JPS61169729A

JPS61169729A - 光応用計測装置

Info

Publication number: JPS61169729A
Application number: JP1199585A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tokumaru; 真徳丸; Shuichi Tai; 田井　修市; Kazuo Hisama; 和生久間; Toshio Aranishi; 新西　俊雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1986-07-31

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１この発明は、光の透過及び反射の作用を利用して圧力を
計測する光応用計測装置に関するものである。

［従来の技術］例えば圧力を測定する光応用計測装置として、従来光の
複屈折現象を利用したものがある。第２図は従来の光応
用計測装置を示す、どの図において、（１）は自然光を
射出する光源、（２）は光源（１）から射出された光を
伝送する光ファイバ。

（３）は光ファイバ（１）で伝送されてきた光を直線偏
光にする偏光子（例えばポリビニル板）である、（０は
光弾性素子であり、この素子にはその一面に加えられる
圧力（５）に応じて複屈折現象を生じ、例えばベークラ
イト、合成樹脂等の如き光学的に応力、歪みに敏感な部
材が用いられる。

（８）は％波長板、（７）は偏光子、（８）はプリズム
である。（８）は偏光子（７）から射出される光を伝送
する光ファイバ、（１０）はプリズム（８）から射出さ
れる光を伝送する光ファイバ、（１１）、（１２）は光
電変換を行う受光素子である。　（１３）は受光素子（
１１）、（１２）の出力信号の和を得る加算器、　（１
４）は受光素子（１１）、（１２）の出力信号の差を得
る減算器、（１５）は加算器（１３）の出力と減算器（
１４）の出力の比を得る割算器である。

上記構成において、光弾性素子における複屈折現象を利
用した従来の光応用計測装置は次のように動作する。先
ず、光源（１＞から射出された光は、光ファイバ（２）
を通って偏光子（３）に入射され、直線偏光に変換され
る。この直線偏光は光弾性素子（４）に入射される。光
弾性素子（４）は、その一つの面に測定対象である圧力
（５）が加わっており、これにより内部に複屈折現象が
生じる状態となっている。また光弾性素子（４）は、前
記偏光子（３）から射出された光が複屈折の長袖及び短
軸に対してそれぞれ４５°の角度で入射するように偏光
子（３）に対して配置される。

このような光弾性素子（０の作用及び配置構成によって
、光弾性素子（４）に入射した光は、加わる圧力（５）
に応じた楕円偏光となって出力される。楕円偏光にされ
た光は％波長板（６）によって更に９０°の位相差が与
えられ、検光子として作用する偏光子（７）で互いに直
角な２つの直線偏光成分に分枝される。一方の直線偏光
は偏光子（７）から射出され、他方の直線偏光はプリズ
ム（８）を介して射出される。上記楕円偏光の成分を成
す２つの直線偏光は光ファイバ（９）　、（１０）でそ
れぞれ別々に伝送され、受光素子（１１）、（１２）で
電気信号に変換される。受光素子（１１）、（１２）の
出力の和と差を加算器（１３）と減算器（１４）で得た
後に、この和と差の比を割算器（１５）で求める。光弾
性素子（４）に加わる圧力（５）に応じ複屈折で生じた
楕円偏光は２つの直線偏光成分の振幅が圧力（５）の大
きさに比例して異なるため、上記のようにして得られた
割算器（１５）の出力値によって光弾性素子（４）に加
わる圧力を測定することが可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］前述した従来の光応用計測装置では、光弾性素子（４）
の複屈折現象に基づき圧力に応じて生じる変調光の２つ
の光成分を分枝して取り出し、２本の別々の光ファイバ
（９）、（１Ｇ）を用いて伝送するようにしたため、各
光ファイバ（９）、（１０）で別々に生じる光損失が測
定値に影響を与え、測定誤差の原因になるという問題を
有していた。

この発明は、光応用計測装置において、光信号を伝送す
る光ファイバの伝送損失の変動が測定値に影響を与える
のを防止し、測定精度の向上を企図した光応用計測装置
を得ることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段１この発明に係る光応用計測装置は、第１波長の光と第２
波長の光を射出する光源をそれぞれ備え、第１波長の光
を透過し第２波長の光を反射するダイクロイックミラー
と第１波長の光を反射する全反射ミラーとを貼着して形
成し圧力に応じて変位するセンサ部を設け、上記第１波
長の光と第２波長の光を１本の同一光ファイバでセンサ
部まで導き、センナ部において生じる反射光を１本の同
一光ファイバで受光素子まで導き、受光素子の出力信号
に基づいて所定の電気回路で被測定圧力に比例した信号
を得るように構成したものである。

［作用］この発明においては、信号光である第１波長の光と参照
光である第２波長の光を、各光源からセンサ部までの間
及びセンサ部から信号処理を行う電気回路までの間をそ
れぞれ１本の同一光ファイバで伝送するようにしたため
、２つの光に生じる光ファイバによる伝送損失が等しく
なり、最終的な測定値において光ファイバの伝送損失の
変動による誤差が少なくなる。

［実施例］以下にこの発明の一実施例を図面に従って税引する。第
１図はこの発明に係る光応用計測装置の一実施例の全体
構成図である。　（１Ｂ）は信号光である波長入１　（
第１波長）の光を射出する光源、（１７）は参照光であ
る波長入２　（第２波長）の光を射出する光源である。

光源（１Ｂ）　、（１？）はパルス発生器（１８）から
供給されるパルス信号で駆動される。　（１９）は光源
（１８）の射出する光を伝送する元ファイバ、（２０）
は光源（１７）の射出する光を伝送する光ファイバ、（
２１）はバンドパスフィルタ、（２２）ハ合波プリズム
である０合波プリズム（２２）は光源（１１３）　、　
（１７）から射出される２つの光を所定の方向へ進行さ
せる。　（２３）、（２４）はそれぞれ焦点の固定され
たセルフォックレンズであり、セルフォックレンズ（２
３）、（２４）はセンサ部（２５）に対向させて配置さ
れる。センサ部（２５）は、波長入１の光を透過し且つ
波長入２の光を反射するダイクロイックミラー（２６）
と波長入１の光を反射する全反射ミラー−（２７）、と
を貼着して構成し、加わる圧力（５）により圧力（５）
の大きさに比例して上下方向（２８）に変位するように
設けられる。（２９）は合波プリズム（２２）とセルフ
ォックレンズ（２３）の間の光伝送を行う光ファイバ、
（３０）はセルフォックレンズ（２４）が受けた反射光
を伝送する光ファイバである。　（３１）は光電変換を
行う受光素子である。

（３２）、（３３）は上記受光素子（３１）の出力信号
を入力し、パルス発生器（１８）から供給されるパルス
信号によって駆動されるサンプルホールドアンプである
。サンプルホールドアンプ（３２）によって光源（１８
）から波長入１の光に関する信号が取り出され、サンプ
ルホールドアンプ（３３）によって光源（１７）からの
波長入２の光に関する信号が取り出される。（３４）は
サンプルホールドアンプ（３３）の出力信号を定数倍す
るアンプ、（３５）はインバータである。（３Ｂ）はサ
ンプルホールドアンプ（３２）から出力される信号とイ
ンバータ（３５）から出力される信号との間にて減算処
理を行う減算器であり、（３７）は減算器（３Ｂ）の出
力信号とサンプルホールドアンプ（３３）の出力信号を
入力して割算を行う割算器である。

次に上記実施例の動作を説明する。先ず光源（１６）か
ら射出された波長入１の信号光は光ファイバ（１８）、
合波プリズム（２２）、光ファイバ（２９）、セルフォ
ックレンズ（２３）を通ってセンサ部（２５）に案内さ
れる。センサ部（２５）において波長入・の信号光はダ
イクロイックミラー（２８）を透過し、全反射ミラー（
２７）に当った分だけが反射し、この反射光がセルフォ
ックレンズ（２４）、光ファイバ（３０）を通って受光
素子（３１）にて受光される。センサ部（２５）は圧力
（５）に応じて上下に変位するためセンサ部（２５）に
投射された波長入１の信号光の中で反射される光量は圧
力（５）に応じて変化する。従って受光素子（３１）に
入光され、光電変換によって出力される電流信号は圧力
（５）に応じて発生することになる。

一方光源（１７）から射出された波長入２の参照光は、
光ファイバ（２０）、バンドパスフィルタ（２１）、合
波プリズム（２２）、光ファイバ（２９）、セルフォッ
クレンズ（２３）を通してセンサ部（２５）に導かれる
。

センサ部（２５）において、波長入２の参照光はダイク
ロイックミラー（２Ｂ）で全反射され、セルフォックレ
ンズ（２４）、光ファイバ（３０）を通って受光素子（
３１）に受光され、受光素子（３１）によって電流信号
に変換される。

以上において、光源（１Ｂ）、（１７）の発光動作はパ
ルス発生器（１８）が出力するパルスで交互に行われる
。そこで受光素子（３１）の出力信号をサンプルホール
ドアンプ（３２）、（３３）に入力し、光源（１６）の
駆動信号でサンプルホールドアンプ（３２）を動作し且
つ光源（１７）の駆動信号でサンプルホールドアンプ（
３３）を動作する。このようにするとそれぞれ同期をと
ることができ、光源（ＩＢ）からの光（波長入１）に係
る信号をサンプルホールドアンプ（３２）の出力に、ま
た光源（１７）からの光（波長入２）に係る信号をサン
プルホールドアンプ（３３）の出力に分離して取り出す
ことができる。

ところでサンプルホールドアンプ（３２）の出力信号に
は、セルフォックレンズ（２３）とダイクロイックミラ
ー（２Ｂ）の配置関係が原因となって光源（１８）から
供給される信号光のうちダイクロイックミラー（２Ｂ）
による反射成分が含まれる。そこでサンプルホールドア
ンプ（３３）の参照光に係る出力信号に基づき上記反射
成分を近似的に求めてサンプルホールドアンプ（３２）
の出力信号から除去し、全反射ミラー（２７）による反
射成分の信号のみを得るように構成した。すなわち、サ
ンプルホールドアンプ（３３）の出力信号をアンプ（３
４）で定数倍して、信号光（波長入１）のダイクロイッ
クミラー（２Ｂ）による反射成分に近似した信号を得、
これをインバータ（３５）で符号反転して減算器（３６
）の非反転端子に入力させている。従って減算器（３Ｂ
）の出力には波長λ１の信号の信号光のうち全反射ミラ
ー（２７）によって反射された成分の信号のみが得られ
、この信号は圧力（５）に比例した信号となっている。

上記のようにして得た減算器（３６）の出力信号とサン
プルホールドアンプ（３３）の出力信号を減算器（３７
）に入力し、その出力端子（３８）において両信号の比
を得る。この比によってセンサ部（２８）に加わる圧力
（５）を測定することができる。

上記実施例において、波長入１の信号光と波長λ２の参
照光は光ファイバ（２９）　、　（３０）における伝送
損失がほぼ等しい波長に選定される。上記のようにセン
サ部（２５）で変調される信号光と変調されない参照光
を同一の１本の光ファイバ（２９）、（３０）で伝送す
るため光ファイバ（２９）、（３０）で伝送損失が変動
したとしても、その損失分は信号光、参照光の両方につ
いて等しく生じる。従って割算器（３７）の出力端子（
３８）に得られる圧力（５）に係る最終的測定値におい
て光ファイバ（２９）、　（３０）の伝送損失の変動が
影響することはほとんどなくなる。

前記実施例では圧力の計測装置として構成したが、応力
１回転モーメント等の計測に適用することもできる。

［発明の効果］この発明は以上説明した通り、センサ部で圧力等に応じ
て変調される信号光と変調されない参照光とを、光源か
らセンサ部に至るまでの間及びセンサ部から測定値を得
る電気回路に至るまでの間をそれぞれ１本の同一光ファ
イバによって伝送するようにしたため、電気回路で得る
測定値において光ファイバの伝送損失の変動を排除する
ことができ、測定精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す圧力を測定する光応
用計測装置のブロック図、第２図は従来の光の複屈折を
応用した光応用計測装置のブロック図である。図において。（５）は圧力、（１Ｂ）は第１波長であ名波長入１の光源、（１７）は
第２波長である波長入２の光源、（２２）は合波プリズ
ム。（２５）はセンサ部。（２Ｂ）はグイクロイックミラー、（２７）は全反射ミラー。（２９）　、　（３０）は光ファイバ、（３１）は受光
素子、（３２）　、　（３３）はサンプルホールドアンプ、（
３４）は定数倍アンプ、（３５）はインバータ、（３６）は減算器。（３７）は割算器である。

Claims

【特許請求の範囲】

第１波長の光を射出する光源、第２波長の光を射出する
光源、第１波長の光を透過し第２波長の光を反射するダ
イクロイックミラーと第１波長の光を反射する全反射ミ
ラーとを貼着して形成し圧力に応じて変位するセンサ部
、上記第１波長の光と上記第２波長の光を上記センサ部
に伝送する１本の光ファイバ、上記センサ部にて反射さ
れる第１波長及び第２波長の光を受光素子に伝送する１
本の光ファイバ、上記受光素子の出力信号から上記第１
波長の光に係る信号と上記第２波長の光に係る信号を取
り出し、これらの２つの信号を用いて上記圧力に比例し
た信号を得る電気回路を備えたことを特徴とする光応用
計測装置。