JP2003514230A - バイスタティック・ドップラーセンサ装置の位置合わせ方法 - Google Patents
バイスタティック・ドップラーセンサ装置の位置合わせ方法Info
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- G01S7/4972—Alignment of sensor
Abstract
Description
る。例えば、航空機の実際の対気速度又はその伴流速度を確認する必要がある場
合もある。公知の風速の測定方法は、連続波干渉レーザドップラー速度計を利用
している。空中の粒子は、浮遊空気と同じ速度で移動すると想定される。つまり
、速度は、空気の特定の体積を通過する粒子から反射されるレーザ光線における
ドップラーシフトを測ることで測定できる。特定の体積は、一般には試験体積と
呼ばれている。ドップラーシフトは、反射光線信号をビート(ヘテロダイン)す
ることによって高精度に測定される。
部品をもつことにその名称の由来がある。システムからのレーザ光線は、風速が
測定される空間領域内に送信される。空中の粒子から反射され同じ部品に戻るレ
ーザ光線は、風速を測定するために分析される。空間分解能は、送信光ビームを
空間領域に集束させることによって得られる。実際には、回折によりモノスタテ
ィック・システムは、数百メートルの範囲に制限される。更に、焦点を外れると
感度が徐々に低下するので、試験体積を規定するのが難しい場合もある。その結
果、試験体積から離れている雲、煙、又は他の物体が、妨害反射をもたらす場合
もある。従って、例えば風洞実験において、風速の正確な局在化が必要な場合に
は、モノスタティック・システムは適切ではない。
名称は別個の送信及び受信部品をもつことに由来している。バイスタティック・
システムの光学的装置は、非平行な送信ビームと「受信」ビームとを交差するよ
う配置できるので、良好に規定された試験体積を提供できるようになっている。
試験体積を限定できるので、前述の事由に対して好都合であるが、信号出力の低
下を引き起こす場合もある。即ち、一般に、高いレンジ分解能は、搬送波雑音比
の低下を伴う。満足のいく位置合わせのためには、送信及び「受信」ビーム焦点
は、交差点で一致する必要があるが、これを実現するのは厄介である。
所定の空間点へ送信する送信手段と、空間点からの反射放射光を受信する受信手
段と、反射放射光の任意のドップラーシフトを測定する測定手段とを備えるドッ
プラーセンサ装置であって、送信手段及び受信手段は別個のものであり、送信手
段及び受信手段の各々は、取り外し可能に取り付けられる放射光案内手段を有し
、光源手段から送信手段へ及び受信手段から測定手段へ放射光を案内する放射光
案内手段は、送信手段及び受信手段を、送信手段及び受信手段に位置合わせする
のに使用される放射光案内手段と交換できるようになっているドップラーセンサ
装置を提供する。
空間点に隣接する試験体積の外側で発生する全ての散乱放射光の有効な除去をも
たらす。 取り外し可能に取り付けることができる放射光案内手段を備えているので、ド
ップラーシフトの測定を容易にする装置の構成部品と、送信手段と受信手段との
位置合わせを容易にする構成部品とを簡単に交換することが可能になる。従って
、送信手段と受信手段との満足のいく位置合わせを容易に実現できる。更に、送
信手段と受信手段とは、装置の他の部分から離れていてもよく、厄介な又は不利
な環境での測定を改善できる。精巧な又は高価な構成部品は、安全な場所に配置
できる。
、単一モード光ファイバである。 また、放射光は、光ファイバ手段により装置の各構成部品の間に案内される。 更に、光源手段は、半導体レーザであることが好ましい。半導体レーザは、外
部キャビティ型半導体レーザダイオードであってもよい。 本装置は、光源手段からの放射光を2つの第1の出力に分配するための第1の
手段を含むことができる。放射光が光ファイバによって各構成部品間に案内され
る場合には、第1の手段はファイバカップラであってもよい。
る。これはノイズレベルに悪影響を与える光源への帰還に関する問題を解決する
のに使用できる。光学環境において、このようなアイソレータは光学ダイオード
として知られている。 本装置は、放射光出力を反射光の信頼性の高い検出を行うのに十分なレベルに
増幅する増幅器を更に含むことができる。この場合も同様に、放射光が光ファイ
バによって各構成部品間に案内される場合には、増幅器はエルビウムドープ・フ
ァイバ増幅器であってもよい 本装置は、モジュレータを更に含むことができる。光学環境において、音響光
学モジュレータは、光源からの放射光出力の周波数をシフトするのに使用でき、
正負のドップラーシフトの識別が可能になる。
放射光案内手段は、第1の出力の1つからの放射光を2つの第2の出力に分配す
る第2の手段と、2つの第2の出力からの放射光を送信手段及び受信手段へ案内
する放射光案内手段とを備えることができる。もしくは、送信手段と受信手段と
を位置合わせするのに使用する放射光は、別個の光源から得ることもできる。
光コントローラを更に備えることができる。もしくは、偏光維持型放射光案内手
段又は光ファイバ手段を使用することもできる。 本装置は、2つの第1の出力の他方からの放射光と受信手段からの放射光とを
結合し、結合された放射光を2つの第3の出力に分配する手段を更に備えること
ができる。
の他方の放射光を受信する検出手段とを更に備えることができる。 受信手段は、各々が空間点の別個の反射放射光を受信する、第1及び第2の受
信入力をもつことができる。 送信手段と受信手段との位置合わせ段階は、ビームプロファイラーを使用する
か、又は装置及び/又は蛍光カードを使用することを含むことができる。 本発明による装置は、特に連続波ドップラー風速センサに使用するのに適する
。
射光を所定の空間点へ送信する送信手段と、空間点からの反射放射光を受信する
受信手段と、反射放射光の任意のドップラーシフトを測定する測定手段(8)と
を備えるドップラーセンサ装置であって、送信手段と受信手段とは別個のもので
あり、送信手段と受信手段とを位置合わせする方法は、送信手段及び受信手段か
ら同時に放射光を送信する段階と、送信手段及び受信手段の位置を、各々が送信
した放射光が交差するまで調整する段階とを含むドップラーセンサ装置を提供す
るものである。
射光を所定の空間点へ送信する送信手段と、空間点からの反射放射光を受信する
受信手段と、反射放射光の任意のドップラーシフトを測定する測定手段と、光源
手段から送信手段へ及び受信手段から測定手段へ放射光を案内する手段とを備え
るドップラーセンサ装置であって、送信手段と受信手段とは分別個のものであり
、送信手段と受信手段とを位置合わせする方法は、放射光案内手段を、送信手段
及び受信手段へ放射光を案内する手段に交換する段階を含むドップラーセンサ装
置を提供するものである。 本発明は、添付の図面を参照して以下に例示的に詳細に説明される。
出力7mWの主発振器として機能する、高干渉外部キャビティ型半導体レーザ光
源2を有している。送信部品4は、光源2からの光を所定の空間点(図示せず)
に送信し、受信部品6は、所定の空間点からの反射光を受信し、測定手段8は、
反射光を送信光と比較して分析する。
任意の空間点を通過する速度は、その点での風速の指標である。光源2からの光
は、送信部品4を経由して風速を測定する空間点に送信される。この点を通過す
る粒子は送信光に衝突し、粒子からの反射光は受信部品6に戻る。粒子は移動し
ているので、そこからの反射光はドップラーシフトの影響を受け、ドップラーシ
フトの大きさを測定することによって、試験体積において送信光の経路と反射光
の経路との間に内在する角度の二等分線として定義される軸線に沿った、粒子の
速度成分を測定できる。
の一方からの光は、光源2への帰還を防ぐ光学的ファラデーアイソレータ12を
通過する。このような帰還は、ノイズレベルに悪影響を及ぼすであろう。アイソ
レータ12からの光は、音響光学モジュレータ14を通って案内され、装置1に
対する粒子の移動方向に基づく正負のドップラーシフトの識別を可能にする、周
波数オフセットが付与される。次に、光は、エルビウムドープ・ファイバ増幅器
16において出力約1Wまで増幅されるが、これは反射放射光を確実に検知する
のに十分なレベルである。光は増幅器16から送信部品4に送られて所定の空間
点に送信される。このような構成は、主発振器パワー増幅器として一般に知られ
ており、損失を最小限にすると考えられる。送信部品4により送信される光の波
長は1.55μmである。
コントローラ20を経由して2×2スプリッタ18の一方の入力へ送られる。フ
ァイバ偏光コントローラ20は、光源出力と受信光との間の偏光を一致させて、
ヘテロダイン検波のための最適化された光ビートを保証する。2×2スプリッタ
18の他方の入力には、受信部品6で受信した反射光が供給される。2×2スプ
リッタ18、モニタ22、及びInGa As 光検出器24は、測定手段8を
構成する。2×2スプリッタ18の各々の出力からの光は、モニタ22及び検出
器24へそれぞれ送られ、反射光の周波数及びドップラーシフトはビートにより
測定される。
ning CompanyからSMF−28の名称で入手可能)によって案内さ
れる。詳細には、光は、光ファイバ26,28によって増幅器16から送信部品
4へ及び受信部品6から2×2スプリッタ18へそれぞれ案内される。送信部品
4(図示せず)は、二重色消しレンズ、及び3D変換ステージ上の光ファイバコ
ネクタを有している。光は、送信ファイバ26から現れ、焦点距離100mmの
直径30mm色消し収斂レンズに入射する。受信部品6は、送信部品4と全く同
一構成である。ファイバ26,28の各々は、対応するファイバコネクタを用い
て取り外し可能に取り付けることができる。また、ファイバコネクタは、増幅器
16にも設けられており、送信ファイバ26を取り外し可能に取り付けることが
できる。各構成部品は、FC/PC又はFC/APCコネクタを介して相互に取
り付けられる。
、ファイバ26,28は、送信部品4、受信部品6、及び増幅器16から取り外
される。その代わりに、各々の間に、増幅器16から供給される光ファイバ入力
32と、送信部品4及び受信部品6の一方へ供給する光ファイバ出力34,35
とを備える1×2スプリッタ30を取り付ける。つまり、一時的に、位置合わせ
工程の間には、送信部品4及び受信部品6の両者は送信器として使用される。送
信部品4及び受信部品6は、各々から送信された光が、風速の測定点で交差する
まで集束される。焦点合わせは、ビームプロファイラー(図示せず)を所望の交
差点を含む平面に配置することを必要とする。これにより、送信手段(4)と受
信手段(6)とを位置合わせするのに使用される送信ビーム放射光のリアルタイ
ムでの定量的測定が可能になるが、各第1の出力の1つからの放射光を2つの第
2の出力の分配する第2の手段(30)と、2つの第2の出力からの放射光を送
信手段及び受信手段へ案内する放射光案内手段とを備えている。幅及びその位置
に関して説明する。幅は、最小化されているので光学的に重ね合わさる。送信部
品4及び受信部品6の各々の3D変換ステージは、送信部品4及び受信部品6の
スライド、回転等、及び位置変更を可能にする。調整時に、ミラー30は、送信
光ビームを送信部品4及び受信部品6に隣接する一致仮想点Pへ反射するのに利
用される。一旦調整が完了すると、増幅器16を送信部品4に、及び受信部品6
をスプリッタ18に接続するファイバ26,28は、送信部品4及び受信部品6
の位置を乱すことなく元に戻され、風速の測定が開始される。典型的に、風速は
装置から約100メートル離れた地点で、SAW、DSP、又は類似のスペクト
ル解析により処理される検出器の出力から測定される。
より、送信部品4及び受信部品6は、測定を行うのに必要な構成部品と、送信部
品4及び受信部品6の位置合わせを可能にする構成部品との間で容易に選択的に
交換できるようになる。
る。
Claims (15)
- 【請求項1】 干渉性電磁放射光を出力する光源手段(2)と、前記光源手
段(2)からの放射光を空間点(P)へ送信する送信手段(4)と、前記空間点
(P)からの反射放射光を受信する受信手段(6)と、前記反射放射光の任意の
ドップラーシフトを測定する測定手段(8)とを備えるドップラーセンサ装置で
あって、前記送信手段(4)と前記受信手段(6)とは別個のものであり、前記
送信手段(4)及び前記受信手段(6)の各々は、取り外し可能に取り付けられ
る放射光案内手段(26,28)を有し、前記光源手段(2)から前記送信手段
(4)へ及び前記受信手段から前記測定手段(8)へ放射光を案内する前記放射
光案内手段(26,28)は、前記送信手段(4)及び前記受信手段(6)を前
記送信手段(4)及び前記受信手段(6)に位置合わせするのに使用される放射
光案内手段と交換できるようになっていることを特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記放射光案内手段(26,28)は、光ファイバ手段であ
ることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記放射光は、光ファイバ手段により前記装置の各構成部品
の間に案内されることを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記光源手段(2)は、半導体レーザであることを特徴とす
る請求項1から2のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項5】 前記光源手段(2)からの前記放射光を2つの第1の出力に
分配するための第1の手段(10)を更に含むことを特徴とする前記請求項のい
ずれか1項に記載の装置。 - 【請求項6】 アイソレータ(12)を更に含むことを特徴とする前記請求
項のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項7】 増幅器(16)を更に含むことを特徴とする前記請求項のい
ずれか1項に記載の装置。 - 【請求項8】 モジュレータ(14)を更に含むことを特徴とする前記請求
項のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項9】 前記送信手段(4)と受信手段(6)とを位置合わせするの
に使用する放射光を案内するための前記放射光案内手段は、前記第1の出力の1
つからの放射光を2つの第2の出力に分配する第2の手段(30)と、前記2つ
の第2の出力からの放射光を前記送信手段及び前記受信手段へ案内する放射光案
内手段とを備えることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項10】 偏光コントローラ(20)を更に備えることを特徴とする
前記請求項のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項11】 前記2つの第1の出力の他方からの放射光と前記受信手段
(6)からの放射光とを結合し、前記結合された放射光を2つの第3の出力に分
配する手段(18)を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 【請求項12】 前記第3の出力の一方の放射光を受信するモニタ手段(2
2)と、前記第3の出力の他方の放射光を受信する検出手段(24)とを更に備
えることを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 【請求項13】 前記受信手段(6)は、第1及び第2の受信入力を有し、
各々が前記空間点の別個の反射放射光を受信することを特徴とする前記請求項の
いずれか1項に記載の装置。 - 【請求項14】 干渉性電磁放射光を出力する光源手段(2)と、前記光源
手段(2)からの放射光を空間点(P)へ送信する送信手段(4)と、前記空間
点(P)からの反射放射光を受信する受信手段(6)と、前記反射放射光の任意
のドップラーシフトを測定する測定手段(8)とを備えるドップラーセンサ装置
であって、前記送信手段(4)と前記受信手段(6)とは別個のものであり、前
記送信手段と前記受信手段とを位置合わせする方法は、前記送信手段及び前記受
信手段から同時に放射光を送信する段階と、前記送信手段及び前記受信手段の位
置を各々が送信した放射光が交差するまで調整する段階と、を含むことを特徴と
する装置。 - 【請求項15】 干渉性電磁放射光を出力する光源手段(2)と、前記光源
手段(2)からの放射光を空間点(P)へ送信する送信手段(4)と、前記空間
点(P)からの反射放射光を受信する受信手段(6)と、前記反射放射光の任意
のドップラーシフトを測定する測定手段(8)と、前記光源手段(2)から前記
送信手段(4)、及び前記受信手段から前記測定手段(8)へ放射光を案内する
手段とを備えるドップラーセンサ装置であって、前記送信手段(4)と前記受信
手段(6)とは別個のものであり、前記送信手段と前記受信手段とを位置合わせ
する方法は、前記放射光案内手段を、前記送信手段及び前記受信手段に放射光を
案内する手段へ交換する段階を含むことを特徴とする装置。
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