity of the measured object accurately.
【０００８】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが、Ｕ字状に形成されたものからなるようにしても
よい。それによって、被計測物体が変位しても光ファイ
バーの端部が移動しなくなり、速度計測装置の構成が簡
素化される。また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが、１ターンあるいは複数ターン巻回されたものか
らなるようにしてもよい。それによっても、被計測物体
が変位しても光ファイバーの端部が移動しなくなり、速
度計測装置の構成が簡素化される。Further, in such a structure, the optical fiber may be formed in a U shape. Thereby, even if the object to be measured is displaced, the end of the optical fiber does not move, and the structure of the speed measuring device is simplified. Further, in such a configuration, the optical fiber may be one turn or a plurality of turns. Also by this, the end of the optical fiber does not move even if the object to be measured is displaced, and the configuration of the speed measuring device is simplified.
【０００９】被計測物体の加速度を計測する装置であっ
て、直線偏光波が、前記被計測物体の変位に応じて曲が
りが生ずるように構成された光ファイバーに入力され、
前記光ファイバー内での前記直線偏光波の偏光面の回転
角度の時間についての２次微分値を求めることによって
前記被計測物体の加速度を計測してなるようにしてもよ
い。それによって、光ファイバーとして光弾性定数が小
さいものを使用すれば、光ファイバーの曲がりに応じて
直線偏光波の偏光面が回転するので、光ファイバーから
出力される直線偏光波の偏光面回転角度の時間について
の２次微分値を求めれば被計測物体の加速度を計測する
ことができる。光ファイバーで加速度を計測するので、
電気ノイズや高電圧の影響を受けることがない。A device for measuring the acceleration of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave is input to an optical fiber configured to be bent in accordance with the displacement of the object to be measured,
The acceleration of the object to be measured may be measured by obtaining a secondary differential value with respect to the time of the rotation angle of the polarization plane of the linearly polarized wave in the optical fiber. As a result, if an optical fiber with a small photoelastic constant is used, the plane of polarization of the linearly polarized wave rotates according to the bending of the optical fiber. If the second derivative is obtained, the acceleration of the measured object can be measured. Since the acceleration is measured with an optical fiber,
It is not affected by electrical noise or high voltage.
【００１０】被計測物体の加速度を計測する装置であっ
て、被計測物体にばねを介して錘が取り付けられ、直線
偏光波が、前記錘の変位に応じて曲がりが生ずるように
構成された光ファイバーに入力され、前記光ファイバー
内での前記直線偏光波の偏光面の回転角度を求めること
によって前記被計測物体の加速度を計測してなるように
してもよい。それによって、光ファイバーとして光弾性
定数が小さいものを使用すれば、光ファイバーの曲がり
に応じて直線偏光波の偏光面が回転するので、光ファイ
バーから出力される直線偏光波の偏光面回転角度を求め
れば被計測物体の加速度を計測することができる。光フ
ァイバーで加速度を計測するので、電気ノイズや高電圧
の影響を受けることがない。A device for measuring the acceleration of an object to be measured, wherein a weight is attached to the object to be measured via a spring, and a linearly polarized wave is formed so that the linearly polarized wave is bent in accordance with the displacement of the weight. The acceleration of the object to be measured may be measured by determining the rotation angle of the plane of polarization of the linearly polarized wave in the optical fiber. As a result, if an optical fiber with a small photoelastic constant is used, the plane of polarization of the linearly polarized wave will rotate depending on the bending of the optical fiber. The acceleration of the measuring object can be measured. Since the acceleration is measured with an optical fiber, it is not affected by electrical noise or high voltage.
【００１１】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが予め全周に応力が加えられたものからなるように
してもよい。それによって、見かけの光弾性の影響を少
なくすることができるので、例え光弾性定数の大きい光
ファイバーが使用されたとしても直線偏光波の状態が維
持され、光ファイバーから出力される直線偏光波の偏光
面回転角度あるいはその時間についての２次微分値が被
計測物体の加速度に正確に対応するようになる。Further, in such a structure, the optical fiber may be made to have stress applied to the entire circumference in advance. As a result, the effect of apparent photoelasticity can be reduced, so that even if an optical fiber with a large photoelastic constant is used, the linearly polarized wave state is maintained, and the polarization plane of the linearly polarized wave output from the optical fiber is maintained. The second derivative of the rotation angle or its time corresponds to the acceleration of the measured object accurately.
【００１２】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが、Ｕ字状に形成されたようにしてもよい。それに
よって、被計測物体が変位しても光ファイバーの端部が
移動しなくなり、加速度計測装置の構成が簡素化され
る。また、かかる構成において、前記光ファイバーが、
１ターンあるいは複数ターン巻回されたものからなるよ
うにしてもよい。それによっても、被計測物体が変位し
ても光ファイバーの端部が移動しなくなり、加速度計測
装置の構成が簡素化される。Further, in such a structure, the optical fiber may be formed in a U shape. Thereby, even if the measured object is displaced, the end of the optical fiber does not move, and the configuration of the acceleration measuring device is simplified. Further, in such a configuration, the optical fiber is
It may consist of one or more turns. Also by this, the end of the optical fiber does not move even if the object to be measured is displaced, and the configuration of the acceleration measuring device is simplified.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図１は、この発明の実施例にかかる速度あ
るいは加速度計測装置の構成を示す斜視図である。図１
の左側に配された図示されていない光源から照射された
光４が偏光子２を通過するように構成されている。この
光源としては、単一波長の光４を発生するものが使用さ
れる。このような光源としては、例えば、ＬＤ（レーザ
ーダイオード）、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイ
オード）など用いることができる。光４は、偏光子２を
通過することによって偏光面が矢印方向７だけに向く直
線偏光波５に偏光される。この直線偏光波５が、例えば
単一モードの光ファイバー１の左端に入力される。光フ
ァイバー１の右側には検光子３が設けられてあり、この
検光子３に光ファイバー１からの出力光６が通過すると
出射光８が得られる。検光子３は、出力光６の偏波面の
回転角度に応じて出射光８の光量を変化させるものであ
る。出射光８は、図１の右側に配された図示されていな
い光電変換器に入力され、出射光８の光量に応じた電気
信号に変換される。光ファイバー１の右端に被計測物体
９が固着され、被計測物体９の上下の変位に応じて光フ
ァイバー１が１Ｂ点で曲がるように構成されている。光
電変換器としては、例えば、フォトダイオードによって
光量を電流に変換するものなどが用いられる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on embodiments. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a velocity or acceleration measuring device according to an embodiment of the present invention. Figure 1
Light 4 emitted from a light source (not shown) arranged on the left side of is transmitted through the polarizer 2. As this light source, a light source that emits light 4 having a single wavelength is used. As such a light source, for example, LD (laser diode), SLD (super luminescent diode) or the like can be used. By passing through the polarizer 2, the light 4 is polarized into a linearly polarized wave 5 whose plane of polarization is directed only in the arrow direction 7. The linearly polarized wave 5 is input to the left end of the single mode optical fiber 1, for example. An analyzer 3 is provided on the right side of the optical fiber 1, and when an output light 6 from the optical fiber 1 passes through the analyzer 3, an emitted light 8 is obtained. The analyzer 3 changes the light amount of the emitted light 8 according to the rotation angle of the polarization plane of the output light 6. The emitted light 8 is input to a photoelectric converter (not shown) arranged on the right side of FIG. 1, and is converted into an electric signal according to the light amount of the emitted light 8. An object 9 to be measured is fixed to the right end of the optical fiber 1, and the optical fiber 1 is configured to bend at a point 1B according to the vertical displacement of the object 9 to be measured. As the photoelectric converter, for example, a photoelectric converter that converts the amount of light into a current is used.
【００１４】なお、この発明では、光源は、上記のよう
な単一波長の光を発生するものに限定されるものではな
い。図１において、被計測物体９が上方へｄだけ変位
し、点線９Ａの位置に移ったとすると、光ファイバー１
も１Ｂ点で曲がり、点線１Ａの状態になる。光ファイバ
ー１に曲げが加えられたことにより、光ファイバー１の
内部を通過する直線偏光波５の偏光面の回転角が変化す
る。そのために、光ファイバー１の出力光６Ａの偏光面
が矢印方向７Ａのように傾く。出力光６Ａを検光子３に
通過させ、その出射光８Ａの光量を前述の光電変換器で
もって電気信号に変換すれば、出射光８の光量との比較
によって直線偏光波５の偏光面回転角の時間変化を計測
することができる。したがって、直線偏光波５の偏光面
回転角の時間についての１次微分値を求めれば、その値
が変位ｄの時間についての１次微分、すなわち、被計測
物体９の速度に比例する。光ファイバー１でもって速度
を計測するので、電気ノイズや高電圧の影響を受けるこ
とがない。したがって、速度計測の信頼性が向上すると
ともに、高電圧部の被計測物体９の速度計測に絶縁対策
を必要としないので容易に速度計測を行うことができ
る。また、図１において、直線偏光波５の偏光面回転角
の時間についての２次微分値を求めれば、その値が変位
ｄの時間についての２次微分、すなわち、被計測物体９
の加速度に比例するので、被計測物体９の加速度も得る
ことができる。したがって、加速度計測の信頼性も向上
するとともに、高電圧部の計測に絶縁対策を必要としな
いので容易に加速度計測を行うことができる。In the present invention, the light source is not limited to the one that emits light of a single wavelength as described above. In FIG. 1, when the measured object 9 is displaced upward by d and moved to the position of the dotted line 9A, the optical fiber 1
Also bends at point 1B and becomes the state of dotted line 1A. The bending of the optical fiber 1 changes the rotation angle of the polarization plane of the linearly polarized wave 5 passing through the inside of the optical fiber 1. Therefore, the polarization plane of the output light 6A of the optical fiber 1 is inclined as shown by the arrow direction 7A. If the output light 6A is passed through the analyzer 3 and the light amount of the output light 8A is converted into an electric signal by the above-mentioned photoelectric converter, the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5 is compared with the light amount of the output light 8. The time change of can be measured. Therefore, if the primary differential value of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5 with respect to time is obtained, the value is proportional to the primary differential with respect to the time of the displacement d, that is, the speed of the measured object 9. Since the speed is measured by the optical fiber 1, there is no influence of electric noise or high voltage. Therefore, the reliability of the speed measurement is improved, and the speed measurement of the object 9 to be measured in the high voltage portion does not require any insulation measure, so that the speed measurement can be easily performed. Further, in FIG. 1, if the secondary differential value of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized light wave 5 with respect to time is obtained, the value is the secondary differential value with respect to the time of the displacement d, that is, the measured object 9
Since it is proportional to the acceleration of, the acceleration of the measured object 9 can also be obtained. Therefore, the reliability of the acceleration measurement is improved, and since the insulation measure is not required for the measurement of the high voltage portion, the acceleration measurement can be easily performed.
【００１５】なお、図１における計測装置は、被計測物
体９が上下に変位ｄ、すなわち、振幅ｄで振動している
場合でもよい。一方向に運動している物体の速度や加速
度は、その運動を被計測物体９の往復運動に変換するこ
とによって速度や加速度を計測することができる。光フ
ァイバー１としては、光弾性定数Ｋが出来るだけ小さい
材料でもって形成されたものが適している。光弾性定数
Ｋは、The measuring device in FIG. 1 may be one in which the object 9 to be measured vibrates vertically with a displacement d, that is, with an amplitude d. The velocity and acceleration of the object moving in one direction can be measured by converting the movement into the reciprocating motion of the measured object 9. As the optical fiber 1, one formed of a material having a photoelastic constant K as small as possible is suitable. The photoelastic constant K is
【００１６】[0016]
【数１】ｎ1 −ｎ2 ＝Ｋ・σ
で定義される。ここで、σは、材料にかかる応力、ｎ1
は、応力の方向に対して平行に振動している光の屈折
率、ｎ2 は、応力の方向に対して垂直に振動している光
の屈折率、とする。すなわち、光弾性定数が大きいと、
光ファイバー１の受ける応力の方向によって光の屈折角
が異なってくるので、光ファイバー１の出力光６Ａの偏
光面回転角が変化し、被計測物体９の速度や加速度の計
測精度が低下する。光弾性定数Ｋの値としては、波長６
３３ｎｍにおいて１×１０-7ｍｍ2 ／Ｎ以下であること
が望ましい。光弾性定数Ｋの小さい光ファイバー１とし
ては、例えば、酸化鉛を含ませたものや、アニール処理
（材料をその融点まで加熱した後に徐冷する処理）した
ものなどがある。## EQU1 ## It is defined by n 1 -n 2 = K · σ. Where σ is the stress on the material, n 1
Is the refractive index of light oscillating parallel to the stress direction, and n 2 is the refractive index of light oscillating perpendicular to the stress direction. That is, if the photoelastic constant is large,
Since the refraction angle of light varies depending on the direction of the stress received by the optical fiber 1, the polarization plane rotation angle of the output light 6A of the optical fiber 1 changes, and the measurement accuracy of the speed and acceleration of the measured object 9 decreases. The value of photoelastic constant K is 6
It is desirable that it is 1 × 10 −7 mm 2 / N or less at 33 nm. Examples of the optical fiber 1 having a small photoelastic constant K include those containing lead oxide and those subjected to an annealing treatment (a treatment of heating a material to its melting point and then gradually cooling it).
【００１７】また、光ファイバー１としては、光弾性定
数Ｋが例え大きくても、予め応力が加えられてあれば使
用することができる。それによって、光弾性定数Ｋが見
かけ上、小さくなり、光ファイバー１の受ける応力の方
向によって光ファイバー１の出力光６Ａの偏光面回転角
が変化しなくなり、被計測物体９の速度や加速度を精度
よく求めることができるようになる。その応力は光ファ
イバー１の全周に均一にかける必要がある。その方法と
しては、例えば、図１の光ファイバー１の１Ｂ点を捩る
方法や、圧力をかける方法、バンドで締める方法などが
ある。また、ファイバー材料自体に捩れを加えながら固
化させ残留応力のある状態で光ファイバー化する方法も
ある。したがって、汎用の安価な光ファイバーでも使用
することができるようになる。Further, as the optical fiber 1, even if the photoelastic constant K is large, it can be used if stress is applied in advance. As a result, the photoelastic constant K is apparently reduced, the polarization plane rotation angle of the output light 6A of the optical fiber 1 does not change depending on the direction of the stress received by the optical fiber 1, and the velocity and acceleration of the measured object 9 are accurately obtained. Will be able to. The stress needs to be uniformly applied to the entire circumference of the optical fiber 1. Examples of the method include a method of twisting point 1B of the optical fiber 1 in FIG. 1, a method of applying pressure, a method of tightening with a band, and the like. There is also a method in which the fiber material itself is solidified while being twisted to form an optical fiber with residual stress. Therefore, a general-purpose inexpensive optical fiber can be used.
【００１８】図２は、この発明の異なる実施例にかかる
加速度計測装置の要部構成を示す断面図である。錘１５
の下端が光ファイバー１の右端に固着されるとともに、
錘１５の上端が板ばね１３の中央に固着されている。ま
た、両側の支持１４の上端が板ばね１３の両端にそれぞ
れ固着されるとともに、両側の支持１４の下端が被計測
物体１６にそれぞれ固着されている。単一モードの光フ
ァイバー１の左側から直線偏光波５が入力され、右側か
ら出力光６が出力される。直線偏光波５を得るまでの構
成、および出力光６を処理するそれ以後の構成は、図１
の構成と同じなのでその図示および説明は省略する。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the main part of an acceleration measuring device according to another embodiment of the present invention. Weight 15
The lower end of is fixed to the right end of the optical fiber 1, and
The upper end of the weight 15 is fixed to the center of the leaf spring 13. The upper ends of the supports 14 on both sides are fixed to both ends of the leaf spring 13, and the lower ends of the supports 14 on both sides are fixed to the measured object 16. The linearly polarized wave 5 is input from the left side of the single-mode optical fiber 1, and the output light 6 is output from the right side. The configuration up to obtaining the linearly polarized wave 5 and the subsequent configuration for processing the output light 6 are shown in FIG.
Since the configuration is the same as that of FIG. 1, its illustration and description will be omitted.
【００１９】図２において、被計測物体１６が上下方向
に振動性の加速を受けた場合、板ばね１３が点線１３Ａ
のように上下に振動し、錘１５が被計測物体１６が受け
た加速度に比例した振幅Ｄで変位する。それによって、
光ファイバー１が曲げられ、光ファイバー１の右側が点
線１Ａの状態のように振幅Ｄで上下に振動する。光ファ
イバー１に曲がりが生ずるので、光ファイバー１の内部
を通過する直線偏光波５の偏光面が回転する。それによ
って、光ファイバー１の出力光６の偏光面角度が変化す
るので、錘１５の振幅Ｄ、すなわち、被計測物体１６の
加速度を計測することができる。In FIG. 2, when the measured object 16 is vertically vibratingly accelerated, the leaf spring 13 is moved to the dotted line 13A.
As described above, the weight 15 is displaced with the amplitude D proportional to the acceleration received by the measured object 16. Thereby,
The optical fiber 1 is bent, and the right side of the optical fiber 1 vibrates up and down with an amplitude D as shown by the dotted line 1A. Since the optical fiber 1 is bent, the polarization plane of the linearly polarized wave 5 passing through the inside of the optical fiber 1 rotates. Thereby, the polarization plane angle of the output light 6 of the optical fiber 1 changes, so that the amplitude D of the weight 15, that is, the acceleration of the measured object 16 can be measured.
【００２０】図３は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる速度あるいは加速度計測装置の要部構成を示し、
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図３の（Ａ）のＡ矢視図であ
る。図３の（Ａ）において、単一モードの光ファイバー
１がＵ字状に形成され、左側から直線偏光波５が入力さ
れ、右側から出力光６が出力される。直線偏光波５を得
るまでの構成、および出力光６を処理するそれ以後の構
成は、図１の構成と同じなのでその図示および説明は省
略する。図３の（Ｂ）において、被計測物体９が、光フ
ァイバー１の上部に固着され、被計測物体９の左右の変
位に応じて光ファイバー１が傾斜するように構成されて
いる。被計測物体９が左方へｄだけ変位し、点線９Ａの
位置に移ったとすると、光ファイバー１の下部１Ｃが捩
じられ、点線１Ａの状態になる。それによって、光ファ
イバー１の下部１Ｃで曲がりが生ずるので、光ファイバ
ー１の内部を通過する直線偏光波５の偏光面回転角が変
化する。それによって、光ファイバー１の出力光６の偏
光面角度が変化するので、図１の装置の場合と同様にし
て直線偏光波５の偏光面回転角の時間についての１次微
分値を求めれば、被計測物体９の速度を得ることができ
る。また、図３において、直線偏光波５の偏光面回転角
の時間についての２次微分値を求めれば、被計測物体９
の加速度も得ることができる。図３の構成は、被計測物
体９の変位によって光ファイバー１に曲がりが生じて
も、光ファイバー１の端部、すなわち、出光部１２の位
置が移動しない。したがって、出光部１２の後段の装置
を被計測物体９の変位に応じて移動させる必要がなくな
るので、装置を簡素化することができコストが低減され
る。FIG. 3 shows the configuration of the essential parts of a velocity or acceleration measuring device according to a further different embodiment of the present invention.
3A is a side view, and FIG. 3B is a view on arrow A in FIG. In FIG. 3A, a single mode optical fiber 1 is formed in a U shape, a linearly polarized wave 5 is input from the left side, and output light 6 is output from the right side. The configuration until obtaining the linearly polarized wave 5 and the subsequent configuration for processing the output light 6 are the same as the configuration of FIG. In FIG. 3B, the measured object 9 is fixed to the upper portion of the optical fiber 1, and the optical fiber 1 is inclined according to the lateral displacement of the measured object 9. If the measured object 9 is displaced to the left by d and moved to the position of the dotted line 9A, the lower portion 1C of the optical fiber 1 is twisted and the state of the dotted line 1A is obtained. As a result, a bend occurs in the lower portion 1C of the optical fiber 1, so that the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5 passing through the inside of the optical fiber 1 changes. As a result, the polarization plane angle of the output light 6 of the optical fiber 1 changes. The speed of the measurement object 9 can be obtained. Further, in FIG. 3, if the second-order differential value with respect to time of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5 is obtained, the measured object 9
The acceleration of can also be obtained. In the configuration of FIG. 3, even if the optical fiber 1 is bent due to the displacement of the measured object 9, the position of the end portion of the optical fiber 1, that is, the light emitting portion 12 does not move. Therefore, it is not necessary to move the device in the latter stage of the light emitting unit 12 according to the displacement of the measured object 9, and the device can be simplified and the cost can be reduced.
【００２１】なお、図３において、被計測物体９を錘と
し、その被計測物体９をばねを介してもう１つの被計測
物体に固定すれば、もう１つの方の被計測物体の加速度
の計測を行うことができる。すなわち、もう１つの方の
被計測物体が加速度を受ければ、その加速度に比例して
被計測物体９が振幅ｄで振動するので、その振幅ｄを直
線偏光波５の偏光面回転角から求めれば、図２の場合と
同様にしてもう１つの方の被計測物体の加速度の計測を
行うことができる。In FIG. 3, if the measured object 9 is a weight and the measured object 9 is fixed to another measured object via a spring, the acceleration of the other measured object is measured. It can be performed. That is, if the other measured object receives an acceleration, the measured object 9 vibrates with an amplitude d in proportion to the acceleration. Therefore, if the amplitude d is obtained from the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5. As in the case of FIG. 2, the acceleration of the other measured object can be measured.
【００２２】図４は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる速度あるいは加速度計測装置の要部構成を示し、
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図４の（Ａ）のＢ矢視図であ
る。図４の（Ａ）において、例えば単一モードの光ファ
イバー１が１ターン巻回され、左側から直線偏光波５が
入力され、右側から出力光６が出力される。直線偏光波
５を得るまでの構成、および、出力光６を処理するそれ
以後の構成は、図１の構成と同じなので図示およびその
説明は省略する。図４の（Ｂ）において、被計測物体９
が、光ファイバー１の上部に固着され、被計測物体９の
左右の変位に応じて光ファイバー１が傾斜するように構
成されている。被計測物体９が左方へｄだけ変位し、点
線９Ａの位置に移ったとすると、光ファイバー１の下部
１Ｄが捩じられ、点線１Ａの状態になる。それによっ
て、光ファイバー１の下部１Ｄで曲がりが生ずるので、
光ファイバー１の内部を通過する直線偏光波５の偏光面
が回転する。光ファイバー１の出力光６の偏光面角度が
変化するので、図１の装置の場合と同様にして直線偏光
波５の偏光面回転角の時間についての１次微分値を求め
れば、被計測物体９の速度を得ることができる。また、
図４において、直線偏光波５の偏光面回転角の時間につ
いての２次微分値を求めれば、被計測物体９の加速度も
得ることができる。また、図４の構成も、被計測物体９
の変位によって光ファイバー１に曲がりが生じても、光
ファイバー１の端部、すなわち、出光部１２の位置が移
動しない。したがって、出光部１２の後段の装置を被計
測物体９の変位に応じて移動させる必要がなくなるの
で、装置を簡素化することができコストが低減される。FIG. 4 shows a main structure of a velocity or acceleration measuring device according to a further different embodiment of the present invention.
4A is a side view, and FIG. 4B is a view on arrow B in FIG. In FIG. 4A, for example, the single-mode optical fiber 1 is wound one turn, the linearly polarized wave 5 is input from the left side, and the output light 6 is output from the right side. The configuration until obtaining the linearly polarized wave 5 and the subsequent configuration for processing the output light 6 are the same as the configuration of FIG. 1, and therefore illustration and description thereof will be omitted. In FIG. 4B, the measured object 9
Is fixed to the upper part of the optical fiber 1, and the optical fiber 1 is configured to incline according to the lateral displacement of the measured object 9. If the measured object 9 is displaced to the left by d and moved to the position of the dotted line 9A, the lower portion 1D of the optical fiber 1 is twisted and becomes the state of the dotted line 1A. As a result, a bend occurs in the lower portion 1D of the optical fiber 1,
The plane of polarization of the linearly polarized wave 5 passing through the inside of the optical fiber 1 rotates. Since the polarization plane angle of the output light 6 of the optical fiber 1 changes, the first-order differential value with respect to time of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized light wave 5 is obtained in the same manner as in the device of FIG. You can get the speed of. Also,
In FIG. 4, the acceleration of the measured object 9 can also be obtained by obtaining the secondary differential value with respect to the time of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5. In addition, the configuration of FIG.
Even if the optical fiber 1 is bent due to the displacement of 1, the position of the end of the optical fiber 1, that is, the position of the light emitting part 12 does not move. Therefore, it is not necessary to move the device in the latter stage of the light emitting unit 12 according to the displacement of the measured object 9, and the device can be simplified and the cost can be reduced.
【００２３】なお、図４において、被計測物体９を錘と
し、その被計測物体９をばねを介してもう１つの被計測
物体に固定すれば、もう１つの方の被計測物体の加速度
の計測を行うことができる。すなわち、もう１つの方の
被計測物体が加速度を受ければ、その加速度に比例して
被計測物体９が振幅ｄで振動するので、その振幅ｄを直
線偏光波５の偏光面回転角から求めれば、図２の場合と
同様にしてもう１つの方の被計測物体の加速度の計測を
行うことができる。In FIG. 4, if the measured object 9 is a weight and the measured object 9 is fixed to another measured object via a spring, the acceleration of the other measured object is measured. It can be performed. That is, if the other measured object receives an acceleration, the measured object 9 vibrates with an amplitude d in proportion to the acceleration. Therefore, if the amplitude d is obtained from the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5. As in the case of FIG. 2, the acceleration of the other measured object can be measured.
【００２４】図５は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる速度あるいは加速度計測装置の要部構成を示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図５の（Ａ）のＣ矢視図であ
る。図５の（Ａ）において、例えば単一モードの光ファ
イバー１が複数ターン螺旋状に巻回されている。右上側
から直線偏光波５が入力され、左上側から出力光６が出
力される。直線偏光波５を得るまでの構成、および出力
光６を処理するそれ以後の構成は、図１の構成と同じな
ので図示およびその説明は省略する。図５の（Ｂ）にお
いて、被計測物体９が、光ファイバー１の上部に固着さ
れるとともに、光ファイバー１の下部の固定台１０が設
けられている。被計測物体９の上下の変位に応じて光フ
ァイバー１の螺旋形状が収縮するように構成されてい
る。被計測物体９が下方へｄだけ変位し、点線９Ａの位
置に移ったとすると、光ファイバー１が全体的に捩じら
れ、点線１Ａの状態になる。それによって、光ファイバ
ー１において全体的に曲がりが生ずるので、光ファイバ
ー１の内部を通過する直線偏光波５の偏光面が回転す
る。光ファイバー１の出力光６の偏光面角度が変化する
ので、図１の装置の場合と同様にして直線偏光波５の偏
光面回転角の時間についての１次微分値を求めれば、被
計測物体９の速度を得ることができる。また、図５にお
いて、直線偏光波５の偏光面回転角の時間についての２
次微分値を求めれば、被計測物体９の加速度も得ること
ができる。また、図５の構成も、被計測物体９の変位に
よって光ファイバー１に曲がりが生じても、光ファイバ
ー１の端部、すなわち、出光部１２の位置が移動しな
い。したがって、出光部１２の後段の装置を被計測物体
９の変位に応じて移動させる必要がなくなるので、装置
を簡素化することができコストが低減される。FIG. 5 shows a main structure of a velocity or acceleration measuring device according to a further different embodiment of the present invention.
5A is a plan view, and FIG. 6B is a view taken in the direction of arrow C in FIG. In FIG. 5A, for example, a single mode optical fiber 1 is spirally wound a plurality of turns. The linearly polarized wave 5 is input from the upper right side, and the output light 6 is output from the upper left side. The configuration until obtaining the linearly polarized wave 5 and the subsequent configuration for processing the output light 6 are the same as the configuration of FIG. 1, and therefore illustration and description thereof will be omitted. In FIG. 5B, the measured object 9 is fixed to the upper part of the optical fiber 1 and the fixed base 10 below the optical fiber 1 is provided. The spiral shape of the optical fiber 1 is configured to contract according to the vertical displacement of the measured object 9. Assuming that the measured object 9 is displaced downward by d and moves to the position of the dotted line 9A, the optical fiber 1 is twisted as a whole and becomes in the state of the dotted line 1A. As a result, the optical fiber 1 is bent as a whole, so that the polarization plane of the linearly polarized wave 5 passing through the inside of the optical fiber 1 is rotated. Since the polarization plane angle of the output light 6 of the optical fiber 1 changes, the first-order differential value with respect to time of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized light wave 5 is obtained in the same manner as in the device of FIG. You can get the speed of. In addition, in FIG. 5, 2 with respect to the time of the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5
If the second derivative is obtained, the acceleration of the measured object 9 can also be obtained. Also in the configuration of FIG. 5, even if the optical fiber 1 is bent due to the displacement of the measured object 9, the position of the end portion of the optical fiber 1, that is, the light emitting portion 12 does not move. Therefore, it is not necessary to move the device in the latter stage of the light emitting unit 12 according to the displacement of the measured object 9, and the device can be simplified and the cost can be reduced.
【００２５】なお、図５において、被計測物体９を錘と
し、その被計測物体９をばねを介してもう１つの被計測
物体に固定すれば、もう１つの方の被計測物体の加速度
の計測を行うことができる。すなわち、もう１つの方の
被計測物体が加速度を受ければ、その加速度に比例して
被計測物体９が振幅ｄで振動するので、その振幅ｄを直
線偏光波５の偏光面回転角から求めれば、図２の場合と
同様にしてもう１つの方の被計測物体の加速度の計測を
行うことができる。In FIG. 5, if the measured object 9 is a weight and the measured object 9 is fixed to another measured object via a spring, the acceleration of the other measured object is measured. It can be performed. That is, if the other measured object receives an acceleration, the measured object 9 vibrates with an amplitude d in proportion to the acceleration. Therefore, if the amplitude d is obtained from the polarization plane rotation angle of the linearly polarized wave 5. As in the case of FIG. 2, the acceleration of the other measured object can be measured.
【００２６】また、この発明にかかる図１ないし図５の
構成はその図の構成に限定されるものではなく、被計測
物体９の速度、あるいは、被計測物体９の受ける加速度
によって光ファイバー１において局所的にあるいは全体
的に曲がりが生ずる構成であれば、どのような構成であ
ってもよい。また、図２における板ばね１３は、コイル
ばねであってもよい。The configuration of FIGS. 1 to 5 according to the present invention is not limited to the configuration shown in the figure, and the optical fiber 1 is locally affected by the velocity of the measured object 9 or the acceleration received by the measured object 9. Any structure may be used as long as the structure causes a bend in general or as a whole. Further, the leaf spring 13 in FIG. 2 may be a coil spring.
【００２７】次に、図６は、図１ないし図５の速度ある
いは加速度計測装置について、そのセンサファイバーと
なる光ファイバー１の入光側および出光側のより具体的
な構成の一例を示すものである。図６では、単一モード
の光ファイバー１の入光側にはブロック状または板状の
偏光子１０２およびその両側のレンズ１０２Ａ，１０２
Ｂを介して偏波保持ファイバー１２１が接続されてお
り、この偏波保持ファイバー１２１の他方端に図示され
ていない光源が接続されている。光ファイバー１の出光
側にはブロック状の検光子１０３およびその両側のレン
ズ１０３Ａ，１０３Ｂを介してマルチモードファイバー
１３１が接続されており、このマルチモードファイバー
１３１の他方端に図示されていないフォトダイオードが
接続されている。また、偏光子１０２およびレンズ１０
２Ａ，１０２Ｂとその両側の接続箇所，ならびに，検光
子１０３およびレンズ１０３Ａ，１０３Ｂとその両側の
接続箇所は、それぞれスリーブ１２２，１３２で覆われ
ている。Next, FIG. 6 shows an example of a more specific configuration of the optical fiber 1 serving as the sensor fiber of the velocity or acceleration measuring device of FIGS. . In FIG. 6, a block-shaped or plate-shaped polarizer 102 and lenses 102A, 102 on both sides thereof are provided on the light-incident side of the single-mode optical fiber 1.
A polarization maintaining fiber 121 is connected via B, and a light source (not shown) is connected to the other end of the polarization maintaining fiber 121. A multimode fiber 131 is connected to the light output side of the optical fiber 1 via a block-shaped analyzer 103 and lenses 103A and 103B on both sides thereof, and a photodiode (not shown) is provided at the other end of the multimode fiber 131. It is connected. In addition, the polarizer 102 and the lens 10
The sleeves 122 and 132 respectively cover 2A and 102B and the connection points on both sides thereof, and the analyzer 103 and the lenses 103A and 103B and the connection points on both sides thereof.
【００２８】次に、図７は、図１ないし図５の速度ある
いは加速度計測装置について、そのセンサファイバーと
なる光ファイバー１の入光側および出光側のより具体的
な構成の一例を示すものである。図７では、単一モード
の光ファイバー１の入光側にはフイルム状の偏光子２０
２を介して偏波保持ファイバー２２１が接続されてお
り、この偏波保持ファイバー２２１の他方端に図示され
ていない光源が接続されている。光ファイバー１の出光
側にはフイルム状の検光子２０３を介してマルチモード
ファイバー２３１が接続されており、このマルチモード
ファイバー２３１の他方端に図示されていないフォトダ
イオードが接続されている。また、偏光子２０２および
その両側の接続箇所，ならびに，検光子２０３およびそ
の両側の接続箇所は、それぞれスリーブ２２２，２３２
で覆われている。また、この図７の構成は、偏光子およ
びそ検光子をフイルム状として図６の構成におけるよう
な偏光子およびそ検光子の前後のレンズを不要としたも
のであり、より簡素な構成となっている。Next, FIG. 7 shows an example of a more specific structure of the optical fiber 1 serving as the sensor fiber of the velocity or acceleration measuring device of FIGS. . In FIG. 7, a film-shaped polarizer 20 is provided on the light-incident side of the single-mode optical fiber 1.
A polarization maintaining fiber 221 is connected via 2 and a light source (not shown) is connected to the other end of the polarization maintaining fiber 221. A multimode fiber 231 is connected to the light output side of the optical fiber 1 via a film-shaped analyzer 203, and a photodiode (not shown) is connected to the other end of the multimode fiber 231. Further, the polarizer 202 and the connection points on both sides thereof, and the analyzer 203 and the connection points on both sides thereof are respectively connected to the sleeves 222 and 232.
Is covered with. In addition, the configuration of FIG. 7 does not require the polarizer and the lenses in front of and behind the polarizer and the analyzer as in the configuration of FIG. 6 by making the polarizer and the analyzer into a film shape, and has a simpler configuration. ing.
【００２９】なお、図６および図７において、センサフ
ァイバーとなる光ファイバー１は、直線状として図示さ
れているが、実際には、図１の構成に対応する直線形状
以外に、図３の構成に対応するＵ字状の形状，図４の構
成に対応する１ターン巻回された形状および図５の構成
に対応する複数ターン螺旋状に巻回された形状などに形
成したものとすることができる。In FIG. 6 and FIG. 7, the optical fiber 1 serving as the sensor fiber is illustrated as a linear shape, but in reality, in addition to the linear shape corresponding to the structure of FIG. It may be formed in a corresponding U-shape, a one-turn wound shape corresponding to the configuration of FIG. 4, a multiple-turn spirally wound shape corresponding to the configuration of FIG. .
【００３０】また、本発明の速度あるいは加速度計測装
置は、図１ないし図５に示されているようにそのセンサ
ファイバーである光ファイバー１が光を入射から出射ま
で一方向に透過していく一方向透過型の構成であり、ま
た、図６あるいは図７のような構成とすることにより、
光源よりの光の入射からフォトダイオードへの光の出射
まで光路が閉じた構成とすることができる。Further, in the velocity or acceleration measuring apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 5, the optical fiber 1 which is the sensor fiber transmits light in one direction from incident to emission. It is a transmissive structure, and by adopting a structure as shown in FIG. 6 or 7,
It is possible to adopt a configuration in which the optical path from the incidence of light from the light source to the emission of light to the photodiode is closed.
【００３１】一方、特開平９−３３３３２号公報には、
光ファイバーセンサを用いた加速度計測装置として、単
一モードの光ファイバーよりなるセンサファイバーを通
って案内された光を端部から一度空間に出射させ反射器
によって反射させて再び前記センサファイバー内に戻す
ようにするとともに、前記センサファイバーの端部を横
断方向で自由に揺動可能に懸架しておいて、前記端部の
横断方向の振動に伴う前記端部と前記反射器との間の間
隔距離の小さな変化を干渉法によって検出することによ
り加速度計測を行う構成示されており、この加速度計測
装置は光ファイバーセンサを用いている点では、本発明
の加速度計測装置と同様である。しかしながら、この特
開平９−３３３３２号公報に記載の加速度計測装置は、
干渉法を用いるものであって、本発明の加速度計測装置
のような，センサファイバーの曲がりに応じて直線偏光
面が回転する特性を用いらるものとはその構成は異なる
ものである。On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-33332,
As an acceleration measuring device using an optical fiber sensor, light guided through a sensor fiber composed of a single mode optical fiber is emitted from an end portion once into a space, reflected by a reflector and returned to the inside of the sensor fiber. In addition, the end portion of the sensor fiber is suspended so that it can swing freely in the transverse direction, and a small distance between the end portion and the reflector due to the vibration of the end portion in the transverse direction is small. This configuration is similar to the acceleration measuring device of the present invention in that the acceleration measuring device uses an optical fiber sensor to detect acceleration by detecting a change by an interferometric method. However, the acceleration measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-33332 discloses
The interferometry method is used, and its configuration is different from that of the acceleration measuring apparatus of the present invention, which uses the characteristic that the plane of linear polarization is rotated according to the bending of the sensor fiber.
【００３２】また、この特開平９−３３３３２号公報に
記載の加速度計測装置は、光を一度出射させ反射器によ
って反射させてセンサファイバー内に戻す構成であると
ともに、センサファイバーの端部を横断方向で自由に揺
動可能に懸架する構成であるため、光軸のずれが発生し
やすいものとなっている。このため、特開平９−３３３
３２号公報に記載の加速度計測装置では、初期状態とし
ては光軸を合わせ込んでおくことができるが、加速度計
測装置として使用しているうちに経時的に光軸がずれて
いくことにより、反射光の光量が減り、参照光との干渉
強度，すなわち，干渉のコントラストに影響を与え、そ
の結果、検出感度が劣化していくという問題を有してい
る。The acceleration measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-33332 has a structure in which light is emitted once, reflected by a reflector and returned to the inside of the sensor fiber, and the end of the sensor fiber is transversely crossed. Since it is configured so that it can be freely rocked, the optical axis is easily displaced. For this reason, JP-A-9-333
In the acceleration measuring device described in Japanese Patent No. 32, the optical axis can be aligned in the initial state, but the optical axis shifts with time during use as the acceleration measuring device, which causes reflection. There is a problem that the amount of light is reduced and the interference intensity with the reference light, that is, the contrast of the interference is affected, and as a result, the detection sensitivity deteriorates.
【００３３】これに対して、本発明の加速度計測装置
は、特開平９−３３３３２号公報に記載の加速度計測装
置のような、光を一度空間に出射させ反射器によって反
射させてセンサファイバー内に戻すものとは異なり、セ
ンサファイバーを光が入射から出射まで一方向に透過し
ていく一方向透過型の構成であるため、上記のような光
軸のずれに起因する問題が起きない信頼性の高い構成と
なっている。On the other hand, the acceleration measuring device of the present invention, like the acceleration measuring device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-33332, emits light once into the space and reflects it by the reflector so that it is reflected in the sensor fiber. Unlike the one that returns, the sensor fiber has a one-way transmission type in which light is transmitted in one direction from incident to emission, so that the problem caused by the above-mentioned deviation of the optical axis does not occur. It has a high composition.
【００３４】また、この特開平９−３０４１６９号公報
に記載の加速度計測装置は、光ファイバーセンサを用い
た加速度計測装置として、間隔をおいて位置する錘とベ
ースとを結ぶように巻回したセンサファイバーの一部が
構成する直線部分の弾性をばねとしてサイズモ系を形成
するとともに、不動点に位置する剛体物にリファレンス
ファイバーを巻回し、これら２つの光ファイバーよりな
る干渉計の出力干渉光を電気変換して加速度計測を行う
構成が示されており、この加速度計測装置は光ファイバ
ーセンサを用いている点では、本発明の加速度計測装置
と同様である。しかしながら、この特開平９−３０４１
６９号公報に記載の加速度計測装置は、上記の特開平９
−３３３３２号公報に記載の加速度計測装置と同様に、
干渉法を用いるものであって、本発明の加速度計測装置
のような，センサファイバーの曲がりに応じて直線偏光
波の偏光面が回転する特性を用いらるものとはその構成
が異なるものである。The acceleration measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304169 is an acceleration measuring device using an optical fiber sensor, which is a sensor fiber wound so as to connect a weight and a base that are spaced apart from each other. The elasticity of the straight line part of which forms a spring forms a seismo system, and a reference fiber is wound around a rigid body located at a fixed point, and the interference light output from the interferometer consisting of these two optical fibers is converted into electrical power. This configuration is similar to the acceleration measuring apparatus of the present invention in that the acceleration measuring apparatus uses an optical fiber sensor. However, this Japanese Patent Laid-Open No. 9-3041
The acceleration measuring device described in Japanese Patent Publication No. 69 is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No.
As in the acceleration measuring device described in Japanese Patent Publication No. 33332,
An interferometry method is used, and its configuration is different from that of the acceleration measuring apparatus of the present invention, which uses the characteristic that the plane of polarization of a linearly polarized wave rotates according to the bending of the sensor fiber. .
【００３５】また、この特開平９−３０４１６９号公報
に記載の加速度計測装置は、センサファイバーの復元
性，すなわち，ばね特性を利用するものであるため、加
速度計測装置として使用しているうちに経時的なファイ
バー材料の劣化のためその復元性が変化していくことに
より、そのサイズモ系に影響を与え、その結果、測定誤
差が大きくなるという問題を有している。なお、この特
開平９−３０４１６９号公報に記載の加速度計測装置に
おいて、そのセンサファイバーとして通常の単一モード
の光ファイバーが使用されている場合は、ファイバーの
コア・クラッドの外周にプラスチックの被覆が施され、
この被覆がコア・クラッドを支持する構成となっている
ため、周囲の環境および繰り返し印加される引張力を受
けてプラスチックの被覆が劣化していくことにより、コ
ア・クラッドの支持状態が変化することになり、その復
元性が変化することになる。Further, since the acceleration measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304169 utilizes the resilience of the sensor fiber, that is, the spring characteristic, it is aged while being used as the acceleration measuring device. There is a problem in that the resilience changes due to the deterioration of a typical fiber material, which affects the sizing system, resulting in a large measurement error. In the acceleration measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304169, when a normal single mode optical fiber is used as the sensor fiber, a plastic coating is applied to the outer circumference of the core / clad of the fiber. Is
Since this coating supports the core / clad, the support state of the core / clad may change due to deterioration of the plastic coating due to the surrounding environment and repeated tensile force. And its resilience will change.
【００３６】これに対して、本発明の加速度計測装置
は、特開平９−３０４１６９号公報に記載の加速度計測
装置のような、センサファイバーの復元性を利用するも
のとは異なり、センサファイバーの曲がりに応じて直線
偏光波の偏光面が回転する特性を利用するものであると
ともに、このセンサファイバーを、別に設けられたばね
・錘系と組合わせるものであるため、加速度計測装置と
しての使用におけるセンサファイバーへの加振によりセ
ンサファイバーの復元性は変化したとしても、加速度計
測の誤差に結びつくものではなく、長期間の使用に耐え
得る信頼性の高い加速度計測装置となっている。On the other hand, the acceleration measuring device of the present invention, unlike the acceleration measuring device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304169, which utilizes the resilience of the sensor fiber, bends the sensor fiber. In addition to utilizing the characteristic that the plane of polarization of the linearly polarized wave rotates in accordance with the above, this sensor fiber is combined with a separately provided spring / weight system, so the sensor fiber in use as an acceleration measuring device is used. Even if the resilience of the sensor fiber changes due to vibration, it does not lead to an error in acceleration measurement, and it is a highly reliable acceleration measurement device that can withstand long-term use.
【００３７】また、この特開平９−３０４１６９号公報
に記載の加速度計測装置は、センサファイバーとリファ
レンスファイバーとの干渉計を構成するものであるた
め、実際の計測装置の構成としては、センサファイバー
およびリファレンスファイバーの入力側で光を光カプラ
により分岐させるとともに出力側で再び光カプラにより
結合させる構成とする必要があるため、必要な光部品の
点数が多く、これが、光信号の光量の損失，信頼性の低
下およびコストアップの要因となるという問題も有して
いる。Further, since the acceleration measuring device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304169 constitutes an interferometer between the sensor fiber and the reference fiber, the actual measuring device has a sensor fiber and Since it is necessary to split the light at the input side of the reference fiber by the optical coupler and to couple it at the output side again by the optical coupler, the number of required optical components is large, which results in loss of the light quantity of the optical signal and reliability. There is also a problem that it becomes a factor of lowering the cost and increasing the cost.
【００３８】これに対して、本発明の加速度計測装置
は、光源からセンサファイバーを経由してフォトダイオ
ードまで光が一方向に透過していく一方向透過型の構成
であるため、特開平９−３０４１６９号公報に記載の加
速度計測装置のような、光路の途中で分岐するための光
カプラ等の光部品が不要な簡素な構成であり、このた
め、光信号の光量の損失，信頼性の低下およびコストア
ップなどの問題のないものとなっている。On the other hand, the acceleration measuring device of the present invention is of a one-way transmission type in which light is transmitted in one direction from the light source to the photodiode via the sensor fiber, and therefore, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9- The acceleration measuring device described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 304169 has a simple structure that does not require optical components such as an optical coupler for branching in the middle of the optical path. Therefore, the loss of the light amount of the optical signal and the decrease in reliability are caused. And there is no problem such as cost increase.
【００３９】[0039]
【発明の効果】この発明は前述のように、被計測物体の
速度を計測する装置であって、直線偏光波が、前記被計
測物体の変位に応じて曲がりが生ずるように構成された
光ファイバーに入力され、前記光ファイバー内での前記
直線偏光波の偏光面の回転角度の時間についての１次微
分値を求めることによって前記被計測物体の速度を計測
してなるようにすることによって、電気ノイズや高電圧
の影響を受けることがなくなり、速度計測の信頼性が向
上するとともに、高電圧部の被計測物体の速度計測も絶
縁対策を必要としないので容易に速度計測を行うことが
できる。As described above, the present invention is a device for measuring the velocity of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave is transmitted to an optical fiber constructed so as to bend in accordance with the displacement of the object to be measured. The speed of the object to be measured is measured by obtaining the first-order differential value with respect to the time of the rotation angle of the polarization plane of the linearly-polarized wave in the optical fiber, and thereby the electrical noise and The influence of the high voltage is eliminated, the reliability of the speed measurement is improved, and the speed measurement of the object to be measured in the high voltage portion does not require insulation measures, so that the speed measurement can be easily performed.
【００４０】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが予め全周に応力が加えられたものからなるように
することによって、速度計測に光弾性定数の大きい光フ
ァイバーでも使用することができるので汎用の安価な光
ファイバーが使用できコストが低減される。また、かか
る構成において、前記光ファイバーが、Ｕ字状に形成さ
れたものからなるようにすることによって、被計測物体
が変位しても光ファイバーの端部が移動しなくなり、速
度計測装置の構成が簡素化されコストが低減される。Further, in such a structure, by making the optical fiber from which stress is applied to the entire circumference in advance, even an optical fiber having a large photoelastic constant can be used for speed measurement, so that it is general-purpose and inexpensive. Fiber optics can be used and cost is reduced. Further, in such a configuration, by making the optical fiber formed in a U shape, the end of the optical fiber does not move even if the object to be measured is displaced, and the configuration of the speed measuring device is simple. And costs are reduced.
【００４１】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが、１ターンあるいは複数ターン巻回されたものか
らなるようにすることによっても、被計測物体が変位し
ても光ファイバーの端部が移動しなくなり、速度計測装
置の構成が簡素化されコストが低減される。また、被計
測物体の加速度を計測する装置であって、直線偏光波
が、前記被計測物体の変位に応じて曲がりが生ずるよう
に構成された光ファイバーに入力され、前記光ファイバ
ー内での前記直線偏光波の偏光面の回転角度の時間につ
いての２次微分値を求めることによって前記被計測物体
の加速度を計測してなるようにすることによって、電気
ノイズや高電圧の影響を受けることがなくなり、加速度
計測の信頼性が向上するとともに、高電圧部の被計測物
体の加速度計測も絶縁対策を必要としないので容易に加
速度計測を行うことができる。Further, in such a structure, even if the optical fiber is formed by winding one turn or a plurality of turns, the end portion of the optical fiber does not move even if the object to be measured is displaced, and the speed is reduced. The structure of the measuring device is simplified and the cost is reduced. A device for measuring the acceleration of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave is input to an optical fiber configured to be bent according to the displacement of the object to be measured, and the linearly polarized light in the optical fiber is input. By measuring the acceleration of the object to be measured by obtaining the second derivative of the rotation angle of the polarization plane of the wave with respect to time, the influence of electrical noise and high voltage is eliminated, and the acceleration The reliability of the measurement is improved, and the acceleration measurement of the object to be measured in the high voltage portion does not require insulation measures, so that the acceleration measurement can be easily performed.
【００４２】また、被計測物体にばねを介して錘が取り
付けられ、直線偏光波が、前記錘の変位に応じて曲がり
が生ずるように構成された光ファイバーに入力され、前
記光ファイバー内での前記直線偏光波の偏光面の回転角
度を求めることによって前記被計測物体の加速度を計測
してなるようにすることによっても電気ノイズや高電圧
の影響を受けることがなくなり、加速度計測の信頼性が
向上するとともに、高電圧部の被計測物体の加速度計測
も絶縁対策を必要としないので容易に加速度計測を行う
ことができる。Further, a weight is attached to the object to be measured via a spring, and a linearly polarized wave is input to an optical fiber which is constructed so as to be bent in accordance with the displacement of the weight, and the straight line in the optical fiber is inputted. By measuring the acceleration of the object to be measured by obtaining the rotation angle of the polarization plane of the polarized wave, the influence of electrical noise and high voltage is eliminated, and the reliability of acceleration measurement is improved. At the same time, the acceleration measurement of the object to be measured in the high voltage portion does not require insulation measures, so that the acceleration measurement can be easily performed.
【００４３】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが予め全周に応力が加えられたものからなるように
することによって、加速度計測に光弾性定数の大きい光
ファイバーでも使用することができ汎用の安価な光ファ
イバーが使用できコストが低減される。また、かかる構
成において、前記光ファイバーが、Ｕ字状に形成された
ようにすることによって、被計測物体が変位しても光フ
ァイバーの端部が移動しなくなり、加速度計測装置の構
成が簡素化されコストが低減される。Further, in such a structure, by making the optical fiber to have a stress applied to the entire circumference in advance, even an optical fiber having a large photoelastic constant can be used for acceleration measurement, and a general-purpose inexpensive optical fiber can be used. Can be used and the cost is reduced. Further, in such a configuration, by forming the optical fiber in a U shape, the end of the optical fiber does not move even if the object to be measured is displaced, and the configuration of the acceleration measuring device is simplified and the cost is reduced. Is reduced.
【００４４】また、かかる構成において、前記光ファイ
バーが、１ターンあるいは複数ターン巻回されたものか
らなるようにすることによっても、被計測物体が変位し
ても光ファイバーの端部が移動しなくなり、加速度計測
装置の構成が簡素化されコストが低減される。Further, in such a structure, even if the optical fiber is formed by winding one turn or a plurality of turns, the end portion of the optical fiber does not move even when the object to be measured is displaced, and the acceleration is increased. The structure of the measuring device is simplified and the cost is reduced.
【図１】この発明の実施例にかかる速度あるいは加速度
計測装置の構成を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a velocity or acceleration measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の異なる実施例にかかる加速度計測装
置の要部構成を示す断面図FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main configuration of an acceleration measuring device according to another embodiment of the present invention.
【図３】この発明のさらに異なる実施例にかかる速度あ
るいは加速度計測装置の要部構成を示し、（Ａ）は側面
図、（Ｂ）は図３の（Ａ）のＡ矢視図3A and 3B show a main configuration of a velocity or acceleration measuring device according to a further different embodiment of the present invention, FIG. 3A is a side view, and FIG.
【図４】この発明のさらに異なる実施例にかかる速度あ
るいは加速度計測装置の要部構成を示し、（Ａ）は側面
図、（Ｂ）は図４の（Ａ）のＢ矢視図4A and 4B show a main configuration of a velocity or acceleration measuring device according to still another embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a side view and FIG.
【図５】この発明のさらに異なる実施例にかかる速度あ
るいは加速度計測装置の要部構成を示し、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は図５の（Ａ）のＣ矢視図5A and 5B show a main configuration of a velocity or acceleration measuring device according to still another embodiment of the present invention, FIG. 5A being a plan view and FIG.
【図６】図１ないし図５の速度あるいは加速度計測装置
におけるセンサファイバーの入光側および出光側の構成
の一例を示す構成図FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a configuration on a light incident side and a light emitting side of a sensor fiber in the velocity or acceleration measuring device of FIGS.
【図７】図１ないし図５の速度あるいは加速度計測装置
におけるセンサファイバーの入光側および出光側の異な
る構成の一例を示す構成図FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of different configurations on the light incident side and the light emitting side of a sensor fiber in the velocity or acceleration measuring device of FIGS.
１：光ファイバー、２，１０２，２０２：偏光子、３，
１０３，２０３：検光子、４：光、５：直線偏光波、
６：出力光、８：出射光、９，１６：被計測物体、１
０：固定台、１１：入光部、１２：出光部、１３：板ば
ね、１４：支持、１５：錘、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０
３Ａ，１０３Ｂ：レンズ、１２１，２２１：偏光保持フ
ァイバー、１２２，１３２，２２２，２３２：スリー
ブ、１３１，２３１：マルチモードファイバー1: optical fiber, 2, 102, 202: polarizer, 3,
103, 203: analyzer, 4: light, 5: linearly polarized wave,
6: output light, 8: outgoing light, 9, 16: object to be measured, 1
0: Fixed stand, 11: Light entrance part, 12: Light exit part, 13: Leaf spring, 14: Support, 15: Weight, 102A, 102B, 10
3A, 103B: lens, 121, 221: polarization maintaining fiber, 122, 132, 222, 232: sleeve, 131, 231: multimode fiber
Claims (9)
て、直線偏光波が、前記被計測物体の変位に応じて曲が
りが生ずるように構成された光ファイバーに入力され、
前記光ファイバー内での前記直線偏光波の偏光面の回転
角度の時間についての１次微分値を求めることによって
前記被計測物体の速度を計測してなることを特徴とする
速度計測装置。1. A device for measuring the velocity of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave is input to an optical fiber configured to bend in response to the displacement of the object to be measured,
A velocity measuring device, characterized in that the velocity of the object to be measured is measured by obtaining a first-order differential value with respect to time of a rotation angle of a polarization plane of the linearly polarized wave in the optical fiber.
前記光ファイバーが予め全周に応力が加えられたものか
らなることを特徴とする速度計測装置。2. The speed measuring device according to claim 1,
A velocity measuring device, characterized in that the optical fiber is formed by applying stress to the entire circumference in advance.
おいて、前記光ファイバーが、Ｕ字状に形成されたもの
からなることを特徴とする速度計測装置。3. The speed measuring device according to claim 1, wherein the optical fiber is formed in a U shape.
おいて、前記光ファイバーが、１ターンあるいは複数タ
ーン巻回されたものからなることを特徴とする速度計測
装置。4. The speed measuring device according to claim 1 or 2, wherein the optical fiber comprises one turn or a plurality of turns.
て、直線偏光波が、前記被計測物体の変位に応じて曲が
りが生ずるように構成された光ファイバーに入力され、
前記光ファイバー内での前記直線偏光波の偏光面の回転
角度の時間についての２次微分値を求めることによって
前記被計測物体の加速度を計測してなることを特徴とす
る加速度計測装置。5. An apparatus for measuring the acceleration of an object to be measured, wherein a linearly polarized wave is input to an optical fiber configured to bend in accordance with the displacement of the object to be measured,
An acceleration measuring device, characterized in that the acceleration of the object to be measured is measured by obtaining a secondary differential value with respect to time of a rotation angle of a polarization plane of the linearly polarized wave in the optical fiber.
て、被計測物体にばねを介して錘が取り付けられ、直線
偏光波が、前記錘の変位に応じて曲がりが生ずるように
構成された光ファイバーに入力され、前記光ファイバー
内での前記直線偏光波の偏光面の回転角度を求めること
によって前記被計測物体の加速度を計測してなることを
特徴とする加速度計測装置。6. A device for measuring the acceleration of an object to be measured, wherein a weight is attached to the object to be measured via a spring, and linearly polarized waves are bent according to the displacement of the weight. The acceleration measuring device is characterized in that the acceleration of the object to be measured is measured by obtaining the rotation angle of the polarization plane of the linearly polarized wave that is input to the optical fiber and that is inside the optical fiber.
において、前記光ファイバーが予め全周に応力が加えら
れたものからなることを特徴とする加速度計測装置。7. The acceleration measuring device according to claim 5 or 6, wherein the optical fiber is formed by applying stress to the entire circumference in advance.
度計測装置において、前記光ファイバーが、Ｕ字状に形
成されたものからなることを特徴とする加速度計測装
置。8. The acceleration measuring device according to claim 5, wherein the optical fiber is formed in a U shape.
度計測装置において、前記光ファイバーが、１ターンあ
るいは複数ターン巻回されたものからなることを特徴と
する加速度計測装置。9. The acceleration measuring device according to claim 5, wherein the optical fiber comprises one turn or a plurality of turns.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336018A JP2003139786A (en) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | Speed and acceleration measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336018A JP2003139786A (en) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | Speed and acceleration measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139786A true JP2003139786A (en) | 2003-05-14 |
Family
ID=19150918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001336018A Pending JP2003139786A (en) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | Speed and acceleration measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003139786A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013131745A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Asml Netherlands Bv | Lithographic apparatus with deformation sensor |
-
2001
- 2001-11-01 JP JP2001336018A patent/JP2003139786A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013131745A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Asml Netherlands Bv | Lithographic apparatus with deformation sensor |
| US9360774B2 (en) | 2011-12-21 | 2016-06-07 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus with a deformation sensor |
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