JP6226108B1 - 風計測ライダ装置 - Google Patents

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Abstract

この発明は、風速計測光の一部を戻り光として取り出し監視及び制御することで、誘導ブリルアン散乱を起こさずに風速計測光と散乱光のスペクトル強度を向上することを目的とする。この発明に係る風計測ライダ装置は、光源9から出力されたレーザー光を風速計測光として大気中に出射する光出射部4と、大気中の微粒子により散乱された風速計測光を散乱光として受信する散乱光受信部13と、散乱光受信部13が受信した散乱光のスペクトル強度が十分であるか判定する散乱光強度判定部15と、光源9から出力された風速計測光を光出射部4から出射する前にモニタ光として受信するモニタ光受信部18と、モニタ光のスペクトル強度が誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光の強度増幅が可能かを判定するモニタ光強度判定部20と、を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、空気中の微粒子量の変化等によらず、受信される散乱光強度を一定以上に保つ風計測ライダ装置に関する。
風計測ライダは光源により出力されたレーザー光から風速計測光を生成し、大気中に出射する。そして、大気中に出射された風計測光は、大気中の微粒子であるエアロゾルによって散乱される。散乱光の周波数はドップラーシフトによって風速に相当する周波数シフトを受けるため、散乱光の周波数を計測することで、風速を検出することができる。
しかし、大気中の微粒子の量は大気の状況等により大きく変化するため、受信する散乱光が環境により大きく影響を受けてしまい、受信する散乱光のスペクトル強度が低下してしまう可能性があった。このように、散乱光のスペクトル強度が低下してしまうと風速を正確に測定できなくなってしまう。大気の状況の変化によって風計測ライダで受信できる散乱光のスペクトル強度を低下させないためには、元の風速計測光の強度を上げることが考えられるが、その際、誘導ブリルアン散乱の閾値が問題となる。
誘導ブリルアン散乱とは、周波数あたりの閾値を超えたスペクトル強度の光が入力されたとき、光ファイバ上で、入射方向とは逆向きにレーザー光が散乱される現象である。この誘導ブリルアン散乱が起こると、風計測ライダから出射する風速計測光の強度が著しく低下するため、風計測ライダで受信できる散乱光のスペクトル強度が著しく低下するという問題があった。
特開2010―127840号公報
特許文献1では、誘導ブリルアン散乱光を用いて、風速測定光の測定精度を上げる方法については開示されていたが、誘導ブリルアン散乱光による風速測定光の強度の低下を防ぐ技術に関しては開示されていなかった。
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、風速計測光の一部を戻り光として取り出し監視及び制御することで、誘導ブリルアン散乱を起こさずに散乱光のスペクトル強度を向上することを目的とする。
この発明に係る風計測ライダ装置は、光源から出力されたレーザー光を風速計測光として大気中に出射する光出射部と、大気中の微粒子により散乱された前記風速計測光を散乱光として受信する散乱光受信部と、前記散乱光受信部が受信した散乱光のスペクトル強度を判定する散乱光強度判定部と、前記光源から出力された前記風速計測光を前記光出射部から出射する前にモニタ光として受信するモニタ光受信部と前記モニタ光のスペクトル強度が誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度増幅が可能かを判定するモニタ光強度判定部と、前記モニタ光強度判定部の判定結果に基づいて前記風速計測光を制御する光制御部と、を備え、前記モニタ光強度判定部により誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度の増幅ができないと判断された場合、前記制御部は、高調波を発生させることで前記風速計測光の周波数帯域を広域化させることを特徴とする
この発明に係る風計測ライダ装置は、散乱光受信部が受信した散乱光のスペクトル強度が十分であるか判定する散乱光強度判定部と、前記光源から出力された前記風速計測光を前記光出射部から出射する前にモニタ光として受信するモニタ光受信部と、前記モニタ光のスペクトル強度が誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度増幅が可能かを判定するモニタ光強度判定部と、を備えたため、誘導ブリルアン散乱を起こさずに散乱光のスペクトル強度を向上することが可能となる。
実施の形態1係る風計測ライダ装置の機能構成を示す図である。 実施の形態1に係る風計測ライダ装置における自己診断の動作を示すフローチャートである。 実施の形態2係る風計測ライダ装置の機能構成を示す図である。 実施の形態2に係る光受信部での受信タイミング例を示す図である。 実施の形態2に係る風計測ライダ装置における自己診断の動作を示すフローチャートである。 実施の形態3に係る風計測ライダ装置の光周波数変調部の機能構成を示す図である。 実施の形態3に係る光位相変調器の理想的な電圧の入力を示す図である。 実施の形態3に係る光位相変調器が理想的な電圧の入力をした場合の周波数成分を示す図である。 実施の形態3に係る光位相変調器が風速計測光の周波数帯域を広げるために必要な電圧入力を示す図である。 実施の形態3に係る光位相変調器が風速計測光の周波数帯域を広げるために必要な電圧を入力した場合の周波数成分を示す図である。 本発明に係る風計測ライダ装置のハードウェア構成を示す図である。
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係る風計測ライダ装置の構成について図1、図2を用いて説明する。図1は実施の形態1係る風計測ライダ装置の機能構成を示す図であり、図2は実施の形態1に係る風計測ライダ装置における自己診断の動作を示すフローチャートである。
図1に示すように、実施の形態1に係る風計測ライダ装置1は、風速計測光生成部2、光サーキュレータ3、光出射部4、散乱光計測部5、モニタ光計測部6、光制御部7、光合分波器8a〜8eで構成される。
風速計測光生成部2から出力された風速計測光は、光サーキュレータ3を介して光出射部4に入力され、光出射部4から大気中に出射される。出射された風速計測光は大気中の微粒子であるエアロゾルに照射され、散乱される。この時、散乱光の周波数はドップラーシフトによって風速に相当する周波数シフトをうける。その後、散乱光は光出射部4から風速ライダ装置1内に入力される。この散乱光を散乱光計測部5の風速演算部17(後述する)で演算することで風速を検出することが出来る。
風速計測光生成部2では、風速計測光を生成する機能を有する。風速計測光生成部2は、連続発振波のレーザー光を出力する光源9と、レーザー光を風速計測光と参照光に分波する第1の光合分波器8aと、第1の光合分波器8aで分波された風速計測光の光周波数変調を行う光周波数変調部10と、光周波数変調部10で変調された風速計測光をパルス化するパルス化部11と、パルス化部11でパルス化された風速計測光の強度を増幅する光増幅部12から構成される。
光周波数変調部10は、連続発振波のレーザー光の周波数シフトを行うことが可能であり、例えば、音響光学変調器(Acoust Optic Modulator、以下「AOM」と記載)である。パルス化部11は、連続発振波のレーザー光をパルス化することが可能であり、例えば、半導体増幅器やAOMである。光増幅部12は、風速計測光の強度を増強することが可能であり、例えば、光増幅器である。
第2の光合分波器8bは、風速計測光生成部2と光サーキュレータ3の間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。風速計測光生成部2から出力された風速計測光は、第2の光合分波器8bで、風速計測光とモニタ光に分波される。第2の光合分波器8bで分波された風速計測光は光サーキュレータ3に入力され、モニタ光は第4の光合分波器8dに入力される。
第3の光合分波器8cは、第1の光合分波器8aと第4の光合分波器8d、第5の光合分波器8eの間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。第1の光合分波器8aから出力された参照光は、第3の光合分波器8cで分波され、それぞれ参照光として第4の光合分波器8d、第5の光合分波器8eに入力される。
第4の光合分波器8dは、第2の光合分波器8b、第3の光合分波器8c、モニタ光計測部6の間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。第4の光合分波器8dは、第3の光合分波器8cからの参照光と、第2の光合分波器8bからのモニタ光を合波し、干渉光としてモニタ光計測部6に出力する。
第5の光合分波器8eは、光サーキュレータ3、第3の光合分波器8c、散乱光計測部5の間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。第5の光合分波器8eは、第3の光合分波器8cからの参照光と、光サーキュレータ3からの散乱光を合波し、干渉光として散乱光計測部5に出力する。
光サーキュレータ3は、第2の光合分波器8b、光出射部4、第5の光合分波器8eの間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。光サーキュレータ3は、光の入力方向によって出力方向が異なる素子であり、風速計測光と散乱光の光路を変える役割を果たしている。さらに、光サーキュレータ3は、第2の光合分波器8bから入力される風速測定光は光出射部4に出力され、光出射部4から入力される散乱光は第5の光合分波器8eに出力される。光出射部4は、例えば、レーザー光の送受信を行う送受信用望遠鏡である。
散乱光計測部5は、第5の光合分波器8eで合波された散乱光と参照光が干渉光として入力され、散乱光のスペクトル強度や風速を算出する機能を有する。散乱光計測部5は、散乱光受信部13、散乱光処理部14、散乱光強度判定部15、散乱光強度判定基準選択部16、風速演算部17を備えている。
散乱光受信部13は、第5の光合分波器8eで合波された散乱光と参照光を干渉光として受信する。そして、散乱光処理部14は、散乱光受信部13で受信した干渉光の強度を高速フーリエ変換等で散乱光スペクトル情報に変換する。散乱光強度判定部15は、散乱光処理部14から散乱光スペクトル情報が入力されると、散乱光のスペクトル強度が十分であるかを判定する。散乱光強度判定部15は、風速の計測において散乱光の強度が十分か不十分を見分けるための閾値である散乱光強度判定基準値をメモリなどに予め保有している。また、散乱光強度判定基準値は風速の測定のモード等に応じて切り替えられることが望ましい。例えば、測定モードの基準としては測定周期が早いモードや、測定周期が遅いができるだけ高調波の少ない測定モードなどが考えられる。この場合、散乱光強度判定部15の散乱光強度判定基準値を書き換える散乱光強度判定基準選択部16を持つ構成がよい。そして、散乱光強度判定部15は、散乱光強度が不十分であると判断した場合、後述するモニタ光計測部6のモニタ光受信部18又はモニタ光強度判定部20にその通知を行う。風速演算部17は散乱光強度判定部15から入力された散乱光スペクトル情報から風速を演算する機能を有する。この演算方法は、例えば、散乱光スペクトル情報の中から風速ピークを抽出し、このピークの周波数から求めることができる。
モニタ光計測部6は、第4の光合分波器8dで合波されモニタ光と参照光の干渉光が入力され、誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光の強度増幅が可能か判定する機能を有する。モニタ光計測部6は、モニタ光受信部18、モニタ光信号処理部19、モニタ光強度判定部20、モニタ光判定基準選択部21を備えている。
モニタ光受信部18は、散乱光強度判定部15から散乱光強度が不十分である旨の通知を受けると、第4の光合分波器8dからモニタ光と参照光の干渉光を受信する。そして、モニタ光信号処理部19は、モニタ光受信部18で受信した干渉光の強度を高速フーリエ変換等でモニタ光スペクトル情報に変換する。モニタ光強度判定部20は、モニタ光スペクトル情報を、あらかじめメモリなどに保有していたモニタ光判定情報 (誘導ブリルアン散乱の閾値情報)に従って誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が可能かどうかを判定する。このモニタ光判定情報には、実際の誘導ブリルアン散乱の閾値およびどの程度余裕を持った強度まで光増幅をして良いかという情報が含まれる。閾値からどの程度余裕を持った強度まで光増幅をして良いかという設定情報であるモニタ光判定情報は測定モードに合わせて選択できると良い。この場合、モニタ光強度判定部20に加えてモニタ光判定基準選択部21を用いる。モニタ光判定基準選択部21から選択された設定情報であるモニタ光判定基準をもとに、光制御部7は光周波数変調部10及び光増幅部12に制御情報を指示する。なお、上記では、モニタ光受信部18が散乱光強度判定部15から通知を受ける場合を説明したが、モニタ光受信部18が常に第4の光合分波器8dから干渉光を受けている場合は、この通知を直接、モニタ光強度判定部20に通知してもよい。
つづいて、風計測ライダ装置1の動作を、フローチャートを用いて説明する。図2は実施の形態1に係る風計測ライダ装置1における自己診断の動作を示すフローチャートである。
風計測ライダ装置1の自己診断が開始されると、第5の光合分波器8eから散乱光と参照光の干渉光が散乱光受信部13で受信される(ST1)。散乱光処理部14は、受信した干渉光の強度を高速フーリエ変換等で散乱光スペクトル情報に変換する(ST2)。続いて、風速演算部17は、散乱光処理部14で変換した散乱光スペクトル情報から風速を算出する(ST3)。この演算方法は、散乱光スペクトル情報の中から風速ピークを抽出し、このピークの周波数から風速を求める。さらに、散乱光強度判定部15は、散乱光処理部14から入力された散乱光スペクトル情報から、スペクトル強度が十分であるかを判定する(ST4)。散乱光強度判定部15は、風速計測において散乱光の強度が十分か不十分かを見分けるための、散乱光強度判定基準値をメモリなどに予め保有している。散乱光強度判定部15は散乱光スペクトル情報と散乱光強度判定基準値を比較し、散乱光スペクトル情報が散乱光強度判定基準値よりも大きい場合は強度が十分と判断され(ST4のYse)、散乱光スペクトル情報が散乱光強度判定基準値よりも小さい場合は強度が不十分と判断される(ST4のNo)。
散乱光強度判定部15で散乱光スペクトル情報が散乱光強度判定基準値よりも大きい場合(ST4のYes)は、ST5に進み、自己診断を終了するか否かを判断する。自己診断を終了するか否かは、はじめのモード選択等で、1回のみ自己診断を行うモード選択した時は1回のみを行い、自己診断を終了する(ST5のYes)。その他にも、風速計測中ずっと自己診断を行うモードを選択した場合には風速計測中ずっと自己診断を繰り返し(ST1〜ST5)、風速計測が終了したときに、自己診断も終了する(ST5のYes)。このように、自己診断をどれだけ繰り返すかは利用者等がモード選択によって選択するものであり、この限りではない。
散乱光強度判定部15で散乱光スペクトル情報が散乱光強度判定基準値よりも小さい場合は強度が不十分と判断された(ST4のNo)場合、ST41に進み、自己診断を継続する。
モニタ光受信部18は、散乱光強度判定部15から強度が不十分である旨の通知を受けると、第4の光合分波器8dでモニタ光と参照光が合波された干渉光を受信する(ST41)。モニタ光信号処理部19は、受信した干渉光の強度を高速フーリエ変換等でモニタ光スペクトル情報に変換する(ST42)。
続いて、モニタ光強度判定部20は、モニタ光信号処理部19から入力されたモニタ光スペクトル情報を、あらかじめメモリなどに保有していたモニタ光判定情報 (誘導ブリルアン散乱の閾値情報)に従って誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が可能かどうかを判定する(ST43)。具体的には、モニタ光スペクトル情報と誘導ブリルアン散乱の閾値情報を比較し、その大小関係により判断する。そして、モニタ光強度判定部20により、誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が可能と判断された場合(ST43のYes)、光制御部7は、風速計測光生成部2の光増幅部12を制御し、風速計測光の強度を増強する制御を行う(ST44−1)。一方、モニタ光強度判定部20により、誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が不可能と判断された場合(ST43のNo)、すなわち、風速計測光の強度を上げたときに誘導ブリルアン散乱が発生する恐れがある場合は、光制御部7は、風速計測光生成部2の光周波数変調部10を制御し、風速計測光の周波数を広域化する制御を行う(ST44−2)。誘導ブリルアン散乱は、光の周波数が広いほど発生しにくくなるため、風速計測光の周波数を広げることにより風速計測光の強度を増幅することが可能となる。
光制御部7が、光増幅部12を制御(ST44−1)する又は、光周波数変調部10を制御(ST44−2)する処理を行った後、ST5に進み、自己診断を終了するか否かを判断する。上述したように、自己診断を終了するか否かは、はじめのモード選択等で、1回のみ自己診断を行うモード選択した時は1回のみを行い、自己診断を終了する(ST5のYes)。その他にも、風速計測中ずっと自己診断を行うモードを選択した場合には風速計測中ずっと自己診断を繰り返し(ST1〜ST5)、風速計測が終了したときに、自己診断も終了する(ST5のYes)。このように、自己診断をどれだけ繰り返すかは利用者等がモード選択によって選択するものであり、この限りではない。
このように、本発明に係る風計測ライダ装置は、散乱光のスペクトル強度が不十分である場合に、モニタ光のスペクトル強度から、誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光の強度増幅が可能かを判定し、その判定結果に基づいて、風速計測光を制御するため、誘導ブリルアン散乱を起こさずに散乱光のスペクトル強度を向上させることが可能となる。
実施の形態2
本発明の実施の形態2に係る風計測ライダ装置の構成について図3から図5を用いて説明する。図3は、実施の形態2係る風計測ライダ装置の機能構成を示す図である。図4は、実施の形態2に係る光受信部での受信タイミング例を示す図である。図5は、実施の形態2に係る風計測ライダ装置における自己診断の動作を示すフローチャートである。なお、本実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同様の構成及び効果については省略する。また、実施の形態1と同一の構成については同一の符号を用いる。
なお、実施の形態1では、モニタ光と散乱光は別々の受信部で受信していたが、実施の形態2では、モニタ光と散乱光を共通の受信部で受信するため、受信素子の数を減らすことが出来る。したがって、実施の形態2に係る風計測ライダ装置は、実施の形態1に係る風計測ライダ装置よりも、小型化、省エネ化することが可能となる。
図3に示すように、実施の形態2に係る風計測ライダ装置1aは、風速計測光生成部2、光サーキュレータ3a、光出射部4、散乱光計測部5a、モニタ光計測部6a、光制御部7、光合分波器8a、8fで構成される。
光サーキュレータ3aは、風速計測光生成部2、光出射部4、第6の光合分波器8fの間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。光サーキュレータ3aは、光の入力方向によって出力方向が異なる素子であり、風速計測光と散乱光の光路を変える役割を果たしている。風速計測光生成部2から入力される風速測定光は光出射部4に出力され、光出射部4から入力される散乱光は第5の光合分波器8eに出力される。一般的に、光サーキュレータはその消光比に応じて、出力すべきポート以外のポートから漏れ出してしまう漏れ光が発生する。この漏れ光は風速計測光と同じ周波数を持ち、風速計測光の強度を反映しているため、モニタ光として使用することができる。本実施の形態2では、この漏れ光をモニタ光として利用する構成である。すなわち、風速計測光生成部2から入力され光出射部4に出力する風速測定光において、光サーキュレータ3a内で漏れ出した漏れ光をモニタ光として、第6の光合分波器8fに出力する。
第6の光合分波器8fは、光サーキュレータ3a、第1の光合分波器8a、散乱光計測部5aの間に配置され、それぞれと光ファイバで接続されている。第6の光合分波器8fは、第1の光合分波器8aからの参照光と光サーキュレータ3aからの散乱光、及び、第1の光合分波器8aからの参照光と光サーキュレータ3aからのモニタ光を合波し、それぞれ干渉光として散乱光計測部5aに出力する。
散乱光計測部5aは、第6の光合分波器8fで合波された参照光と散乱光による干渉光(以下「干渉光A」と記載。)及び参照光とモニタ光による干渉光(以下「干渉光B」と記載。)が入力され、散乱光のスペクトル強度や風速を算出する機能を有する。散乱光計測部5aは、光受信部23、受信光処理部24、時間分割部25、散乱光強度判定部15、散乱光強度藩地基準選択部16、風速演算部17を備えている。
光受信部23は、第6の光合分波器8fから干渉光A、干渉光Bを受信する。光受信部23がこれらの干渉光A、干渉光Bを受信するタイミングは、モニタ光が直ちに光サーキュレータ3aを通過後、8fにただちに入力する場合に比べ、散乱光は大気中を経由してきているため、図4に示すように時間的にずれが生じる。この時間的なずれを活かして後述する時間分割部25で干渉光Aの散乱光スペクトル情報と干渉光Bのモニタ光スペクトル情報を分類する。そして、受信光処理部24は、光受信部23で受信した干渉光A及び干渉光Bの強度を高速フーリエ変換等で散乱光スペクトル情報に変換する。時間分割部25は、得られたスペクトル情報がモニタ光スペクトル情報であるか、散乱光スペクトル情報であるかを受信するタイミングで区別する機能を持つ。時間分割部25は、モニタ光スペクトル情報はモニタ光強度判定部20に、散乱光スペクトル情報は散乱光強度判定部15に通知する。散乱光強度判定部15は、時間分割部25から散乱光スペクトル情報が入力されると、散乱光のスペクトル強度が十分であるかを判定する。散乱光強度判定部15は、風速計測において散乱光のスペクトル強度が十分であるかを見分けるための、散乱光強度判定基準値をメモリなどに予め保有している。散乱光強度判定基準値は測定のモード等に応じて切り替えられることが望ましい。例えば、測定周期が早いモードや、測定周期が遅いができるだけ高調波の少ない測定モード等が考えられる。この場合、散乱光強度判定部15の散乱光強度判定基準を書き換える散乱光強度判定基準選択部16を持つ構成がよい。そして、散乱光強度判定部15は、散乱光のスペクトル強度が不十分であると判断した場合、後述するモニタ光強度判定部20にその通知を行う。風速演算部17は散乱光強度判定部15から入力された散乱光スペクトル情報から風速を演算する機能を有する。この演算方法は、例えば、散乱光スペクトル情報の中から風速ピークを抽出し、このピークの周波数から求めることができる。
モニタ光計測部6aは、時間分割部25から通知されたモニタ光スペクトル情報が入力され、モニタ光のスペクトル強度を算出し、誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光の強度増幅が可能か判定する機能を有する。モニタ光計測部6aは、モニタ光強度判定部20、モニタ光判定基準選択部21を備えている。
モニタ光強度判定部20は、散乱光強度判定部15から散乱光のスペクトル強度が不十分である旨の通知を受けると、あらかじめ時間分割部25から受信していたモニタ光スペクトル情報を用いてモニタ光のスペクトル強度を判定する。モニタ光強度判定部20は、モニタ光スペクトル情報を、あらかじめメモリなどに保有していたモニタ光判定情報 (誘導ブリルアン散乱の閾値情報)に従って誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が可能かどうかを判定する。このモニタ光判定情報には、実際の誘導ブリルアン散乱の閾値及びどの程度余裕を持った強度まで光増幅をして良いかという情報が含まれる。閾値からどの程度余裕を持った強度まで光増幅をして良いかという設定情報であるモニタ光判定情報は測定モードに合わせて選択できると良い。この場合、モニタ光強度判定部20に加えてモニタ光判定基準選択部21を用いる。モニタ光判定基準選択部21から選択された設定情報であるモニタ光判定基準をもとに、光制御部7は光周波数変調部10及び光増幅部12に制御情報を指示する。
続いて、実施の形態2に係る風計測ライダ装置1aの動作を、フローチャートを用いて説明する。図5は実施の形態2に係る風計測ライダ装置1aにおける自己診断の動作を示すフローチャートである。
風計測ライダ装置1aの自己診断が開始されると、光受信部23は、第6の光合分波器8fから干渉光Bを受信する(ST1a)。そして、受信光処理部24は、受信した干渉光Bの強度を高速フーリエ変換等でモニタ光スペクトル情報に変換する(ST2a)。続いて、第6の光合分波器8fから干渉光Aを受信する(ST3a)。そして、受信光処理部24は、受信した干渉光Aの強度を高速フーリエ変換等で散乱光スペクトル情報に変換する(ST4a)。続いて、風速演算部17は、散乱光処理部14で変換した散乱光スペクトル情報から風速を算出する(ST5a)この演算方法は、散乱光スペクトル情報の中から風速ピークを抽出し、このピークの周波数から風速を求める。
散乱光強度判定部15は、時間分割部25より入力された散乱光スペクトル情報から、散乱光のスペクトル強度を算出し、スペクトル強度が十分であるかを判定する(ST6a)。散乱光強度判定部15は、風速計測において散乱光の強度が十分であるかを見分けるための、散乱光強度判定基準値をメモリなどに予め保有している。散乱光強度判定部15で算出された算出値が散乱光強度判定基準値よりも大きい場合はスペクトル強度が十分と判断され(ST6aのYes)、散乱光強度判定部15で算出された算出値が散乱光強度判定基準値よりも小さい場合はスペクトル強度が不十分と判断される(ST6aのNo)。なお、散乱光強度判定部15で算出された算出値が散乱光強度判定基準値よりも大きい場合のアルゴリズムは実施の形態1と同じためここでは省略する。
散乱光強度判定部15で算出された算出値が散乱光強度判定基準値よりも小さい場合は強度が不十分と判断される(ST6aのNo)。この場合、ST61aに進み、自己診断を継続する。
モニタ光強度判定部20は、散乱光強度判定部15から散乱光のスペクトル強度が不十分である旨の通知を受けると、あらかじめ時間分割部25から受信していたモニタ光スペクトル情報を用いてモニタ光のスペクトル強度を判定する。そして、モニタ光強度判定部20は、時間分割部25から入力されたモニタ光スペクトル情報を、あらかじめメモリなどに保有していたモニタ光判定情報 (誘導ブリルアン散乱の閾値情報)に従って誘導ブリルアン散乱せずに風速計測光強度増幅が可能かどうかを判定する(ST61a)。なお、モニタ光強度判定部20、光制御部7のアルゴリズムは実施の形態1と同じためここでは省略する。
このように、本発明の実施の形態2に係る風計測ライダ装置は、干渉光Aと干渉光Bを共通の光受信部で受信するため、受信素子の数を減らすことができる。よって、実施の形態2に係る風計測ライダ装置は、実施の形態1の効果に加え、さらに、小型化、省エネ化することが可能となる。
実施の形態3
本発明の実施の形態3に係る風計測ライダ装置の構成について図6から図10を用いて説明する。図6は、実施の形態3に係る風計測ライダ装置の光周波数変調部の機能構成を示す図である。図7は、実施の形態3に係る光位相変調器の理想的な電圧の入力を示す図である。図8は、実施の形態3に係る光位相変調器が理想的な電圧の入力をした場合の周波数成分を示す図である。図9は、実施の形態3に係る光位相変調器が風速計測光の周波数帯域を広げるために必要な電圧入力を示す図である。なお、本実施の形態3では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、2と同様の構成及び効果については省略する。また、実施の形態1、2と同一の構成については同一の符号を用いる。
実施の形態1、2に係る風計測ライダ装置の光周波数変調部はAOMを用いた構成であったが、実施の形態3に係る風計測ライダ装置の光周波数変調部は、AOMよりも低コストである光位相変調器を用いた構成となっている。
図6に示すように、実施の形態3に係る光周波数変調部10aは、入力された光の位相を変調する光位相変調器26と、光位相変調器26に入力する鋸波形電圧を生成する鋸波形電圧生成部27と、を備えている。鋸波形電圧生成部27は、光位相変調器26の半波長電圧(Vπ)の2倍の振幅に相当する鋸波形の電圧を入力することが出来る。鋸波形電圧生成部27はデジタルアナログコンバーターと電気増幅器とで構成されており、任意の振幅の鋸波形電圧を生成することが出来る。
光周波数変調を行う場合、理想的には、図7に示すような、2Vπの振幅を入れることで、図8に示すような基本周波数成分のみで構成される出力光を得ることができる。一方、図9に示したように理想的な2Vπから意図的にずらした電圧振幅2Vπ+Δを入力することで、図10に示すような基本周波数成分に加えて高調波成分を持つ光が得られる。高調波成分が得られるということは実質的には周波数帯域が広がることを意味する。このように、光周波数変調部10aは光位相変調器26と鋸波形電圧生成部27とで構成され、光制御部7から風速計測光の周波数帯域を広げるよう指示がなされると、鋸波形電圧生成部27の振幅を制御し、高調波を発生させることで周波数帯域を広げることが可能となる。
このように、光周波数変調部を光位相変調器と鋸波形電圧生成部で構成することで、実施の形態1、2の効果に加えて、さらに、実施の形態1、2よりも低コスト化することが可能となる。
続いて、図11を用いて、本発明に係る風計測ライダ装置1、1aのハードウェア構成を説明する。図11に示す処理回路30は専用のハードウェアであり、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらを組み合わせたものが該当する。散乱光受信部13、散乱光処理部14、散乱光強度判定部15、散乱光強度判定基準選択部16、風速演算部17、モニタ光受信部18、モニタ光信号処理部19、モニタ光強度判定部20、モニタ光判定基準選択部21、光制御部7の各部の機能各々を処理回路30で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路30で実現してもよい。さらに、散乱光強度判定基準選択部16とモニタ光判定基準選択部21はそれぞれ、基準値、閾値情報をメモリ31に記憶している。
1 風計測ライダ装置、1a 風計測ライダ装置、2 風速計測光生成部、3 光サーキュレータ、3a 光サーキュレータ、4 光出射部、5 散乱光計測部、5a 散乱光計測部、6 モニタ光計測部、6a モニタ光計測部、7 光制御部、8a 第1の光合分波器、8b 第2の光合分波器、8c 第3の光合分波器、8d 第4の光合分波器、8e 第5の光合分波器、8f 第6の光合分波器、9 光源、10 光周波数変調部、10a 光周波数変調部、11 パルス化部、12 光増幅部、13 散乱光受信部、14 散乱光処理部、15 散乱光強度判定部、16 散乱光強度判定基準選択部、17 風速演算部、18 モニタ光受信部、19 モニタ光信号処理部、20 モニタ光強度判定部、21 モニタ光判定基準選択部 、23 光受信部、24 受信光処理部、25 時間分割部、26 光位相変調器、27 鋸波形電圧生成部、30 処理回路、31 メモリ

Claims (6)

  1. 光源から出力されたレーザー光を風速計測光として大気中に出射する光出射部と、
    大気中の微粒子により散乱された前記風速計測光を散乱光として受信する散乱光受信部と、
    前記散乱光受信部が受信した散乱光のスペクトル強度を判定する散乱光強度判定部と、
    前記光源から出力された前記風速計測光を前記光出射部から出射する前にモニタ光として受信するモニタ光受信部と
    前記モニタ光のスペクトル強度が誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度増幅が可能かを判定するモニタ光強度判定部と、
    前記モニタ光強度判定部の判定結果に基づいて前記風速計測光を制御する光制御部と、
    を備え
    前記モニタ光強度判定部により誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度の増幅ができないと判断された場合、前記制御部は、高調波を発生させることで前記風速計測光の周波数帯域を広域化させることを特徴とする風計測ライダ装置。
  2. 前記モニタ光強度判定部により誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度の増幅が可能と判断された場合、
    前記制御部は、前記風速計測光の強度を増幅させることを特徴とする請求項1に記載の風計測ライダ装置。
  3. 光源から出力されたレーザー光を、光サーキュレータを介して風速計測光として大気中に出射する光出射部と、
    大気中の微粒子により散乱された前記風速計測光を散乱光として受信し、かつ前記光サーキュレータからの漏れ光をモニタ光として受信する光受信部と、
    前記受信部が受信した散乱光のスペクトル強度を判定する散乱光強度判定部と、
    前記モニタ光のスペクトル強度が誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度増幅が可能かを判定するモニタ光強度判定部と、
    前記モニタ光強度判定部の判定結果に基づいて前記風速計測光を制御する光制御部と、を備え
    前記モニタ光強度判定部により誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度の増幅ができないと判断された場合、前記制御部は、高調波を発生させることで前記風速計測光の周波数帯域を広域化させることを特徴とする風計測ライダ装置。
  4. 前記モニタ光強度判定部により誘導ブリルアン散乱せずに前記風速計測光の強度の増幅が可能と判断された場合、
    前記制御部は、前記風速計測光の強度を増幅させることを特徴とする請求項3に記載の風計測ライダ装置。
  5. 前記受信部が受信した光がモニタ光か散乱光かを判断する時間分割部を備えたことを特徴とする請求項3又は4に記載の風計測ライダ装置。
  6. 前記時間分割部は、
    受信した光が散乱光であると判断した場合、スペクトル情報を前記散乱光強度判定部に通知し、
    受信した光がモニタ光であると判断した場合、スペクトル情報を前記モニタ光強度判定部に通知することを特徴とする請求項5に記載の風計測ライダ装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0829533A (ja) * 1994-07-15 1996-02-02 Nec Corp レーザ・レーダ
JPH10242554A (ja) * 1997-02-21 1998-09-11 Fujitsu Ltd モードロック光パルス発生回路
JP2006258484A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP2009115696A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Mitsubishi Electric Corp 光波レーダ装置
JP2009223079A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Fujitsu Ltd 光増幅装置および光増幅装置の駆動方法
WO2013094431A1 (ja) * 2011-12-21 2013-06-27 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0829533A (ja) * 1994-07-15 1996-02-02 Nec Corp レーザ・レーダ
JPH10242554A (ja) * 1997-02-21 1998-09-11 Fujitsu Ltd モードロック光パルス発生回路
JP2006258484A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP2009115696A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Mitsubishi Electric Corp 光波レーダ装置
JP2009223079A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Fujitsu Ltd 光増幅装置および光増幅装置の駆動方法
WO2013094431A1 (ja) * 2011-12-21 2013-06-27 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置

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