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

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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
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light
frequency
optical fiber
probe
measured
Prior art date
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Pending
Application number
JP4079920A
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English (en)
Inventor
Makoto Ikeda
誠 池田
Hisami Nishi
壽巳 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【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
【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
【図5】本発明の他の実施例を示す断面図
【符号の説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP4079920A 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 Pending JPH05281357A (ja)

Priority Applications (1)

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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

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JPH05281357A true JPH05281357A (ja) 1993-10-29

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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

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JP (1) JPH05281357A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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