JPH05281357A - 干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計 - Google Patents
干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計Info
- Publication number
- JPH05281357A JPH05281357A JP4079920A JP7992092A JPH05281357A JP H05281357 A JPH05281357 A JP H05281357A JP 4079920 A JP4079920 A JP 4079920A JP 7992092 A JP7992092 A JP 7992092A JP H05281357 A JPH05281357 A JP H05281357A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- frequency
- optical fiber
- probe
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光ファイバに加わる振動や応力、あるいは光
ファイバ内に生じる後方散乱光等に起因する測定誤差を
排除したレーザドップラ速度計を提供する。 【構成】 レーザ光源１０から出射したレーザ光１１
は、シングルモード光ファイバ１２内を伝搬し、プロー
ブ本体２内部のコリメートレンズ１３によって平行光１
４にされ、ハーフミラー１５で透過成分と反射成分とに
分岐される。照射光５は、ハーフミラー１５を透過した
方の光がプローブレンズ７によって被測定物体４表面上
に集光したものである。ハーフミラー１５で反射した光
は、ミラー１６との間を往復する際に周波数シフタ１７
で角周波数ωoの周波数偏移を２度受けて参照光１８と
なる。照射光５によって生じた散乱光６はプローブレン
ズ７で平行光になり、ハーフミラー１５において参照光
１８とヘテロダイン干渉し、光検出器１９によって電気
信号に変換される。
ファイバ内に生じる後方散乱光等に起因する測定誤差を
排除したレーザドップラ速度計を提供する。 【構成】 レーザ光源１０から出射したレーザ光１１
は、シングルモード光ファイバ１２内を伝搬し、プロー
ブ本体２内部のコリメートレンズ１３によって平行光１
４にされ、ハーフミラー１５で透過成分と反射成分とに
分岐される。照射光５は、ハーフミラー１５を透過した
方の光がプローブレンズ７によって被測定物体４表面上
に集光したものである。ハーフミラー１５で反射した光
は、ミラー１６との間を往復する際に周波数シフタ１７
で角周波数ωoの周波数偏移を２度受けて参照光１８と
なる。照射光５によって生じた散乱光６はプローブレン
ズ７で平行光になり、ハーフミラー１５において参照光
１８とヘテロダイン干渉し、光検出器１９によって電気
信号に変換される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を被測定物体
に照射し、受光される散乱光ないし反射光の周波数が物
体の運動に伴い偏移することを参照光との干渉によって
検出し、被測定物体の速度を測定する参照光型レーザド
ップラ速度計に関し、特に被測定物体と干渉光学系の間
を伝搬するレーザ光において、その周波数が機械振動な
どによる外乱の影響を受けること、及び不用散乱光が発
生することを光学系の配置により排除する技術に関す
る。
に照射し、受光される散乱光ないし反射光の周波数が物
体の運動に伴い偏移することを参照光との干渉によって
検出し、被測定物体の速度を測定する参照光型レーザド
ップラ速度計に関し、特に被測定物体と干渉光学系の間
を伝搬するレーザ光において、その周波数が機械振動な
どによる外乱の影響を受けること、及び不用散乱光が発
生することを光学系の配置により排除する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ファイバを利用した参照光型レ
ーザドップラ速度計は図１に示すように、干渉光学系１
とプローブ２との間に光ファイバ３による光路を設けて
被測定物体４に照射光５を導き、また被測定物体４から
の散乱光６をプローブレンズ７で受光している。
ーザドップラ速度計は図１に示すように、干渉光学系１
とプローブ２との間に光ファイバ３による光路を設けて
被測定物体４に照射光５を導き、また被測定物体４から
の散乱光６をプローブレンズ７で受光している。
【０００３】図１における干渉光学系１の具体的な構造
例を図２に示す。図２において１５はハーフミラー、１
６は反射ミラー、１７は周波数シフタ、１８は周波数偏
移を受けた参照光、１９は光検出器、２０は光ファイバ
へのカップリング用レンズである。
例を図２に示す。図２において１５はハーフミラー、１
６は反射ミラー、１７は周波数シフタ、１８は周波数偏
移を受けた参照光、１９は光検出器、２０は光ファイバ
へのカップリング用レンズである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来装置では、光ファイバ３に振動や応力が加わるとファ
イバの実効屈折率は変化するので、光ファイバ３を伝搬
する照射光５および散乱光６の周波数もこれに伴って偏
移する。このため、検出速度に誤差が生じるという問題
があった。
来装置では、光ファイバ３に振動や応力が加わるとファ
イバの実効屈折率は変化するので、光ファイバ３を伝搬
する照射光５および散乱光６の周波数もこれに伴って偏
移する。このため、検出速度に誤差が生じるという問題
があった。
【０００５】また、散乱光６とは分離が困難な後方散乱
光８が光ファイバ３内部から発生するため、検出速度の
ＳＮ比が低下するという問題もあった。この解決策とし
て、被測定物体４にミラーや反射用のマークなどを取り
付ける方法或いは白色塗料を塗布する方法によって、反
射光ないし散乱光の強度を相対的に上げてＳＮ比の改善
をはかる方法がとられてきたが、被測定物体にとっては
不要な負荷となり正確な測定の妨げとなっていた。
光８が光ファイバ３内部から発生するため、検出速度の
ＳＮ比が低下するという問題もあった。この解決策とし
て、被測定物体４にミラーや反射用のマークなどを取り
付ける方法或いは白色塗料を塗布する方法によって、反
射光ないし散乱光の強度を相対的に上げてＳＮ比の改善
をはかる方法がとられてきたが、被測定物体にとっては
不要な負荷となり正確な測定の妨げとなっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図３に示すように、被測
定対象４近傍に設定するプローブ２本体に干渉計１を内
蔵することで、従来干渉計と被測定対象との間に設置し
ていた光ファイバ３を排除した。レーザ光は装置本体９
内部の光源１０からシングルモード光ファイバ１２によ
ってプローブ本体に導かれた後に分岐し、その周波数を
偏移させる構成をとる。
定対象４近傍に設定するプローブ２本体に干渉計１を内
蔵することで、従来干渉計と被測定対象との間に設置し
ていた光ファイバ３を排除した。レーザ光は装置本体９
内部の光源１０からシングルモード光ファイバ１２によ
ってプローブ本体に導かれた後に分岐し、その周波数を
偏移させる構成をとる。
【０００７】
【作用】上記構成によれば、プローブで分岐したレーザ
光の一方は照射光となり、他方は周波数シフタによって
ある一定の周波数偏移が与えられて参照光となる。この
ため、レーザ光源からプローブに至る光ファイバにおい
て振動や応力、温度変化のためにレーザ光の周波数が偏
移しても、参照光と照射光との周波数の差は常に一定と
なる。従って、散乱光の周波数偏移から求まる被測定物
体の速度には、光ファイバに加わる機械的振動によって
引き起こされる誤差が殆ど生じない。また、測定対象と
干渉計との間には光ファイバが無いため、ノイズとなる
後方散乱光は発生しないので、ＳＮ比の良い安定した速
度波形が得られる。
光の一方は照射光となり、他方は周波数シフタによって
ある一定の周波数偏移が与えられて参照光となる。この
ため、レーザ光源からプローブに至る光ファイバにおい
て振動や応力、温度変化のためにレーザ光の周波数が偏
移しても、参照光と照射光との周波数の差は常に一定と
なる。従って、散乱光の周波数偏移から求まる被測定物
体の速度には、光ファイバに加わる機械的振動によって
引き起こされる誤差が殆ど生じない。また、測定対象と
干渉計との間には光ファイバが無いため、ノイズとなる
後方散乱光は発生しないので、ＳＮ比の良い安定した速
度波形が得られる。
【０００８】
【実施例】図４に本発明の干渉計内蔵プローブ型レーザ
ドップラ速度計の具体的構成例を示す。装置本体９のレ
ーザ光源１０から出射したレーザ光１１は、シングルモ
ード光ファイバ１２内を伝搬し、プローブ本体２内部の
コリメートレンズ１３によって平行光１４にされ、ハー
フミラー１５で透過成分と反射成分とに分岐される。照
射光５は、ハーフミラー１５を透過した方の光がプロー
ブレンズ７によって被測定物体４表面上に集光したもの
である。
ドップラ速度計の具体的構成例を示す。装置本体９のレ
ーザ光源１０から出射したレーザ光１１は、シングルモ
ード光ファイバ１２内を伝搬し、プローブ本体２内部の
コリメートレンズ１３によって平行光１４にされ、ハー
フミラー１５で透過成分と反射成分とに分岐される。照
射光５は、ハーフミラー１５を透過した方の光がプロー
ブレンズ７によって被測定物体４表面上に集光したもの
である。
【０００９】一方、ハーフミラー１５で反射した光は、
ミラー１６との間を往復する際に周波数シフタ１７で角
周波数ωoの周波数偏移を２度受けて参照光１８とな
る。照射光５によって生じた散乱光６はプローブレンズ
７で平行光になり、ハーフミラー１５において参照光１
８とヘテロダイン干渉し、光検出器１９によって電気信
号に変換される。
ミラー１６との間を往復する際に周波数シフタ１７で角
周波数ωoの周波数偏移を２度受けて参照光１８とな
る。照射光５によって生じた散乱光６はプローブレンズ
７で平行光になり、ハーフミラー１５において参照光１
８とヘテロダイン干渉し、光検出器１９によって電気信
号に変換される。
【００１０】先に図２に示した従来装置例において、レ
ーザ光１１の光周波数をω、光ファイバ３に振動や応力
或いは温度変化等の外乱が加わったときに発生する光周
波数の偏移をδω、被測定物体４のドップラ効果による
偏移をΔωとすると、照射光５と散乱光６の光周波数は
それぞれω＋δω、δω＋ω＋Δωである。
ーザ光１１の光周波数をω、光ファイバ３に振動や応力
或いは温度変化等の外乱が加わったときに発生する光周
波数の偏移をδω、被測定物体４のドップラ効果による
偏移をΔωとすると、照射光５と散乱光６の光周波数は
それぞれω＋δω、δω＋ω＋Δωである。
【００１１】散乱光６は干渉光学系１に戻る際にも外乱
による偏移を受ける。これをδω'とすると、その光周
波数はδω'＋δω＋Δω＋ωとなる。一方、参照光１
８は周波数シフタ１７による偏移ωoを２度受けている
から光周波数がω＋2ωoとなっている。従って、観測さ
れる干渉ビート周波数は2ωo−δω'−δω−Δωであ
り、ドップラ効果による偏移Δωと外乱による偏移δ
ω，δω'が一緒に観測されてしまう。
による偏移を受ける。これをδω'とすると、その光周
波数はδω'＋δω＋Δω＋ωとなる。一方、参照光１
８は周波数シフタ１７による偏移ωoを２度受けている
から光周波数がω＋2ωoとなっている。従って、観測さ
れる干渉ビート周波数は2ωo−δω'−δω−Δωであ
り、ドップラ効果による偏移Δωと外乱による偏移δ
ω，δω'が一緒に観測されてしまう。
【００１２】これに対し、本発明による図４の構成例で
は外乱の影響がキャンセルできる。図２と同様の記号を
用いて、レーザ光１１の光周波数をω、光ファイバ１２
に対する外乱による光周波数の偏移をδωとすれば、照
射光５と参照光１６の光周波数はそれぞれδω＋ω、δ
ω＋ω＋2ωoである。
は外乱の影響がキャンセルできる。図２と同様の記号を
用いて、レーザ光１１の光周波数をω、光ファイバ１２
に対する外乱による光周波数の偏移をδωとすれば、照
射光５と参照光１６の光周波数はそれぞれδω＋ω、δ
ω＋ω＋2ωoである。
【００１３】ここで、被測定物体４のドップラ効果によ
る周波数偏移をΔωとすると、散乱光６の光周波数はδ
ω＋ω＋Δωとなる。ハーフミラー１５から被測定物体
４表面までの光路長とミラー１４までの光路長が同じで
あると、ヘテロダイン干渉によるビート周波数は散乱光
６と参照光１６の差から2ωo−Δωとなる。
る周波数偏移をΔωとすると、散乱光６の光周波数はδ
ω＋ω＋Δωとなる。ハーフミラー１５から被測定物体
４表面までの光路長とミラー１４までの光路長が同じで
あると、ヘテロダイン干渉によるビート周波数は散乱光
６と参照光１６の差から2ωo−Δωとなる。
【００１４】従って、2ωoからの周波数偏移を観測すれ
ば被測定物体４の速度が分かることになり、光ファイバ
１２の振動による光周波数の偏移δωとレーザ光１１の
光周波数ωの成分は観測に影響を及ぼさない。
ば被測定物体４の速度が分かることになり、光ファイバ
１２の振動による光周波数の偏移δωとレーザ光１１の
光周波数ωの成分は観測に影響を及ぼさない。
【００１５】図２の従来の構成例では検出された干渉ビ
ート周波数には誤差成分が含まれていたが、本発明によ
る図４の構成例では光ファイバ１２に同様以上の外乱を
加えても、検出された干渉ビート周波数には誤差成分が
全く含まれていなかった。
ート周波数には誤差成分が含まれていたが、本発明によ
る図４の構成例では光ファイバ１２に同様以上の外乱を
加えても、検出された干渉ビート周波数には誤差成分が
全く含まれていなかった。
【００１６】本実施例における干渉計はマイケルソン型
であるが、マッハツェンダー型、トワイマングリーン型
においても構成可能である。従って、干渉光学計はマイ
ケルソン型のみに限定するものではない。また、本実施
例において光の分岐と干渉はハーフミラーで実施した
が、偏光ビームスプリッタや導波路型カプラにおいても
同様に構成可能である。また、本実施例において光検出
器１９はプローブ本体２に内蔵してあるが、ヘテロダイ
ン干渉を光ファイバによってプローブ本体外部に設置し
た光検出器に光信号のまま伝送することも可能である。
図５は本発明の他の実施例を示す断面図である。本例で
は、同一のプローブ本体２から二つの照射光５(a)，５
(b)が出射している。上記構成の装置を用いて、被測定
物体４の二次元運動すなわち座標軸２１のｘおよびｙ軸
の速度を、光ファイバに外乱が加わる状況下でも安定し
て計ることができた。また照射光５の偏向方向を座標軸
２１のｘ軸に平行にして、被測定物体４の異なる２点を
同時に測ることもできた。この場合の実施例においても
干渉計の構成は図５に限定するものではない。また、平
行光１４の分岐数を増やし、周波数シフタ１７とは周波
数偏移量が異なる周波数シフタを追加することで照射光
５の数を更に増やすことが可能であり、三次元の速度測
定や多点の同時計測が可能である。
であるが、マッハツェンダー型、トワイマングリーン型
においても構成可能である。従って、干渉光学計はマイ
ケルソン型のみに限定するものではない。また、本実施
例において光の分岐と干渉はハーフミラーで実施した
が、偏光ビームスプリッタや導波路型カプラにおいても
同様に構成可能である。また、本実施例において光検出
器１９はプローブ本体２に内蔵してあるが、ヘテロダイ
ン干渉を光ファイバによってプローブ本体外部に設置し
た光検出器に光信号のまま伝送することも可能である。
図５は本発明の他の実施例を示す断面図である。本例で
は、同一のプローブ本体２から二つの照射光５(a)，５
(b)が出射している。上記構成の装置を用いて、被測定
物体４の二次元運動すなわち座標軸２１のｘおよびｙ軸
の速度を、光ファイバに外乱が加わる状況下でも安定し
て計ることができた。また照射光５の偏向方向を座標軸
２１のｘ軸に平行にして、被測定物体４の異なる２点を
同時に測ることもできた。この場合の実施例においても
干渉計の構成は図５に限定するものではない。また、平
行光１４の分岐数を増やし、周波数シフタ１７とは周波
数偏移量が異なる周波数シフタを追加することで照射光
５の数を更に増やすことが可能であり、三次元の速度測
定や多点の同時計測が可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明によると、レーザ光源や信号処理
回路、各種電源等を含む装置本体を移動することなく、
小型のプローブ本体のみを被測定物体近傍に設置するこ
とが従来と同様に可能でありながら、従来の光ファイバ
参照光型レーザドップラ速度計の欠点とされた、光ファ
イバに振動や応力、温度変化といった外乱を加えた際に
生じる測定誤差が解消されている。
回路、各種電源等を含む装置本体を移動することなく、
小型のプローブ本体のみを被測定物体近傍に設置するこ
とが従来と同様に可能でありながら、従来の光ファイバ
参照光型レーザドップラ速度計の欠点とされた、光ファ
イバに振動や応力、温度変化といった外乱を加えた際に
生じる測定誤差が解消されている。
【００１８】また、従来の光ファイバ参照光型レーザド
ップラ速度計では光ファイバ内部で発生する後方散乱光
がノイズとなり、被測定物体へのミラーや反射マークの
取り付けによってＳＮ比を改善する必要があったが、本
発明による干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計
では、光ファイバ内部で発生する後方散乱光はノイズと
しては現われないため、特にそのような措置を必要とし
ない。
ップラ速度計では光ファイバ内部で発生する後方散乱光
がノイズとなり、被測定物体へのミラーや反射マークの
取り付けによってＳＮ比を改善する必要があったが、本
発明による干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計
では、光ファイバ内部で発生する後方散乱光はノイズと
しては現われないため、特にそのような措置を必要とし
ない。
【図１】従来の光ファイバ参照光型レーザドップラ速度
計の原理を示す概略図
計の原理を示す概略図
【図２】従来の光ファイバ参照光型レーザドップラ速度
計の具体的構成例を示す断面図
計の具体的構成例を示す断面図
【図３】本発明の干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ
速度計の原理を示す概略図
速度計の原理を示す概略図
【図４】本発明の干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ
速度計の具体的構成例を示す断面図
速度計の具体的構成例を示す断面図
【図５】本発明の他の実施例を示す断面図
１ 干渉光学系 ２ プローブ本体 ３、１２ シングルモード光ファイバ ４ 被測定物体 ５、５(a)，５(b) 照射光 ６ 被測定物体４からの散乱光 ７ プローブレンズ ８ 光ファイバ内部の後方散乱光 ９ 装置本体 １０ レーザ光源 １１ レーザ光 １３ コリメートレンズ １４ 平行光 １５ ハーフミラー １６ 反射ミラー １７ 周波数シフタ １８ 周波数偏移を受けた参照光 １９ 光検出器 ２０ 光ファイバへのカップリング用レンズ ２１ 座標軸
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年４月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 散乱光６は干渉光学系１に戻る際にも外
乱による偏移を受ける。これをｄωとすると、その光周
波数はｄω＋δω＋Δω＋ωとなる。一方、参照光１８
は周波数シフタ１７による偏移ωoを２度受けているか
ら光周波数がω＋２ωoとなっている。従って、観測さ
れる干渉ビート周波数は２ωo−ｄω−δω−Δωであ
り、ドップラ効果による偏移Δωと外乱による偏移δ
ω，ｄωが一緒に観測されてしまう。
乱による偏移を受ける。これをｄωとすると、その光周
波数はｄω＋δω＋Δω＋ωとなる。一方、参照光１８
は周波数シフタ１７による偏移ωoを２度受けているか
ら光周波数がω＋２ωoとなっている。従って、観測さ
れる干渉ビート周波数は２ωo−ｄω−δω−Δωであ
り、ドップラ効果による偏移Δωと外乱による偏移δ
ω，ｄωが一緒に観測されてしまう。
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ光を被測定物体に照射し、受光され
る散乱光又は反射光と参照光の二光波によるヘテロダイ
ン干渉から得られるビートの周波数偏移によって速度を
計測する参照光型レーザドップラ速度計において、レー
ザ光を被測定物体に照射するとともに被測定物体からの
散乱光又は反射光を受光するプローブ本体に、レーザ光
の周波数を偏移させる周波数シフタおよび干渉光学系を
内蔵し、前記プローブ外部のレーザ光源から１本のシン
グルモード光ファイバによってレーザ光をプローブ本体
に導いた後に分岐させてその周波数を偏移させることを
特徴とする干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079920A JPH05281357A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079920A JPH05281357A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281357A true JPH05281357A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13703739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4079920A Pending JPH05281357A (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 干渉計内蔵プローブ型レーザドップラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05281357A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009043722A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-09 | Hochschule Niederrhein | Verfahren und anordnung zur bestimmung der geschwindigkeit und/oder der länge eines laufenden fadens |
| CN107064539A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大视场光子多普勒测速装置及方法 |
-
1992
- 1992-04-01 JP JP4079920A patent/JPH05281357A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009043722A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-09 | Hochschule Niederrhein | Verfahren und anordnung zur bestimmung der geschwindigkeit und/oder der länge eines laufenden fadens |
| CN107064539A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种大视场光子多普勒测速装置及方法 |
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