JP6598682B2 - ライダ測定システム及びライダ測定方法 - Google Patents
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Description
Claims (21)
- 干渉計部を備え、ライダ測定システムから離れた遠隔領域における粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きを検出するためのライダ測定システムであって、
前記干渉計部が、
連続波レーザ源(2)と、
入射する前記連続波レーザ源(2)の光の検出器信号を出力するようになっている光検出器部(7)と、
光学部品であって、
前記連続波レーザ源(2)によって放出された光(23)が、
まず分離され、
続いて、前記干渉計部の測定ブランチ(4)を構成する第1光路に沿って、また、前記第1光路とは異なる前記干渉計部の基準ブランチ(5)を構成する第2光路に沿って導かれ、
前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)を通過した後、最終的に、空間的にコヒーレントに重畳されるような形で前記光検出器部(7)に入射するようにして配置され、
前記基準ブランチ(5)が所定の光路長を有し、
前記測定ブランチ(4)が、測定部分(16)を含み、前記測定部分(16)内では、前記光が、前記測定システムから離れた前記遠隔領域の方へ、前記測定システムから離れる方に向かうと共に、前記遠隔領域を通過しており、前記遠隔領域に存在する粒子又は物体によって前記測定システムの方へ後方散乱又は反射された光が、前記測定システムで再び受光される、光学部品と、
前記光検出器部(7)に接続され、前記光検出器部(7)の前記検出器信号を受信して前記検出器信号から前記遠隔領域における粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きの評価を行うようになっている評価部(9)と
を備えるライダ測定システムにおいて、
前記連続波レーザ源(2)は、0.1〜100mの範囲内のコヒーレンス長を有するものであって、
レーザ光発生コンポーネント(20)と、
前記レーザ光発生コンポーネント(20)の下流に配置され、前記レーザ光発生コンポーネント(20)によって放出されたレーザ光を受光して前記レーザ光を位相変調するようになっている光位相変調器(21)であって、制御信号入力部を備え、前記制御信号入力部で受信された制御信号により定義された位相関数に基づき前記位相変調を行うようになっている光位相変調器(21)と、
前記光位相変調器(21)の前記制御信号入力部に接続され、所定の位相関数θ(t)により定義された擬似ランダムノイズ信号に対応する制御信号を前記制御信号入力部に供給するようになっている制御装置(22)であって、前記連続波レーザ源(2)によって放出された前記レーザ光(23)の光パワー密度スペクトルに、前記所定の位相関数θ(t)によって決まる形状及び帯域が与えられるように、前記光位相変調器(21)が前記所定の位相関数θ(t)を用いて前記位相変調を行うことにより、前記レーザ光(23)のコヒーレンス長を調整するという効果を前記制御信号が有する、制御装置(22)と
を備えることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1に記載のライダ測定システムにおいて、
前記連続波レーザ源(2)は、1〜50mの範囲内のコヒーレンス長を有することを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1又は2に記載のライダ測定システムにおいて、
前記所定の位相関数θ(t)は、調節可能であることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光学部品は、
前記連続波レーザ源(2)によって放出された前記光(23)を分離するための光ファイバカプラ(3)、
前記基準ブランチ(5)の少なくとも一部を規定する光ファイバ及び/又は前記測定ブランチ(4)の一部を規定する光ファイバ、
前記測定ブランチ(4)及び/又は前記基準ブランチ(5)内に設けられた光周波数シフタ、
前記測定ブランチ(4)内又は前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)への分岐の前に設けられた光増幅器(11)、
前記基準ブランチ(5)及び/又は前記測定ブランチ(4)内に設けられた偏光を調整する偏光制御装置(10)、及び/又は
前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)の終点で前記測定ブランチ(4)に沿って導かれた光と前記基準ブランチ(5)に沿って導かれた光とを結合するビームコンバイナ
を備えることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光学部品は、前記測定ブランチ(4)の前記測定部分(16)の始点及び終点を規定すると共に、前記光を前記測定システムから遠ざかるように前記遠隔領域へ向けて放出し、前記測定ブランチ(4)の残りの部分に沿って導かれるように、前記遠隔領域で後方散乱された光を再び受光するようになっている放出・受光手段を含むことを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記評価部(9)は、前記検出器信号の関数、前記所定の位相関数θ(t)及び前記遠隔領域内の異なる距離にある副部(17)にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δtshift に基づき、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift にそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うようになっており、
前記検出器信号の関数は、前記基準ブランチ(5)を通過する実際の伝搬時間tから任意の前記時間シフト値Δtshift変化した伝搬時間とそれに応じて変化した光路長とを有する前記基準ブランチ(5)において生じる前記検出器信号に前記検出器信号の関数の結果が対応するように、因数
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記測定ブランチ(4)に沿って導かれる前記連続波レーザ源(2)の前記光(23)と前記基準ブランチ(5)に沿って導かれる前記連続波レーザ源(2)の前記光(23)とを、いずれも、互いに直交する2つの偏光方向の光に分離するようにして配置された偏光ビームスプリッタ部を更に備え、
前記光検出器部(7)は、前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記2つの偏光方向に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は2つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記2つの偏光方向のうちの1つの光の特性であって、
前記評価部(9)は更に、前記2つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び/又は物体による偏光状態の変化を判定するようになっていることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項6に記載のライダ測定システムにおいて、
前記レーザ光発生コンポーネント(20)は、2つの波長のレーザ光を、前記連続波レーザ源(2)によって放出されたレーザ光が前記2つの波長の周辺において2つの波長領域を有するように、放出するようになっており、それぞれの波長領域において、前記光パワー密度スペクトルは、前記所定の位相関数θ(t)によって決まるそれぞれの形状及び帯域を有し、
前記光検出器部(7)は、前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記2つの波長領域に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は2つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記2つの波長領域のうちの1つの波長領域の光の特性であって、
前記評価部(9)は、更に、前記2つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ(t)と、前記複数の異なる時間シフト値Δtshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift にそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うと共に、前記2つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも1つのガスの濃度を空間分解的に判定するようになっていることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項7に記載のライダ測定システムにおいて、
前記測定ブランチ(4)を通過する前記連続波レーザ源(2)の光が、光導波路内の測定部分(16)の少なくとも一部で導かれるように配置され、測定部分(16)の少なくとも一部を規定する光導波路(24)を備え、
前記光導波路は、前記光導波路に沿って互いに離隔されると共に、前記連続波レーザ源(2)によって放出可能な光の波長の少なくとも1つを部分的に反射するようにしてそれぞれ配置された複数の反射手段(25)を備え、前記光導波路を通過して前記測定システムから遠ざかる光は、その反射光が前記光導波路を通過して前記測定システムに向かうようになっており、
前記光検出器部(7)は、前記2つの偏光方向の光をそれぞれ検出する複数の光検出器を備え、
前記評価部(9)は、前記2つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ(t)と、前記複数の異なる時間シフト値Δtshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δtshiftにそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うようにしており、複数の異なる前記副部(17)は、前記反射手段の異なるもの及び/又は前記反射手段の異なる組み合わせを含み、
評価部(9)は、前記2つの副検出器信号により
前記異なる反射手段の反射率及び/又は偏光特性の変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の光位相シフトの変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の減衰、及び/又は、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の偏光変化
を判定するようなっていることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項9に記載のライダ測定システムにおいて、
前記反射手段はそれぞれ、欠損部又は不連続部、レイリ後方散乱手段、及び/又は、ファイバブラッグ格子を備えることを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項9又は10に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光導波路の延長方向への前記反射手段の伸縮は、隣接する前記反射手段の間の最小距離よりも小さいことを特徴とするライダ測定システム。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のライダ測定システムを用いて、前記遠隔領域における粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きを検出する方法であって、
前記遠隔領域が前記測定部分(16)の一部となるように、前記測定ブランチ(4)を配置するステップと、
レーザ光が前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)に沿って同時に導かれるように、前記連続波レーザ源(2)を作動させるステップと、
前記評価部(9)を用いて、前記遠隔領域における前記粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きを判定するステップと、
前記制御装置(22)において前記所定の位相関数θ(t)を調節することにより、前記連続波レーザ源(2)によって放出された前記レーザ光(23)の光パワー密度スペクトルの形状及び/又は帯域を調節して、前記レーザ光(23)のコヒーレンス長を調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項6〜11のいずれか一項に記載のライダ測定システムを用いて、前記遠隔領域における粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きを検出する方法であって、
前記遠隔領域が前記測定部分(16)の一部となるように、前記測定ブランチ(4)を配置するステップと、
レーザ光が前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)に沿って同時に導かれるように、前記連続波レーザ源(2)を作動させるステップと、
前記評価部(9)を用いて、前記遠隔領域における前記粒子及び/又は物体の存在及び/又は動きを判定するステップと、
前記制御装置(22)において前記所定の位相関数θ(t)を調節することにより、前記連続波レーザ源(2)によって放出された前記レーザ光(23)の光パワー密度スペクトルの形状及び/又は帯域を調節して、前記レーザ光(23)のコヒーレンス長を調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記評価部(9)が、前記検出器信号の関数、前記所定の位相関数θ(t)及び前記遠隔領域内の異なる距離にある副部(17)にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δt shift に基づき、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift にそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うようになっており、
前記検出器信号の関数が、前記基準ブランチ(5)を通過する実際の伝搬時間tから任意の前記時間シフト値Δt shift 変化した伝搬時間とそれに応じて変化した光路長とを有する前記基準ブランチ(5)において生じる前記検出器信号に前記検出器信号の関数の結果が対応するように、因数
前記遠隔領域の副部(17)の前記ライダ測定システムからの距離を変更するために、前記評価部(9)での前記時間シフト値Δtshiftを変更するステップを更に含み、
前記副部(17)は前記粒子及び/又は物体を含み、当該粒子及び/又は物体の後方散乱光は、前記測定ブランチ(4)に沿って導かれた光と前記基準ブランチ(5)に沿って導かれた光とのコヒーレントな重畳における干渉に貢献することを特徴とする方法。 - 請求項12又は14に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記測定ブランチ(4)に沿って導かれる前記連続波レーザ源(2)の前記光(23)と前記基準ブランチ(5)に沿って導かれる前記連続波レーザ源(2)の前記光(23)とを、いずれも、互いに直交する2つの偏光方向の光に分離するようにして配置された偏光ビームスプリッタ部を更に備え、
前記光検出器部(7)が、前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記2つの偏光方向に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は2つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記2つの偏光方向のうちの1つの光の特性であって、
前記評価部(9)が更に、前記2つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び/又は物体による偏光状態の変化を判定するように構成され、
前記評価部(9)を用いて、前記2つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び/又は物体による偏光状態の変化を判定し、そこから前記粒子及び/又は物体の種類及び/又は形状に関する情報を取得することを特徴とする方法。 - 請求項12又は14に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記レーザ光発生コンポーネント(20)が、2つの波長のレーザ光を、前記連続波レーザ源(2)によって放出されたレーザ光が前記2つの波長の周辺において2つの波長領域を有するように、放出するようになっており、それぞれの波長領域において、前記光パワー密度スペクトルは、前記所定の位相関数θ(t)によって決まるそれぞれの形状及び帯域を有し、
前記光検出器部(7)が、前記測定ブランチ(4)及び前記基準ブランチ(5)を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記2つの波長領域に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号が2つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれが、前記2つの波長領域のうちの1つの波長領域の光の特性であって、
前記評価部(9)が、更に、前記2つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ(t)と、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift とに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift にそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うと共に、前記2つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも1つのガスの濃度を空間分解的に判定するように構成され、
前記2つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ(t)と、前記複数の異なる時間シフト値Δtshiftとに基づき、前記2つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも1つのガスの濃度を、前記評価部(9)を用いて、空間分解的に判定することを特徴とする方法。 - 請求項15に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記測定ブランチ(4)を通過する前記連続波レーザ源(2)の光が、光導波路内の測定部分(16)の少なくとも一部で導かれるように配置され、測定部分(16)の少なくとも一部を規定する光導波路(24)を備え、
前記光導波路が、前記光導波路に沿って互いに離隔されると共に、前記連続波レーザ源(2)によって放出可能な光の波長の少なくとも1つを部分的に反射するようにしてそれぞれ配置された複数の反射手段(25)を備え、前記光導波路を通過して前記測定システムから遠ざかる光は、その反射光が前記光導波路を通過して前記測定システムに向かうようになっており、
前記光検出器部(7)が、前記2つの偏光方向の光をそれぞれ検出する複数の光検出器を備え、
前記評価部(9)が、前記2つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ(t)と、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift とに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δt shift にそれぞれ対応する前記副部(17)に対する前記評価を行うようにしており、複数の異なる前記副部(17)は、前記反射手段の異なるもの及び/又は前記反射手段の異なる組み合わせを含み、
評価部(9)は、前記2つの副検出器信号により
前記異なる反射手段の反射率及び/又は偏光特性の変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の光位相シフトの変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の減衰、及び/又は、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する2つの前記反射手段の間の偏光変化
を判定するように構成され、
前記反射手段が、当該反射手段に影響を与える測定パラメータに応じて当該反射手段の反射率及び/又は偏光特性が変化するようになっている、又は、
2つの隣接する前記反射手段の間にそれぞれ位置する前記光導波路の区間が、当該区間に影響を与える測定パラメータに応じて当該区間の光路が変化するようになっており、
前記評価部(9)を用いて、異なる前記反射手段又は前記反射手段の間の異なる区間に対応する位置おいて、前記測定パラメータを判定することを特徴とする方法。 - 請求項17に記載の方法において、
前記反射手段はそれぞれ、欠損部又は不連続部、レイリ後方散乱手段、及び/又は、ファイバブラッグ格子を備えることを特徴とする方法。 - 請求項17又は18に記載の方法において、
前記光導波路の延長方向への前記反射手段の伸縮は、隣接する前記反射手段の間の最小距離よりも小さいことを特徴とする方法。 - 請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法において、
前記測定パラメータは、前記光導波路のひずみ又は伸び、前記光導波路の振動、及び/又は、温度であることを特徴とする方法。 - 請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法において、
前記光導波路は、前記評価部(9)を用いて長さに対して分解されて特徴付けられていることを特徴とする方法。
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