JPH0617841B2 - 光フアイバ圧力・流速同時測定装置 - Google Patents
光フアイバ圧力・流速同時測定装置Info
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- JPH0617841B2 JPH0617841B2 JP60178436A JP17843685A JPH0617841B2 JP H0617841 B2 JPH0617841 B2 JP H0617841B2 JP 60178436 A JP60178436 A JP 60178436A JP 17843685 A JP17843685 A JP 17843685A JP H0617841 B2 JPH0617841 B2 JP H0617841B2
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- polarization
- pressure
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は血管等の微小な部分の圧力及びその部分の粒子
の流速を同時に測定するための圧力・流速同時測定装置
に関するものである。
の流速を同時に測定するための圧力・流速同時測定装置
に関するものである。
従来より微細な部分の圧力の測定は極めて困難であり、
測定対象の検知部分にはある程度の大きさが必要であっ
た。この検知部分が数mm程度の場合には半導体圧力セン
サを使用することができるが、例えば血管内の血圧を測
定したい場合等更に微細な部分を測定対象とする場合に
は更に微小なセンサを用いなければならず、従来からの
圧力センサでは計測が不可能であった。
測定対象の検知部分にはある程度の大きさが必要であっ
た。この検知部分が数mm程度の場合には半導体圧力セン
サを使用することができるが、例えば血管内の血圧を測
定したい場合等更に微細な部分を測定対象とする場合に
は更に微小なセンサを用いなければならず、従来からの
圧力センサでは計測が不可能であった。
又光ファイバを用いて血管等の微小な部分の粒子の流速
を測定するための流速測定装置が既に提案されている。
このような従来の光ファイバ流速測定装置では光ファイ
バとしてマルチモード型光ファイバを用いることが多
く、光ファイバを通過する間にレーザ光の偏光面は保存
されないため、信号に無駄があり流速情報しか得ること
ができなかった。
を測定するための流速測定装置が既に提案されている。
このような従来の光ファイバ流速測定装置では光ファイ
バとしてマルチモード型光ファイバを用いることが多
く、光ファイバを通過する間にレーザ光の偏光面は保存
されないため、信号に無駄があり流速情報しか得ること
ができなかった。
本発明はこのような圧力センサ及び流速測定装置の実情
に鑑みてなされたもので、偏光面保存型の光ファイバを
用いることによって血管内等の微細な部分の圧力と流速
とを同時に測定することができる新規な光ファイバ圧力
・流速同時測定装置を提供することを目的とする。
に鑑みてなされたもので、偏光面保存型の光ファイバを
用いることによって血管内等の微細な部分の圧力と流速
とを同時に測定することができる新規な光ファイバ圧力
・流速同時測定装置を提供することを目的とする。
本願の第１の本発明はレーザ光源と、レーザ光源より与
えられたレーザ光を第１，第２の偏光成分として伝搬
し、その先端部はレーザ光の第２の偏光方向に垂直にク
ラッドを薄くしてセンサとして構成した偏光面保存型の
単一モード光ファイバと、光ファイバの先端センサ部を
含み光ファイバの薄く形成されたクラッド面に対向する
側に軸方向の開口を有する筒状のプローブと、プローブ
の開口部を覆い、内側に反射面を有する圧力振動膜と、
光ファイバの先端のセンサ部で反射されたレーザ光を偏
光方向の相違より分離する偏光ビームスプリッタと、光
ファイバ先端の端面反射光及び光ファイバのセンサ前方
の物体からの反射光であって、偏光ビームスプリッタで
分離された第１の偏光面を有するレーザ光の光ビートに
よりそれらの差の周波数を有する電気信号を発生する第
１の光電変換器と、第１の光電変換器の出力信号の周波
数に基づいて物体の速度を測定する信号処理部と、偏光
ビームスプリッタで分離された第２の偏光面を有するレ
ーザ光を電気信号に変換する第２の光電変換器と、第２
の光電変換器より得られる信号強度に基づいてセンサ部
の圧力を測定する信号処理部と、を具備するものであ
り、本願の第２の発明は、センサ部分を、光ファイバの
先端センサ部を含み側面に開口を有する筒状のプローブ
と、プローブの開口部を覆う圧力振動膜と、プローブ内
に充填され圧力によって屈折率を変化させる光弾性定数
の大きい材料とを設けて構成したことを特徴とするもの
である。
えられたレーザ光を第１，第２の偏光成分として伝搬
し、その先端部はレーザ光の第２の偏光方向に垂直にク
ラッドを薄くしてセンサとして構成した偏光面保存型の
単一モード光ファイバと、光ファイバの先端センサ部を
含み光ファイバの薄く形成されたクラッド面に対向する
側に軸方向の開口を有する筒状のプローブと、プローブ
の開口部を覆い、内側に反射面を有する圧力振動膜と、
光ファイバの先端のセンサ部で反射されたレーザ光を偏
光方向の相違より分離する偏光ビームスプリッタと、光
ファイバ先端の端面反射光及び光ファイバのセンサ前方
の物体からの反射光であって、偏光ビームスプリッタで
分離された第１の偏光面を有するレーザ光の光ビートに
よりそれらの差の周波数を有する電気信号を発生する第
１の光電変換器と、第１の光電変換器の出力信号の周波
数に基づいて物体の速度を測定する信号処理部と、偏光
ビームスプリッタで分離された第２の偏光面を有するレ
ーザ光を電気信号に変換する第２の光電変換器と、第２
の光電変換器より得られる信号強度に基づいてセンサ部
の圧力を測定する信号処理部と、を具備するものであ
り、本願の第２の発明は、センサ部分を、光ファイバの
先端センサ部を含み側面に開口を有する筒状のプローブ
と、プローブの開口部を覆う圧力振動膜と、プローブ内
に充填され圧力によって屈折率を変化させる光弾性定数
の大きい材料とを設けて構成したことを特徴とするもの
である。
このような特徴を有する本願の第１又は第２の発明によ
れば、光ファイバによってセンサ部を構成しており、第
１の偏光面を有するレーザ光から流速情報を得ることが
でき、それに垂直な第２の偏光面を有するレーザ光から
センサ部が含まれる部分の圧力を測定することが可能と
なる。そしてこのように圧力と流速を測定するセンサ部
分は、光ファイバ自体が用いられているため極めて微小
に構成することができる。従って空間分解能に優れ、血
管等の測定対象が微小な場合にも必要な部分の圧力や流
速を直接正確に測定することが可能となる。
れば、光ファイバによってセンサ部を構成しており、第
１の偏光面を有するレーザ光から流速情報を得ることが
でき、それに垂直な第２の偏光面を有するレーザ光から
センサ部が含まれる部分の圧力を測定することが可能と
なる。そしてこのように圧力と流速を測定するセンサ部
分は、光ファイバ自体が用いられているため極めて微小
に構成することができる。従って空間分解能に優れ、血
管等の測定対象が微小な場合にも必要な部分の圧力や流
速を直接正確に測定することが可能となる。
第２図は本件出願による圧力・流速同時測定装置のセン
サ部の圧力測定原理を示す原理図である。本発明による
圧力測定装置ではセンサとして光ファイバ１を用いる。
光ファイバは周知のように光を通過させるコア２をコア
２より屈折率の低いクラッド３で覆った構造となってい
る。本発明ではセンサとして用いる光ファイバ１の先端
部のクラッド３を図示のようにコア２にできるだけ近い
ところまで切取ると共に、この光ファイバ１の先端面に
図示のように光の一部を反射するハーフミラー４を設け
ている。そしてその切取ったクラッド３の断面３ａに与
えられる圧力によってコア２を透過する光の光量が変化
するように構成しておく。この光ファイバ１はレーザ光
源によってドライブするものとし、その反射光の光強度
を検出することができる検出器を設けておくものとす
る。そうすればレーザ発振器からコア２を通過するレー
ザ光の一部はハーフミラー４によって反射され、再びコ
ア２を通過して反射光強度検知器に与えられるが、その
際クラッド３の断面３ａに加えられる圧力によって反射
光強度が変化する。従って反射光強度によってクラッド
３の断面３ａに与えられる圧力を検出することが可能と
なる。又ハーフミラー４の前方を粒子が通過すれば、ハ
ーフミラー４を透過したレーザ光が粒子により反射され
ドップラーシフトして再び光ファイバに与えられるの
で、その反射光と出射光との周波数差であるドップラー
シフト量を検出する装置を設けておけば粒子の流速を同
時に測定することが可能となる。
サ部の圧力測定原理を示す原理図である。本発明による
圧力測定装置ではセンサとして光ファイバ１を用いる。
光ファイバは周知のように光を通過させるコア２をコア
２より屈折率の低いクラッド３で覆った構造となってい
る。本発明ではセンサとして用いる光ファイバ１の先端
部のクラッド３を図示のようにコア２にできるだけ近い
ところまで切取ると共に、この光ファイバ１の先端面に
図示のように光の一部を反射するハーフミラー４を設け
ている。そしてその切取ったクラッド３の断面３ａに与
えられる圧力によってコア２を透過する光の光量が変化
するように構成しておく。この光ファイバ１はレーザ光
源によってドライブするものとし、その反射光の光強度
を検出することができる検出器を設けておくものとす
る。そうすればレーザ発振器からコア２を通過するレー
ザ光の一部はハーフミラー４によって反射され、再びコ
ア２を通過して反射光強度検知器に与えられるが、その
際クラッド３の断面３ａに加えられる圧力によって反射
光強度が変化する。従って反射光強度によってクラッド
３の断面３ａに与えられる圧力を検出することが可能と
なる。又ハーフミラー４の前方を粒子が通過すれば、ハ
ーフミラー４を透過したレーザ光が粒子により反射され
ドップラーシフトして再び光ファイバに与えられるの
で、その反射光と出射光との周波数差であるドップラー
シフト量を検出する装置を設けておけば粒子の流速を同
時に測定することが可能となる。
第１図は本願の第１の発明による光ファイバ圧力・流速
同時測定装置の構成図であり、第３図はセンサとして用
いる光ファイバの先端部端面図である。本実施例におい
ては光源として例えばＨｅ−Ｎｅレーザ１０を用い、そ
の出力をハーフミラー１１に与える。ハーフミラー１１
は与えられたレーザ光の一部を反射させ残りを透過させ
るものであって、透過したレーザ光は集光レンズ１２を
介して光ファイバ１３に与えられる。光ファイバ１３は
偏光面保存型の単一モード光ファイバ、例えば楕円のジ
ャケット型等の光ファイバを用いる。この偏光面保存型
光ファイバはコア２とクラッド３が楕円ジャケット５に
覆われており、楕円ジャケット５の長軸及び短軸は固有
偏向軸であって互いに直交した長軸及び短軸の偏光面の
光を保存して伝達する。従ってこの固有偏向軸のいずれ
か一方、例えば短軸側に平行に第３図(b)に示すように
先端部の数mm、例えば２mm程度を前述したように圧力セ
ンサとして楕円ジャケット５とクラッド３に切削加工を
行う。そしてその先端プローブ部を後述するように圧力
及び流速測定領域、例えば図示のように血管中に挿入す
る。ここで光ファイバ１３の固有偏向軸に対して所定の
角度、例えば45゜となるようにＨｅ−Ｎｅレーザ１０の
偏光面を固定しておくものとする。そうすればＨｅ−Ｎ
ｅレーザ１０のレーザ光は直交する二つの偏光成分、即
ちＥｘ成分とＥｙ成分に分けられて光ファイバ１３を伝
わり、光ファイバのセンサ領域にレーザ光を伝えること
が可能となる。これらの二つの偏光成分の強度は入射角
をベクトル的に分解したものとなり、45゜の場合は相等
しい光強度を有することとなる。そして光ファイバ１３
の先端のセンサ部で反射した反射光は再び光ファイバ１
３を通じてハーフミラー１１に与えられ、その一部が反
射される。この反射光を受光する位置に偏光ビームスプ
リッタ１４を設ける。ここでＥｘ成分は偏光ビームスプ
リッタ１４に対してｓ成分であり、Ｅｙ成分は偏光ビー
ムスプリッタ１４に対してｐ成分となっている。偏光ビ
ームスプリッタ１４は反射光をその偏光面の相違に基づ
いて分離するものであって、Ｅｘ成分を反射させて光電
変換器１５に与え、Ｅｙ成分を透過させて光電変換器１
６に与える。光電変換器１５は例えばアバランシェフォ
トダイオードからなり、与えられた二つの反射波の周波
数差を電気信号として出力するものであって、その信号
をハイパスフィルタ１７に与える。ハイパスフィルタ１
７は測定すべき粒子の最低速度に対応する周波数以上の
周波数の信号を通過させて信号処理部１８に与える。信
号処理部１８は与えられた信号の周波数に基づいてドッ
プラー効果による粒子速度を出力するものである。一方
偏光ビームスプリッタ１４を透過するＥｙ成分は光電変
換器１６によって電気信号に変換される。光変換器１６
はフォトダイオードから成り反射光の強度に対応したレ
ベルの電気信号を出力するものであって、その出力をロ
ーパスフィルタ１９を介して信号処理部２０に与える。
信号処理部２０は光強度に対応する入力信号を圧力に対
応した信号として取り出すように構成されている。
同時測定装置の構成図であり、第３図はセンサとして用
いる光ファイバの先端部端面図である。本実施例におい
ては光源として例えばＨｅ−Ｎｅレーザ１０を用い、そ
の出力をハーフミラー１１に与える。ハーフミラー１１
は与えられたレーザ光の一部を反射させ残りを透過させ
るものであって、透過したレーザ光は集光レンズ１２を
介して光ファイバ１３に与えられる。光ファイバ１３は
偏光面保存型の単一モード光ファイバ、例えば楕円のジ
ャケット型等の光ファイバを用いる。この偏光面保存型
光ファイバはコア２とクラッド３が楕円ジャケット５に
覆われており、楕円ジャケット５の長軸及び短軸は固有
偏向軸であって互いに直交した長軸及び短軸の偏光面の
光を保存して伝達する。従ってこの固有偏向軸のいずれ
か一方、例えば短軸側に平行に第３図(b)に示すように
先端部の数mm、例えば２mm程度を前述したように圧力セ
ンサとして楕円ジャケット５とクラッド３に切削加工を
行う。そしてその先端プローブ部を後述するように圧力
及び流速測定領域、例えば図示のように血管中に挿入す
る。ここで光ファイバ１３の固有偏向軸に対して所定の
角度、例えば45゜となるようにＨｅ−Ｎｅレーザ１０の
偏光面を固定しておくものとする。そうすればＨｅ−Ｎ
ｅレーザ１０のレーザ光は直交する二つの偏光成分、即
ちＥｘ成分とＥｙ成分に分けられて光ファイバ１３を伝
わり、光ファイバのセンサ領域にレーザ光を伝えること
が可能となる。これらの二つの偏光成分の強度は入射角
をベクトル的に分解したものとなり、45゜の場合は相等
しい光強度を有することとなる。そして光ファイバ１３
の先端のセンサ部で反射した反射光は再び光ファイバ１
３を通じてハーフミラー１１に与えられ、その一部が反
射される。この反射光を受光する位置に偏光ビームスプ
リッタ１４を設ける。ここでＥｘ成分は偏光ビームスプ
リッタ１４に対してｓ成分であり、Ｅｙ成分は偏光ビー
ムスプリッタ１４に対してｐ成分となっている。偏光ビ
ームスプリッタ１４は反射光をその偏光面の相違に基づ
いて分離するものであって、Ｅｘ成分を反射させて光電
変換器１５に与え、Ｅｙ成分を透過させて光電変換器１
６に与える。光電変換器１５は例えばアバランシェフォ
トダイオードからなり、与えられた二つの反射波の周波
数差を電気信号として出力するものであって、その信号
をハイパスフィルタ１７に与える。ハイパスフィルタ１
７は測定すべき粒子の最低速度に対応する周波数以上の
周波数の信号を通過させて信号処理部１８に与える。信
号処理部１８は与えられた信号の周波数に基づいてドッ
プラー効果による粒子速度を出力するものである。一方
偏光ビームスプリッタ１４を透過するＥｙ成分は光電変
換器１６によって電気信号に変換される。光変換器１６
はフォトダイオードから成り反射光の強度に対応したレ
ベルの電気信号を出力するものであって、その出力をロ
ーパスフィルタ１９を介して信号処理部２０に与える。
信号処理部２０は光強度に対応する入力信号を圧力に対
応した信号として取り出すように構成されている。
ここで光ファイバ１３の先端のセンサ部は楕円ジャケッ
ト５とクラッド３が切削され、第３図(a)，(b)に端面図
を示すように直径が約 300μｍφ程度の円筒形状をした
金属プローブ２１内に挿入される。金属プローブ２１に
は第３図(a)に示すように光ファイバ１３のクラッドの
切削面に対向する部分に軸に平行な問題部２１ａが設け
られる。そしてこの開口部２１ａを覆い光ファイバ１３
のクラッドの切断面に対向する側にアルミニウム等の金
属蒸着が施された圧力振動膜２２を設ける。更に光ファ
イバ１３と金属プローブ２１との間隙にクラッドよりや
や屈折率の低い液体、例えばアルコール２３等を微小量
の気泡２４と共に充填し、金属プローブ２１の底部に設
けた樹脂２５により金属プローブ２１を密封する。そう
して圧力振動膜２２は外部の圧力によってその裏面のア
ルミニウム蒸着膜と光ファイバ１３のクラッドの切断面
との間隔が容易に変化し得るように構成しておくものと
する。金属プローブ２１の先端面にはハーフミラー２６
を設け、光ファイバ１３のコアを透過する光を一部反射
させると共に一部の光をハーフミラー２６を透過させ、
更に物体により反射される反射光の一部をハーフミラー
２６を透過させて光ファイバ１３に導いている。
ト５とクラッド３が切削され、第３図(a)，(b)に端面図
を示すように直径が約 300μｍφ程度の円筒形状をした
金属プローブ２１内に挿入される。金属プローブ２１に
は第３図(a)に示すように光ファイバ１３のクラッドの
切削面に対向する部分に軸に平行な問題部２１ａが設け
られる。そしてこの開口部２１ａを覆い光ファイバ１３
のクラッドの切断面に対向する側にアルミニウム等の金
属蒸着が施された圧力振動膜２２を設ける。更に光ファ
イバ１３と金属プローブ２１との間隙にクラッドよりや
や屈折率の低い液体、例えばアルコール２３等を微小量
の気泡２４と共に充填し、金属プローブ２１の底部に設
けた樹脂２５により金属プローブ２１を密封する。そう
して圧力振動膜２２は外部の圧力によってその裏面のア
ルミニウム蒸着膜と光ファイバ１３のクラッドの切断面
との間隔が容易に変化し得るように構成しておくものと
する。金属プローブ２１の先端面にはハーフミラー２６
を設け、光ファイバ１３のコアを透過する光を一部反射
させると共に一部の光をハーフミラー２６を透過させ、
更に物体により反射される反射光の一部をハーフミラー
２６を透過させて光ファイバ１３に導いている。
ここでＨｅ−Ｎｅレーザ１０により出射されたレーザ光
は光ファイバ１３の固有偏光軸の短軸のＥｘ成分，長軸
のＥｙ成分として光ファイバ１３を伝搬する。そしてＥ
ｙ成分のレーザ光は光ファイバ１３のクラッド３の切削
面と直角であるため圧力の影響を受け、反射光強度が圧
力によって変化する。又光ファイバ１３の先端のハーフ
ミラー２６を透過する光は、血管内の血液によってその
粒子の速度に対応したドップラー変移を受けてハーフミ
ラー２６を介して光ファイバ１３に与えられる。このよ
うな二つのモードのレーザ光は光ファイバ１３によって
偏光面がそのまま保存されてハーフミラー１１に与えら
れ、その一部が反射されて偏光ビームスプリッタ１４に
与えられる。そのためこれらの反射光は偏光ビームスプ
リッタ１４により偏光面の相違によって分離され、、Ｅ
ｙ成分のレーザ光は光伝変換器１６によって電気信号に
変換され、ローパスフィルタ１９を介して信号処理部２
０に与えられる。ここで金属プローブ２１に設けられた
開口２１ａを通してプローブの周囲の圧力、この場合は
血圧の変化によって圧力振動膜２２が振動し、その圧力
によって圧力振動膜２２と光ファイバ１３のクラッドと
の間隙が気泡２４の収縮により変動する。この間隙が広
ければ圧力振動膜２２によってレーザ光はほとんど吸収
されないが、間隙が狭くなれば光吸収量もそれに伴って
多くなるので、光電変換器１６によって反射光の強度を
検出すれば血管内の圧力を検出することが可能となる。
又偏光ビームスプリッタ１４によって反射されたレーザ
光のうちハーフミラー２６でそのまま反射されドップラ
ー変移を受けない成分と、ハーフミラー２６を透過し血
管内の粒子によってドップラー偏移を受けた二種類の反
射光が同時に偏光ビームスプリッタ１４に与えられるこ
ととなり、いずれも偏光ビームスプリッタ１４によって
反射されるので、その光ビートにより光電変換器１５に
そのドップラー偏位に対応する成分の周波数の信号が得
られる。これをハイパスフィルタ１７を介して信号処理
部１８に与えれば血流の速度を測定することが可能とな
る。
は光ファイバ１３の固有偏光軸の短軸のＥｘ成分，長軸
のＥｙ成分として光ファイバ１３を伝搬する。そしてＥ
ｙ成分のレーザ光は光ファイバ１３のクラッド３の切削
面と直角であるため圧力の影響を受け、反射光強度が圧
力によって変化する。又光ファイバ１３の先端のハーフ
ミラー２６を透過する光は、血管内の血液によってその
粒子の速度に対応したドップラー変移を受けてハーフミ
ラー２６を介して光ファイバ１３に与えられる。このよ
うな二つのモードのレーザ光は光ファイバ１３によって
偏光面がそのまま保存されてハーフミラー１１に与えら
れ、その一部が反射されて偏光ビームスプリッタ１４に
与えられる。そのためこれらの反射光は偏光ビームスプ
リッタ１４により偏光面の相違によって分離され、、Ｅ
ｙ成分のレーザ光は光伝変換器１６によって電気信号に
変換され、ローパスフィルタ１９を介して信号処理部２
０に与えられる。ここで金属プローブ２１に設けられた
開口２１ａを通してプローブの周囲の圧力、この場合は
血圧の変化によって圧力振動膜２２が振動し、その圧力
によって圧力振動膜２２と光ファイバ１３のクラッドと
の間隙が気泡２４の収縮により変動する。この間隙が広
ければ圧力振動膜２２によってレーザ光はほとんど吸収
されないが、間隙が狭くなれば光吸収量もそれに伴って
多くなるので、光電変換器１６によって反射光の強度を
検出すれば血管内の圧力を検出することが可能となる。
又偏光ビームスプリッタ１４によって反射されたレーザ
光のうちハーフミラー２６でそのまま反射されドップラ
ー変移を受けない成分と、ハーフミラー２６を透過し血
管内の粒子によってドップラー偏移を受けた二種類の反
射光が同時に偏光ビームスプリッタ１４に与えられるこ
ととなり、いずれも偏光ビームスプリッタ１４によって
反射されるので、その光ビートにより光電変換器１５に
そのドップラー偏位に対応する成分の周波数の信号が得
られる。これをハイパスフィルタ１７を介して信号処理
部１８に与えれば血流の速度を測定することが可能とな
る。
尚本実施例は光ファイバ１３のセンサ部分の楕円ジャケ
ットとクラッドとを切削して光ファイバ１３のコアにで
きるだけ近づけるようにしているが、コアと接触するま
で切削するようにしてもよい。又エッチングによりクラ
ッド部を薄く形成することもできる。更に楕円ジャケッ
トや楕円コア型等他の形式の偏光面保存型単一モード光
ファイバを用いてセンサ部を構成することも可能であ
る。
ットとクラッドとを切削して光ファイバ１３のコアにで
きるだけ近づけるようにしているが、コアと接触するま
で切削するようにしてもよい。又エッチングによりクラ
ッド部を薄く形成することもできる。更に楕円ジャケッ
トや楕円コア型等他の形式の偏光面保存型単一モード光
ファイバを用いてセンサ部を構成することも可能であ
る。
第４図は本願の第２の発明の一実施例を示す光ファイバ
圧力・流速同時測定装置の先端プローブ部の端面図を示
すものである。本発明はクラッド層から漏れる光の吸収
量を変化させる代わりにクラッド層に接触する光弾性定
数の大きい材料を設け、その屈折率変化によって圧力を
検出するようにしたもあのである。この実施例におい
て、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０を用いてハーフミラー１
１及び集光レンズ１２を介してレーザ光を光ファイバ１
３の端面に与えるように構成する点は第１図に示した実
施例と同様であるので、全体の構成図を省略する。本実
施例では第３図(a)に示す実施例と同じくセンサ用光フ
ァイバ１３を金属プローブ３１内に収納すると共に、金
属プローブ３１内の圧力によって屈折率が変化する光弾
性定数の大きい材料、例えば液晶３２を充填する。光フ
ァイバ１３の先端面には前述した実施例と同様にハーフ
ミラー３３を設けるものとする。そしてこの場合も金属
プローブ３１の一面に図示のように開口部３１ａを設
け、液晶３２と外部とを分離すると共に圧力を伝達する
ための圧力振動膜３４を設け、更にこの金属プローブ３
１の後端を樹脂３５により密閉する。そして本実施例で
は図示のように光ファイバ１３の固有偏光軸の短軸側を
切削している。
圧力・流速同時測定装置の先端プローブ部の端面図を示
すものである。本発明はクラッド層から漏れる光の吸収
量を変化させる代わりにクラッド層に接触する光弾性定
数の大きい材料を設け、その屈折率変化によって圧力を
検出するようにしたもあのである。この実施例におい
て、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０を用いてハーフミラー１
１及び集光レンズ１２を介してレーザ光を光ファイバ１
３の端面に与えるように構成する点は第１図に示した実
施例と同様であるので、全体の構成図を省略する。本実
施例では第３図(a)に示す実施例と同じくセンサ用光フ
ァイバ１３を金属プローブ３１内に収納すると共に、金
属プローブ３１内の圧力によって屈折率が変化する光弾
性定数の大きい材料、例えば液晶３２を充填する。光フ
ァイバ１３の先端面には前述した実施例と同様にハーフ
ミラー３３を設けるものとする。そしてこの場合も金属
プローブ３１の一面に図示のように開口部３１ａを設
け、液晶３２と外部とを分離すると共に圧力を伝達する
ための圧力振動膜３４を設け、更にこの金属プローブ３
１の後端を樹脂３５により密閉する。そして本実施例で
は図示のように光ファイバ１３の固有偏光軸の短軸側を
切削している。
本実施例においてもＨｅ−Ｎｅレーザ１０からハーフミ
ラー１１，集光レンズ１２を介してレーザ光を偏光面保
存型単一モード光ファイバ１３の端面に与えれば、セン
サ部端面に設けたハーフミラー３３によってその一部が
反射され残りは血流内に照射され、血流内の粒子に反射
された成分がハーフミラー３３を透過する。これらの成
分が光ファイバ１３を介して集光レンズ１２により集光
されてハーフミラー１１に戻り、その一部が偏光ビーム
スプリッタ１４に与えられる。そしてＥｘ成分のレーザ
光でハーフミラー３３によってそのまま反射されドップ
ラー偏移を受けていない成分と、血流内の粒子によって
反射されてドップラー偏移を受けた成分との光ビームが
取られ、その差の周波数が光電変換器１６に得られる。
従ってその周波数を測定することによって流速データを
得ることができる。一方光ファイバ１３を透過するレー
ザ光は先端センサ部においてその一部がクラッド層を介
して液晶３２内に漏れる。ところで金属プローブ３１内
の液晶３２は圧力振動膜３４を介して伝えられる外部の
圧力によってその屈折率が変動する。従って光ファイバ
１３を往復する間に液晶３２に漏れる光量は圧力に基づ
いて変動する。それ故光電変換器１６によって反射光を
電気信号に変換し、信号処理部２０により反射光の強度
を測定することによって金属プローブ３１が挿入されて
いる部分の圧力を測定することが可能となる。
ラー１１，集光レンズ１２を介してレーザ光を偏光面保
存型単一モード光ファイバ１３の端面に与えれば、セン
サ部端面に設けたハーフミラー３３によってその一部が
反射され残りは血流内に照射され、血流内の粒子に反射
された成分がハーフミラー３３を透過する。これらの成
分が光ファイバ１３を介して集光レンズ１２により集光
されてハーフミラー１１に戻り、その一部が偏光ビーム
スプリッタ１４に与えられる。そしてＥｘ成分のレーザ
光でハーフミラー３３によってそのまま反射されドップ
ラー偏移を受けていない成分と、血流内の粒子によって
反射されてドップラー偏移を受けた成分との光ビームが
取られ、その差の周波数が光電変換器１６に得られる。
従ってその周波数を測定することによって流速データを
得ることができる。一方光ファイバ１３を透過するレー
ザ光は先端センサ部においてその一部がクラッド層を介
して液晶３２内に漏れる。ところで金属プローブ３１内
の液晶３２は圧力振動膜３４を介して伝えられる外部の
圧力によってその屈折率が変動する。従って光ファイバ
１３を往復する間に液晶３２に漏れる光量は圧力に基づ
いて変動する。それ故光電変換器１６によって反射光を
電気信号に変換し、信号処理部２０により反射光の強度
を測定することによって金属プローブ３１が挿入されて
いる部分の圧力を測定することが可能となる。
尚本実施例は単一モード型の光ファイバを用いセンサと
なる先端部の短軸側クラッド部を切削しているが、第１
の発明の実施例と同様に長軸側を切削したり、又はエッ
チングを施しその断面と液晶とを接触させるようにして
もよい。更に液晶３２の代わりに、グリセリンとゼラチ
ンの混合物やプラスチック等を用いることも可能であ
る。
なる先端部の短軸側クラッド部を切削しているが、第１
の発明の実施例と同様に長軸側を切削したり、又はエッ
チングを施しその断面と液晶とを接触させるようにして
もよい。更に液晶３２の代わりに、グリセリンとゼラチ
ンの混合物やプラスチック等を用いることも可能であ
る。
第１図は本願の第１発明による光ファイバ圧力・流速同
時測定装置の一実施例の構成を示すブロック図、第２図
は本願による光ファイバ圧力・流速同時測定装置に用い
る光ファイバセンサの原理的な構成を示す斜視図、第３
図(a)はセンサとして用いる光ファイバの先端部分を示
す断面図、第３図(b)はそのIII−III線端面図、第４図
(a)は本願の第２の発明による光ファイバ圧力・流速同
時測定装置の一実施例のセンサ部の先端部を示す断面
図、第４図(b)はそのIV−IV線端面図である。 １，１３……光ファイバ、２……コア、３……クラッ
ド、３ａ……断面、４，１１，２６，３３……ハーフミ
ラー、１０……Ｈｅ−Ｎｅレーザ、１２……集光レン
ズ、１４……偏光ビームスプリッタ、１５，１６……光
電変換器、１７……ハイパスフィルタ、１８，２０……
信号処理部、１９……ローパスフィルタ、２１，３１…
…金属プロープ、２１ａ，３１ａ……開口部、２２，３
４……圧力振動膜、２３……アルコール、２４……気
泡、３２……液晶
時測定装置の一実施例の構成を示すブロック図、第２図
は本願による光ファイバ圧力・流速同時測定装置に用い
る光ファイバセンサの原理的な構成を示す斜視図、第３
図(a)はセンサとして用いる光ファイバの先端部分を示
す断面図、第３図(b)はそのIII−III線端面図、第４図
(a)は本願の第２の発明による光ファイバ圧力・流速同
時測定装置の一実施例のセンサ部の先端部を示す断面
図、第４図(b)はそのIV−IV線端面図である。 １，１３……光ファイバ、２……コア、３……クラッ
ド、３ａ……断面、４，１１，２６，３３……ハーフミ
ラー、１０……Ｈｅ−Ｎｅレーザ、１２……集光レン
ズ、１４……偏光ビームスプリッタ、１５，１６……光
電変換器、１７……ハイパスフィルタ、１８，２０……
信号処理部、１９……ローパスフィルタ、２１，３１…
…金属プロープ、２１ａ，３１ａ……開口部、２２，３
４……圧力振動膜、２３……アルコール、２４……気
泡、３２……液晶
Claims (5)
- 【請求項１】レーザ光源と、 前記レーザ光源より与えられたレーザ光を第１，第２の
偏光成分として伝搬し、その先端部は前記レーザ光の第
２の偏光方向に垂直にクラッドを薄くしてセンサとして
構成した偏光面保存型の単一モード光ファイバと、 前記光ファイバの先端センサ部を含み前記光ファイバの
薄く形成されたクラッド面に対向する側に軸方向の開口
を有する筒状のプローブと、 前記プローブの開口部を覆い、内側に反射面を有する圧
力振動膜と、 前記光ファイバの先端のセンサ部で反射されたレーザ光
を偏光方向の相違より分離する偏光ビームスプリッタ
と、 前記光ファイバ先端の端面反射光及び前記光ファイバの
センサ前方の物体からの反射光であって、前記偏光ビー
ムスプリッタで分離された第１の偏光面を有するレーザ
光の光ビートによりそれらの差の周波数を有する電気信
号を発生する第１の光電変換器と、 前記第１の光電変換器の出力信号の周波数に基づいて前
記物体の速度を測定する信号処理部と、 前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光面を
有するレーザ光を電気信号に変換する第２の光電変換器
と、 前記第２の光電変換器より得られる信号強度に基づいて
センサ部の圧力を測定する信号処理部と、を具備するこ
とを特徴とする光ファイバ圧力・流速同時測定装置。 - 【請求項２】前記レーザ光源は直線偏光レーザ光を発振
する光源であり、前記単一モード光ファイバの互いに垂
直な固有偏向軸の双方の成分が伝搬されるように偏光方
向が固有偏向軸と異なる角度として光源系を配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ
圧力・流速同時測定装置。 - 【請求項３】レーザ光源と、 前記レーザ光源より与えられたレーザ光を第１，第２の
偏光成分として伝搬し、その先端部は前記レーザ光の第
２の偏光方向に垂直にクラッドを薄くしてセンサとして
構成した偏光面保存型の単一モード光ファイバと、 前記光ファイバの先端センサ部を含み側面に開口を有す
る筒状のプローブと、 前記プローブの開口部を覆う圧力振動膜と、 前記プローブ内に充填され圧力によって屈折率を変化さ
せる光弾性定数の大きい材料と、 前記光ファイバの先端のセンサ部で反射されたレーザ光
を偏光方向の相違より分離する偏光ビームスプリッタ
と、 前記光ファイバ先端の端面反射光及び前記光ファイバの
センサ前方の物体からの反射光であって、前記偏光ビー
ムスプリッタで分離された第１の偏光面を有するレーザ
光の光ビートによりそれらの差の周波数を有する電気信
号を発生する第１の光電変換器と、 前記第１の光電変換器の出力信号の周波数に基づいて物
体の速度信号を測定する信号処理部と、 前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光面を
有するレーザ光を電気信号に変換する第２の光電変換器
と、 前記第２の光電変換器より得られる信号強度に基づいて
センサ部の圧力を測定する信号処理部と、を具備するこ
とを特徴とする光ファイバ圧力・流速同時測定装置。 - 【請求項４】前記レーザ光源は直線偏光レーザ光を発振
する光源であり、前記単一モード光ファイバの互いに垂
直な固有偏向軸の双方の成分が伝搬されるように偏光方
向が固有偏向軸と異なる角度として光源系を配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光ファイバ
圧力・流速同時測定装置。 - 【請求項５】前記光弾性定数の大きい材料は、液晶であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光ファ
イバ圧力・流速同時測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60178436A JPH0617841B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 光フアイバ圧力・流速同時測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60178436A JPH0617841B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 光フアイバ圧力・流速同時測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6238335A JPS6238335A (ja) | 1987-02-19 |
| JPH0617841B2 true JPH0617841B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=16048482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60178436A Expired - Lifetime JPH0617841B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 光フアイバ圧力・流速同時測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617841B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6166806A (en) * | 1995-09-29 | 2000-12-26 | Tjin; Swee Chuan | Fiber optic catheter for accurate flow measurements |
| CN104870088B (zh) | 2012-12-20 | 2018-02-02 | 积水化学工业株式会社 | 醇合成用催化剂、醇的制造装置及醇的制造方法 |
| JP7024888B2 (ja) * | 2018-12-20 | 2022-02-24 | 日本電信電話株式会社 | 光センサプローブおよび該光センサプローブを用いた血液流量、血液粘度および血管弾性率の測定方法 |
| CN111638384B (zh) * | 2020-05-14 | 2022-06-14 | 河海大学 | 一种观测井内地下水流向流速监测的光纤探测装置 |
| CN111811706B (zh) * | 2020-07-03 | 2024-10-11 | 中国电子科技集团公司电子科学研究院 | 一种基于激光干涉的测压系统 |
| CN113624372B (zh) * | 2021-08-12 | 2023-04-21 | 云南师范大学 | 一种基于光纤的压力探测装置 |
-
1985
- 1985-08-12 JP JP60178436A patent/JPH0617841B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6238335A (ja) | 1987-02-19 |
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