JPS6076679A - Laser doppler speedometer - Google Patents

Laser doppler speedometer

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JPS6076679A
JPS6076679A JP18576583A JP18576583A JPS6076679A JP S6076679 A JPS6076679 A JP S6076679A JP 18576583 A JP18576583 A JP 18576583A JP 18576583 A JP18576583 A JP 18576583A JP S6076679 A JPS6076679 A JP S6076679A
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laser
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polarization
particle
optical fiber
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Katsuji Hironaga
勝治 広永
Tatsuo Muramoto
村本 龍夫
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NIPPON KAGAKU KOGYO KK
Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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NIPPON KAGAKU KOGYO KK
Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Abstract

PURPOSE:To miniaturize a sensor part and to also enable the directional discrimination of a particle, by supplying two sets of laser beams, between which there is predetermined frequency difference, through an optical fiber, and detecting Doppler change due to the particle passing an interference fringe region formed by beams crossing. CONSTITUTION:Two sets of laser beams, which have different linear polarization characteristics and between which the frequency difference is set to a predetermined value by PLL25, outputted from a horizontal Zeeman laser 20 are supplied to a sensor 32 through a single mode optical fiber 31 and aligned to P-polarization by a polarization beam splitter 35 while an interference fringe region 38 is formed through a condensing lens 37. When a particle passes this region 38, scattered beam is generated to be supplied through an optical fiber 40 and frequency difference corresponding to the speed and direction of the particle due to a Doppler phenomenon and beam component of polarity are detected by a signal processing apparatus 50. By this constitution, the miniaturization of a sensor part relating to direct measurement is attained and not only the speed but also the moving direction of the particle can be discriminated.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は光ファイバを用いたレーザドツプラー速度計に
関し、特にいわゆるデュアルビームモー1′のレーザド
ツプラー速度針に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a laser Doppler velocimeter using optical fibers, and more particularly to a so-called dual beam mode 1' laser Doppler velocimeter.

従来技術とその問題点 従来より可干渉性及び単色性に優れたレーザ光の特徴に
着目して、レーザ光を用いて移動する粒子の速度を測定
する装置が種々提案されている。
BACKGROUND ART Conventionally, focusing on the characteristics of laser light which has excellent coherence and monochromaticity, various devices have been proposed for measuring the velocity of moving particles using laser light.

第1図は近年一般に用いられつつあるデュアルヒームに
よるレーザドツプラー速度計の測定原理を示したもので
ある。本図において直線偏光を有するレーザ発振器、例
えばヘリウムネオンレーザやアルゴンレーザ等のレーザ
光源1のレーザ光をビームスプリンタ2で二つの平行な
レーザビームに分離する。そしてこのレーザビームを集
光レンズ3によって集光し、ある点で交叉させるように
する。そうすれば交叉領域に散乱物体が存在する場合に
は第2図にその拡大図を示すように干渉縞が観測される
。従ってこの交叉領域内を粒子pが通過した場合、粒子
pより得られる散乱光は干渉縞の明暗に対応した周期的
な強度変化を持つこととなる。そこでこの散乱光を集光
レンズによって集光し、ミラー4を介して光電変換器5
によって電気信号に変換すると、干渉縞部分を通過した
時の散乱光強度に対応したバースト波形が得られる。
FIG. 1 shows the measurement principle of a dual-heam laser Doppler velocimeter that has become popular in recent years. In this figure, a laser beam from a laser light source 1 such as a laser oscillator having linearly polarized light, such as a helium neon laser or an argon laser, is separated into two parallel laser beams by a beam splitter 2. This laser beam is then focused by a condensing lens 3 and made to intersect at a certain point. In this way, if a scattering object exists in the intersection area, interference fringes will be observed as shown in an enlarged view of FIG. Therefore, when the particle p passes through this intersection region, the scattered light obtained from the particle p has a periodic intensity change corresponding to the brightness and darkness of the interference fringes. Therefore, this scattered light is collected by a condensing lens and sent to a photoelectric converter 5 via a mirror 4.
When converted into an electrical signal by , a burst waveform corresponding to the intensity of scattered light when passing through the interference fringe portion is obtained.

干渉縞の明暗の間隔はレーザビームのレーデ波圏と、そ
の交叉角とによって決定されるので、このバースト波の
周波数を測定することによって粒子pの速度をめること
ができる。しかるにこのような速度計では二本のレーザ
ビームの波長は同一であるため交叉領域にできる干渉縞
は静止しており、干渉縞を通過する粒子pの速さは検出
できてもその方向を判別することはできなかった。そご
で粒子pの方向を判別するために、音響光学セル6を一
方のレーザビームの光行路に挿入し、音響光学セル6を
周波数へfoの発振器7で駆動することにより、そのレ
ーザ光を一定の周波数(Δfo)だけシフ1−させるよ
うにしたものが考えられる。
Since the interval between brightness and darkness of the interference fringes is determined by the Lede wave range of the laser beam and its intersection angle, the velocity of the particle p can be determined by measuring the frequency of this burst wave. However, in such a speedometer, since the wavelengths of the two laser beams are the same, the interference fringes formed in the intersection area are stationary, and even if the speed of the particle p passing through the interference fringes can be detected, it is difficult to determine its direction. I couldn't. In order to determine the direction of the particle p, an acousto-optic cell 6 is inserted into the optical path of one of the laser beams, and by driving the acousto-optic cell 6 with an oscillator 7 of fo, the laser beam is It is conceivable that the signal is shifted by a certain frequency (Δfo).

このようにすれば交叉領域にできる干渉縞は常にΔfo
に対応する速度で移動することとなる。従ってもし交叉
領域に静止している粒子があれば光電変換器5によって
Δfoに等しい周波数の出力が得られる。又交叉領域を
粒子pが通過する場合は、周波数Δfoを基準としてそ
のバースト波の周波数シフト量によって粒子pの速度及
び方向を同時に計測することができる。
In this way, the interference fringes created in the intersection area will always be Δfo
It will move at a speed corresponding to . Therefore, if there is a particle stationary in the intersection area, the photoelectric converter 5 will provide an output with a frequency equal to Δfo. Further, when the particle p passes through the intersection region, the speed and direction of the particle p can be measured simultaneously based on the frequency shift amount of the burst wave using the frequency Δfo as a reference.

ところでこのようなレーザドツプラー速度針は、レーザ
光のコヒーレント性を用いている。従って第1図のよう
なレーザ光の処理部と被測定領域とを分離することは困
難であった。レーザ発振器1とビームスプリッタ2との
間をモード変換のない単一モード光ファイバを用いて接
続することは可能であるが、測定領域に設けた一点鎖線
で示すセンサ部に例えば数W程度の大出力の発振器7を
設けて音響光学セル6に周波数偏移用の超音波信号を供
給する必要があるため、センサ部を小型化することは困
難であった。
By the way, such a laser Doppler speed needle uses the coherent property of laser light. Therefore, it has been difficult to separate the laser beam processing section and the region to be measured as shown in FIG. Although it is possible to connect the laser oscillator 1 and the beam splitter 2 using a single mode optical fiber without mode conversion, it is possible to connect the laser oscillator 1 and the beam splitter 2 using a single mode optical fiber without mode conversion. Since it is necessary to provide an output oscillator 7 to supply an ultrasonic signal for frequency shift to the acousto-optic cell 6, it has been difficult to downsize the sensor section.

第3図はこのような欠点を解消した他の従来例を示す図
である。この場合にはレーザ光源1がら出た光を偏光ビ
ームスプリンタ10によってS偏光(図中・で表示)と
P偏光(図中1で表示)の偏光方向の異なる二つのレー
ザビームlla、11bに分割し、その一方の光行路に
音響光学セル6を配置している。そして音響光学セル6
を発振器7によって駆動することによってレーザ光を所
定周波数(Δfo)だけシフ(〜させ、再び偏光ビーム
スプリッタ12によってこれらのレーザビームを合成し
て単一モード型の光ファイバ13に与えている。この単
一モード型光ファイバ13を偏光面保存型の光ファイバ
とすれば、S偏光及びP偏光の二つのレーザ光をそのま
ま測定領域に設けられたセンサ部14に導くことができ
る。そしてセンサ部14において偏光面の異なる二つの
レーザビームを偏光ビームスプリッタ15によって再び
分割し偏光面回転器16によって偏光面をそろえ、集光
レンズI7で交叉させることによって移動する干渉縞を
有する交叉領域とすることができる。
FIG. 3 is a diagram showing another conventional example that eliminates such drawbacks. In this case, the light emitted from the laser light source 1 is split by the polarizing beam splitter 10 into two laser beams lla and 11b with different polarization directions: S-polarized light (indicated by * in the figure) and P-polarized light (indicated by 1 in the figure). However, an acousto-optic cell 6 is arranged on one of the optical paths. and acousto-optic cell 6
The laser beams are shifted by a predetermined frequency (Δfo) by being driven by an oscillator 7, and these laser beams are again combined by a polarizing beam splitter 12 and applied to a single mode optical fiber 13. If the single mode optical fiber 13 is a polarization-maintaining optical fiber, the two laser beams of S-polarized light and P-polarized light can be directly guided to the sensor section 14 provided in the measurement area. In this step, two laser beams with different polarization planes are split again by a polarization beam splitter 15, their polarization planes are aligned by a polarization plane rotator 16, and then crossed by a condenser lens I7, thereby forming an intersection area having moving interference fringes. can.

しかしながらこのような速度計の場合も音響光学セル6
を駆動するための高い出力を有する発振器7が必要であ
り、他の信号処理回路に悪影響を与える恐れがあるとい
う問題点があった。更に構造が複雑となり製造価格を低
減することばできなかった。
However, in the case of such a speedometer, the acousto-optic cell 6
The oscillator 7 is required to have a high output to drive the oscillator 7, which poses a problem in that it may adversely affect other signal processing circuits. Furthermore, the structure became complicated, making it impossible to reduce the manufacturing cost.

発明の目的 本発明はこのような従来のレーザドツプラー速度計の問
題点を解消するものであって、光ファイバを用いて測定
位置を任意に延長することができ、センサ部を小型化し
て操作性を向上させ、しかも粒子の方向を判別すること
ができるレーザドツプラー速度針を提供することを目的
とする。
Purpose of the Invention The present invention solves the problems of the conventional laser Doppler velocimeter, and the measurement position can be extended arbitrarily using an optical fiber, and the sensor part can be miniaturized and operated. It is an object of the present invention to provide a laser Doppler speed needle that has improved performance and can also discriminate the direction of particles.

発明の構成と効果 本発明番、1、互いに方向の異なる直線偏光特性を有し
、所定の周波数差の二つの周波数成分を有するレーザ光
を発する内部鏡型レーザ光源と、レーザ光源のレーザ光
が与えられ、測定領域にまで延長された偏光面保存型の
単一モード光ファイバと光フアイバ出力のレーザ光を偏
光の相違に基づいて2つの成分に分光する偏光ビームス
プリッタと、偏光ビームスプリッタの出力のいずれかの
レーザビームの偏光方向を変え、他方のレーザビームの
偏光方向に揃える偏光面回転器と、偏光面回転器より得
られるレーザビームと他方のレーザビームとを一点で交
叉せしめる光学手段と、交叉領域を通過する粒子からの
散乱光を電気信号に変換する光電変換器と、光電変換器
より得られるパース(・信号の周波数を測定する周波数
測定器と、周波数測定器より得られる周波数をレーザ光
源の周波数差と比較して粒子の速度を算出する演算手段
と、を具備することを特徴とするものである。
Structure and Effect of the Invention Invention No. 1: An internal mirror type laser light source that emits laser light having two frequency components with a predetermined frequency difference and having linear polarization characteristics with mutually different directions; A polarizing beam splitter that splits the laser beam output from the optical fiber into two components based on the difference in polarization, and the output of the polarizing beam splitter. a polarization plane rotator that changes the polarization direction of one of the laser beams and aligns it with the polarization direction of the other laser beam; and an optical means that causes the laser beam obtained from the polarization plane rotator and the other laser beam to intersect at one point. , a photoelectric converter that converts scattered light from particles passing through the intersection region into an electrical signal, and a frequency measuring device that measures the frequency of the signal (a frequency measuring device that measures the frequency of the signal obtained from the photoelectric converter); The present invention is characterized by comprising a calculation means for calculating the velocity of the particle by comparing it with the frequency difference of the laser light source.

ごのように本発明では、レーザ光源自体を互いに方向が
異なる直交偏光特性を有し、所定の周波数差のレーザビ
ームを発生するレーザ光源としている。従ってレーザ光
源の出力をそのまま用いるごとができるため、センサ部
にはレーザ発振器に近接して音響光学セルやそれを駆動
する発振器を設ける必要がなく構造が非常に簡単となり
、装置の価格を低減させることができる。又異なる周波
数の二つのレーザビームを偏光面保存型の単一モー1、
光ファイバに与えて測定領域にまで延長してセンサ部に
与えており、センサ部も小型、軽量とすることができる
ので任意の測定点に配置することが可能となり、操作性
を向上させることができる。更にセンサ部に設けた光学
手段により二つのレーザビームを交叉させれば所定の速
度で移動する干渉縞が形成されるので、粒子の速度のみ
ならず方向を同時に極めて容易に判定することが可能と
なる。
As described above, in the present invention, the laser light source itself has orthogonal polarization characteristics with mutually different directions, and is a laser light source that generates laser beams with a predetermined frequency difference. Therefore, since the output of the laser light source can be used as is, there is no need to provide an acousto-optic cell or an oscillator to drive it in the vicinity of the laser oscillator in the sensor section, making the structure extremely simple and reducing the cost of the device. be able to. In addition, two laser beams with different frequencies are converted into polarization-maintaining single mode 1,
The optical fiber is extended to the measurement area and is applied to the sensor section.The sensor section can also be made small and lightweight, making it possible to place it at any measurement point and improving operability. can. Furthermore, if the two laser beams are crossed using the optical means provided in the sensor section, interference fringes that move at a predetermined speed are formed, making it possible to determine not only the velocity but also the direction of the particles extremely easily at the same time. Become.

実施例の説明 第4図は本発明の一実施例を示すレーザドツプラー速度
計の構成を示すブロック図である。本発明ではゼーマン
効果を利用して互いに方向が異なる直線偏光特性を有し
、所定の周波数差Δfの二つの周波数成分子l、 f2
を有するレーザ光を発生ずる内部鏡型のレーザ光源を用
いている。第4図は周波数安定化された横ゼーマンレー
ザ2oをレーザ光源として用いた実施例を示すものであ
る。この構ゼーマンレーザ20は縦モード2〜3本で発
振する内部鏡型のHe / N eレーザのレーザ管2
1に、磁石22によって横磁場を加えてレーザ管の利得
幅を狭めることによって単−縦モード化するようにした
ものである。この横磁場により単−縦モード化されたレ
ーザ光は方位が直交した二つの直線偏光成分子L f2
から成るレーザビーム、である。そしてその発振周波数
を安定化させるためにレーザの高反射側反射鏡を漏れた
光を横磁場方向に対して45°の偏光板23を介して光
電変換器24によって電気信号に変換する。そうすれば
これらのレーザビームの光ビートによってfl、 f2
の差の周波数を有する光電変換信号が得られる。この信
号の差周波数を一定に保つようにフェーズロ・7クドル
ープ25に与え、その出力をドライバ26を介して小型
のファン27を駆動するようにしている。このようにす
ればフィー1−ハックループの積分特性により光キャビ
ティの温度が安定化する結果、二つの周波数差Δfの変
動が極めて少なくなり直交、直線偏光を持った二つの周
波数fl、 f2のレーザ光が得られる。横ゼーマンレ
ーザ20のレーザ出力ば集光レンズ、例えばセルフォ・
7クレンズ30を介して光ファイバ31に与えられる。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a laser Doppler velocimeter showing an embodiment of the present invention. In the present invention, two frequency component elements l and f2 with a predetermined frequency difference Δf have linear polarization characteristics with mutually different directions by utilizing the Zeeman effect.
An internal mirror type laser light source is used that generates a laser beam with a FIG. 4 shows an embodiment in which a frequency-stabilized transverse Zeeman laser 2o is used as a laser light source. This Zeeman laser 20 has a laser tube 2 of an internal mirror type He/Ne laser that oscillates in two to three longitudinal modes.
1, a transverse magnetic field is applied by a magnet 22 to narrow the gain width of the laser tube, thereby converting it into a single longitudinal mode. The laser beam converted into a single-longitudinal mode by this transverse magnetic field has two linearly polarized components L f2 whose directions are orthogonal to each other.
A laser beam consisting of In order to stabilize the oscillation frequency, the light leaking from the high-reflection side reflector of the laser is converted into an electrical signal by a photoelectric converter 24 via a polarizing plate 23 at 45 degrees with respect to the transverse magnetic field direction. Then, the optical beats of these laser beams will cause fl, f2
A photoelectric conversion signal having a frequency difference of is obtained. This signal is applied to a phase-locked 7 quad loop 25 so as to keep the difference frequency constant, and its output is used to drive a small fan 27 via a driver 26. In this way, the temperature of the optical cavity is stabilized due to the integral characteristic of the Fee1-Huck loop, and as a result, the fluctuation of the two frequency difference Δf becomes extremely small. You can get light. The laser output of the transverse Zeeman laser 20 is determined by a condensing lens, such as a Selfo laser.
7 to the optical fiber 31 via the lens 30.

光ファイバ31ば偏光面保存型の単一モード光ファイバ
とし、その端部は測定すべき粒子が通過する被測定領域
にまで延長されている。被測定領域にはこのレーザ光を
分光して交叉させる光学手段を有するセンサ部32が設
けられる。センサ部32には光ファイバ3】の出力端に
そのレーザ光の偏光方向に基づいて二つのレーザビーム
に分光する偏光ビームスプリンタ33が設けられる。そ
してその一方の光行路には、ミラー34とレーザビーム
の偏光面を回転させて他方の偏光面を揃える偏光面回転
器35が設けられ、更にその出力となるレーザビームを
他方のレーザビーlえと共に集光させる集光レンズ37
が設けられる。又集光レンズ37の後方には干e縞領域
38からの散乱光を集光する集光レンズ39が設けられ
、その焦点位置に光ファイバ40の一端が固定されてい
る。光ファイバ40は散乱光を信号処理部に導くもので
あるので通常のマルチモード光ファイバを用いることが
できる。さて信号処理部50では光ファイバ40の出力
を電気信号に変換するアバランシェ型フォトダイオード
等の光電変換器51が設けられる。光電変換器51の出
力は増幅器52を介してバイパスフィルタ53に与えら
れる。バイパスフィルタ53は与えられた電気信号の高
周波成分のみを次段の周波数測定器54に与えるもので
ある。周波数測定器54は与えられた信号の周波数を測
定するものであって、信号を周波数領域において処理す
る周波数分析器でもよく、又時間領域において処理する
カウンタタイプや周波数負帰還を用いたF/V変換器で
あってもよい。周波数測定器54の出力は信号処理器5
5に与えられる。
The optical fiber 31 is a polarization-maintaining single-mode optical fiber, and its end portion extends to the region to be measured through which the particles to be measured pass. A sensor section 32 having an optical means for separating and crossing this laser light is provided in the region to be measured. The sensor section 32 is provided with a polarization beam splitter 33 at the output end of the optical fiber 3 which separates the laser beam into two laser beams based on the polarization direction of the laser beam. One of the optical paths is provided with a polarization plane rotator 35 that rotates the polarization plane of the mirror 34 and the laser beam to align the other polarization plane, and furthermore, the laser beam that is the output of the mirror 34 is rotated to align the polarization plane of the other laser beam. Condensing lens 37 to condense light
is provided. Further, a condenser lens 39 is provided behind the condenser lens 37 to condense the scattered light from the e-striped region 38, and one end of an optical fiber 40 is fixed at the focal position of the condenser lens 39. Since the optical fiber 40 guides the scattered light to the signal processing section, a normal multimode optical fiber can be used. Now, the signal processing section 50 is provided with a photoelectric converter 51 such as an avalanche type photodiode that converts the output of the optical fiber 40 into an electrical signal. The output of the photoelectric converter 51 is given to a bypass filter 53 via an amplifier 52. The bypass filter 53 provides only the high frequency components of the applied electrical signal to the frequency measuring device 54 at the next stage. The frequency measuring device 54 measures the frequency of a given signal, and may be a frequency analyzer that processes the signal in the frequency domain, or a counter type that processes the signal in the time domain or an F/V using frequency negative feedback. It may also be a converter. The output of the frequency measuring device 54 is sent to the signal processor 5
given to 5.

信号処理器55は横ゼーマンレーザの二つのレーザビー
ムの周波数差に基づいて粒子pの速度及び方向を信号処
理によって出力するものであって、二つのレーザビーム
の周波数差を内部メモリに保持しておいてもよく、又第
4図に破線で示すように光電変換器24の二つの周波数
差の出力に基づいて信号処理するようにしてもよい。信
号処理器55の出力は表示器56に与えられて表示され
る。
The signal processor 55 outputs the velocity and direction of the particle p by signal processing based on the frequency difference between two laser beams of the transverse Zeeman laser, and stores the frequency difference between the two laser beams in an internal memory. Alternatively, as shown by the broken line in FIG. 4, signal processing may be performed based on the output of the two frequency differences of the photoelectric converter 24. The output of the signal processor 55 is given to a display 56 and displayed.

次に本発明のレーザドツプラー速度針の動作について説
明する。第4図に示すように横ゼーマンレーザ20は周
波数Δfだけ異なり偏光方向が直交した二つのレーザビ
ームを出力しており、それらの二つのレーザビームは単
一モード光ファイバ31によってそのままセンサ部32
に与えられる。
Next, the operation of the laser Doppler speed hand of the present invention will be explained. As shown in FIG. 4, the transverse Zeeman laser 20 outputs two laser beams that differ by frequency Δf and have orthogonal polarization directions, and these two laser beams are transmitted directly to the sensor section 32 through a single mode optical fiber 31.
given to.

センづ部32ではこれらのレーザビームを偏光ビームス
ブリック33によって分離する。即ち例えば図示のよう
に紙面に平行な1で表示したP偏光をそのまま通過させ
、・で表示したS偏光を偏光ビームスプリッタ33で反
射させミラー34に与える。ミラー34によって反射さ
れたS偏光のレーザ光は偏光面回転器35によってその
偏光面が回転されてP偏光に変換される。このようにし
て二つのレーデビーム36a、36bの偏光方向をそろ
えた後、前述したように集光レンズ37によって一点で
交叉するように集光させれば交叉領域3Bに干渉縞が得
られる。この干渉縞のピッチは横ゼーマンレーザ20の
レーザビームの周波数fl。
In the sensing section 32, these laser beams are separated by a polarizing beam brick 33. That is, for example, as shown in the figure, P-polarized light parallel to the plane of the paper, indicated by 1, is passed through as is, and S-polarized light, indicated by . The polarization plane of the S-polarized laser beam reflected by the mirror 34 is rotated by the polarization plane rotator 35 and converted into P-polarization. After aligning the polarization directions of the two Rade beams 36a and 36b in this manner, the beams are focused by the condenser lens 37 so as to intersect at one point, as described above, to obtain interference fringes in the intersection region 3B. The pitch of this interference fringe is the frequency fl of the laser beam of the transverse Zeeman laser 20.

f2と交叉角度に対応したものとなっており、同時にそ
の干渉縞は横ゼーマンレーザ20における二つのレーザ
ビームの周波数差、即ち八fの周波数に対応して移動す
るものとなっている。従ってこの交叉領域38を粒子p
が通過すれば散乱光が集光レンズ37.39及び光ファ
イバ4oを介して信号処理部50の光電変換器51に与
えられるが、光電変換器51より得られる電気信号の周
波数は粒子pの速度及び方向に対応して異なるものとな
っている。例えば第5図に示すようにΔ「を中心として
その前後の周波数によって方向と速度とを判別すること
ができる。例えば第5図に示ずように光電変換器51の
出力信号のスペクトルSがシフト周波数Δfよりも低け
れば、第2図に示す拡大図において粒子pは交叉領域3
8の干渉縞部分をb方向に進行したものと考えられる。
f2 and the intersection angle, and at the same time, the interference fringes move corresponding to the frequency difference between the two laser beams in the transverse Zeeman laser 20, that is, the frequency of 8f. Therefore, this intersection region 38 is defined as the particle p
, the scattered light is given to the photoelectric converter 51 of the signal processing section 50 via the condensing lens 37, 39 and the optical fiber 4o, but the frequency of the electric signal obtained from the photoelectric converter 51 depends on the velocity of the particle p. and the direction. For example, as shown in FIG. 5, the direction and speed can be determined based on the frequencies before and after Δ" as the center. For example, as shown in FIG. 5, the spectrum S of the output signal of the photoelectric converter 51 shifts. If the frequency is lower than Δf, the particle p is in the intersection region 3 in the enlarged view shown in FIG.
It is considered that the interference fringe portion of No. 8 has progressed in the b direction.

そしてその速度はシフ1−周波数Δfからの差によって
検知することができる。又粒子pが交叉領域38をa方
向に進行した場合には、光電変換器51の出カスベクト
ルはシフト周波数Δfよりも大きなものとなっており、
その周波数差は粒子pの速度に対応している。このよう
な信号処理を信号処理器55によって行った後表示器5
6により粒子pの速度と方向を表示する。
The speed can be detected by the difference from shift 1 - frequency Δf. Further, when the particle p moves in the direction a through the intersection region 38, the output dregs vector of the photoelectric converter 51 is larger than the shift frequency Δf,
The frequency difference corresponds to the velocity of particle p. After such signal processing is performed by the signal processor 55, the display 5
6 indicates the velocity and direction of particle p.

尚前述したように信号処理器55に光電変換器24から
の二つの周波数差の信号を与えるようにした場合には、
横ゼーマンレーザ20の出力に微少な周波数変動があっ
ても正しい速度を表示することができる。即ちΔfが第
5図に破線で示すようにわずかにずれた場合には、それ
に対応して光電変換器51より与えられる信号の周波数
も同様に破線で信号スペクトルs1を示すようにずれる
こととなり、それらの間の周波数差は等しい。従って横
ゼーマンレーザの周波数変動を打ち消すことができるた
め、より精密な速度測定をすることが可能となる。
As mentioned above, when the signal processor 55 is given two frequency difference signals from the photoelectric converter 24,
Even if there is a slight frequency fluctuation in the output of the transverse Zeeman laser 20, the correct speed can be displayed. That is, if Δf shifts slightly as shown by the broken line in FIG. 5, the frequency of the signal provided by the photoelectric converter 51 will also shift accordingly, as shown by the broken line as signal spectrum s1. The frequency difference between them is equal. Therefore, frequency fluctuations of the transverse Zeeman laser can be canceled out, making it possible to measure speed more precisely.

尚、本実施例は干渉縞を形成するレーザビームの後方に
散乱する散乱光を集光して検知信号として用いる後方散
乱型のレーザドツプラー速度計6ごついて説明した。こ
れは第3図に示すように発光部分と受光部分が一体にな
っているため取扱が容易であるが、SN比を高くし、よ
り強い散乱光強度を得るために光源となるレーザ光の前
方への散乱光を集光して信号とする前方散乱型のレーザ
ドツプラー速度針に適応することも可能である。
In this embodiment, a backscattering type laser Doppler velocimeter 6 has been described which collects scattered light scattered backward from a laser beam forming interference fringes and uses it as a detection signal. This is easy to handle because the light emitting part and the light receiving part are integrated as shown in Figure 3, but in order to increase the S/N ratio and obtain stronger scattered light intensity, the It is also possible to apply it to a forward scattering type laser Doppler speed needle that collects scattered light and uses it as a signal.

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

第1図及び第3図は従来のレーザドツプラー速度計を示
すブロック図、第2図はレーザビームの交叉領域にでき
る干渉縞の状態を示す図、第4図は本発明によるレーザ
ドツプラー速度計の構成の一実施例を示すブロック図、
第5図は光電変換器に得られる速度信号を示す検波出カ
スベクトル図である。 1−−−〜レーザ 20−−−横ゼーマンレーザ13、
 31−−一車一七−ト光ファイバ 10゜12 、 
33−−−一部光ビームスプリンタ 35−偏光面回転
器 37−−−−−−−集光レンズ 38− 交叉領域
 40−−−−一光ファイバ 50−一信号処理部 5
1−−−−一光電変換器 54−−周波数測定器 55
−−−−−一信号処理器特許出願人 日本科学工業株式
会社 代理人 弁理士 岡本宜喜(他1名) 第1図 第3図 第5図 太 0−一−−−−−→大 す方向 連d方向
Figures 1 and 3 are block diagrams showing a conventional laser Doppler velocimeter, Figure 2 is a diagram showing the state of interference fringes formed in the intersection area of laser beams, and Figure 4 is a laser Doppler velocity meter according to the present invention. A block diagram showing an example of the configuration of the meter,
FIG. 5 is a detection output cass vector diagram showing the velocity signal obtained from the photoelectric converter. 1---Laser 20---Transverse Zeeman laser 13,
31--One wheel one-seventh optical fiber 10°12,
33--Partial optical beam splinter 35-Polarization plane rotator 37--Condensing lens 38-Cross region 40--One optical fiber 50-One signal processing unit 5
1----One photoelectric converter 54--Frequency measuring device 55
------- Signal Processor Patent Applicant Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd. Agent Patent Attorney Yoshiki Okamoto (and 1 other person) Figure 1 Figure 3 Figure 5 Th Direction continuous d direction

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)互いに方向の異なる直線偏光特性を有し、所定の
周波数差の二つの周波数成分を有するレーザ光を発する
内部鏡型レーザ光源と、 前記レーザ光源のレーザ光がり、えられ、測定領域にま
で延長された偏光面保存型の単一モー1′光フアイバと
、 前記光フアイバ出力のレーザ光を偏光の相違tこ基づい
て前記2つの成分に分光する偏光ビームスブリックと、 前記偏光ビームスプリンタの出方のいずれかのレーザビ
ームの偏光方向を変え、他方のレーザビームの偏光方向
に揃える偏光面回転器と、前記偏光面回転器より得られ
るレーザビームと他方のレーザビームとを一点で交叉せ
しめる光学手段と、 ゛ 前記交叉領域を通過する粒子がらの散乱光を電気信号に
変換する光電変換器と、 前記光電変換器より得られるバースト信号の周波数を測
定する周波数測定器と、 前記周波数測定器より得られる周波数を前記レーザ光源
の周波数差と比較して粒子の速度を算出する演算手段と
、を具備することを特徴とするレーザドツプラー速度計
(1) An internal mirror type laser light source that emits laser light having two frequency components with a predetermined frequency difference and having linear polarization characteristics with mutually different directions; a polarization-preserving single modulus 1' optical fiber extended to 1'; a polarization beam splitter that splits the laser beam output from the optical fiber into the two components based on the difference in polarization; and a polarization beam splinter. A polarization plane rotator that changes the polarization direction of one of the output laser beams and aligns it with the polarization direction of the other laser beam, and the laser beam obtained from the polarization plane rotator and the other laser beam are made to intersect at one point. an optical means; a photoelectric converter that converts scattered light from particles passing through the intersection region into an electrical signal; a frequency measuring device that measures the frequency of the burst signal obtained from the photoelectric converter; and the frequency measuring device. 1. A laser Doppler velocimeter, comprising: calculation means for calculating the velocity of a particle by comparing the frequency obtained from the above with the frequency difference of the laser light source.
(2)前記気体レーザ光源は横ゼーマンレーザであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザドツ
プラー速度計。
(2) The laser Doppler velocimeter according to claim 1, wherein the gas laser light source is a transverse Zeeman laser.
(3)前記演算手段には前記レーザ光源より得られる二
つの周波数差の電気信号が与えられ、その信号を基準と
して前記周波数測定器より得られる周波数を比較し速度
を算出するものであることを特徴とする特許請求の範囲
第1項又は第2項記載のレーザドツプラー速度計。
(3) The calculation means is given an electrical signal with a difference in two frequencies obtained from the laser light source, and uses the signal as a reference to compare the frequency obtained from the frequency measuring device to calculate the speed. A laser Doppler velocimeter as claimed in claim 1 or 2.
(4)前記光学手段は2つのレーザビームを集束する集
束レンズであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
から第3項のいずれか1項に記載のレーザトンプラー速
度針。
(4) The laser templater speed needle according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical means is a focusing lens that focuses two laser beams.
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