JP2560260B2 - レーザひずみ計 - Google Patents
レーザひずみ計Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地殻などの媒体内に配
置して円筒容器や球状容器等の直径変化を計測すること
によって媒体の微小なひずみ変化を観測するためのレー
ザひずみ計に関する。
置して円筒容器や球状容器等の直径変化を計測すること
によって媒体の微小なひずみ変化を観測するためのレー
ザひずみ計に関する。
【０００２】
【従来の技術】地殻の微小なひずみ変化を精密に観測す
ることは、固体地球科学の学術研究のためにも、あるい
は地震予知や火山噴火予知など実用的な目的のためにも
重要である。この目的のために微小な地殻ひずみを測定
するには、地表の温度変化、あるいは、降雨、気圧変化
の影響を避けることが重要である。このため通常は、地
中に岩盤まで達するボアホール（孔井）を掘削し、底部
にひずみ計をセメントやモルタルで固定する方式を採っ
ている。
ることは、固体地球科学の学術研究のためにも、あるい
は地震予知や火山噴火予知など実用的な目的のためにも
重要である。この目的のために微小な地殻ひずみを測定
するには、地表の温度変化、あるいは、降雨、気圧変化
の影響を避けることが重要である。このため通常は、地
中に岩盤まで達するボアホール（孔井）を掘削し、底部
にひずみ計をセメントやモルタルで固定する方式を採っ
ている。
【０００３】このような方式のひずみ計としては、ボア
ホール式体積ひずみ計やボアホール式三成分ひずみ計が
ある。これは、孔井中に埋設した円筒容器の変形を、内
蔵する液体の体積変化に変換し、電気的に検出するもの
であり、分解能が高く、固体摩擦の介入部分が少ないた
め地震時の衝撃にも狂わず、安定性が高いという長所が
ある。ボアホール式三成分ひずみ計としては、他に孔径
変化法に基づくものがある。例えば三方向の直径変化を
機械式テコの組み合わせで拡大し、電気信号に変換し検
出する形式のものである。
ホール式体積ひずみ計やボアホール式三成分ひずみ計が
ある。これは、孔井中に埋設した円筒容器の変形を、内
蔵する液体の体積変化に変換し、電気的に検出するもの
であり、分解能が高く、固体摩擦の介入部分が少ないた
め地震時の衝撃にも狂わず、安定性が高いという長所が
ある。ボアホール式三成分ひずみ計としては、他に孔径
変化法に基づくものがある。例えば三方向の直径変化を
機械式テコの組み合わせで拡大し、電気信号に変換し検
出する形式のものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】今後の地震予知の実用
化、地球科学上のより詳細な観測研究を考えると、上記
のような従来の三成分ひずみ計の分解能をさらに越えた
ものが必要とされる。一方、火山噴火予知へのひずみ計
の利用を考えるとき、より高温下で作動可能なものが要
求される。また、今後地球科学上の課題として、深さが
例えば１０ｋｍ以上の超深層ボーリングに伴う孔内計測
の要求が高まっているが、この深度での高温に耐えるひ
ずみ計も要求される。また、ひずみ計を地震波の検出に
使うひずみ地震計としても利用することを考えた場合、
高い周波数領域で正確に機能することが必要となる。
化、地球科学上のより詳細な観測研究を考えると、上記
のような従来の三成分ひずみ計の分解能をさらに越えた
ものが必要とされる。一方、火山噴火予知へのひずみ計
の利用を考えるとき、より高温下で作動可能なものが要
求される。また、今後地球科学上の課題として、深さが
例えば１０ｋｍ以上の超深層ボーリングに伴う孔内計測
の要求が高まっているが、この深度での高温に耐えるひ
ずみ計も要求される。また、ひずみ計を地震波の検出に
使うひずみ地震計としても利用することを考えた場合、
高い周波数領域で正確に機能することが必要となる。
【０００５】しかし、上記のような従来のボアホール式
ひずみ計では、液体を利用しているため、高温になると
相変化が激しくなり、機能しなくなるという問題があ
り、また、流路の粘性抵抗等により地震波のような短周
期の現象に対応できない。また、従来のボアホール式三
成分ひずみ計は多芯の信号線を必要とするが、より深部
や海底への設置を考えるときには、取り扱いなどの問題
から信号線の芯数の少ないことが好まれる。その場合、
搬送装置を導入すると芯数を減らすことができるが、一
般に搬送装置は、高温に弱いためできるならないほうが
望ましい。さらに、現行のボアホール式三成分ひずみ計
は、機構上全長が長いため、他の観測装置と組み合わせ
た複合観測装置にすると、ますます長くなるという問題
がある。上記機械式のボアホール式三成分ひずみ計の場
合は、固体摩擦やガタが介入するため、必然的に精度が
低く特に衝撃には弱い。
ひずみ計では、液体を利用しているため、高温になると
相変化が激しくなり、機能しなくなるという問題があ
り、また、流路の粘性抵抗等により地震波のような短周
期の現象に対応できない。また、従来のボアホール式三
成分ひずみ計は多芯の信号線を必要とするが、より深部
や海底への設置を考えるときには、取り扱いなどの問題
から信号線の芯数の少ないことが好まれる。その場合、
搬送装置を導入すると芯数を減らすことができるが、一
般に搬送装置は、高温に弱いためできるならないほうが
望ましい。さらに、現行のボアホール式三成分ひずみ計
は、機構上全長が長いため、他の観測装置と組み合わせ
た複合観測装置にすると、ますます長くなるという問題
がある。上記機械式のボアホール式三成分ひずみ計の場
合は、固体摩擦やガタが介入するため、必然的に精度が
低く特に衝撃には弱い。
【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためのも
のであって、高分解能をもち、高温環境に耐え、しかも
設置や取扱いに容易なレーザひずみ計を提供することを
目的とするものである。
のであって、高分解能をもち、高温環境に耐え、しかも
設置や取扱いに容易なレーザひずみ計を提供することを
目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、媒
体内に配置して容器の直径変化を計測することによって
媒体の微小なひずみ変化を観測するためのレーザひずみ
計であって、容器の直径方向に光軸の角度を変えて内壁
に固定される対の凹面鏡を持つ多重反射の干渉計からな
る複数のセンサ用共振器と、該センサ用共振器の近傍に
設置され一定間隔に固定される対の凹面鏡を持つ多重反
射の干渉計からなる基準用共振器とを備え、各共振器に
光ファイバで対応するレーザ発振器から同じ共振周波数
のレーザ光を導き、各センサ用共振器と基準用共振器と
の共振周波数の差から凹面鏡間の距離変化を求めて容器
を埋め込んだ媒体のひずみ変化を観測するように構成し
たことを特徴とするものである。
体内に配置して容器の直径変化を計測することによって
媒体の微小なひずみ変化を観測するためのレーザひずみ
計であって、容器の直径方向に光軸の角度を変えて内壁
に固定される対の凹面鏡を持つ多重反射の干渉計からな
る複数のセンサ用共振器と、該センサ用共振器の近傍に
設置され一定間隔に固定される対の凹面鏡を持つ多重反
射の干渉計からなる基準用共振器とを備え、各共振器に
光ファイバで対応するレーザ発振器から同じ共振周波数
のレーザ光を導き、各センサ用共振器と基準用共振器と
の共振周波数の差から凹面鏡間の距離変化を求めて容器
を埋め込んだ媒体のひずみ変化を観測するように構成し
たことを特徴とするものである。
【０００８】そして、各共振器の光軸の角度を変えて容
器のほぼ中心で光軸が交差するように配置し、或いは円
筒容器の場合には層状に配置し、各レーザ発振器にフィ
ードバック回路を設けて対応する共振器の共振周波数に
レーザ発振器の共振周波数を一致させるように構成し、
また、容器内は、真空状態又は不活性気体を充填した状
態に維持したものであることを特徴とするものである。
器のほぼ中心で光軸が交差するように配置し、或いは円
筒容器の場合には層状に配置し、各レーザ発振器にフィ
ードバック回路を設けて対応する共振器の共振周波数に
レーザ発振器の共振周波数を一致させるように構成し、
また、容器内は、真空状態又は不活性気体を充填した状
態に維持したものであることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】本発明のレーザーひずみ計では、地殻などの媒
体内に配置した容器が地殻のひずみ変化に応じた変形を
受けると、容器の内壁に固定されたセンサ用共振器の凹
面鏡間距離が変化する。すなわち、センサ用共振器の共
振周波数が変化する。一方、基準用共振器の凹面鏡間距
離は一定であるので、共振周波数の変化はない。したが
って、これら二種のレーザ光を光ファイバで地上に導い
てたし合わせるとフォトデテクタを通じて共振周波数の
差をカウンタで読み取ることができる。このようにして
得られた共振周波数の差は、センサ用共振器の光軸方向
の容器の直径変化に換算することができる。なお、地殻
ひずみ変化と容器の直径変化については、別途計算で求
められるので、共振周波数の差を計測することにより地
殻ひずみ変化を知ることができる。
体内に配置した容器が地殻のひずみ変化に応じた変形を
受けると、容器の内壁に固定されたセンサ用共振器の凹
面鏡間距離が変化する。すなわち、センサ用共振器の共
振周波数が変化する。一方、基準用共振器の凹面鏡間距
離は一定であるので、共振周波数の変化はない。したが
って、これら二種のレーザ光を光ファイバで地上に導い
てたし合わせるとフォトデテクタを通じて共振周波数の
差をカウンタで読み取ることができる。このようにして
得られた共振周波数の差は、センサ用共振器の光軸方向
の容器の直径変化に換算することができる。なお、地殻
ひずみ変化と容器の直径変化については、別途計算で求
められるので、共振周波数の差を計測することにより地
殻ひずみ変化を知ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
明する。
【００１１】図１は本発明に係るレーザひずみ計の１実
施例構成を示す図、図２は本発明に係るレーザひずみ計
の平面配置例を示す図である。図において、１は円筒容
器、、２はシール部、３は光ファイバ、４と９はコリメ
ータ、５と１０はレンズ、６と１１は直角プリズム、７
と１３は凹面鏡ホルダ、８と１２は凹面鏡を示す。
施例構成を示す図、図２は本発明に係るレーザひずみ計
の平面配置例を示す図である。図において、１は円筒容
器、、２はシール部、３は光ファイバ、４と９はコリメ
ータ、５と１０はレンズ、６と１１は直角プリズム、７
と１３は凹面鏡ホルダ、８と１２は凹面鏡を示す。
【００１２】図１において、円筒容器１は、例えば金属
製やセラミック製等、地中に埋め込んで地殻の微小なひ
ずみ変化を口径の変化として計測できる耐食性のある耐
圧容器であればよい。そして、円筒容器１の中は、媒体
の温度変化による影響を排除するため、真空状態にする
が、地中に埋設する場合には、比較的温度が安定してい
るので、不活性ガスを充填した状態に維持してもよい。
製やセラミック製等、地中に埋め込んで地殻の微小なひ
ずみ変化を口径の変化として計測できる耐食性のある耐
圧容器であればよい。そして、円筒容器１の中は、媒体
の温度変化による影響を排除するため、真空状態にする
が、地中に埋設する場合には、比較的温度が安定してい
るので、不活性ガスを充填した状態に維持してもよい。
【００１３】基準用共振器は、凹面鏡ホルダ１３により
一定間隔に固定されてセンサ用共振器の近傍に設置され
た対の凹面鏡１２とコリメータ９とレンズ１０と直角プ
リズム１１とからなり、光ファイバ３からコリメータ９
を通してレーザ光を入射させるようにした多重反射のフ
ァブリペロー型干渉計を用いたものである。これに対し
てセンサ用共振器は、凹面鏡ホルダ７により円筒容器１
の内壁に直径方向が光軸になるように固定された対の凹
面鏡８とコリメータ４とレンズ５と直角プリズム６とか
らなり、光ファイバ３からコリメータ４を通してレーザ
光を入射させるようにした多重反射のファブリペロー型
干渉計を用いたものである。そして、対の凹面鏡８の光
軸が互いに異なる方向になるようにして複数のセンサ用
共振器が配置される。
一定間隔に固定されてセンサ用共振器の近傍に設置され
た対の凹面鏡１２とコリメータ９とレンズ１０と直角プ
リズム１１とからなり、光ファイバ３からコリメータ９
を通してレーザ光を入射させるようにした多重反射のフ
ァブリペロー型干渉計を用いたものである。これに対し
てセンサ用共振器は、凹面鏡ホルダ７により円筒容器１
の内壁に直径方向が光軸になるように固定された対の凹
面鏡８とコリメータ４とレンズ５と直角プリズム６とか
らなり、光ファイバ３からコリメータ４を通してレーザ
光を入射させるようにした多重反射のファブリペロー型
干渉計を用いたものである。そして、対の凹面鏡８の光
軸が互いに異なる方向になるようにして複数のセンサ用
共振器が配置される。
【００１４】各共振器を構成する凹面鏡の配置例を示し
たのが図２であり、凹面鏡８−１と８−１′、８−２と
８−２′、８−３と８−３′の対をセンサ用共振器に用
いそれらの光軸が互いに１２０°の方向をなすように円
筒容器１の内壁に固定することによって、同一平面上に
配置することができる。また、凹面鏡９と９′の対を基
準用共振器に用い、これをセンサ用共振器の凹面鏡の間
隙に配置して一定間隔に固定することによって、やはり
同一平面上に配置することができる。なお、この場合に
は、凹面鏡９と９′の距離を一定に固定するフレームが
各共振器の共振域を侵さないように、上下だけのフレー
ムにしたり、各共振器の共振域の部分に孔を開けるよう
にする等の構造上の工夫が必要であることをいうまでも
ない。勿論、センサ用共振器を同一平面上に配置し、図
１に示すように基準用共振器をセンサ用共振器と層状に
配置してもよいし、各センサ用共振器及び基準用共振器
をユニット化し、それぞれを基準用共振器と共に層状に
配置してもよい。同一平面上に基準用共振器とセンサ用
共振器を配置すれば、円筒容器の高さは低くなりコンパ
クトな構成になり、層状に配置すれば、それだけ円筒容
器の高さは高くなるが、共振器をユニットで構成して重
ねると簡単に配置できるので、組立が容易になるという
のがメリットである。
たのが図２であり、凹面鏡８−１と８−１′、８−２と
８−２′、８−３と８−３′の対をセンサ用共振器に用
いそれらの光軸が互いに１２０°の方向をなすように円
筒容器１の内壁に固定することによって、同一平面上に
配置することができる。また、凹面鏡９と９′の対を基
準用共振器に用い、これをセンサ用共振器の凹面鏡の間
隙に配置して一定間隔に固定することによって、やはり
同一平面上に配置することができる。なお、この場合に
は、凹面鏡９と９′の距離を一定に固定するフレームが
各共振器の共振域を侵さないように、上下だけのフレー
ムにしたり、各共振器の共振域の部分に孔を開けるよう
にする等の構造上の工夫が必要であることをいうまでも
ない。勿論、センサ用共振器を同一平面上に配置し、図
１に示すように基準用共振器をセンサ用共振器と層状に
配置してもよいし、各センサ用共振器及び基準用共振器
をユニット化し、それぞれを基準用共振器と共に層状に
配置してもよい。同一平面上に基準用共振器とセンサ用
共振器を配置すれば、円筒容器の高さは低くなりコンパ
クトな構成になり、層状に配置すれば、それだけ円筒容
器の高さは高くなるが、共振器をユニットで構成して重
ねると簡単に配置できるので、組立が容易になるという
のがメリットである。
【００１５】対をなす凹面鏡８、１２には、特に反射率
の高いものを用い、その固定については、平行度の確保
と光軸の一致について、最大限の注意が払われる。凹面
鏡８および直角プリズム６は、凹面鏡ホルダ７により円
筒容器１の内壁にしっかりと取り付けられる。基準用共
振器では、凹面鏡ホルダ１３に熱膨張率の小さい部材を
用い、円筒容器１の変形が対の凹面鏡１２の間の距離に
影響を与えないように配置することは勿論である。
の高いものを用い、その固定については、平行度の確保
と光軸の一致について、最大限の注意が払われる。凹面
鏡８および直角プリズム６は、凹面鏡ホルダ７により円
筒容器１の内壁にしっかりと取り付けられる。基準用共
振器では、凹面鏡ホルダ１３に熱膨張率の小さい部材を
用い、円筒容器１の変形が対の凹面鏡１２の間の距離に
影響を与えないように配置することは勿論である。
【００１６】このレーザひずみ計では、地上にあるレー
ザ発振器からの光が円筒容器１の外側からシール部２を
通して光ファイバ３により内部に導かれる。そして、コ
リメータ４、９で平行にした光束をレンズ５、１０で共
振器（キャビティ）の中に焦点を結ぶようにし、プリズ
ム６、１１で反射させて凹面鏡８、１２の背後から共振
器内部に入射させる。この共振器内に導かれた光は、凹
面鏡８、１２の間の距離に応じた周波数で共振をする。
ザ発振器からの光が円筒容器１の外側からシール部２を
通して光ファイバ３により内部に導かれる。そして、コ
リメータ４、９で平行にした光束をレンズ５、１０で共
振器（キャビティ）の中に焦点を結ぶようにし、プリズ
ム６、１１で反射させて凹面鏡８、１２の背後から共振
器内部に入射させる。この共振器内に導かれた光は、凹
面鏡８、１２の間の距離に応じた周波数で共振をする。
【００１７】図３はレーザひずみ計の地上側信号処理系
の構成例を示す図であり、２１、２４、３０はカップ
ラ、２２、２８、３１、３２はアイソレータ、２３、３
４はレーザ発振器、２５は高速フォトデテクタ、２６は
カウンタ、２７と３５はフィードバック回路、２９と３
３は低速フォトデテクタを示す。
の構成例を示す図であり、２１、２４、３０はカップ
ラ、２２、２８、３１、３２はアイソレータ、２３、３
４はレーザ発振器、２５は高速フォトデテクタ、２６は
カウンタ、２７と３５はフィードバック回路、２９と３
３は低速フォトデテクタを示す。
【００１８】各共振器には、図１に示すように一対の光
ファイバ３が導かれ、各共振器の対をなす２枚の凹面鏡
８、１２に１本ずつ光学的に接続される。そのうち、一
方の光ファイバ３には、図３に示すような外部にあるレ
ーザ発振器２３、３４からのレーザ光が導かれ、他方の
光ファイバ３を通して共振器内の光がフィードバック回
路２７、３５に導かれる。アイソレータ２２、３１は、
地中部の共振器からの逆向きの光が再びレーザ発振器２
３、３４に入るのを防ぐためのものであり、アイソレー
タ２８、３２は、低速フォトデテクタ２９と３３からの
反射光が地中共振器に入るのを防ぐためのものである。
そして、このフィードバック回路２７、３５により、レ
ーザ発振器２３、３４の共振周波数が共振器の共振周波
数と一致するようにレーザ発振器２３、３４のピエゾ素
子を伸縮してレーザ発振器２３、３４の凹面鏡の間隔を
制御している。
ファイバ３が導かれ、各共振器の対をなす２枚の凹面鏡
８、１２に１本ずつ光学的に接続される。そのうち、一
方の光ファイバ３には、図３に示すような外部にあるレ
ーザ発振器２３、３４からのレーザ光が導かれ、他方の
光ファイバ３を通して共振器内の光がフィードバック回
路２７、３５に導かれる。アイソレータ２２、３１は、
地中部の共振器からの逆向きの光が再びレーザ発振器２
３、３４に入るのを防ぐためのものであり、アイソレー
タ２８、３２は、低速フォトデテクタ２９と３３からの
反射光が地中共振器に入るのを防ぐためのものである。
そして、このフィードバック回路２７、３５により、レ
ーザ発振器２３、３４の共振周波数が共振器の共振周波
数と一致するようにレーザ発振器２３、３４のピエゾ素
子を伸縮してレーザ発振器２３、３４の凹面鏡の間隔を
制御している。
【００１９】このようにして制御されレーザ発振器２
３、３４から共振器内に導かれたレーザ光は、カップラ
２１、３０から計測用として取り込まれる。そして、カ
ップラ２４で、これらそれぞれにカップラ３０を通して
取り込まれたセンサ用共振器の光とカップラ２１を通し
て取り込まれた基準用型共振器の光を足し合わせてフォ
トデテクタ２５に作用させ、各センサ用共振器と基準用
型共振器との共振周波数の差をカウンタ２６で検出す
る。したがって、共振周波数の差が３つ得られるので、
これらを利用すると、次のようにひずみ変化が得られ
る。
３、３４から共振器内に導かれたレーザ光は、カップラ
２１、３０から計測用として取り込まれる。そして、カ
ップラ２４で、これらそれぞれにカップラ３０を通して
取り込まれたセンサ用共振器の光とカップラ２１を通し
て取り込まれた基準用型共振器の光を足し合わせてフォ
トデテクタ２５に作用させ、各センサ用共振器と基準用
型共振器との共振周波数の差をカウンタ２６で検出す
る。したがって、共振周波数の差が３つ得られるので、
これらを利用すると、次のようにひずみ変化が得られ
る。
【００２０】３つの共振周波数の差をΔω1 、Δω2 、
Δω3 とすると
Δω3 とすると
【００２１】
【数１】Δω1 ＝ω1 −ωref Δω2 ＝ω2 −ωref Δω3 ＝ω3 −ωref ここでω1 、ω2 、ω3 およびωref は、３つのセンサ
用共振器および基準用共振器の共振周波数であり、ω1
≒ω2 ≒ω3 ≒ωref であることを考えると
用共振器および基準用共振器の共振周波数であり、ω1
≒ω2 ≒ω3 ≒ωref であることを考えると
【００２２】
【数２】Δω1 ／ω1 ＝Δω1 ／ωref ＝Δｄ1 ／ｄ →Δｄ1 ＝（Δω1 ／ωref ）ｄ ここでΔｄ1 はセンサ方向の直径の伸縮量である。同様
に
に
【００２３】
【数３】 Δｄ2 ＝（Δω2 ／ωref ）ｄ Δｄ3 ＝（Δω3 ／ωref ）ｄ このようにして独立した３直径の変化量が得られるの
で、既に確立されている孔径変化によるひずみ測定理論
に基づき、ひずみ変化の３成分を求めることができる。
で、既に確立されている孔径変化によるひずみ測定理論
に基づき、ひずみ変化の３成分を求めることができる。
【００２４】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、センサ用共振器の数を３つにし、光軸の
方向を互いに１２０°ずつ異なるようにしたが、任意の
角度でもよいし、また、観測目的によっては、センサ用
共振器の数を２つ、或いは１つにしてもよい。また、円
筒容器のかわりに球状容器を利用してもよい。この場合
には、球状容器内側に凹面鏡対を直径方向に設置し、最
終的に独立な６方向のセンサ共振器を配置すると、連続
媒体中に埋め込まれた球状容器の独立な６方向の変形を
測ることができる。そして、この６方向の変形量により
均一な媒体に働くひずみ（応力）の６成分を求めること
ができる。また、従来にない高周波数領域においても、
容器の直径変化を正確に観測できるので、地震波をひず
みの形で検出するための広帯域ひずみ地震計としても利
用してもよい。さらに、海底に沈めて水圧を計測という
ように、媒体として地殻だけでなく、圧力液体内や圧力
気体内に配置して圧力計として利用してもよい。この場
合には、地殻内のように方向性がないので、１つのセン
サ共振器で構成し或いは複数のセンサ共振器の１つのみ
の計測データを採取するように構成してもよい。また、
容器も、測定する圧力に応じて材質の強度等を選択する
ことができる。
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、センサ用共振器の数を３つにし、光軸の
方向を互いに１２０°ずつ異なるようにしたが、任意の
角度でもよいし、また、観測目的によっては、センサ用
共振器の数を２つ、或いは１つにしてもよい。また、円
筒容器のかわりに球状容器を利用してもよい。この場合
には、球状容器内側に凹面鏡対を直径方向に設置し、最
終的に独立な６方向のセンサ共振器を配置すると、連続
媒体中に埋め込まれた球状容器の独立な６方向の変形を
測ることができる。そして、この６方向の変形量により
均一な媒体に働くひずみ（応力）の６成分を求めること
ができる。また、従来にない高周波数領域においても、
容器の直径変化を正確に観測できるので、地震波をひず
みの形で検出するための広帯域ひずみ地震計としても利
用してもよい。さらに、海底に沈めて水圧を計測という
ように、媒体として地殻だけでなく、圧力液体内や圧力
気体内に配置して圧力計として利用してもよい。この場
合には、地殻内のように方向性がないので、１つのセン
サ共振器で構成し或いは複数のセンサ共振器の１つのみ
の計測データを採取するように構成してもよい。また、
容器も、測定する圧力に応じて材質の強度等を選択する
ことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、地殻などの媒体内に配置した円筒容器や球状
容器等が地殻のひずみ変化に応じて受ける変形を円筒容
器や球状容器等の内壁に固定されたセンサ用共振器の凹
面鏡間距離の変化に基づく共振周波数の変化で検出し、
凹面鏡間距離を一定にした基準用共振器の共振周波数と
の差をカウンタで読み取るので、センサ用共振器の凹面
鏡の光軸方向に対する円筒容器や球状容器等の直径変化
に換算することができる。しかも、容器内は光学系で構
成するので、高温下にも対応でき、円筒容器や球状容器
等を埋設する媒体の環境に応じて容器内を真空状態や不
活性ガスを充填した状態に維持することにより安定した
ひずみ計測データを取得することができる。また、本発
明のレーザひずみ計は、機構上、従来にない高周波数領
域においても、容器の直径変化を正確に観測できるの
で、地震波をひずみの形で検出するための広帯域ひずみ
地震計としても利用することができる。
によれば、地殻などの媒体内に配置した円筒容器や球状
容器等が地殻のひずみ変化に応じて受ける変形を円筒容
器や球状容器等の内壁に固定されたセンサ用共振器の凹
面鏡間距離の変化に基づく共振周波数の変化で検出し、
凹面鏡間距離を一定にした基準用共振器の共振周波数と
の差をカウンタで読み取るので、センサ用共振器の凹面
鏡の光軸方向に対する円筒容器や球状容器等の直径変化
に換算することができる。しかも、容器内は光学系で構
成するので、高温下にも対応でき、円筒容器や球状容器
等を埋設する媒体の環境に応じて容器内を真空状態や不
活性ガスを充填した状態に維持することにより安定した
ひずみ計測データを取得することができる。また、本発
明のレーザひずみ計は、機構上、従来にない高周波数領
域においても、容器の直径変化を正確に観測できるの
で、地震波をひずみの形で検出するための広帯域ひずみ
地震計としても利用することができる。
【図１】 本発明に係るレーザひずみ計の１実施例構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 本発明に係るレーザひずみ計の平面配置例を
示す図である。
示す図である。
【図３】 レーザひずみ計の地上側信号処理系の構成例
を示す図である。
を示す図である。
１…円筒容器、、２…シール部、３…光ファイバ、４と
９…コリメータ、５と１０…レンズ、６と１１…直角プ
リズム、７と１３…凹面鏡ホルダ、８と１２…凹面鏡
９…コリメータ、５と１０…レンズ、６と１１…直角プ
リズム、７と１３…凹面鏡ホルダ、８と１２…凹面鏡
Claims (5)
- 【請求項１】 媒体内に配置して容器の直径変化を計測
することによって媒体の微小なひずみ変化を観測するた
めのレーザひずみ計であって、容器の直径方向に光軸の
角度を変えて内壁に固定される対の凹面鏡を持つ多重反
射の干渉計からなる複数のセンサ用共振器と、該センサ
用共振器の近傍に設置され一定間隔に固定される対の凹
面鏡を持つ多重反射の干渉計からなる基準用共振器とを
備え、各共振器に光ファイバで対応するレーザ発振器か
ら同じ共振周波数のレーザ光を導き、各センサ用共振器
と基準用共振器との共振周波数の差から凹面鏡間の距離
変化を求めて容器を埋め込んだ媒体のひずみ変化を観測
するように構成したことを特徴とするレーザひずみ計。 - 【請求項２】 各共振器の光軸の角度を変えて容器のほ
ぼ中心で光軸が交差するように配置したことを特徴とす
る請求項１記載のレーザひずみ計。 - 【請求項３】 容器として円筒容器を用い各共振器を層
状に配置したことを特徴とする請求項１記載のレーザひ
ずみ計。 - 【請求項４】 各レーザ発振器にフィードバック回路を
設けて対応する共振器の共振周波数にレーザ発振器の共
振周波数を一致させるように構成したことを特徴とする
請求項１記載のレーザひずみ計。 - 【請求項５】 容器内は、真空状態又は不活性気体を充
填した状態に維持したものであることを特徴とする請求
項１記載のレーザひずみ計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6264398A JP2560260B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | レーザひずみ計 |
| US08/513,637 US5629757A (en) | 1994-10-05 | 1995-08-10 | Multicomponent laser strainmeter using Fabry-Perot interferometers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6264398A JP2560260B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | レーザひずみ計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105718A JPH08105718A (ja) | 1996-04-23 |
| JP2560260B2 true JP2560260B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17402612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6264398A Expired - Lifetime JP2560260B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | レーザひずみ計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5629757A (ja) |
| JP (1) | JP2560260B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4545882B2 (ja) * | 2000-05-23 | 2010-09-15 | 関明 来 | 二重外部共振器つきレーザダイオード式距離・変位計 |
| FI116859B (fi) * | 2002-09-30 | 2006-03-15 | Noveltech Solutions Ltd | Fotoakustinen detektori |
| FR3003346B1 (fr) * | 2013-03-13 | 2016-01-29 | Univ Nantes | Capteur a fibre optique |
| US9952067B2 (en) * | 2015-05-06 | 2018-04-24 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Systems and methods for optical measurements using multiple beam interferometric sensors |
| JP6754138B2 (ja) * | 2017-04-17 | 2020-09-09 | 国立大学法人東北大学 | レーザ圧力・ひずみ計 |
| FR3124539B1 (fr) * | 2021-06-29 | 2024-05-10 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de mesure de déformations dans un trou de forage |
| FR3124540B1 (fr) * | 2021-06-29 | 2023-07-28 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de mesure de déformations dans un trou de forage |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2136952B (en) * | 1983-03-16 | 1987-05-07 | Standard Telephones Cables Ltd | Fabry perot sensor |
| US5353115A (en) * | 1993-05-20 | 1994-10-04 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | System and method for generating a displacement with ultra-high accuracy using a fabry-perot interferometer |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP6264398A patent/JP2560260B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-08-10 US US08/513,637 patent/US5629757A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08105718A (ja) | 1996-04-23 |
| US5629757A (en) | 1997-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |