JPS60249063A - Laser-doppler anemometer - Google Patents

Laser-doppler anemometer

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Publication number
JPS60249063A
JPS60249063A JP3364685A JP3364685A JPS60249063A JP S60249063 A JPS60249063 A JP S60249063A JP 3364685 A JP3364685 A JP 3364685A JP 3364685 A JP3364685 A JP 3364685A JP S60249063 A JPS60249063 A JP S60249063A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser
optical axis
light
light source
diode
Prior art date
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Pending
Application number
JP3364685A
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Japanese (ja)
Inventor
デイートリツヒ・ドフアイデ
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.)
DOITSU RENPOU KIYOUWAKOKU
Original Assignee
DOITSU RENPOU KIYOUWAKOKU
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Filing date
Publication date
Application filed by DOITSU RENPOU KIYOUWAKOKU filed Critical DOITSU RENPOU KIYOUWAKOKU
Publication of JPS60249063A publication Critical patent/JPS60249063A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光源と、少なくとも2個の部分光線の
ための偏光光学装置と、部分光線の少なくとも一方を被
測定物に集束するための集光光学装置と、移動する被測
定物から送出される散乱光の検出器とを有する、移動す
る被測定物の速度測定のためのレーデ・ドツプラー風速
計(Laser−Doppler−Anemomete
r)に関するO〔従来の技術〕 この種のレーザ・ドツプラー風速計は公知であり、その
測定原理はブース) (Durst )、メリング(M
eiling )、ホワイトo −(Wh i te 
l aw)著「レーザ・ドラブラー風速測定の原理と実
際」(Principles and Practic
e of La5er−Dopplsr −Anemo
metry ) 2版、アカデミツク・ゾL/2(Ac
ademic Pre8@)、1981年に詳述されて
いる。
Detailed description of the invention [Industrial field of application] The present invention provides a laser light source, a polarizing optical device for at least two partial beams, and a polarizing optical device for focusing at least one of the partial beams onto a measured object. Laser-Doppler-Anemometer for measuring the speed of a moving object, which has a focusing optical device and a detector for scattered light emitted by the moving object.
[Prior art] Laser Doppler anemometers of this type are known, and their measurement principle is based on those of Durst, M.
eiling), White o-(Wh ite
``Principles and Practical of Laser Drabler Wind Speed Measurement'' (Law)
e of La5er-Dopplsr-Anemo
metery) 2nd edition, Academic Zoology L/2 (Ac
academic Pre8@), 1981.

公知のレーデ・ドツプラー風速計では気体レーザの光線
が2つの部分光線に分割される。交叉光線法では2つの
部分光線が異なる角で流動媒質に差向けられ、その際、
測定域に虚の干渉模様を発生する。測定域を直接通過す
る光線は阻止されるが、測定域から池の方向に散乱され
る光線は光電子増倍管によって検出される。散乱光の周
波数は移動する被測定物の速度に関係するから、流速の
測定が可能である。
In known Rede-Doppler anemometers, the light beam of a gas laser is split into two partial beams. In the crossed ray method, two partial rays are directed into the flowing medium at different angles, with the
Generates an imaginary interference pattern in the measurement area. Light rays passing directly through the measurement zone are blocked, while light rays scattered from the measurement zone in the direction of the pond are detected by a photomultiplier tube. Since the frequency of the scattered light is related to the speed of the moving object, it is possible to measure the flow velocity.

基準光線法では一方の部分光線だけが測定域を通過する
。散乱した部分光線は基準光線に干渉させられる。
In the reference ray method, only one partial ray passes through the measurement area. The scattered partial rays are caused to interfere with the reference ray.

この風速測定法は、実際の目的のために、例えば流れる
媒質又は移動する表面から成る、移動する被測定物に対
して全く反梓用なしに適用できる利点がある。移動する
被測定物が光散乱粒子を含みさえすればよいのでちる。
This anemometric method has the advantage that it can be applied for practical purposes to moving objects to be measured, for example consisting of flowing media or moving surfaces, without any repercussions. It is sufficient that the moving object to be measured contains light scattering particles.

この粒子を測定の前に気体又は液体の流れに添加しても
よい。
The particles may be added to the gas or liquid stream prior to measurement.

従来の風速測定法の欠点はおおむね次の点にある。すな
わち、気体レーデ使用の構造がすこぶる嵩張り、重いの
である。その場合、偏向光学装置が固設されていれば、
部分光線を測定域に整列するためにレーザを変位させな
ければならないから、高価なレーザ変位装置が必要であ
る。同じ事が受光用光学装置にも当てはまる。
The drawbacks of conventional wind speed measurement methods are generally as follows. In other words, the structure using gas radar is quite bulky and heavy. In that case, if the deflection optical device is fixed,
Since the laser has to be displaced in order to align the partial beams with the measurement field, expensive laser displacement devices are required. The same applies to the optical device for receiving light.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明の目的とするところは、小さな空間でコンパクト
に構成することができ、補足的応用の可能性を開く、冒
頭に述べた種類のレーデ・ドツプラー風速計を作製する
ことである。
The object of the invention is to create a Rede-Doppler anemometer of the type mentioned at the outset, which can be constructed compactly in a small space and which opens up the possibility of complementary applications.

〔問題点を解決するための手段、作用、効果〕本発明に
基づきレーザ光源として少なくとも1個のレーザダイオ
ードを使用し、その温度が温度制御回路によって調整可
能であり、かつ一定に保持できることによって、上記の
2目的が達成できる。
[Means, actions, and effects for solving the problems] Based on the present invention, at least one laser diode is used as a laser light source, and the temperature thereof can be adjusted and kept constant by a temperature control circuit. The above two objectives can be achieved.

本発明に基づく構造で、風速測定に初めてレーデダイオ
ードが使用される。温度制御回路によりレーザダイオー
ドの温度を一定に保持できるから、上述の使用が可能に
なる。レーデダイオードの出力周波数はレーデダイオー
ドの温度に太いに左右される。本発明に基づく風速計の
構造では、レーデダイオードの温度制御忙よって測定目
的に適した安定なレーザ周波数が得られる。本発明に基
づく構造は、レーザ光源の出力周波数が調整可能である
という、別の利点をもたらす。これは本発明に基づき温
度制御回路によって行われる。温度制御回路忙よりレー
ザダイオードの温度を予め定めた値に保持できるだけで
なく、別の値に調整することもでき、それによってレー
ザ周波数が変えられるのである。
In the structure according to the invention, radar diodes are used for the first time in wind speed measurements. The above-mentioned use is possible because the temperature control circuit can maintain the temperature of the laser diode constant. The output frequency of a Raded diode is strongly influenced by the temperature of the Raded diode. In the structure of the anemometer according to the invention, a stable laser frequency suitable for the measurement purpose is obtained by controlling the temperature of the radar diode. The structure according to the invention provides another advantage in that the output frequency of the laser light source is adjustable. This is done according to the invention by a temperature control circuit. By means of a temperature control circuit, the temperature of the laser diode can not only be maintained at a predetermined value, but can also be adjusted to another value, thereby changing the laser frequency.

移動する被測定物の複数個の速度成分の測定のために複
数個の風速測定系が同時に部分光線を被測定物に送り、
散乱光を再び相互に分離しなければならない構造の場合
に、上述のようKして特に利益が得られる。
In order to measure multiple velocity components of a moving object, multiple wind velocity measurement systems simultaneously send partial beams to the object.
Particular benefits are obtained with K as described above in the case of structures in which the scattered light has to be separated from each other again.

機械的に特に有利な実施態様においては、レーザダイオ
ードをマウンHC取付け、このマウントに温度センサと
電流制御冷熱発生素子、好1しくはベルチェ素子を内蔵
する。
In a mechanically particularly advantageous embodiment, the laser diode is mounted on a mount HC, in which a temperature sensor and a current-controlled cold-generating element, preferably a Vertier element, are integrated.

単一モード方式で動作するようにレーザダイオードを選
定すれば、レーザダイオードによって簡易な測定が得ら
れる。この場合、必要な干渉模様を発生するには、コヒ
ーレント波長で必ず十分である。
Laser diodes provide simple measurements if they are selected to operate in a single mode manner. In this case, a coherent wavelength is always sufficient to generate the required interference pattern.

本発明に基づきレーザダイオードをレーザ光源として使
用することは、周波数制御変調発振器によりレーザダイ
オードの動作電流を発生することを可能にする。この設
計は、測定周波数を変調周波数によって変位させること
ができるので、すべての測定周波数と流速に対して同じ
周波数帯で検出を行うことができるという利点をもたら
す。このため妨害除去のために従来必要であった切換可
能なフィルタの使用が不要となる。
The use of a laser diode as a laser light source according to the invention makes it possible to generate the operating current of the laser diode by means of a frequency-controlled modulated oscillator. This design offers the advantage that the measurement frequency can be displaced by the modulation frequency, so that detection can be carried out in the same frequency band for all measurement frequencies and flow rates. This eliminates the need for the use of switchable filters, which were previously required for interference removal.

好適な設計においては、レーザダイオードの寸法が小さ
いので、レーデダイオードを光徹軸の外に配設し、測定
域を斜めに通過する光を偏向して、測定域を別の角で再
度通過することにより℃、光へ軸にある速度成分を測定
することができる。その場合、検出は光へ軸の方向に簡
単に行うことができる。3個のレーザ光源を設け、その
内2個は在来のように光学軸に配設し、その部分光線を
例えば互いに90°回転した平面で発生し、第3のレー
ザ光源を光学軸と平行の速度成分の測定のために光学軸
の外に配設するならば、前述の配列は速度成分の測定の
ための在来の配列と共同で3つの速度成分の測定を行う
ことができる。その場合、光堡軸に配設された2個のレ
ーザ光源は異なる波長で放射する。
In a preferred design, due to the small dimensions of the laser diode, the laser diode is placed outside the optical axis, deflecting the light passing diagonally through the measurement field and repassing it at a different angle. By doing so, it is possible to measure the velocity component in the optical axis. In that case, detection can simply be carried out in the direction of the axis to the light. Three laser light sources are provided, two of which are conventionally arranged on the optical axis, the partial beams of which are generated, for example, in a plane rotated by 90° with respect to each other, and the third laser light source is arranged parallel to the optical axis. If arranged outside the optical axis for the measurement of the velocity components, the aforementioned arrangement can perform the measurement of the three velocity components in conjunction with the conventional arrangement for the measurement of the velocity components. In that case, the two laser light sources arranged on the optical wall axis emit at different wavelengths.

本発明に基づき可能なコンパクトな配列によって、2個
の池のレーザ光源の光痺軸に対して斜めに走る九徹軸を
有する在来の風速測定系を構成することにより、2つの
池の速度成分に対して斜めの第3の速度成分を測定する
ことも可能である。
Due to the compact arrangement possible according to the invention, the velocities of the two ponds can be measured by constructing a conventional wind speed measuring system with a nine-point axis running obliquely to the optical axis of the laser light source of the two ponds. It is also possible to measure a third velocity component oblique to the component.

本発明の極めて有利な改良として、共通の基板の上で1
80°相対する方向に放射する二重レーザダイオードを
レーデ光源として使用する◎この場合はレーザ光源の光
を2つの部分光線に分割するために必要な光線分割装置
が不要であるから、構造の作製から一層コンパクトかつ
簡素になる。
As a highly advantageous refinement of the invention, one
Dual laser diodes emitting in 80° opposite directions are used as a radar light source. In this case, a beam splitting device required to split the light from the laser light source into two partial beams is not required, so the fabrication of the structure is It becomes even more compact and simple.

〔実施例〕〔Example〕

次に図面に示す実施例に基づいて、本発明を詳述する。 Next, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

第1図に示す基本的配列においては、レーザダイオード
1から出て発散するレーザ光16が顕微鏡対物レンズ又
は集光レンズ5によって集束され、光分割装置7を介し
て同じ強さの2つの平行の分割光a12及び18に分割
される。
In the basic arrangement shown in FIG. 1, the diverging laser beam 16 emerging from the laser diode 1 is focused by a microscope objective or condensing lens 5 and transmitted via a beam splitting device 7 into two parallel beams of equal intensity. It is divided into divided beams a12 and 18.

分割光線17゜18はレンズ8によって焦点15に集束
される。焦点15はレーザ・ドラブラー風速計の測定域
である。分割光線17゜18の内散乱しないで測定域1
5を通過する分は、光トランf(光受け)19によって
捕捉される。測定域15からおおむね光軸の方向に出る
散乱光20は、レンズ9と絞り1oを通りて光電増倍管
1ノへ導かれる。
The split beams 17.degree. 18 are focused by a lens 8 onto a focal point 15. The focal point 15 is the measurement area of the laser drabler anemometer. Measurement area 1 without scattering within split beam 17°18
5 is captured by an optical transformer f (light receiver) 19. Scattered light 20 exiting from the measurement area 15 in the general direction of the optical axis passes through a lens 9 and an aperture 1o and is guided to a photomultiplier tube 1o.

レーザダイオード1から出る光線16の非点収差は、必
要ならば1対のアナモフィック・プリズム6によって取
除くことができる。代案としてアナモフィックな結像を
得るために、交叉した円柱レンズ系を使用することもで
きる。
Astigmatism in the beam 16 emerging from the laser diode 1 can be removed by means of a pair of anamorphic prisms 6, if necessary. Alternatively, a crossed cylindrical lens system can be used to obtain anamorphic imaging.

レーザダイオ−11はマウント2に取付けられており、
一方、マウント2にベルチェ素子3が固設される。ベル
チェ素子3が発生する熱は、冷却体4によって冷却され
る。温度制御回路12がマウント2及び被ルテエ素子3
と結合され、正確な温度安定化及びそれWよるレーザダ
イオード10波長の安定化を行う。温度の目標値は温度
制御回路12で設定できるから、レーザダイオードlの
波長の同調が可能である。なぜなら放出される波長はレ
ーザダイオード1の温度に関係するからである。レーザ
ダイオードに通電される動作電流は定電流制御回路13
を介して調整され、レーザダイオード1の整合回路14
mに送られる。こうしてレーデダイオード1の光出力を
連続的に調整することができる。
Laser diode 11 is attached to mount 2,
On the other hand, a Bertier element 3 is fixedly mounted on the mount 2. The heat generated by the Beltier element 3 is cooled by the cooling body 4. The temperature control circuit 12 connects the mount 2 and the covered element 3.
is combined with W to provide accurate temperature stabilization and thereby stabilization of the laser diode 10 wavelengths. Since the target temperature value can be set by the temperature control circuit 12, the wavelength of the laser diode I can be tuned. This is because the emitted wavelength is dependent on the temperature of the laser diode 1. The operating current supplied to the laser diode is controlled by a constant current control circuit 13.
and the matching circuit 14 of the laser diode 1
sent to m. In this way, the optical output of the radar diode 1 can be adjusted continuously.

変調用発振器14は整合回路14mと組合わされて、電
流制御回路13が指定する動作点の周辺で電流変調を行
うことにより、低周波域と高周波域でレーデ光の周波数
と強さを変調することができる。レーザ光のこの強さ変
調は光電増倍管11で、流速の尺度であるドツプラー周
波数と変調用発振器14の周波数との周波数混合を行わ
せる。こうしてドアシラー信号の周波数偏移のだめの新
しい方法が成立する。これは気体レーザでは実現できな
かった。
The modulation oscillator 14 is combined with a matching circuit 14m to perform current modulation around the operating point specified by the current control circuit 13, thereby modulating the frequency and intensity of the radar light in the low frequency range and high frequency range. I can do it. This intensity modulation of the laser light causes frequency mixing of the Doppler frequency, which is a measure of the flow velocity, with the frequency of the modulating oscillator 14 in the photomultiplier tube 11 . In this way, a new method for controlling the frequency shift of the door shutter signal is established. This could not be achieved with gas lasers.

おおむねがウス形の対称の強さ分布を有する測定域15
を得るために、レーデダイオード1が唯1つの横モード
で放射すれば好都合である。
Measuring area 15 with a symmetrical intensity distribution that is approximately mouse-shaped
In order to obtain , it is advantageous if the radar diode 1 emits in only one transverse mode.

光線の発散比が1:3未満のレーデダイオードを選べば
、流動技術の大抵の用途でアナモフィック、 f 17
ズム6その他による非点収差の減少が不要になる。
If you choose a Raded diode with a beam divergence ratio of less than 1:3, it will be anamorphic, f 17, for most applications in flow technology.
It becomes unnecessary to reduce astigmatism due to zoom 6 and other factors.

複数の縦モードで放射するレーザダイオード1を使用す
る場合は、干渉性の部分光線17゜18を発生するため
に、使用される光線分割装鎧7を光路補償しなければな
らない。唯1つの縦モードを有するレーデダイオード1
は光路補償した光線分割装置7が必要でなく、8m以上
の大きなコヒーレント距離が得られるので、第2図に基
づき詳しく説明するように、特に光軸にある速度成分の
測定に適する。
When using a laser diode 1 that emits in several longitudinal modes, the beam splitting armor 7 used must be path compensated in order to generate coherent partial beams 17.18. Raded diode 1 with only one longitudinal mode
Since this method does not require a beam splitter 7 with optical path compensation and can obtain a large coherent distance of 8 m or more, it is particularly suitable for measuring velocity components along the optical axis, as will be explained in detail with reference to FIG.

光軸にある速度成分u3の測定のために、レーデダイオ
ード1が光軸の外に配設される。レーザ光16はレンズ
8の縁端区域を通過し、測定域15に集束される。受光
レンズ9は光線を再び光軸と平行に差向け、続いて2個
のプリズム21によって各々90°偏向させ、受光レン
ズ9によって測定域15に再集束する。光線はレンズ8
を通過した後、光ドラッグ(光受け)19で阻止される
。散乱光の検出は光徹軸上で行われ、第2図には示さな
い。第2図に示す構造は、慣用の気体レーザを用いたの
では極めて困難な条件下で実現するしかない。なぜなら
、気体レーザは、通常、コヒーレント距離がすこぶる小
さいからでちる。唯1つの縦モードを有するレーザダイ
オード1を使用することによって、大きなコヒーレント
距離と高い光出力が得られる。
For the measurement of the velocity component u3 in the optical axis, a radar diode 1 is arranged outside the optical axis. Laser light 16 passes through the edge area of lens 8 and is focused onto measurement area 15 . The receiver lens 9 directs the light beam parallel to the optical axis again, then it is deflected by 90° each by two prisms 21 and refocused by the receiver lens 9 onto the measurement area 15 . The light beam is lens 8
After passing through, it is blocked by a light drag (light receiver) 19. Detection of scattered light is performed on the optical axis and is not shown in FIG. The structure shown in FIG. 2 can only be realized under extremely difficult conditions using a conventional gas laser. This is because gas lasers usually have a very small coherence distance. By using a laser diode 1 with only one longitudinal mode, a large coherence distance and high optical power are obtained.

第3図は相互に直交する3つの速度成分ul+u2及び
u3の測定のための構造を示す。このために2個のレー
ザダイオード1a及び1bが光軸に配設される。レーザ
光線16&及び16cは相互に90°回転した光線分割
装置7&及び7bKより、対を成して直交する平行の、
等しい強さの部分光線(分割光)に分割される。これら
の部分光線はレンズ8によりて測定域15に集束され、
測定域15を通過の後、光トラン7″19によって阻止
される。相互に直交すると共に光軸に対して垂直の速度
成分ul及びu2をこれらの光線によって測定すること
ができる。
FIG. 3 shows the structure for the measurement of three mutually orthogonal velocity components ul+u2 and u3. For this purpose, two laser diodes 1a and 1b are arranged on the optical axis. Laser beams 16& and 16c are separated by beam splitters 7& and 7bK which are rotated by 90 degrees to form a pair of orthogonal parallel beams.
It is divided into partial rays (split rays) of equal intensity. These partial rays are focused by a lens 8 onto a measurement area 15;
After passing through the measurement area 15, it is blocked by the optical transducer 7''19.The velocity components ul and u2, which are orthogonal to each other and perpendicular to the optical axis, can be measured with these beams.

光軸にある速度成分u3の測定には、第2図に基づいて
説明した配列が使用される。すなわち、レーデダイオー
ド1cが光軸の外にある。
For the measurement of the velocity component u3 located on the optical axis, the arrangement described on the basis of FIG. 2 is used. That is, the radar diode 1c is located outside the optical axis.

測定域15を出る散乱光の検出は、次のようにして行わ
れる。
Detection of scattered light leaving the measurement area 15 is performed as follows.

a)第1図に示した検出方式と同様に、レンズ9と、レ
ーザダイオード1bの波長に対する、光軸にある光電検
出器11hとを用いて、b)レンズ9aで散乱光を集束
し、鏡23h及び23bで偏向することにより、光軸に
対して任意の角で。
a) Similar to the detection method shown in FIG. 1, a lens 9 and a photoelectric detector 11h located on the optical axis for the wavelength of the laser diode 1b are used; b) the scattered light is focused by the lens 9a, and the mirror at any angle to the optical axis by deflecting at 23h and 23b.

分割装置24によって色分割が行われ、それによってV
−デダイオード1a及びICの異なる周波数の光が互い
に分離される。これらの光成分は光電検出器11b及び
11cKよって検出される。
A color division is performed by a division device 24, whereby V
- The lights of different frequencies of the dediode 1a and the IC are separated from each other. These light components are detected by photodetectors 11b and 11cK.

C)光軸で逆方向に散乱光がレンズ8によって集束され
、鏡25h及び25bKよって偏向される。続いてレン
ズ9b″により集束した後、分割装置24hによりレー
ザダイオード1a及びICが送出した波長の色分割が行
われる。
C) Scattered light in opposite directions on the optical axis is focused by lens 8 and deflected by mirrors 25h and 25bK. Subsequently, after being focused by the lens 9b'', the wavelengths transmitted by the laser diode 1a and the IC are divided into colors by the dividing device 24h.

これらの波長は光電検出器11d及びIleにより識別
される。
These wavelengths are identified by photodetectors 11d and Ile.

第4図は、速度成分u1及びU、に垂直でない第3の速
度成分u3を測定する実施態様を示す。
FIG. 4 shows an embodiment in which a third velocity component u3, which is not perpendicular to the velocity components u1 and U, is measured.

レーザダイオード1a及び1bと光線分割装置7&及び
7bを光軸上に配設することは、第3図と同様である。
The arrangement of the laser diodes 1a and 1b and the beam splitters 7 & 7b on the optical axis is the same as in FIG. 3.

第3の1ノ−デダイオードIC′と光線分割装置7 c
’に対する光軸は、第3の速度成分u3に垂直に整列さ
れる。レンズ81によって部分光線が測定域15に集束
される。受光レンズ9e/は散乱光を集束し、散乱光は
絞り10を経て光電検出器11C′に到達するが、非散
乱光は光トラップ19で阻止される。レーザダイオード
1轟及び1bの光軸はレーザダイオード1cの光学軸と
90°より小さい角rを作る。
Third 1-node diode IC' and beam splitter 7 c
The optical axis for ' is aligned perpendicular to the third velocity component u3. Lens 81 focuses the partial beam onto measurement area 15 . The light receiving lens 9e/ focuses the scattered light, and the scattered light passes through the aperture 10 and reaches the photoelectric detector 11C', but the non-scattered light is blocked by the optical trap 19. The optical axes of the laser diodes 1 and 1b make an angle r smaller than 90° with the optical axis of the laser diode 1c.

第5図は、第1図の構造と同様だが、レーザダイオード
1を二重レーデダイオード1′延置き換えた風速計を示
す。二重レーザダイオード1′は、互いに180°回転
した方向に放射する。それによって光線分割装置7が不
要になる。なぜなら二重レーデダイオード1′から既に
2つの適当な部分光線17.18が放出されるからであ
る。これらの部分光線はそれぞれ集光レンズ28を通過
し、90°偏向グリズム27によりしンズ8に導かれ、
レンズ8は部分光線17゜18を測定域15に集束する
。その池の構造は第1図と同様でちる。従って、同じ部
材には同じ参照番号を付した。
FIG. 5 shows an anemometer similar in construction to that of FIG. 1, but with the laser diode 1 replaced by a double radar diode 1'. The dual laser diodes 1' emit in directions rotated by 180° relative to each other. This eliminates the need for the beam splitter 7. This is because two appropriate partial beams 17, 18 are already emitted from the double radar diode 1'. Each of these partial rays passes through a condenser lens 28 and is guided to a lens 8 by a 90° deflection grism 27.
The lens 8 focuses the partial beams 17° 18 onto the measurement area 15. The structure of the pond is similar to that shown in Figure 1. Accordingly, like parts have been given the same reference numerals.

第6図は、2つの部分光線17.18をそれぞれ集光レ
ンズ28を通してこの集光レンズ28と偏向鏡29とが
共同して部分光線17゜18を測定域151/C集束す
る、二重レーザダイオード1′による変更実施態様を示
す。
FIG. 6 shows a double laser in which the two partial beams 17, 18 are respectively passed through a condenser lens 28, and the condenser lens 28 and the deflection mirror 29 jointly focus the partial beam 17.18 into the measurement area 151/C. A modified embodiment with a diode 1' is shown.

第7図は、基準光線法による表面30の運動の測定のだ
めの、二重V−ザダイオード1′によるレーザ・ドツプ
ラー風速計のもう一つの配列を示す。2つの発散する部
分光線17,113がやはり集光レンズ28によって平
行に向きを変えられる。部分光線77は次に集束レンズ
8を通る。レンズ8は部分光線17を表面30の上に集
束する。その際、部分光線Fi45°の半透過fi13
1を通る。半透過鏡31は、移動する表面30が反射し
た光を、受光レンズ9及び絞り10を経て光電増倍管1
1に導く。絞り1oの手前で散乱光は半透過鏡32を通
る。第2の部分光線18は2個の45°傾斜した鏡33
で合計180°(い向され、レンズ34により光電増倍
管11に集束される。基準光線18は半透過鏡32を介
して測定光線に結合されるから、光電増倍管1)に干渉
模様が発生する。散乱波は近似的に球形に発生するから
、干渉性光線を得るために、測定装置は小さな開口を使
用しなければならない。
FIG. 7 shows another arrangement of a laser Doppler anemometer with a double V-the diode 1' for measuring the movement of the surface 30 by the reference beam method. The two diverging partial rays 17, 113 are again deflected parallel by a condenser lens 28. Partial ray 77 then passes through focusing lens 8 . Lens 8 focuses partial beam 17 onto surface 30 . At that time, the semi-transmission fi13 of the partial ray Fi45°
Pass through 1. The semi-transparent mirror 31 passes the light reflected by the moving surface 30 to the photomultiplier tube 1 through the light receiving lens 9 and the aperture 10.
Lead to 1. The scattered light passes through a semi-transparent mirror 32 before the aperture 1o. The second partial ray 18 is formed by two 45° inclined mirrors 33.
The reference beam 18 is directed by a total of 180° (directed by the lens 34 and focused on the photomultiplier tube 11. Since the reference beam 18 is coupled to the measurement beam through the semi-transmissive mirror 32, an interference pattern appears on the photomultiplier tube 1). occurs. Since the scattered waves are generated approximately spherically, the measurement device must use a small aperture in order to obtain a coherent beam.

レーザダイオード1.1’、In、lb、lcによるレ
ーザ光源の、本発明に基づく構造は、1つの速度成分の
検査のために構成された既存の気体ンーザ式し−ザード
ッグラー風速計に、例えば第3図に従って3つの速度成
分”1+”2tu3の検査のために2個のレーデダイオ
ード風速計を追加装備することが可能であり、その場合
レーデ光源1mを気体レーデとして存続させてもよい。
The construction according to the invention of a laser light source with a laser diode 1.1', In, lb, lc can be added to existing gas sensor-type anemometers designed for the examination of one velocity component, e.g. According to FIG. 3, it is possible to additionally equip two Raded diode anemometers for checking the three velocity components "1+" 2tu3, in which case the Raded light source 1 m may remain as a gas Raded.

従って、本発明に基づ〈レーデダイオード式レーデ・ド
ツプラー風速計による、3種の速度成分の検査のために
、既存の気体レーデ風速計を大幅な空間的拡大なしに拡
張することができる。
According to the invention, therefore, existing gas Rade anemometers can be expanded without significant spatial enlargement for the examination of the three velocity components with Raded diode Rade Doppler anemometers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はレーザダイオードをレーザ光源トして光軸に配
設した、本発明忙基づくレーザ・ドツプラー風速計の構
造略図、第2図は光軸にある速度成分の測定のためにレ
ーザダイオードを光軸の外圧配設した光路の略図、第3
図は互いに直交する速度成分の検査のための配列の立体
略図、第4図は光軸に直交する速度成分と光軸に斜交す
る速度成分の測定のための配列の略図、第5図はレーザ
光源として二重レーザダイオードを有するレーザードラ
ブラー風速」の、第1図と同様の配列の略図、第6図は
測定域の手前の集束レンズを省略することによって構成
された、第5図の配列の変型の略図、第7図は移動する
表面の速度の測定のために基準光線法を実施する、二重
レーザダイオードによる本発明レーザ・ドツプラー風速
計の配列の略図を示す。 1.1a、1b11c・・・レーザダイオード、8.8
′・・・集光レンズ、9.9’、9&、9b。 9 e ・・・受光レンズ、11.11*、Ilb。 11c、llc’、lld、11e・・・光電検出器(
光電増倍管)、12・・・温度制御回路、15・・・被
測定物(測定域)、16 、16 a 、 16 b 
−レーザ光、17.18・・・部分光線(分割光線)1
9・・・光トラップ(光受け)、20・・・散乱光、2
4.248・・・分割装置、30・・・表面。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦f、hR/(庁
長官 志 賀 学殿 ]、事件の表示 特願昭60−033646号 2、発明の名判・ レーザ・トノシラーに迷計 3 補市をする者 事件との関係 特許出願人 ドイツ連邦共和国 4、代理人 7、抽圧の内容 別紙の辿り
Fig. 1 is a schematic diagram of the structure of a laser Doppler anemometer based on the present invention, in which a laser diode is used as a laser light source and is arranged on the optical axis. Fig. 2 shows a laser diode installed in the optical axis to measure the velocity component. Schematic diagram of the optical path with external pressure on the optical axis, 3rd
The figure is a three-dimensional schematic diagram of an array for testing velocity components perpendicular to each other, Figure 4 is a schematic diagram of an array for measuring velocity components perpendicular to the optical axis and velocity components oblique to the optical axis, and Figure 5 is a schematic diagram of an array for measuring velocity components perpendicular to the optical axis and oblique to the optical axis. 6 is a schematic diagram of an arrangement similar to that of FIG. 1 of "Laser Drabler Wind Velocity" with dual laser diodes as the laser light source; FIG. 6 is a schematic diagram of an arrangement similar to that of FIG. Schematic representation of a variant of the array. FIG. 7 shows a diagrammatic representation of an array of a laser Doppler anemometer according to the invention with dual laser diodes, implementing the reference beam method for the measurement of the velocity of a moving surface. 1.1a, 1b11c...Laser diode, 8.8
'...Condensing lens, 9.9', 9&, 9b. 9 e... Light receiving lens, 11.11*, Ilb. 11c, llc', lld, 11e...photoelectric detector (
photomultiplier tube), 12... temperature control circuit, 15... object to be measured (measurement area), 16, 16 a, 16 b
- Laser light, 17.18... Partial beam (divided beam) 1
9... Light trap (light receiver), 20... Scattered light, 2
4.248...Dividing device, 30...Surface. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue, hR/(Director of the Office, Gakudono Shiga), Indication of the case, Patent Application No. 1983-033646, No. 2, Invention name, Laser Tonoshira, Mistake 3 Supplementary market Relationship with the patent applicant case of the Federal Republic of Germany 4, Agent 7, Contents of extraction Follow the attached document

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)レーザ光源(1)と、少なくとも2個の部分光線(
77、18)のための偏向光学装置と、部分光線(17
,18)の少なくとも一方を被測定物(J5.J(7)
に集束するための集光光学装置(8)と、移動する被測
定物(15゜30)から送出される散乱光の検出器(1
))とを有する移動する被測定物(IS、30)の速度
測定のだめのレーザ・ドツプラー風速計において、レー
ザ光源として少なくとも1個のレーザダイオード(V、
 1 a 、 1 b 、 1 c )を使用し、その
温度が温度制御回路(12)に上って調整可能であり、
かつ一定に保持できることを特徴とするレーデ・ドツプ
ラー風速計。 2)L/−ffイオード(7)t−マウント(2)に取
付け、その中に温度センサ及び電流制御冷熱発生素子(
3)を内蔵したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載のレーザ・ドツプラー風速計。 3)マウントの温度制御のために、少なくともJmのぜ
ルチェ素子(3)をマウントに内蔵′したことを特徴と
する特許請求の範囲第2項に記載のレーザ・ドツプラー
風速計・。 4) レーデ光源(1)が単一モード方式で動作するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のい
ずれかの1に記載のレーザ・ドツプラー風速計。 5)周波数制御変調発振器(14)によってレーザダイ
オード(1)の動作電流を発生することを特徴とする特
許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかのIVC記
載のレーザ・ドツプラー風速計。 6)光頌軸にある速度成分(u3)の測定のために、レ
ーデダイオード(1c)が光学軸の外ニ配設され、その
光線が集光レンズ(8)によって偏向されて被測定物の
透明な測定域(15)を光闇軸に対して斜めに通過し、
かつ別の集光レンズ(9)の縁端を通過し、それによっ
て光学軸と平行に整列され、続いて2回偏向されて、別
の集光レンズの相対する縁端と、次いで光学軸に対して
斜めに測定域(15)とを通過し、続いて阻止され、か
つ光学軸の方向にある散乱光の検出器(11d、11e
)が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第5項のいずれかの1に記載のレーデψドッ
ゾラー風速計。 7)3種の速度成分(ul +’2 r”s )の測定
のために3個のV−ザ光源(1a 、 I b 、 1
 c)が設けてあり、2つのレーザ光源(1a、J b
 )の光が、互いに平行に走る各々2個の部分光線を形
成し、一方のレーザ光源(1a)の部分光線を結ぶ平面
が他方のレーザ光源(1b)の部分光線を結ぶ平面との
間に角を挾み、2つのレーデ光源(La、Jb)が異な
る波長のレーザ光(16m、16b)を放射し、検出さ
れた散乱光分を3つの速度成分(ul l ul + 
”3 )の方向に分離することができ、かつ第3のレー
デ光源(IC)と池の2つのV−ザ光源(1m、1 b
 )の少なくとも一方がレーデダイオードから成ること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のいず
れかの1に記載のレーザ・ドツプラー風速計。 8)光学軸にある速度成分(u3)の測定のために、レ
ーデダイオード(IC)が光嵐軸の外に配設され、その
光線が集光レンズ(8)によって偏向さ軌て被測定物の
透明な測定域(15)を光学軸に対して斜めに通過し、
かつ別の集光レンズ(9)の縁端を通過し、それによっ
て光キ軸と平行に整列され、続いて2回偏向されて、別
の集光レンズの相対する縁端と、次いで光へ軸に対して
斜めに測定域(15)とを通過し、続いて阻止され、か
つ光学軸の方向にある散乱光の検出器(Zfd、ll5
)が設けられており、3種の速度成分(ul +u2 
e’3 )の測定のために3個のレーザ光源(l a 
、 1 b + I C)が設けてあり、2つのレーザ
光源(1a、1b)の光が、互いに平行に走る各々2個
の部分光線を形成し、一方のレーザ光源(1a)の部分
光線を結ぶ平面が他方のレーザ光源(1b)の部分光線
を結ぶ平面との間に角を挾み、2つのV−ザ光源(7a
、7b)が異なる波長のレーザ光(16h、16b)を
放射し、検出された散乱光分を3つの速度成分(”I 
l”21u3 )の方向に分離することができ、かつ第
3のレーザ光源(IC)と池の2つのレーザ光源(za
、1b)の少なくとも一方がV−ザダイオードから成り
、第3のレーデ光源(IC)がレーザダイオードから成
って 酌雲≠本いることを特徴とする特許請求の範囲第7項に
記載のレーザ・ドツプラー風速計。 9)第3のレーザ光源(1c’)と所属の検出系統が、
他の2つのV−ザ光源(1a、Jb)の光無軸に対して
斜めに測定域(15)を通過することを特徴とする特許
請求の範囲第7項に記載のレーデ・ドツプラー風速計。 10)共通の基板の上におって180°相対する方向に
放射する二重レーザダイオード(1′)をレーデ光源と
して使用することを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第9項のいずれかの1に記載のレーザ・ドツプラー
風速計0
[Claims] 1) A laser light source (1) and at least two partial beams (
77, 18) and partial beams (17
, 18) as the object to be measured (J5.J(7)
a light condensing optical device (8) for focusing the light on the object, and a detector (1) for the scattered light sent out from the moving object to be measured (15°30).
)) in a laser Doppler anemometer for speed measurement of a moving object to be measured (IS, 30), at least one laser diode (V,
1 a , 1 b , 1 c ), the temperature of which is adjustable via a temperature control circuit (12);
The Wrede-Doppler anemometer is characterized by its ability to maintain constant speed. 2) Attach the L/-ff diode (7) to the T-mount (2), and install the temperature sensor and current-controlled cold heat generating element (
3) The laser Doppler anemometer according to claim 1, wherein the laser Doppler anemometer incorporates: 3) The laser Doppler anemometer according to claim 2, characterized in that a Zeltier element (3) of at least Jm is built into the mount for temperature control of the mount. 4) Laser Doppler anemometer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Rade light source (1) operates in a single mode manner. 5) Laser Doppler anemometer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the operating current of the laser diode (1) is generated by a frequency-controlled modulation oscillator (14). 6) In order to measure the velocity component (u3) on the optical axis, a radar diode (1c) is placed outside the optical axis, and its light beam is deflected by the condenser lens (8) to the object to be measured. passing through the transparent measurement area (15) diagonally to the light-dark axis,
and through the edge of another condenser lens (9), thereby aligned parallel to the optical axis, and subsequently deflected twice to the opposite edge of another condenser lens and then to the optical axis. Detectors (11d, 11e) of the scattered light that pass obliquely to the measurement area (15) and are subsequently blocked and in the direction of the optical axis.
) is provided, The Rede ψ Dozzoller anemometer according to any one of claims 1 to 5. 7) Three V-the light sources (1a, Ib, 1
c) is provided, and two laser light sources (1a, J b
) form two partial rays running parallel to each other, and the plane connecting the partial rays of one laser light source (1a) is between the plane connecting the partial rays of the other laser light source (1b). Two radar light sources (La, Jb) sandwiching a corner emit laser beams (16m, 16b) of different wavelengths, and the detected scattered light components are divided into three velocity components (ul l ul +
”3), and the third LED light source (IC) and the two V-the light sources (1 m, 1 b
7. The laser Doppler anemometer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the elements (1) is a radar diode. 8) For the measurement of the velocity component (u3) located on the optical axis, a radar diode (IC) is arranged outside the optical storm axis, and its light beam is deflected by the condensing lens (8) to be measured. passing through a transparent measurement area (15) of the object obliquely to the optical axis;
and passes through the edge of another condenser lens (9), thereby aligned parallel to the optical axis, and is subsequently deflected twice to the opposite edge of another condenser lens and then to the light beam. A detector (Zfd, ll5) of the scattered light passes obliquely to the axis through the measuring region (15) and is subsequently blocked and in the direction of the optical axis.
) are provided, and three types of velocity components (ul + u2
Three laser light sources (la
, 1 b + I C), the light from the two laser light sources (1a, 1b) each forms two partial rays running parallel to each other, and the partial rays from one laser light source (1a) The connecting plane and the plane connecting the partial beams of the other laser light source (1b) sandwich an angle between the two V-za light sources (7a).
, 7b) emit laser beams (16h, 16b) of different wavelengths, and the detected scattered light components are divided into three velocity components ("I
The third laser light source (IC) and the two laser light sources (za
. Doppler anemometer. 9) The third laser light source (1c') and the associated detection system are
The Lehde Doppler anemometer according to claim 7, characterized in that it passes through the measurement area (15) obliquely with respect to the optical axes of the other two V-the light sources (1a, Jb). . 10) Any one of claims 1 to 9, characterized in that a double laser diode (1') emitting in 180° opposite directions on a common substrate is used as a laser light source. Laser Doppler anemometer described in Part 1 0
JP3364685A 1984-02-21 1985-02-21 Laser-doppler anemometer Pending JPS60249063A (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57197486A (en) * 1981-05-29 1982-12-03 Clarion Co Ltd Laser doppler speedometer
JPS58171880A (en) * 1982-04-01 1983-10-08 Canon Inc Wavelength control device for semiconductor laser

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