JPH0682553A - レーザ速度計 - Google Patents

レーザ速度計

Info

Publication number
JPH0682553A
JPH0682553A JP23735292A JP23735292A JPH0682553A JP H0682553 A JPH0682553 A JP H0682553A JP 23735292 A JP23735292 A JP 23735292A JP 23735292 A JP23735292 A JP 23735292A JP H0682553 A JPH0682553 A JP H0682553A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
laser
measured
moving speed
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23735292A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenju Otsuka
建樹 大塚
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 Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23735292A priority Critical patent/JPH0682553A/ja
Publication of JPH0682553A publication Critical patent/JPH0682553A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明のレーザ速度計1は、光源から出射す
る出力光の一部を被測定物7に入射させ、該被測定物7
からの戻り光を前記光源に帰還させるレーザ発振器2
と、該帰還光と前記出力光との干渉により誘起される出
力光の強度揺らぎの周波数を測定する測定手段6とを具
備してなることを特徴とする。また、レーザ発振器2と
被測定物7との間に光ファイバを挿入してもよく、出力
光を検波する光検出器と、前記測定手段からの信号に基
づき被測定物の移動速度を求める信号処理手段とを具備
してもよい。 【効果】 出力光の強度揺らぎの周波数から被測定物の
移動速度を簡便かつ超高感度で求めることができる。ま
た、レーザ発振器と被測定物との間に光ファイバを挿入
すれば、レーザ光を直接入射させることのできない場合
の測定に対応させることのできる帰還光学系を構成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発振光電界と被
測定物からの散乱光電界のビートを直接測定することな
く、前記被測定物の移動速度を超高感度で測定すること
のできるレーザ速度計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のレーザ速度計は、基本的に、光源
から出力されるレーザ光を被測定物に入射させ、該被測
定物の移動速度に応じてドップラーシフトした散乱光の
電界と前記レーザ光の電界とのビート信号を直接測定
し、このビート信号から前記被測定物の移動速度を求め
る方法が採られている。このレーザ速度計では、レーザ
光と極微弱な散乱光との波面を整合させる必要があるた
めに、上記波面整合の困難性を回避する速度計として、
差動型光学系を採用したレーザ速度計がよく用いられて
いる。
【0003】このレーザ速度計は、図7に示す様に、2
つのレーザビームを被測定物中で干渉させて散乱粒子の
移動により生ずる干渉じまの変化を測定するものであ
る。このレーザ速度計では、振動する光信号の周波数f
[Hz]
【数1】 を検出することにより、被測定物の移動速度を測定する
ことができる。ここで、λ0は入射光の波長、nは被測
定物の屈折率、vは被測定物の移動速度、2θは2つの
レーザビームの交差角である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
差動型光学系を採用したレーザ速度計では、交差部の光
強度分布がガウス分布をしているために、ペデスタルと
呼ばれる低周波成分が重畳され、図8に示す様な光強度
スペクトルとなり、被測定物の移動速度が小さいと分離
不能になる。そこで、このペデスタルを除去する方法と
して周波数偏移法等の方法がいくつか提案されている
が、いずれも大掛かりな装置を必要とするという欠点が
ある。また、このレーザ速度計では、被測定物は基本的
に流体に限られるという欠点もある。以上の様に、従来
のレーザ速度計では、ビート信号を検出するために光学
系が複雑になり、高感度の光検出系及び高度の光信号処
理系を必要とし、速度計として極めて高価なものにな
る。
【0005】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、ビート信号を直接測定する装置を一切必要と
せずに、被測定物の移動速度を超高感度で測定すること
のできるレーザ速度計を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様なレーザ速度計を採用した。すなわ
ち、請求項1記載のレーザ速度計は、光源から出射する
出力光の一部を被測定物に入射させ、該被測定物からの
戻り光を前記光源に帰還させるレーザ発振器と、該帰還
光と前記出力光との干渉により誘起される出力光の強度
揺らぎの周波数を測定する測定手段とを具備してなるこ
とを特徴としている。
【0007】また、請求項2記載のレーザ速度計は、請
求項1記載のレーザ速度計において、前記レーザ発振器
と被測定物との間に光ファイバを挿入してなることを特
徴としている。
【0008】また、請求項3記載のレーザ速度計は、請
求項1または2記載のレーザ速度計において、前記出力
光を検波する光検出器と、前記測定手段からの信号に基
づき被測定物の移動速度を求める信号処理手段とを具備
してなることを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明の請求項1記載のレーザ速度計では、レ
ーザ発振器の光源から出射する出力光の一部を被測定物
に入射させ、該被測定物からの戻り光を前記光源に帰還
させる。また、測定手段が該帰還光と前記出力光との干
渉により誘起される出力光の強度揺らぎの周波数を測定
する。したがって、この出力光の強度揺らぎの周波数か
ら被測定物の移動速度を簡便かつ超高感度で求めること
ができる。
【0010】また、請求項2記載のレーザ速度計では、
前記レーザ発振器と被測定物との間に光ファイバを挿入
することにより、レーザ光を直接入射させることのでき
ない場合の測定に対応させることのできる帰還光学系を
構成することができる。
【0011】また、請求項3記載のレーザ速度計では、
光検出器が出力光を検波し、信号処理手段が測定手段か
らの信号に基づき被測定物の移動速度を求める。したが
って、出力光の強度揺らぎの周波数から被測定物の移動
速度を直ちに求めることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係るレーザ速度計の各実施例
について説明する。 (第1実施例)図1は、本発明の第1実施例のレーザ速
度計を示す概略構成図である。このレーザ速度計1は、
レーザ発振器2、ビームスプリッタ3、集光レンズ4、
光検出器5、信号処理装置6(測定手段及び信号処理手
段)から概略構成されている。光検出器5としては、例
えばInGaAsのフォトダイオード等が、また、信号
処理装置6としては、周波数トラッカ、周波数カウン
タ、スペクトラムアナライザ、オッシロスコープ等が好
適に用いられる。また、7は移動する被測定物である。
【0013】なお、このレーザ速度計1においては、集
光レンズ4は必ずしも必要とされるものではない。ま
た、ビームスプリッタ3を除き、レーザ発振器2の反対
側から出射する出力光を光検出器5で検出し、信号処理
装置6で信号処理する構成も当然含まれる。
【0014】次に、このレーザ速度計1の動作原理につ
いて説明する。このレーザ速度計1では、レーザ発振器
1の光源から出射する出力光の一部(発振光)を被測定物
7に入射させると、該被測定物7からの戻り光は前記光
源の発振軸方向に帰還され、この帰還光Esは、次式の
様なドップラー周波数偏移fD[Hz]をうける。
【数2】 ここで、vは被測定物7の移動速度、θは被測定物7の
移動方向と光源の発振軸のなす角である。したがって、
Dだけ周波数が偏移した光が前記光源に注入されるこ
とになる。
【0015】この結果、帰還光Esは発振光Eoと干渉
し、これら2つの電界の差周波数、すなわちfDで発振
光Eoが変調される。この発振強度(So=Eo 2)の時間
変化は、次式の様に表される。
【数3】 ただし、t=T/τ(T:時間)、Κ=τ/τp、τp
τl/κ2である。ここで、npは反転分布密度に対応
し、κはレーザ共振器の出力鏡の振幅透過率、cは光速
度、Lはレーザ共振器長、τl(=2L/c)は光のレ
ーザ共振器中での往復時間、τは反転分布寿命、τp
光子寿命、Kは寿命比である。
【0016】式(3)から明らかな様に、発振強度はf
Dの周波数で変調を受けることになり、この場合の変調
度はK(=τ/τp)に比例する。したがって、散乱光
の振幅が極微弱であってもKを大きくすれば十分大きな
変調度が得られることになる。例えば、Lの小さな小型
レーザではτlを短くでき、しかもτpがτlに比例する
ので、極めて大きなKを得ることができる。なお、従来
のビート検出法ではKに基づく増幅は存在しない。
【0017】この変調された発振光を光検出器5で検出
して電気信号に変換し、この電気信号を信号処理装置6
に入力する。信号処理装置6では電気信号に変換された
発振光の光強度の変動周波数信号を基に式(2)により
被測定物7の移動速度を求める。
【0018】図2は、前記レーザ速度計1のより具体的
な構成を示す構成図である。このレーザ速度計11は、
レーザ発振器としてアルゴン(Ar)レーザ12で励起
される1mm厚のLNP(LiNdP412)レーザ13
(K=105〜106)を用い、該LNPレーザ13とビ
ームスプリッタ3との間に赤外透過フィルタ(IR)1
4を挿入し、ビームスプリッタ3と集光レンズ4との間
に可変光減衰器(VA)15を挿入し、信号処理装置6
としてスペクトラムアナライザ、オッシロスコープのい
ずれかを用いたものである。また、被測定物7は、速度
可変のモータの軸16に取り付けた金属円板17に紙1
8を貼り付けたものである。
【0019】図3ないし図5は、前記レーザ速度計11
を用いて被測定物7の移動速度を測定した実験結果を示
す図である。ここでは、発振光と被測定物7の移動方向
とのなす角を45度に固定し、回転速度vを変化させな
がら、発振光の発振強度スペクトルをスペクトラムアナ
ライザで測定した。
【0020】この実験結果より、被測定物7の移動速度
を求めると、図3では5.9m/s、図4では12.3m
/s、図5では17.8m/sとなり、これらの値はモー
タの回転数から実測した移動速度と完全に一致した。ま
た、被測定物7の移動速度は、1cm/s〜100m/sの
範囲で測定することができた。また、このLNPレーザ
13は、Κが105〜106と極めて大きいために、E s
/Eo<10ー5と極微弱の散乱光に対しても充分感度良
く測定することができた。
【0021】以上説明した様に、本実施例のレーザ速度
計1,11によれば、帰還光と出力光との干渉により誘
起される出力光の強度揺らぎの周波数を測定することに
より被測定物7の移動速度を極めて簡便かつ超高感度で
直ちに求めることができる。
【0022】(第2実施例)図6は、本発明の第2実施
例のレーザ速度計21を示す構成図である。このレーザ
速度計21は、第1実施例のレーザ速度計1において、
集光レンズ4と被測定物7との間に光ファイバ22を挿
入したものであり、他の構成要素につ,いては上記のレ
ーザ速度計1と全く同一である。
【0023】この第2実施例のレーザ速度計21におい
ても、上記の第1実施例のレーザ速度計1と同様の作用
・効果を奏することができ、しかも、レーザ光を直接入
射させることのできない場合の測定に対応させることの
できる帰還光学系を構成することができるというレーザ
速度計1より優れた効果も奏することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の請求項1記
載のレーザ速度計によれば、光源から出射する出力光の
一部を被測定物に入射させ、該被測定物からの戻り光を
前記光源に帰還させるレーザ発振器と、該帰還光と前記
出力光との干渉により誘起される出力光の強度揺らぎの
周波数を測定する測定手段とを具備してなることとした
ので、出力光の強度揺らぎの周波数から被測定物の移動
速度を簡便かつ超高感度で求めることができる。
【0025】また、請求項2記載のレーザ速度計によれ
ば、請求項1記載のレーザ速度計において、前記レーザ
発振器と被測定物との間に光ファイバを挿入してなるこ
ととしたので、レーザ光を直接入射させることのできな
い場合の測定に対応させることのできる帰還光学系を構
成することができる。
【0026】また、請求項3記載のレーザ速度計によれ
ば、請求項1または2記載のレーザ速度計において、前
記出力光を検波する光検出器と、前記測定手段からの信
号に基づき被測定物の移動速度を求める信号処理手段と
を具備してなることとしたので、出力光の強度揺らぎの
周波数から被測定物の移動速度を直ちに求めることがで
きる。
【0027】以上により、ビート信号を直接測定する装
置を一切必要とせずに、被測定物の移動速度を簡便かつ
超高感度で測定することのできるレーザ速度計を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のレーザ速度計を示す概略
構成図である。
【図2】本発明の第1実施例のレーザ速度計のより具体
的な構成を示す構成図である。
【図3】本発明の第1実施例のレーザ速度計を用いて被
測定物の移動速度を測定した実験結果を示す図である。
【図4】本発明の第1実施例のレーザ速度計を用いて被
測定物の移動速度を測定した実験結果を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例のレーザ速度計を用いて被
測定物の移動速度を測定した実験結果を示す図である。
【図6】本発明の第2実施例のレーザ速度計を示す概略
構成図である。
【図7】従来の差動型光学系のレーザ速度計の原理を示
す図である。
【図8】従来の差動型光学系のレーザ速度計の光電子増
倍管出力信号スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1 レーザ速度計 2 レーザ発振器 3 ビームスプリッタ 4 集光レンズ 5 光検出器 6 信号処理装置(測定手段及び信号処理手段) 7 被測定物 11 レーザ速度計 12 アルゴンレーザ 13 LNP(LiNdP412)レーザ 14 赤外透過フィルタ(IR) 15 可変光減衰器(VA) 21 レーザ速度計 22 光ファイバ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から出射する出力光の一部を被測定
    物に入射させ、該被測定物からの戻り光を前記光源に帰
    還させるレーザ発振器と、 該帰還光と前記出力光との干渉により誘起される出力光
    の強度揺らぎの周波数を測定する測定手段とを具備して
    なることを特徴とするレーザ速度計。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレーザ速度計において、 前記レーザ発振器と被測定物との間に光ファイバを挿入
    してなることを特徴とするレーザ速度計。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のレーザ速度計に
    おいて、 前記出力光を検波する光検出器と、前記測定手段からの
    信号に基づき被測定物の移動速度を求める信号処理手段
    とを具備してなることを特徴とするレーザ速度計。
JP23735292A 1992-09-04 1992-09-04 レーザ速度計 Pending JPH0682553A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23735292A JPH0682553A (ja) 1992-09-04 1992-09-04 レーザ速度計

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23735292A JPH0682553A (ja) 1992-09-04 1992-09-04 レーザ速度計

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0682553A true JPH0682553A (ja) 1994-03-22

Family

ID=17014124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23735292A Pending JPH0682553A (ja) 1992-09-04 1992-09-04 レーザ速度計

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0682553A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104764898A (zh) * 2015-04-23 2015-07-08 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种利用单探头单光路实现两种测速技术对一个测点同时复测的装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104764898A (zh) * 2015-04-23 2015-07-08 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种利用单探头单光路实现两种测速技术对一个测点同时复测的装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3279116B2 (ja) レーザドップラ流速計
JPS6135495B2 (ja)
JPH05264434A (ja) 光学式サブミクロン粒子検出器
US5502558A (en) Laser doppler velocimeter
CN110207733B (zh) 基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置及方法
JPS6162885A (ja) 距離速度計
US4601580A (en) Measurement of oscillatory and vibrational motion
JP2744728B2 (ja) ガス濃度測定方法およびその測定装置
JPH0682553A (ja) レーザ速度計
JP3077266B2 (ja) レーザドップラ速度計
JP3510419B2 (ja) 振動ピックアップの校正装置
JP5088915B2 (ja) 変位測定装置
Hickman An optical sensor based on temporal coherence properties
US5090812A (en) Ring laser cavity backscatter measurement
JP3357363B2 (ja) 音響光学デバイスを使用する測定のための方法及び装置
JPH01502536A (ja) 原子ビームの方向を決定する装置および方法
JPH0875434A (ja) 表面形状測定装置
JPH0115833B2 (ja)
KR970007041B1 (ko) 환형 레이저 자이로스코프 시스템 및 그 측정방법
JPS6370131A (ja) 光フアイバ形温度分布計測装置
JPS5811565B2 (ja) 光ファイバ装置
Siyou et al. Phase Demodulation Method for Low SNR Laser Doppler Signals
JPH06294680A (ja) 半導体レーザデジタル振動変位計測装置
JPH01304345A (ja) ガス検知装置
CN114755450A (zh) 一种用于转台测速的集成光学芯片