JPH01311204A - Optical fiber sensor device - Google Patents
Optical fiber sensor deviceInfo
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- JPH01311204A JPH01311204A JP14200088A JP14200088A JPH01311204A JP H01311204 A JPH01311204 A JP H01311204A JP 14200088 A JP14200088 A JP 14200088A JP 14200088 A JP14200088 A JP 14200088A JP H01311204 A JPH01311204 A JP H01311204A
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は干渉光の位相変化量に基づいて測定を行う光フ
ァイバセンサ装置に係り、特に、干渉光の光強度レベル
が急峻に変化したり位相変化量が少ない場合でも測定精
度が損なわれることのない装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] Technical Field The present invention relates to an optical fiber sensor device that performs measurement based on the amount of phase change of interference light, and in particular, the present invention relates to an optical fiber sensor device that performs measurement based on the amount of phase change of interference light. The present invention relates to a device that does not impair measurement accuracy even when
従来技術
測定対象の移動距離や回動角度、或いは表面粗さ、圧力
、ガス濃度などの測定に、光の干渉を利用した光ファイ
バセンサ装置が広く用いられている。そして、このよう
な光ファイバセンサ装置の一種に、(a)偏波面が互い
に直交する2伝送モードにて光を伝送する単一の定偏波
光ファイバと、(b)前記定偏波光ファイバによって伝
送された光に基づいて参照光および計測光を取り出し、
測定対象によって位相が変化させられたその計測光と前
記参照光とを合波させることにより、その位相の変化に
対応して光強度が変化するとともにその光強度変化の位
相が90°ずらされた2種類の干渉光が前記定偏波光フ
ァイバの2伝送モードにて伝送されるようにその定偏波
光ファイバに入射させる光センサヘッド部と、(C)前
記参照光および計測光を取り出すための光を前記定偏波
光ファイバへ入射させるとともに、その定偏波光ファイ
バを介して戻される前記2種類の干渉光をそれぞれ検出
して電気信号に変換する光送受信部とを含み、その電気
信号をパルス信号に変換して前記干渉光の位相変化量を
求めて測定を行う型式のものがある。BACKGROUND OF THE INVENTION Optical fiber sensor devices that utilize light interference are widely used to measure the moving distance, rotation angle, surface roughness, pressure, gas concentration, etc. of an object to be measured. One type of such optical fiber sensor device includes (a) a single polarization optical fiber that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and (b) transmission using the polarization constant optical fiber. The reference light and measurement light are extracted based on the
By combining the measurement light whose phase has been changed depending on the measurement object with the reference light, the light intensity changes in accordance with the change in phase, and the phase of the change in light intensity is shifted by 90 degrees. (C) an optical sensor head unit for inputting two types of interference light into the polarization-controlled optical fiber so that the two types of interference light are transmitted in two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber; and (C) light for extracting the reference light and measurement light. an optical transmitting/receiving unit that detects the two types of interference light that is input into the constant polarization optical fiber and returns through the constant polarization optical fiber and converts it into an electrical signal, and converts the electrical signal into a pulse signal. There is a type that measures the amount of phase change of the interference light by converting it into .
例えば、本願出願人が先に出願した特願昭62−335
242号に記載されている装置はその一例である。For example, the patent application No. 62-335 filed earlier by the applicant
The device described in No. 242 is one example.
ところで、このような光ファイバセンサ装置において、
上記2種類の干渉光に対応する2種類の電気信号は、そ
の交流成分の振幅をA、直流成分をB、干渉光の位相を
Φ(1)とすると、それぞれ近偵的にA cosΦ(t
) +B、 A sinΦ(1)十Bで表され、直流
成分Bを除去して閾値が0■のコンパレータによりパル
ス信号に変換しているのが普通である。例えば、第5図
はこのような直流成分除去回路の一例で、計測信号MB
SI、MBS2は上記2種類の電気信号に相当する。ま
た、第6図は、それ等の計測信号MBSI、MBS2゜
および第5図における各部の信号331〜5SIOの波
形を示したものである。By the way, in such an optical fiber sensor device,
The two types of electrical signals corresponding to the above two types of interference light can be approximated by A cosΦ(t
) +B, A sinΦ(1)10B, and the DC component B is usually removed and converted into a pulse signal by a comparator with a threshold of 0. For example, FIG. 5 shows an example of such a DC component removal circuit, in which the measurement signal MB
SI and MBS2 correspond to the above two types of electrical signals. Further, FIG. 6 shows the waveforms of the measurement signals MBSI and MBS2° and the signals 331 to 5SIO of each part in FIG. 5.
これ等の図において、計測信号MBSIおよびMBS2
は差動増幅器210によって差動増幅され、その信号S
SIに基づいて、電圧0■を闇値とするコンパレータ2
12および単安定マルチバイブレーク214により信号
SSIが0点を横切る時、第6図においては干渉光の位
相Φ(1)が(π/4+nπ)で表される時に発生する
パルス信号SS4が取り出される。そのパルス信号S3
4は、差動増幅器216および電圧O■を闇値とするコ
ンパレータ218によって得られるパルス信号SS5と
共にAND回路220および222に供給され、それ等
の信号のANDを取ることにより、サンプル&ホールド
用のトリガーパルス信号SS6およびSS8が得られる
。AND回路222に加えられるパルス信号SS5はN
OT回路224によって反転されており、上記トリガー
パルス信号SS6は位相Φ(1)が(z/4+2nπ)
で表される時に発生させられ、トリガーパルス信号SS
8は位相Φ(1)が(5π/4+2nπ)で表される時
に発生させられる。なお、上記nは整数である。In these figures, the measurement signals MBSI and MBS2
is differentially amplified by the differential amplifier 210, and the signal S
Comparator 2 which takes voltage 0■ as dark value based on SI
12 and the monostable multi-bi break 214, when the signal SSI crosses the 0 point, a pulse signal SS4 generated when the phase Φ(1) of the interference light is represented by (π/4+nπ) in FIG. 6 is extracted. The pulse signal S3
4 is supplied to AND circuits 220 and 222 together with a pulse signal SS5 obtained by a differential amplifier 216 and a comparator 218 whose dark value is voltage O. By ANDing these signals, a sample and hold signal is generated. Trigger pulse signals SS6 and SS8 are obtained. The pulse signal SS5 applied to the AND circuit 222 is N
It is inverted by the OT circuit 224, and the trigger pulse signal SS6 has a phase Φ(1) of (z/4+2nπ).
The trigger pulse signal SS is generated when represented by
8 is generated when the phase Φ(1) is expressed as (5π/4+2nπ). Note that the above n is an integer.
一方、計測信号MBS1およびMBS2は反転加算器2
26により反転して加算され、その信号SS2は、位相
Φ(1)が(z/4+2nπ)で表される時に極小とな
り、(5π/ 4 + 2 nπ)で表される時に極大
となる。したがって、この信号SS2と前記トリガーパ
ルス信号SS6が供給されるサンプル&ホールド回路2
28においては、信号SS2の極小値がサンプリングさ
れて保持され、その極小値を表す信号SS7が174反
転平均回路230に出力される。また、信号SS2とト
リガーパルス信号SS8が供給されるサンプル&ホール
ド回路232においては、信号S32の極大値がサンプ
リングされて保持され、その極大値を表す信号SS9が
174反転平均回路230に出力される。そして、その
174反転平均回路230においては、供給された信号
SSTおよびSS9をそれぞれ反転するとともに加算し
て4で割ることにより、直流成分Bを求め、その直流成
分Bを表す闇値信号5SIOを出力する。On the other hand, the measurement signals MBS1 and MBS2 are sent to the inverting adder 2.
26 and the signal SS2 becomes a minimum when the phase Φ(1) is expressed as (z/4+2nπ), and becomes a maximum when the phase Φ(1) is expressed as (5π/4+2nπ). Therefore, the sample & hold circuit 2 to which this signal SS2 and the trigger pulse signal SS6 are supplied
At 28, the minimum value of the signal SS2 is sampled and held, and a signal SS7 representing the minimum value is output to the 174 inverting and averaging circuit 230. Further, in the sample and hold circuit 232 to which the signal SS2 and the trigger pulse signal SS8 are supplied, the maximum value of the signal S32 is sampled and held, and a signal SS9 representing the maximum value is output to the 174 inverting and averaging circuit 230. . Then, the 174 inverting and averaging circuit 230 inverts the supplied signals SST and SS9, adds them, and divides by 4 to obtain the DC component B, and outputs the dark value signal 5SIO representing the DC component B. do.
上記闇値信号5SIOは、計測信号MBSIおよびMB
S2をパルス信号に変換する際に直流成分を除去するた
めの閾値に相当し、計測信号MBSlは前記差動増幅器
216およびコンパレータ218によりパルス信号PS
lに変換される。前記パルス信号SS5は、qのパルス
信号PSlと同じものである。また、計測信号MBS2
は差動増幅器234および電圧Ovを閾値とするコンパ
レータ236によりパルス信号PS2に変換される。な
お、作動当初においては正確な闇値を表す闇値信号5S
IOが得られないため、切換えスイッチSWの切換え操
作により、平滑回路238によって得られる闇値信号が
差動増幅器216,234へ供給されるようになってい
る。上記切換えスイッチSWは、例えば閾値信号5SI
Oの電圧値と平滑回路238の電圧値とが略等しくなっ
た時に切り換えられるように構成される。The dark value signal 5SIO is the measurement signal MBSI and MB
This corresponds to a threshold value for removing a DC component when converting S2 into a pulse signal, and the measurement signal MBS1 is converted into a pulse signal PS by the differential amplifier 216 and the comparator 218.
It is converted to l. The pulse signal SS5 is the same as the pulse signal PS1 of q. In addition, the measurement signal MBS2
is converted into a pulse signal PS2 by a differential amplifier 234 and a comparator 236 whose threshold is the voltage Ov. In addition, at the beginning of operation, the dark value signal 5S indicating the accurate dark value
Since IO cannot be obtained, the dark value signal obtained by the smoothing circuit 238 is supplied to the differential amplifiers 216 and 234 by switching the changeover switch SW. For example, the changeover switch SW has a threshold value signal 5SI.
It is configured to be switched when the voltage value of O and the voltage value of the smoothing circuit 238 become approximately equal.
そして、このようにして得られたパルス信号PSt、P
S2は、その位相が互いに90°ずらされているため、
例えばロータリエンコーダ等で一般的なA相信号、B相
信号として可逆のアップダウンカウンタに入力されるこ
とにより、それ等の信号のパルスエツジに基づいて干渉
光の位相Φ(t)の変化量が測定される。Then, the pulse signals PSt and PSt obtained in this way are
Since the phases of S2 are shifted by 90° from each other,
For example, by inputting common A-phase signals and B-phase signals to a reversible up-down counter in a rotary encoder, etc., the amount of change in the phase Φ(t) of the interference light is measured based on the pulse edges of these signals. be done.
発明が解決しようとする課題
しかしながら、このような従来の光ファイバセンサ装置
においては、干渉光の光強度レベルが急峻に変化したり
干渉光の位相変化量が1波長2πよりも少なかったりす
ると、前記闇値信号5SIOが正確に得られなくなり、
パルス信号Psi。Problems to be Solved by the Invention However, in such a conventional optical fiber sensor device, if the light intensity level of the interference light changes sharply or the amount of phase change of the interference light is less than 2π per wavelength, Dark value signal 5SIO cannot be obtained accurately,
Pulse signal Psi.
PS2のパルス幅が狭くなったり広くなったりして、測
定精度が損なわれるという問題があった。There is a problem in that the pulse width of PS2 becomes narrower or wider, which impairs measurement accuracy.
すなわち、上記闇値信号5S10は、信号S52の極大
値および極小値がサンプリングされることによって更新
されるため、表面粗さ測定などにおいて計測光が乱反射
したり干渉率が変動したりして干渉光の光強度レベルが
急峻に変化すると、閾値信号5SIOの更新が追いつか
ないことがあったのである。また、測定が中断したり表
面粗さの凹凸が小さかったりして干渉光の位相変化量が
1波長2πよりも小さいと二信号SS2の極小値および
極大値が得られない場合があり、その状態において干渉
光の光強度レベルが変化しても、正確な闇値信号5SI
Oは得られないのである。That is, since the dark value signal 5S10 is updated by sampling the maximum and minimum values of the signal S52, the measurement light may be diffusely reflected or the interference rate may fluctuate during surface roughness measurement etc., resulting in interference light. If the light intensity level of the light changes rapidly, the update of the threshold signal 5SIO may not be able to keep up. Additionally, if the amount of phase change of the interference light is smaller than 2π per wavelength due to interruption of measurement or small irregularities in surface roughness, the minimum and maximum values of the two signals SS2 may not be obtained. Accurate darkness value signal 5SI even if the light intensity level of interference light changes in
O cannot be obtained.
そして、例えば前記パルス信号PS1およびPS2を4
分割のアップダウンカウンタに入力した場合、前記闇値
信号5sioが第7図において実線で示されているよう
に正確に求められている時には、前記パルス信号Psi
、PS2は第2図に示されているようになり、アップダ
ウンカウンタによる測定値は干渉光の位相Φ(1)がπ
/2だけ変化する毎にアップダウンさせられ、第2図に
おいて一点鎖線で示されている真の値に対して、その最
大誤差はπ/2の約半分のπ/4程度である。しかし、
闇値信号5stoが第7図において一点鎖線で示されて
いる、ようにずれている時には、パルス信号Psi、P
S2は第8図に示されているようにそのパルス幅が狭く
なり、それに伴ってアップダウンカウンタによる測定値
の誤差は大きくなる。なお、闇値信号5310が第7図
において二点鎖線で示されているように大幅にずれてい
る場合には、パルス信号Psi、PS2のパルス幅が更
に狭くなるため、それ等のパルスの重なりが無くなって
アップダウンカウンタのカウントの士が逆になる場合が
生じる。For example, the pulse signals PS1 and PS2 are
When input to the divided up/down counter, when the dark value signal 5sio is accurately determined as shown by the solid line in FIG.
, PS2 becomes as shown in Fig. 2, and the measured value by the up-down counter shows that the phase Φ(1) of the interference light is π
The maximum error is about π/4, which is about half of π/2, with respect to the true value shown by the dashed line in FIG. 2. but,
When the dark value signal 5sto deviates as shown by the dashed line in FIG. 7, the pulse signals Psi, P
As shown in FIG. 8, the pulse width of S2 becomes narrower, and the error in the measured value by the up/down counter increases accordingly. Note that if the dark value signal 5310 deviates significantly as shown by the two-dot chain line in FIG. There may be cases where the up/down counter becomes inverted due to no longer being counted.
また、上記のように闇値信号5S10がずれると、前記
パルス信号SS5の発生が損なわれるため、トリガーパ
ルス信号SS6またはSS8が発生しなくなって、測定
不良状態が続くこともある。Further, if the dark value signal 5S10 deviates as described above, the generation of the pulse signal SS5 is impaired, so the trigger pulse signal SS6 or SS8 may no longer be generated, and the measurement failure state may continue.
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、干渉光の光強度レベルが急峻に変
化したり位相変化量が1波長2πより少ない場合でも測
定精度が損なわれないようにすることにある。The present invention was made against the background of the above circumstances, and its purpose is to prevent measurement accuracy from being impaired even when the light intensity level of interference light changes sharply or when the amount of phase change is less than 2π per wavelength. The goal is to make sure that there is no such thing.
課題を解決するための手段
かかる目的を達成するために、本発明は、前記(a)単
一の定偏波光ファイバと、(b)光センサヘッド部と、
(C)光送受信部とを含み、前記電気信号をパルス信号
に変換して前記干渉光の位相変化量を求めて測定を行う
型式の光ファイバセンサ装置において、(d)前記2種
類の干渉光に対してそれぞれ光強度変化の位相が180
°ずらされた2種類の逆相干渉光を取り出す光学手段と
、(e)その2種類の逆相干渉光を前記光送受信部まで
伝送する光ファイバと、(f)前記光送受信部に設けら
れ、前記2種類の逆相干渉光をそれぞれ検出して互いに
位相が90°ずらされた逆相電気信号を出力する一対の
逆相光検出器と、(鎖その2種類の逆相電気信号と前記
2種類の電気信号とをそれぞれ差動増幅する一対の差動
増幅器とを設け、その差動増幅器によって得られた互い
に位相が90°ずらされ且つ直流成分が除去された2種
類の信号に基づいて前記パルス信号を取り出すようにし
たことを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to achieve the object, the present invention provides the following: (a) a single polarization constant optical fiber; (b) an optical sensor head section;
(C) an optical fiber sensor device of the type that includes an optical transmitter/receiver section and performs measurement by converting the electric signal into a pulse signal to determine the amount of phase change of the interference light; (d) the two types of interference light; The phase of the light intensity change is 180
an optical means for extracting the two types of negative phase interference light shifted by degrees; (e) an optical fiber for transmitting the two types of negative phase interference light to the optical transmitter/receiver; and (f) an optical means provided in the optical transmitter/receiver. , a pair of anti-phase photodetectors that respectively detect the two types of anti-phase interference light and output anti-phase electrical signals whose phases are shifted by 90 degrees from each other; A pair of differential amplifiers that differentially amplify two types of electrical signals are provided, and based on the two types of signals obtained by the differential amplifiers, the phases of which are shifted by 90 degrees from each other and the DC component is removed. The present invention is characterized in that the pulse signal is extracted.
作用および発明の効果
このような光ファイバセンサ装置においては、前記2種
類の干渉光に対してそれぞれ光強度変化の位相が180
゛ずつずらされた逆相干渉光が光学手段によって取り出
されるとともに、一対の逆相光検出器によってその逆相
干渉光に対応する逆相電気信号が出力され、その逆相電
気信号と前記電気信号とが差動増幅器によって差動増幅
されることにより、互いに位相が90°ずらされ且つ直
流成分が除去された2種類の信号が得られる。そして、
かかる2種類の信号を、例えば電圧0■を闇値とするコ
ンパレータによってそれぞれパルス信号に変換した後ア
ップダウンカウンタ等に入力することにより、干渉光の
位相変化量が測定される。Operation and Effects of the Invention In such an optical fiber sensor device, the phase of the light intensity change for the two types of interference light is 180 degrees.
The reverse phase interference light shifted by 1 is extracted by an optical means, and a pair of reverse phase photodetectors output a reverse phase electrical signal corresponding to the reverse phase interference light, and the reverse phase electrical signal and the electrical signal are outputted by a pair of reverse phase photodetectors. By differentially amplifying the two signals using a differential amplifier, two types of signals whose phases are shifted by 90 degrees from each other and whose direct current components are removed are obtained. and,
The amount of phase change of the interference light is measured by converting these two types of signals into pulse signals by a comparator whose dark value is, for example, a voltage of 0.times., and then inputting the pulse signals to an up/down counter or the like.
ここで、上記2種類の信号は位相が180°異なる電気
信号を差動増幅することによって得られるようになって
いるため、従来のように闇値を求めて直流成分を除去す
る場合に比較して、信号処理部の構成が大幅に簡略化さ
れる。また、干渉光の光強度レベルが急峻に変化したり
位相変化量が1波長2πより少ない場合でも、差動増幅
によって直流成分が正しく除去されるため、常に正確な
パルス信号が得られるようになって測定精度が向上する
。Here, the above two types of signals are obtained by differentially amplifying electrical signals whose phases differ by 180 degrees, so compared to the conventional case of calculating the dark value and removing the DC component. Therefore, the configuration of the signal processing section is greatly simplified. In addition, even if the optical intensity level of the interference light changes sharply or the amount of phase change is less than 2π per wavelength, differential amplification correctly removes the DC component, making it possible to always obtain accurate pulse signals. measurement accuracy is improved.
実施例
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.
第1図において、He −N eレーザなどのレーザ光
源10から発射された単色のレーザ光は、光軸まわりに
45°回転させて配置された偏光ビームスプリッタ12
.ファラデー回転子14.偏光ビームスプリッタ16を
通過した後、集光レンズ18により第1の定偏波光ファ
イバ20の端面に入射させられる。上記偏光ビームスプ
リッタ12゜ファラデー回転子14.および偏光ビーム
スプリッタ16は、光アイソレータとしても機能するも
のであり、上記定偏波光ファイバ20を通って戻された
反射光がレーザ光源10へ入射しないようにする。また
、偏光ビームスプリッタ16は反射光を偏波面に従って
分割する機能をも備えており、偏光ビームスプリッタ1
6により反射された光は集光レンズ22により第1光セ
ンサ24に入射させられ、偏光ビームスプリッタ16を
通過した光はファラデー回転子14により偏波面が光軸
まわりに45°回転させられ、偏光ビームスプリッタ1
2によって反射されたのち集光レンズ26により第2光
センサ28に入射させられる。一方、第2の定偏波光フ
ァイバ30を通って戻された反射光は、集光レンズ32
によって平行光とされたのち偏光ビームスプリッタ34
により偏波面に従って分離され、その偏光ビームスプリ
ッタ34によって反射された光は集光レンズ36により
第3光センサ38に入射させられ、偏光ビームスプリッ
タ34を通過した光は集光レンズ40により第4光セン
サ42に入射させられる。以上の光学素子および光セン
サによって光送受信部200が構成され、この光送受信
部200の図示しない機枠に定偏波光ファイバ20.3
0の一端部が固定されている。In FIG. 1, a monochromatic laser beam emitted from a laser light source 10 such as a He-N e laser is transmitted to a polarizing beam splitter 12 rotated by 45 degrees around the optical axis.
.. Faraday rotator 14. After passing through the polarizing beam splitter 16 , the light beam is made incident on the end face of the first polarization-constant optical fiber 20 by the condenser lens 18 . Said polarizing beam splitter 12° Faraday rotator 14. The polarizing beam splitter 16 also functions as an optical isolator, and prevents the reflected light returned through the polarization constant optical fiber 20 from entering the laser light source 10. The polarizing beam splitter 16 also has a function of splitting the reflected light according to the plane of polarization.
The light reflected by 6 is made incident on the first photosensor 24 by the condensing lens 22, and the polarization plane of the light that has passed through the polarizing beam splitter 16 is rotated by 45 degrees around the optical axis by the Faraday rotator 14, resulting in polarized light. Beam splitter 1
After being reflected by the light beam 2, the light beam is made incident on the second optical sensor 28 by the condensing lens 26. On the other hand, the reflected light returned through the second polarization constant optical fiber 30 is reflected by the condensing lens 32.
The polarizing beam splitter 34 converts the beam into parallel light.
The light that is separated according to the plane of polarization and reflected by the polarizing beam splitter 34 is made incident on the third optical sensor 38 by the condensing lens 36, and the light that has passed through the polarizing beam splitter 34 is converted into fourth light by the condensing lens 40. The light is made incident on the sensor 42. An optical transmitter/receiver 200 is constituted by the optical elements and optical sensors described above, and a fixed polarization optical fiber 20.3 is attached to the machine frame (not shown) of the optical transmitter/receiver 200.
One end of 0 is fixed.
上記定偏波光ファイバ20.30は全く同じもので、コ
ア44とこのコア44を挟む一対の応力付与部46と、
それらを覆うクラッド48とから構成されており、たと
えば互いに直交する偏波面にて光を伝送するHE++X
モードおよびHE、、’モードの2伝送モードにて偏波
面を保存しつつ偏光を伝送するようになっている。そし
て、これ等の定偏波光ファイバ20.30の他端部は光
センサヘッド部202の図示しない機枠に固定されてお
り、定偏波光ファイバ20の一端部に入射させられたレ
ーザ光は、偏光ビームスプリッタ16を通過した直線偏
光であるところから、その定偏波光ファイバ20の2つ
の伝送モードのうちの一方のモードにて光センサヘッド
部202まで伝送される。The polarization constant optical fibers 20.30 are exactly the same, and include a core 44, a pair of stress applying parts 46 sandwiching the core 44,
For example, the HE++X
Polarized light is transmitted while preserving the plane of polarization in two transmission modes: mode and HE mode, . The other ends of these constant polarization optical fibers 20 and 30 are fixed to the machine frame (not shown) of the optical sensor head section 202, and the laser light incident on one end of the constant polarization optical fiber 20 is The linearly polarized light that has passed through the polarization beam splitter 16 is transmitted to the optical sensor head section 202 in one of the two transmission modes of the constant polarization optical fiber 20 .
上記定偏波光ファイバ20によって光センサヘッド部2
02まで伝送されたレーザ光は、集光レンズ50によっ
て平行光に変換され、無偏光ビームスプリッタ52によ
り参照光Lmと計測光LHとに分離される。無偏光ビー
ムスプリッタ52を通過した計測光し8は、往復2回の
透過により直線偏光の偏波面を45゛回転させる174
波長板54を通過させられて、測定対象56上に取り付
けられた一対の第1コーナキユーブプリズム58および
第2コーナキユーブプリズム60のうちの一方、例えば
第1コーナキユーブプリズム58へ向かって投射される
。The optical sensor head section 2 is
The laser beam transmitted up to 02 is converted into parallel light by a condenser lens 50, and separated into reference light Lm and measurement light LH by a non-polarizing beam splitter 52. The measurement light beam 8 that has passed through the non-polarized beam splitter 52 rotates the plane of polarization of the linearly polarized light by 45 degrees by passing it back and forth twice 174
Passed through the wave plate 54 and directed toward one of the pair of first corner cube prism 58 and second corner cube prism 60 mounted on the measurement target 56, for example, the first corner cube prism 58. Projected.
また、無偏光ビームスプリッタ52により反射された参
照光りえは、往復2回の透過により直線偏光を円偏光に
変換する178波長板62を通過した後、ミラー64に
より方向変換されることにより、無偏光ビームスプリッ
タ52を通過した計測光LMと互いに平行とされ、測定
対象56上に取り付けられた第1コーナキユーブプリズ
ム58および第2コーナキユーブプリズム60の他方、
すなわち第2コーナキユーブプリズム60へ向かって投
射される。なお、上記第1コーナキユーブプリズム58
および第2コーナキユーブプリズム60の反射面は金属
コートされており、反射によって偏光特性が変化させら
れないようになっている。In addition, the reference light reflected by the non-polarizing beam splitter 52 passes through a 178 wavelength plate 62 that converts linearly polarized light into circularly polarized light by transmitting it twice back and forth, and then is direction-changed by a mirror 64, so that it is not The other of the first corner cube prism 58 and the second corner cube prism 60 that are parallel to the measurement light LM that has passed through the polarizing beam splitter 52 and are mounted on the measurement object 56;
That is, it is projected toward the second corner cube prism 60. Note that the first corner cube prism 58
The reflective surface of the second corner cube prism 60 is coated with metal to prevent the polarization characteristics from being changed by reflection.
また、測定対象56は第1コーナキユーブプリズム58
と第2コーナキユーブプリズム60との間の中央を回転
中心として回動させられ、それに伴って計測光し、4お
よび参照光LRの光路長、更には位相が変化させられる
。Further, the measurement object 56 is a first corner cube prism 58
and the second corner cube prism 60, and accordingly the optical path lengths and phases of the measuring beam 4 and the reference beam LR are changed.
ここで、上記第1」=ナキューブプリズム5日により反
射された計測光しうは、再び174波長板54を透過さ
せられることにより往路の偏波面に対して45°傾斜し
た直線偏光に変換され、第2コーナキユーブプリズム6
0により反射された参照光LRは再び1/8波長板62
を透過させられることにより円偏光に変換されるが、こ
れは、上記174波長板54の光軸は往路の計測光LM
の偏波面に対して22.5°傾斜させられており、また
、178波長板62の光軸は往路の参照光LRの偏波面
に対して45°傾斜させられて配設されているからであ
る。Here, the measurement light reflected by the first Nacube prism 5 is transmitted through the 174-wave plate 54 again and converted into linearly polarized light tilted at 45 degrees with respect to the outgoing polarization plane. , second corner cube prism 6
The reference light LR reflected by 0 is again passed through the 1/8 wavelength plate 62
The optical axis of the 174-wave plate 54 is the outgoing measurement light LM.
This is because the optical axis of the 178-wave plate 62 is inclined at 45 degrees with respect to the polarization plane of the forward reference light LR. be.
そして、このようにして直線偏光および円偏光とされた
計測光LHおよび参照光り、Iは、無偏光ビームスプリ
ンタ52によってそれぞれ2つに分離され、その無偏光
ビームスプリッタ52を透過した計測光LHおよび無偏
光ビームスプリッタ52で反射された参照光り、は、集
光レンズ50を通過して前記第1の定偏波光ファイバ2
0に入射する。この時、計測光L1および参照光りつは
それぞれ等分配されて定偏波光ファイバ20の2種類の
伝送モードHE、、”およびHE、、’に入射させられ
、前記測定対象56の回転に伴う光路長変化により計測
光し1.lおよび参照光り、の位相が変化させられるこ
とによって互いに干渉させられる。The measurement light LH and the reference light I, which have been made into linearly polarized light and circularly polarized light in this way, are each split into two by a non-polarized beam splitter 52, and the measurement light LH and the reference light I, which have been transmitted through the non-polarized beam splitter 52, are The reference light reflected by the non-polarized beam splitter 52 passes through the condenser lens 50 and is directed to the first polarization constant optical fiber 2.
0. At this time, the measurement light L1 and the reference light are equally distributed and made incident on two types of transmission modes HE, `` and HE, ,'' of the polarization optical fiber 20, and the optical path accompanying the rotation of the measurement object 56 is By changing the length, the phases of the measurement light 1.l and the reference light are changed, so that they interfere with each other.
また、計測光LHは上記2種類の伝送モードに対して偏
波面が45°傾斜した直線偏光であるため、それ等2種
類の伝送モードHE、、”およびHE + + ’に同
じ位相で分配されるが、円偏光の参照光LRは伝送モー
ドHE、、”およびHE++’に分配される際にその位
相が互いに90°ずらされる。このため、伝送モードH
E、、”で伝送される干渉光の光強度変化の位相と伝送
モードHE + I’で伝送される干渉光の光強度変化
の位相は互いに90°ずらされる。In addition, since the measurement light LH is linearly polarized light whose polarization plane is tilted by 45 degrees with respect to the above two types of transmission modes, it is distributed to these two types of transmission modes HE, ``,'' and HE + + ' with the same phase. However, when the circularly polarized reference light LR is distributed to the transmission modes HE, ``,'' and HE++', their phases are shifted by 90 degrees from each other. Therefore, transmission mode H
The phase of the change in the light intensity of the interference light transmitted in the transmission mode HE+I' is shifted by 90 degrees from each other.
また、上記無偏光ビームスプリッタ52で反射された計
測光Lsおよび無偏光ビームスブリッタ52を透過した
参照光り、は、ミラー66によって反射されたのち集光
レンズ68によって前記第2の定偏波光ファイバ30に
入射させられる。この場合にも、その定偏波光ファイバ
30に入射させられることにより、それ等の計測光し。Further, the measurement light Ls reflected by the non-polarizing beam splitter 52 and the reference light transmitted through the non-polarizing beam splitter 52 are reflected by a mirror 66 and then passed through the condensing lens 68 to the second polarization constant optical fiber 30. is made incident on. In this case as well, the measurement light is made incident on the constant polarization optical fiber 30.
および参照光り、は互いに干渉させられ、且つ、2種類
の伝送モードHE、、XおよびHE 、’で伝送される
干渉光の光強度変化の位相は互いに90°ずらされる。and the reference beam are made to interfere with each other, and the phases of the optical intensity changes of the interference beams transmitted in the two types of transmission modes HE, , X and HE,' are shifted by 90° from each other.
また、この第2の定偏波光ファイバ30に入射される計
測光LMは、前記無偏光ビームスプリッタ52によって
反射されることにより、その無偏光ビームスプリッタ5
2を通過する計測光し8に対して位相が180°ずらさ
れており、この定偏波光ファイバ30によって伝送され
る2種類の干渉光は、前記第1の定偏波光ファイバ20
によって伝送される2種類の干渉光に対してそれぞれ1
80°ずつ位相がずらされている。この第2の定偏波光
ファイバ30によって伝送される干渉光は逆相干渉光に
相当し、上記無偏光ビームスプリッタ52.ミラー66
、集光レンズ68.および第2の定偏波光ファイバ30
を含んで2種類の逆相干渉光を取り出すための光学手段
が構成されている。また、定偏波光ファイバ30は、2
種類の逆相干渉光を光送受信部200まで伝送する光フ
ァイバに相当する。−
上述した2種類ずつの干渉光、逆相干渉光は、それぞれ
光強度変化の位−相が互いに90°ずらされたまま定偏
波光ファイバ20.30によって光送受信部200まで
伝送され、第1の定偏波光ファイバ20によって伝送さ
れた2種類の干渉光は偏光ビームスプリッタ16によっ
て分離され、前記第1光センサ24.第2光センサ28
に入射させられる。また、第2の定偏波光ファイバ30
によって伝送された2種類の逆相干渉光は偏光ビームス
プリッタ34によって分離され、前記第3光センサ38
.第4光センサ42に入射させられる。Furthermore, the measurement light LM incident on the second polarization constant optical fiber 30 is reflected by the non-polarization beam splitter 52, so that the measurement light LM is reflected by the non-polarization beam splitter 52.
The two types of interference light transmitted by this polarization-controlled optical fiber 30 are shifted in phase by 180° with respect to the measurement light beam 8 that passes through the first polarization-controlled optical fiber 20.
1 for each of the two types of interference light transmitted by
The phase is shifted by 80°. The interference light transmitted by the second polarization-constant optical fiber 30 corresponds to anti-phase interference light, and the interference light is transmitted by the non-polarization beam splitter 52. mirror 66
, condenser lens 68. and a second polarization constant optical fiber 30
An optical means for extracting two types of anti-phase interference light is configured. Further, the polarization constant optical fiber 30 has two
This corresponds to an optical fiber that transmits different types of anti-phase interference light to the optical transmitter/receiver 200. - The above-mentioned two types of interference light and anti-phase interference light are each transmitted to the optical transmitting/receiving unit 200 by the polarization-controlled optical fiber 20, 30 with the phases of the light intensity changes shifted by 90 degrees from each other, and then The two types of interference light transmitted by the constant polarization optical fiber 20 are separated by the polarization beam splitter 16 and sent to the first optical sensor 24. Second optical sensor 28
is made to be incident on. In addition, the second polarization constant optical fiber 30
The two types of anti-phase interference light transmitted by the polarizing beam splitter 34 are separated by the third optical sensor 38.
.. The light is made incident on the fourth optical sensor 42.
光センサ24および28は、2種類の干渉光の光強度変
化に対応して位相が90°ずらされた2種類の電気信号
、すなわち計測信号MBSLa、MBS2aを出力する
。また、光センサ38および42は一対の逆相光検出器
を成すもので、2種類の逆相干渉光の光強度変化に対応
して位相が90゜ずらされた2種類の逆相電気信号、す
なわち計測信号MBS1b、MBS2bを出力する。こ
の計測信号MBS1b、MBS2bの位相はまた、上記
計測信号MBS1a、MBS2aに対してそれぞれ18
0°ずつずれている。The optical sensors 24 and 28 output two types of electrical signals, ie, measurement signals MBSLa and MBS2a, whose phases are shifted by 90° in response to changes in the light intensity of the two types of interference light. Further, the optical sensors 38 and 42 constitute a pair of reverse phase photodetectors, which generate two types of reverse phase electrical signals whose phases are shifted by 90 degrees in response to changes in the light intensity of the two types of reverse phase interference light. That is, measurement signals MBS1b and MBS2b are output. The phases of the measurement signals MBS1b and MBS2b are also 18% with respect to the measurement signals MBS1a and MBS2a, respectively.
It is shifted by 0°.
互いに位相が180°ずらされた計測信号MBSlaお
よびMBSlb、MBS2aおよびMBS2bは、それ
ぞれ差動増幅器70.72に供給されて差動増幅され、
これにより、互いに位相が90°ずらされるとともに直
流成分が除去された2種類の計測信号R31,R32が
得られる。そして、これ等の計測信号R3I、R32は
、それぞれ電圧Ovを閾値とするコンパレータ74.7
6に供給され、それぞれ干渉光の位相が1/2位相πだ
け変化する毎にパルスの発生、消滅を繰り返し、且つ互
いに位相が90°ずらされたパルス信号Psi、PS2
に変換される。The measurement signals MBSla and MBSlb, MBS2a and MBS2b whose phases are shifted by 180° from each other are respectively supplied to differential amplifiers 70 and 72 and differentially amplified.
As a result, two types of measurement signals R31 and R32 whose phases are shifted by 90° from each other and whose DC components are removed are obtained. These measurement signals R3I and R32 are sent to comparators 74.7 each having a voltage Ov as a threshold value.
6, the pulse signals Psi and PS2 repeat generation and disappearance of pulses every time the phase of the interference light changes by 1/2 phase π, and whose phases are shifted by 90° from each other.
is converted to
上記パルス信号Psi、PS2は、ロータリエンコーダ
等のA相信号、B相信号に相当するもので、可逆のアッ
プダウンカウンタ7Bに供給されることにより一1干渉
光の位相Φ(1)の変化量、更には測定対象56の回転
角度が測定され、その測定値が表示器80に表示される
0例えば、上記アップダウンカウンタ78が4分割、す
なわち干渉光の位相Φ(1)がπ/2だけ変化する毎に
測定値をアップダウンさせるカウンタの場合には、その
測定値は第2図に示されているように上記パルス信号P
SlおよびPS2のパルスエツジが検出される毎に段階
的に更新され、その増減は、位相の変化方向によって定
まるパルスエツジの向きと他方のパルス信号の符号によ
り、第1表に従って行われる。The pulse signals Psi and PS2 correspond to the A-phase signal and B-phase signal of a rotary encoder, etc., and are supplied to the reversible up-down counter 7B, thereby changing the amount of change in the phase Φ(1) of the interference light. Furthermore, the rotation angle of the measurement object 56 is measured, and the measured value is displayed on the display 80. In the case of a counter that increases or decreases the measured value each time it changes, the measured value is output by the pulse signal P as shown in FIG.
Each time the pulse edges of Sl and PS2 are detected, they are updated stepwise, and their increase or decrease is performed according to Table 1, depending on the direction of the pulse edge determined by the direction of phase change and the sign of the other pulse signal.
第1表
ここで、上記パルス信号Psi、PS2の元となる計測
信号R3I、R32は、それぞれ位相が180°異なる
計測信号MBS1aおよびMBSlb、MBS2aおよ
びMBS2bを差動増幅することによって得られるよう
になっているため、前記第5図に示されているように闇
値を求めて計測信号MBSI、MBS2から直流成分を
除去する場合に比較して、信号処理部の構成が大幅に筒
略化される。また、干渉光の光強度レベルが急峻に変化
したり位相Φ(1)の変化量カ月波長2πより少ない場
合でも、差動増幅によって直流成分が正しく除去される
ため、常に正確なパルス信号Psi、PS2が得られる
ようになって測定精度が向上する。Table 1 Here, the measurement signals R3I and R32, which are the sources of the pulse signals Psi and PS2, are obtained by differentially amplifying the measurement signals MBS1a and MBSlb, MBS2a and MBS2b, which have phases different by 180°, respectively. Therefore, the configuration of the signal processing section is greatly simplified compared to the case where the dark value is determined and the DC component is removed from the measurement signals MBSI and MBS2 as shown in FIG. . In addition, even if the optical intensity level of the interference light changes sharply or the amount of change in the phase Φ(1) is less than the monthly wavelength 2π, the DC component is correctly removed by differential amplification, so the pulse signal Psi is always accurate. Since PS2 can now be obtained, measurement accuracy is improved.
すなわち、例えば測定対象56の回転が停止すると位相
Φ(1)が変化しないため、前記第5図における闇値信
号5sioは更新されず、その停止中にレーザ光の出力
や干渉率が変動してその後に測定対象56が動き出した
時の干渉光の光強度レベルが大幅に高くなったり低くな
ったりしていると、その闇値信号5SIOによっては正
しいパルス信号Psi、PS2が得られないのに対し、
本実施例の光ファイバセンサ装置によれば、測定対象5
6の回転、停止に拘らず常に正しいパルス信号Psi、
PS2が得られて、アップダウンカウンタ78が正常に
カウントさせられるのである。That is, for example, when the rotation of the measurement object 56 stops, the phase Φ(1) does not change, so the dark value signal 5sio in FIG. If the light intensity level of the interference light becomes significantly higher or lower when the measurement object 56 starts to move after that, the correct pulse signals Psi and PS2 cannot be obtained depending on the darkness value signal 5SIO. ,
According to the optical fiber sensor device of this embodiment, the measurement object 5
6. Always correct pulse signal Psi regardless of whether it is rotating or stopping.
PS2 is obtained and the up/down counter 78 is allowed to count normally.
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実
施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同
一の符号を付して詳しい説明を省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, parts substantially common to those in the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
第3図は、本発明の光ファイバセンサ装置が表面粗さ計
に適用された場合の光センサヘッド部204を示す断面
図で、82は前記参照光り、Iを反射するミラーであり
、84は計測光し14を測定対象86の表面88に集光
させるための対物レンズである。この場合には、表面8
8の変位量が例えば計測光り、の波長λの1/2よりも
小さいと、その表面88の凹凸による干渉光の位相Φ(
1)の変化量は1位相2πよりも少なくなり、前記第5
図の直流成分除去回路における闇値信号5S10が更新
されない場合が生じるのに対し、本実施例では前記第1
実施例と同じ信号処理により表面88の凹凸の大小に拘
らず常に正しいパルス信号Psi、PS2が得られるの
である。このことは、表面88の凹凸によってレーザ光
が乱反射され、干渉光の光強度レベルが瞬間的に変化す
る場合にも効果的である。FIG. 3 is a sectional view showing the optical sensor head section 204 when the optical fiber sensor device of the present invention is applied to a surface roughness meter, 82 is a mirror that reflects the reference light I, and 84 is a mirror that reflects the reference light I. This is an objective lens for condensing the measurement light beam 14 onto the surface 88 of the measurement target 86. In this case, surface 8
For example, if the displacement amount of 8 is smaller than 1/2 of the wavelength λ of the measurement light, the phase of the interference light due to the unevenness of the surface 88 Φ(
The amount of change in 1) is less than 2π for one phase, and the amount of change in the fifth
In contrast to the case where the dark value signal 5S10 in the DC component removal circuit shown in the figure is not updated, in this embodiment, the first
By the same signal processing as in the embodiment, correct pulse signals Psi and PS2 can always be obtained regardless of the size of the irregularities on the surface 88. This is also effective when the laser beam is diffusely reflected by the unevenness of the surface 88 and the light intensity level of the interference light changes instantaneously.
また、第4図の実施例は、前記無偏光ビームスプリッタ
52で反射された計測光LMおよび無偏光ビームスプリ
ッタ52を透過した参照光LRを、偏光ビームスプリッ
タ90によって偏光分離するようにしたもので、これに
より、それ等の計測光L9および参照光り、Iは互いに
干渉させられ、且つ、その干渉光の光強度変化の位相は
互いに90゜ずらされる、また、これ等の干渉光は、計
測光LHが前記無偏光ビーもスプリッタ52によって反
射されることにより、その無偏光ビームスプリッタ52
を通過する計測光Lxに対して位相が18o。In the embodiment shown in FIG. 4, the measurement light LM reflected by the non-polarizing beam splitter 52 and the reference light LR transmitted through the non-polarizing beam splitter 52 are polarized and separated by a polarizing beam splitter 90. , As a result, the measurement light L9 and the reference light I are caused to interfere with each other, and the phases of the light intensity changes of the interference lights are shifted by 90 degrees from each other. The non-polarized beam LH is also reflected by the splitter 52, so that the non-polarized beam splitter 52
The phase is 18o with respect to the measurement light Lx passing through.
ずらされているところから、前記第1の定偏波光ファイ
バ20によって伝送される2種類の干渉光に対してそれ
ぞれ180°ずつ位相がずらされている。この実施例で
は、上記偏光ビームスプリッタ90によって干渉させら
れた干渉光が逆相干渉光に相当し、その偏光ビームスプ
リッタ9oおよび前記無偏光ビームスプリッタ52によ
って2種類の逆相干渉光を取り出すための光学手段が構
成されている。The two types of interference light transmitted by the first polarization-constant optical fiber 20 are shifted in phase by 180 degrees from each other. In this embodiment, the interference light interfered by the polarizing beam splitter 90 corresponds to the opposite phase interference light, and the polarizing beam splitter 9o and the non-polarizing beam splitter 52 are used to extract two types of opposite phase interference light. Optical means are configured.
そして、偏光ビームスプリッタ90によって反射された
逆相干渉光は、前記集光レンズ68によって多モード光
ファイバ92に入射させられ、光送受信部200まで伝
送されて前記第4光センサ42に入射させられる一方、
偏光ビームスプリッタ90を透過した逆相干渉光は、前
記ミラー66によって反射されたのち集光レンズ94に
よって多モード光ファイバ96に入射させられ、光送受
信部200まで伝送されて前記第3光センサ38に入射
させられる。多モード光ファイバ92.96のコア径は
一般に50〜100μm程度以下で、定偏波光ファイバ
のコア径4μm程度以下に比較して大きいため、前記第
1実施例に比較して光センサヘッド部202の組立てが
容易となる。一対の多モード光ファイバ92.96は、
2種類の逆相干渉光を伝送する光ファイバに相当する。Then, the negative phase interference light reflected by the polarizing beam splitter 90 is made incident on the multimode optical fiber 92 by the condensing lens 68, transmitted to the optical transmitter/receiver 200, and made incident on the fourth optical sensor 42. on the other hand,
The anti-phase interference light that has passed through the polarizing beam splitter 90 is reflected by the mirror 66 and then inputted into the multimode optical fiber 96 by the condensing lens 94, and transmitted to the optical transmitting/receiving section 200, where it is transmitted to the third optical sensor 38. is made to be incident on. The core diameter of the multimode optical fiber 92.96 is generally about 50 to 100 μm or less, which is larger than the core diameter of about 4 μm or less of the polarization constant optical fiber. assembly becomes easy. A pair of multimode optical fibers 92.96 are
It corresponds to an optical fiber that transmits two types of antiphase interference light.
以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に
説明したが、本発明は更に別の態様で実施することもで
きる。Although several embodiments of the present invention have been described above in detail based on the drawings, the present invention can also be implemented in other embodiments.
例えば、前記実施例では位相が180°ずれた逆相干渉
光を得るために無偏光ビームスプリッタ52や定偏波光
ファイバ30.或いは偏光ビームスプリッタ90が用い
られているが、ウォラストンプリズム等の偏光プリズム
など他の光学手段を採用することもできる。For example, in the embodiment described above, in order to obtain anti-phase interference light whose phase is shifted by 180 degrees, the non-polarizing beam splitter 52 and the polarization-controlled optical fiber 30. Alternatively, although the polarizing beam splitter 90 is used, other optical means such as a polarizing prism such as a Wollaston prism may also be employed.
また、前記実施例では4分割のアップダウンカウンタ7
8について説明したが、2分割のアップダウンカウンタ
を用いたり、計測信号R3IおよびR32を差動増幅し
たり加算したりして新たな計測信号を作ることにより、
8分割、16分割等の高分割アップダウンカウンタを採
用することもできる。In addition, in the above embodiment, the up/down counter 7 is divided into four parts.
8 was explained, but by creating a new measurement signal by using a two-divided up/down counter or by differentially amplifying or adding measurement signals R3I and R32,
It is also possible to employ a high division up/down counter such as 8 divisions or 16 divisions.
また、前記実施例では測定対象56の回転角度や測定対
象86の表面粗さを測定する装置に本発明が適用された
場合について説明したが、移動距離やガス濃度、圧力等
を測定する装置にも本発明は同様に適用され得る。Furthermore, in the above embodiment, the present invention was applied to a device that measures the rotation angle of the measurement object 56 and the surface roughness of the measurement object 86, but it can also be applied to a device that measures moving distance, gas concentration, pressure, etc. The present invention can be similarly applied.
その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。Although other examples are not provided, the present invention can be implemented with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
第1図は本発明の一実施例である光ファイバセンサ装置
の構成を説明する図である。第2図は第1図の光ファイ
バセンサ装置におけるアップダウンカウンタの作動を説
明する図である。第3図は本発明が表面粗さ針に適用さ
れた場合の光センサヘッド部を示す断面図である。第4
図は本発明の他の実施例の構成を説明する図である。第
5図は従来の直流成分除去回路の一例を示す電気回路図
である。第6図は第5図の電気回路における各部の信号
波形を示す図である。第7図は第5図の直流成分除去回
路によって求められた闇値が正しい場合とそうでない場
合を説明する図である。第8図は闇値が正しくない場合
のアップダウンカウンタの作動を説明する図である。
20:定偏波光ファイバ
30:定偏波光ファイバ(光ファイバ)38.42:光
センサ(逆相光検出器)52:無偏光ビームスプリッタ
56.86:測定対象 66:ミラー
68:集光レンズ 70,72:差動増幅器90:
偏光ビームスプリッタ
92.96:多モード光ファイバ(光ファイバ)200
:光送受信部
202.204:光センサヘッド部
Lo :計測光 L8 :参照光MBS1a、
MBS2a :電気信号
MBS1b、MBS2b:逆相電気信号1’S1.PS
2:パルス信号
出願人 ブラザー工業株式会社
「0
城
筑6図FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an optical fiber sensor device that is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the up/down counter in the optical fiber sensor device of FIG. 1. FIG. 3 is a sectional view showing an optical sensor head section when the present invention is applied to a surface roughness needle. Fourth
The figure is a diagram illustrating the configuration of another embodiment of the present invention. FIG. 5 is an electrical circuit diagram showing an example of a conventional DC component removal circuit. FIG. 6 is a diagram showing signal waveforms at various parts in the electric circuit shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating cases in which the dark value determined by the DC component removal circuit in FIG. 5 is correct and cases in which it is incorrect. FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the up/down counter when the darkness value is incorrect. 20: Constant polarization optical fiber 30: Constant polarization optical fiber (optical fiber) 38. 42: Optical sensor (reverse phase photodetector) 52: Non-polarizing beam splitter 56. 86: Measurement object 66: Mirror 68: Condensing lens 70 , 72: Differential amplifier 90:
Polarizing beam splitter 92.96: Multimode optical fiber (optical fiber) 200
: Optical transmitting/receiving section 202.204: Optical sensor head section Lo: Measurement light L8: Reference light MBS1a,
MBS2a: electrical signal MBS1b, MBS2b: reverse phase electrical signal 1'S1. P.S.
2: Pulse signal applicant Brother Industries, Ltd. 0 Jozuki 6
Claims (1)
単一の定偏波光ファイバと、 前記定偏波光ファイバによって伝送された光に基づいて
参照光および計測光を取り出し、測定対象によって位相
が変化させられた該計測光と前記参照光とを合波させる
ことにより、該位相の変化に対応して光強度が変化する
とともに該光強度変化の位相が90゜ずらされた2種類
の干渉光が前記定偏波光ファイバの2伝送モードにて伝
送されるように該定偏波光ファイバに入射させる光セン
サヘッド部と、 前記参照光および計測光を取り出すための光を前記定偏
波光ファイバへ入射させるとともに、該定偏波光ファイ
バを介して戻される前記2種類の干渉光をそれぞれ検出
して電気信号に変換する光送受信部と を含み、該電気信号をパルス信号に変換して前記干渉光
の位相変化量を求めて測定を行う型式の光ファイバセン
サ装置において、 前記2種類の干渉光に対してそれぞれ光強度変化の位相
が180゜ずらされた2種類の逆相干渉光を取り出す光
学手段と、 該2種類の逆相干渉光を前記光送受信部まで伝送する光
ファイバと、 前記光送受信部に設けられ、前記2種類の逆相干渉光を
それぞれ検出して互いに位相が90゜ずらされた逆相電
気信号を出力する一対の逆相光検出器と、 該2種類の逆相電気信号と前記2種類の電気信号とをそ
れぞれ差動増幅する一対の差動増幅器とを設け、該差動
増幅器によって得られた互いに位相が90゜ずらされ且
つ直流成分が除去された2種類の信号に基づいて前記パ
ルス信号を取り出すようにしたことを特徴とする光ファ
イバセンサ装置。[Claims] A single polarization-controlled optical fiber that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and a reference light and a measurement light are extracted based on the light transmitted by the polarization-controlled optical fiber. By combining the measurement light whose phase has been changed depending on the measurement object and the reference light, the light intensity changes in accordance with the change in phase, and the phase of the change in light intensity is shifted by 90 degrees. an optical sensor head unit that inputs the two types of interference light into the polarization-controlled optical fiber so that the two types of interference light are transmitted in two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber; an optical transmitting/receiving unit that detects each of the two types of interference light that is input to a constant polarization optical fiber and returns through the constant polarization optical fiber and converts it into an electrical signal, and converts the electrical signal into a pulse signal. In an optical fiber sensor device of the type that performs measurement by determining the amount of phase change of the interference light, two types of anti-phase interference are provided in which the phase of the light intensity change is shifted by 180 degrees with respect to the two types of interference light. an optical means for extracting light; an optical fiber for transmitting the two types of negative phase interference light to the optical transmitting and receiving section; a pair of anti-phase photodetectors that output anti-phase electrical signals shifted by 90 degrees, and a pair of differential amplifiers that differentially amplify the two types of anti-phase electrical signals and the two types of electrical signals, respectively. An optical fiber sensor device characterized in that the pulse signal is extracted based on two types of signals obtained by the differential amplifier and whose phases are shifted by 90 degrees from each other and whose DC components are removed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14200088A JPH01311204A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Optical fiber sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14200088A JPH01311204A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Optical fiber sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01311204A true JPH01311204A (en) | 1989-12-15 |
Family
ID=15305057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14200088A Pending JPH01311204A (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Optical fiber sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01311204A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009526978A (en) * | 2006-02-18 | 2009-07-23 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | Optical surface sensor |
-
1988
- 1988-06-09 JP JP14200088A patent/JPH01311204A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009526978A (en) * | 2006-02-18 | 2009-07-23 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | Optical surface sensor |
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