JPH03181803A - Vacuum piston-type optical fiber length measuring instrument - Google Patents
Vacuum piston-type optical fiber length measuring instrumentInfo
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- JPH03181803A JPH03181803A JP32184389A JP32184389A JPH03181803A JP H03181803 A JPH03181803 A JP H03181803A JP 32184389 A JP32184389 A JP 32184389A JP 32184389 A JP32184389 A JP 32184389A JP H03181803 A JPH03181803 A JP H03181803A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、用尺式の測長器に関し、更に詳しくは光の干
渉を利用した光ファイバセンサ装置を用尺式の測長器に
応用した装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention relates to a length measuring device of the length measuring device, and more specifically, the application of an optical fiber sensor device using interference of light to the length measuring device of the length measuring device of the length measuring device. This relates to a device that has been used.
[従来技術]
従来、光ファイバを介して光送受信部と光センサヘッド
部との間で光の送受信を行うとともに、参照光と計測光
を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
基づいて測定を行う光ファイバセンサ装置を応用した用
尺式の測長器がある。[Prior Art] Conventionally, light is transmitted and received between an optical transmitting/receiving unit and an optical sensor head via an optical fiber, and based on a phase change of interference light obtained by interfering a reference light and a measurement light, There is a length measuring device that uses an optical fiber sensor device to perform measurements.
例えば本願出願人が先に出願した特願昭62−3352
42号、特願昭62−316497号、特願昭63−2
9313号の明細書に記載されている光ファイバセンサ
装置の実施例の中に用尺式の測長器があり、特に特願昭
62−335242号に提案されたノギス型の測尺機構
を有する試作機では、分解能0.08Jaを達成してい
る。For example, patent application No. 62-3352 filed earlier by the applicant.
No. 42, Patent Application No. 1982-316497, Patent Application No. 1983-2
Among the embodiments of the optical fiber sensor device described in the specification of No. 9313, there is a length measuring device of a length measuring device, and in particular, it has a caliper type measuring mechanism proposed in Japanese Patent Application No. 1983-335242. The prototype machine achieved a resolution of 0.08 Ja.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、5桁以上の正確に測定値を得るには、測
定時の空気の屈折率を何らかの手段で求め、前記用尺式
の測長器から得られる測定値を空気の屈折率によって補
正しなければならず、更に空気の屈折率は気温、気圧、
湿度、CO,濃度によって時々刻々変化するので、空気
の屈折率測定は、測定期間中常時行なわれなければなら
ないというわずられしさがあった。[Problem to be Solved by the Invention] However, in order to obtain an accurate measurement value of five digits or more, the refractive index of the air at the time of measurement must be determined by some means, and the measurement value obtained from the above-mentioned length measuring device must be determined by some means. must be corrected by the refractive index of air, and the refractive index of air also depends on temperature, atmospheric pressure,
Since the refractive index of air changes from moment to moment depending on humidity, CO, and concentration, it is cumbersome that the refractive index of air must be constantly measured during the measurement period.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、レーザ光源の真空中の波長さえ正確にわかっ
ていれば、空気の屈折率を求める必要のない、つまり空
気に影響されない真空ピストン式の光ファイバ測長器の
提供を目的としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and as long as the wavelength of the laser light source in vacuum is known, there is no need to calculate the refractive index of air. The purpose is to provide a piston-type optical fiber length measuring device.
[課題を解決するための手段]
この目的を達成するために本発明の真空ピストン式光フ
ァイバ測長器では、光ファイバを介して光送受信部と光
センサヘッド部との間で光の送受信を行うとともに、参
照光と計測光の位相変化に基づいて測定を行う光ファイ
バセンサ装置によって測尺機構のピストンの前進後退量
が測定される構成であって、前記ピストンはピストンの
前進後退に対して真空部の体積が変化しない構造を有す
る真空容器に取り付けられることを特徴とするとともに
、前記光センサヘッド部の計測光と参照光の光路が前記
真空容器におさめられている様に構成されている。[Means for Solving the Problem] In order to achieve this object, the vacuum piston type optical fiber length measuring instrument of the present invention transmits and receives light between the optical transmitting and receiving section and the optical sensor head section via an optical fiber. At the same time, the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism is measured by an optical fiber sensor device that measures based on the phase change of the reference light and the measurement light, and the piston is It is characterized in that it is attached to a vacuum container having a structure in which the volume of the vacuum part does not change, and is configured such that the optical path of the measurement light and reference light of the optical sensor head section is contained in the vacuum container. .
又、偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、周波数が等しい
参照光及び計測光を取り出すための光を前記定偏波光フ
ァイバへ入射させるとともに、その定偏波光ファイバを
介して戻される2種類の干渉光をそれぞれ検出して電気
信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバに
よって伝送された光に基づいて前記参照光及び計測光を
取り出すとともに、その計測光の位相が、測尺機構のピ
ストンの前進後退によって変化させられるのに伴って光
強度変化の位相が変化させられ、且つその光強度変化の
位相が互いに90″ずらされた2種類の干渉光が前記定
偏波光ファイバの2伝送モードにて伝送されるようにそ
の定偏波光ファイバに光を入射させる光センサヘッド部
とを有するものであり、前記2種類の干渉光に対応して
位相が90″ずらされた2柾類のA相及びB相の電気信
号に基づいてその干渉光の位相変化量を求めて前記測尺
機構のピストンの前進後退量を測定するように構成され
ている。Further, a single polarization-controlled optical fiber for transmission transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and light for extracting reference light and measurement light having the same frequency is input into the polarization-controlled optical fiber. In addition, an optical transmitter/receiver unit detects the two types of interference light returned via the constant polarization optical fiber and converts them into electrical signals, and the reference light and the measurement light are detected based on the light transmitted by the constant polarization optical fiber. As the light is extracted, the phase of the measurement light is changed by advancing and retracting the piston of the measuring mechanism, and the phase of the light intensity change is changed, and the phases of the light intensity changes are shifted by 90'' from each other. and an optical sensor head section that inputs light into the constant polarization optical fiber so that the two types of interference light are transmitted in two transmission modes of the constant polarization optical fiber, and the two types of interference light are The amount of phase change of the interference light is determined based on the electric signals of the A phase and B phase of two groups whose phases are shifted by 90'' corresponding to the light, and the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism is measured. It is configured as follows.
又、偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、前記参照光及び
計測光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、それ等の参
照光及び計測光を前記2伝送モードの一方及び他方にて
伝送させるとともに、その定偏波光ファイバを介して戻
されたそれ等の参照光及び計測光に基づいて干渉光を生
成し、その干渉光の光強度変化を検出して電気信号に変
換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバによって伝
送された前記参照光及び計測光の内、計測光の位相を測
尺機構のピストンの前進後退によって変化させるととも
に、それ等の参照光及び計測光を往路とは反対の伝送モ
ードにて伝送されるように前記定偏波光ファイバに入射
させる光センサヘッド部とを有する構成されている。Further, a single polarization-controlled optical fiber for transmission transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and the reference light and the measurement light are made to enter the polarization-controlled optical fiber, and the reference light and the measurement light are incident on the polarization-controlled optical fiber. The measurement light is transmitted in one and the other of the two transmission modes, and interference light is generated based on the reference light and measurement light returned via the constant polarization optical fiber, and the interference light is generated. an optical transmitter/receiver that detects a change in intensity and converts it into an electrical signal, and changes the phase of the measurement light among the reference light and measurement light transmitted by the constant polarization optical fiber by moving a piston of a measuring mechanism forward and backward; It also includes an optical sensor head section that causes the reference light and measurement light to enter the polarization-controlled optical fiber so as to be transmitted in a transmission mode opposite to that of the forward path.
又、真空ピストン式光ファイバ測長器は、偏波面が互い
に直交する2伝送モードにて光を伝送する伝送用定偏波
光ファイバと、偏波面が互いに直交し且つ周波数が異な
る2種類の直線偏光を前記定偏波光ファイバへ入射させ
、その2種類の直線偏光を前記2伝送モードの一方及び
他方にて伝送させるとともに、その定偏波光ファイバの
前記2伝送モードにて戻された2種類の干渉光をそれぞ
れ検出して電気信号に変換する光送受信部と、前記定偏
波光ファイバによって伝送された前記2種類の直線偏光
をそれぞれ前記参照光と計測光とに分配し、その計測光
の周波数を測尺機構のピストンの前進後退によって変化
させるとともに、それ等の参照光及び計測光の何れか一
方に含まれる前記2種類の直線偏光の偏波面をそれぞれ
反対方向へ90’回転させた後、それ等の参照光と計測
光とを合波させて前記定偏波光ファイバに入射させる光
センサヘッド部とを有するものであり、前記2種類の干
渉光に対応する2種類の電気信号の周波数差に基づいて
前記測尺機構のピストンの前進後退量を測定するように
構成される。In addition, the vacuum piston type optical fiber length measuring device uses a constant polarization optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes with polarization planes that are orthogonal to each other, and two types of linearly polarized light that transmit light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies. is input into the polarization-controlled optical fiber, the two types of linearly polarized light are transmitted in one and the other of the two transmission modes, and the two types of interference returned in the two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber are transmitted. an optical transmitter/receiver that detects each light and converts it into an electrical signal; and divides the two types of linearly polarized light transmitted by the constant polarization optical fiber into the reference light and measurement light, respectively, and determines the frequency of the measurement light. After changing the polarization plane of the two types of linearly polarized light included in either the reference light or the measurement light by 90' in opposite directions while changing it by advancing and retreating the piston of the measuring mechanism, It has an optical sensor head section that combines a reference light such as . The measuring mechanism is configured to measure the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism based on the measuring mechanism.
[作用]
上記の構成を有する本発明の真空ピストン式光ファイバ
1111 gc器においては、光の干渉を利用して測定
を行う光ファイバセンサ装置の光センサヘッド部の計測
光と参照光の光路が真空容器内におさめられているため
空気に影響されず測尺機構のピストンの前進後退量が測
定される。[Function] In the vacuum piston type optical fiber 1111 GC device of the present invention having the above configuration, the optical path of the measurement light and reference light of the optical sensor head of the optical fiber sensor device that performs measurement using light interference is Since it is housed in a vacuum container, the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism can be measured without being affected by air.
また、ピストンの前進後退に対して真空部の体積が変化
しないので、ピストンを前進後退させるときに大気圧が
加わらない。Further, since the volume of the vacuum portion does not change as the piston moves forward and backward, atmospheric pressure is not applied when the piston moves forward and backward.
更に定偏波光ファイバ内において、往路では参照光及び
計測光を取り出すための光が2伝送モードのうちの一方
のモードにて伝送され、復路では光強度変化の位相が互
いに90″ずらされた2種類の干渉光が互いに異なる2
伝送モードによりそれぞれ伝送される形式の光ファイバ
センサ装置が用いられているため、定偏波光ファイバの
温度変化や振動等に起因する干渉光の位相変化が互いに
相殺され、高い測定精度が得られる。Furthermore, in the polarization-controlled optical fiber, the light for extracting the reference light and measurement light is transmitted in one of two transmission modes on the outward path, and the phases of the light intensity changes are shifted by 90'' from each other on the return path. Different types of interference light 2
Since an optical fiber sensor device is used in which transmission is carried out in different transmission modes, phase changes in the interference light caused by temperature changes, vibrations, etc. of the polarization-constant optical fiber cancel each other out, and high measurement accuracy can be obtained.
又、定偏波光ファイバ内において伝送される参照光及び
計測光が、往路と復路とで互いに反対の伝送モードによ
り伝送される形式の光ファイバセンサ装置が用いてられ
ているため、上記請求項、(2)の真空ピストン式光フ
ァイバ測長器と同様に、定偏波光ファイバの温度変化や
振動等に起因する参照光及び計測光の位相変化が相殺さ
れ、高い精度が得られる。Further, since an optical fiber sensor device is used in which the reference light and the measurement light transmitted in the constant polarization optical fiber are transmitted in mutually opposite transmission modes on the outward and return paths, the above-mentioned claims, Similar to the vacuum piston type optical fiber length measuring device (2), phase changes in the reference light and measurement light caused by temperature changes, vibrations, etc. of the constant polarization optical fiber are canceled out, and high accuracy can be obtained.
又、定偏波光ファイバを通して伝送された偏波面が直交
し且つ周波数が異なる2種類の直線偏光が光センサヘッ
ド部においてそれぞれ参照光と計111F+光とに分配
され、それ等参照光及び計測光の何れか一方に含まれる
前記2種類の直線偏光の偏波面がそれぞれ反対方向へ9
0″ずつ回転させられる。その後、それ等の参照光と計
測光とが合波されることにより2種類の干渉光が得られ
、定偏波光ファイバの2種類の伝送モードで光送受信部
まで戻されて電気信号に変換されることにより、その2
種類の電気信号の周波数差に基づいてピストンの前進後
退量がn1定される。したがって、この場合にも、定偏
波光ファイバ内を伝送中に直線偏光に与えられる周波数
シフトが相殺され、高い測定精度が得られる。In addition, two types of linearly polarized light with orthogonal polarization planes and different frequencies transmitted through a constant polarization optical fiber are divided into a reference light and a total of 111F+ light in the optical sensor head, and these are the reference light and measurement light. The planes of polarization of the two types of linearly polarized light contained in either one are in opposite directions.
The reference light and the measurement light are then combined to obtain two types of interference light, which are returned to the optical transmitter/receiver in two transmission modes of the polarized optical fiber. By converting it into an electrical signal, the second
The amount of forward and backward movement of the piston is determined n1 based on the frequency difference between the different types of electrical signals. Therefore, in this case as well, the frequency shift given to the linearly polarized light during transmission in the constant polarization optical fiber is canceled out, and high measurement accuracy can be obtained.
[実施例]
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。[Example] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図に示す様に定偏波光ファイバ20を介して光送受
信部102と光センサヘッド部104との間でレーザ光
の送受信を行うとともに、光センサヘッド部104内を
出ない、図示されていない、参照光L3と計測光LMと
を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
基づいて、副尺機構のピストンの前進後退量が測定され
る構成である。前記計測光LMは光センサヘッド部10
4から出射され、副尺機構のピストン108に取り付け
られたルーフプリズム116内で2回反射され、向きを
反転されてコーナーキューブミラー等の反射器112に
向けられ、反射器112で方向を反転され、光路を逆進
して再び光センサヘッド部104に戻されるので、ピス
トン108の前進後退量の4倍の光路変化が加えられる
。一方、光センサヘッド104内部の参照光LRの光路
は一定であるので、干渉光の位相変化は、ピストンの前
進後退量に対応するのである。上述のように計測光LM
及び参照光LRは、真空容器114内にあるので大気に
影響されないのである。また、副尺機構のピストン10
8には、片端を真空容器114の外側に向かって伸びる
金属ベローズ106aと、もう片端を真空容器114の
内側に向かって伸びる金属ベローズ106bが取り付け
られ、それら2つの金属ベローズ106a、bは同じも
のであるので、図に点線で示したように、ピストン10
8と金属ベローズ106a、bが伸び縮みしても真空容
器114の真空部の体積が変化しない。したがってピス
トンの前進後退に対して大気圧による力が加わらないの
である。尚、図では見やすいように真空容器114の外
側にある金属ベローズ1.06 aとピストン108に
ついてのみ、ピストン108が前進した場合の様子を示
しである。As shown in FIG. 1, laser light is transmitted and received between the optical transmitting/receiving unit 102 and the optical sensor head unit 104 via the polarization-controlled optical fiber 20, and the laser beam does not exit from the optical sensor head unit 104. In this configuration, the amount of forward and backward movement of the piston of the vernier mechanism is measured based on the phase change of the interference light obtained by interfering the reference light L3 and the measurement light LM. The measurement light LM is transmitted to the optical sensor head section 10.
4, is reflected twice within the roof prism 116 attached to the piston 108 of the vernier mechanism, is reversed in direction and directed to a reflector 112 such as a corner cube mirror, and is reversed in direction by the reflector 112. Since the light travels backward along the optical path and returns to the optical sensor head section 104 again, the optical path is changed by four times the amount of forward and backward movement of the piston 108. On the other hand, since the optical path of the reference light LR inside the optical sensor head 104 is constant, the phase change of the interference light corresponds to the amount of forward and backward movement of the piston. As mentioned above, the measurement light LM
Since the reference light LR and the reference light LR are located inside the vacuum container 114, they are not affected by the atmosphere. Also, the piston 10 of the vernier mechanism
8 is attached with a metal bellows 106a that extends toward the outside of the vacuum container 114 at one end, and a metal bellows 106b that extends toward the inside of the vacuum container 114 at the other end, and these two metal bellows 106a and b are the same. Therefore, as shown by the dotted line in the figure, the piston 10
Even if the metal bellows 8 and metal bellows 106a and 106b expand and contract, the volume of the vacuum part of the vacuum container 114 does not change. Therefore, no force due to atmospheric pressure is applied to the forward and backward movement of the piston. In addition, in the figure, only the metal bellows 1.06a and the piston 108 located outside the vacuum container 114 are shown in the case where the piston 108 moves forward for easy viewing.
以下の実施例において前記第1実施例と実質的に共通す
る部分には同一の符号を付して説明を省略する。In the following embodiments, parts that are substantially the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals and explanations thereof will be omitted.
第2図は、ピストンの前進後退に対して真空部の体積が
変化しない第1図とは別の構造を有する真空ピストン式
光ファイバ測長器であり、真空容器114の真空部と大
気の絶縁を2重の0リング58で行う方式である。この
場合もピストン108の前進後退に対して真空部の体積
が変化しないので、ピストン108の前進後退に対して
大気圧による力は加わらない。FIG. 2 shows a vacuum piston-type optical fiber length measuring instrument that has a different structure from that in FIG. This method uses a double O-ring 58. In this case as well, since the volume of the vacuum portion does not change as the piston 108 moves forward and backward, no force due to atmospheric pressure is applied to the movement of the piston 108 back and forth.
第3図は、別の実施例の光ファイバセンサ装置の構成を
示すもので、半導体レーザなどのレーザ光源10から発
射された単色のレーザ光は、光軸まわりに45@回転さ
せて配置された偏光ビームスプリッタ12、ファラデー
回転子14、偏光ビームスプリッタ16を通過した後、
集光レンズ18により定偏波光ファイバ20の端面に入
射させられる。上記偏光ビームスプリッタ12、ファラ
デー回転子14、及び偏光ビームスプリッタ16は、光
アイソレータとしても機能するものであり、反射光をレ
ーザ光源10へ入射させないようにする。また、偏光ビ
ームスプリッタ16は反射光を偏波面に従って分割する
機能をも備えており、偏光ビームスプリッタ16により
反射された光は、集光レンス22により第1光センサ2
4に入射させられる。また、偏光ビームスプリッタ16
を通過した反射光は、ファラデー回転子14により偏波
面が光軸まわりに45@回転させられるので偏光ビーム
スプリッタ12により反射されて、集光レンズ26によ
り第2光センサ28に入射させられる。本実施例では、
以上の光学素子及び光センサによって光ファイバセンサ
装置の光送受信部30が構成されており、この光送受信
部30の図示しない機枠に定偏波光ファイバ20の一端
部が固定されている。FIG. 3 shows the configuration of an optical fiber sensor device according to another embodiment, in which a monochromatic laser beam emitted from a laser light source 10 such as a semiconductor laser is arranged by rotating 45@ around the optical axis. After passing through the polarizing beam splitter 12, Faraday rotator 14, and polarizing beam splitter 16,
The light is made incident on the end face of the constant polarization optical fiber 20 by the condenser lens 18 . The polarizing beam splitter 12, Faraday rotator 14, and polarizing beam splitter 16 also function as optical isolators, and prevent reflected light from entering the laser light source 10. The polarizing beam splitter 16 also has a function of splitting the reflected light according to the plane of polarization, and the light reflected by the polarizing beam splitter 16 is passed through the condensing lens 22 to the first optical sensor 2.
4. In addition, the polarizing beam splitter 16
The reflected light that has passed through has its plane of polarization rotated by 45 degrees around the optical axis by the Faraday rotator 14 , so it is reflected by the polarizing beam splitter 12 and is made incident on the second photosensor 28 by the condensing lens 26 . In this example,
The above-described optical elements and optical sensors constitute the optical transmitting/receiving section 30 of the optical fiber sensor device, and one end of the constant polarization optical fiber 20 is fixed to a machine frame (not shown) of the optical transmitting/receiving section 30.
上記定偏波光ファイバ20は、コア32とこのコア32
を挾む一対の応力付与部34と、それらを覆うクラッド
36とから構成されており、たとえば互いに直交する偏
波面にて光を伝送するHE7.′モードおよびHE、、
ゞモードの2伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝
送する。前記のように定偏波光ファイバ20の一端部に
入射させられる光は偏光ビームスプリッタ16を通過し
た直線偏光であるから、定偏波光ファイバ20内におい
ては2伝送モードのうちの一方のモードにて伝送される
ように、定偏波光ファイバ20は光軸まわりの方位が調
整されて固定される。The polarization constant optical fiber 20 has a core 32 and a core 32.
The HE7. 'Mode and HE,
Light is transmitted while preserving the plane of polarization in two transmission modes: 1 and 2 modes. As mentioned above, since the light incident on one end of the polarization-controlled optical fiber 20 is linearly polarized light that has passed through the polarization beam splitter 16, the light is transmitted in one of the two transmission modes within the polarization-controlled optical fiber 20. For transmission, the polarization-constant optical fiber 20 is fixed with its orientation around the optical axis adjusted.
上記定偏波光ファイバ20の他端部は真空容器114に
固定されており、真空容器114は真空窓56と0リン
グ58によって大気と絶縁されており、真空容器114
の内に光センサヘッド部38の機枠40が固定されてい
る。前記定偏波光ファイバ20の2種類の伝送モードの
うちの一方の伝送モードにて伝送された直線偏光は、集
光レンズ46を通って平行光に変換された後、真空窓5
6を通されて、無偏光ビームスプリッタ48により参照
光LRと計測光LMとに分離される。無偏光ビームスプ
リッタ48を通過して計測光L8は、174波長板54
を通過させられた後に第1図あるいは第2図のルーフプ
リズム116内で2回反射されて向きを変えられ、コー
ナーキューブ・ミラーやキャッツアイ等の反射器112
に入射される一方、無偏光ビームスプリッタ48で反射
された参照光り、は、1/8波長板62を通過させられ
た後にミラー60によって方向変換させられ、集光レン
ズ64によってミラー66上に集光される。The other end of the constant polarization optical fiber 20 is fixed to a vacuum container 114, which is insulated from the atmosphere by a vacuum window 56 and an O-ring 58.
A machine frame 40 of the optical sensor head section 38 is fixed inside. The linearly polarized light transmitted in one of the two transmission modes of the constant polarization optical fiber 20 passes through the condenser lens 46 and is converted into parallel light, and then passes through the vacuum window 5.
6, and is separated into a reference light LR and a measurement light LM by a non-polarizing beam splitter 48. The measurement light L8 passes through the non-polarizing beam splitter 48 and passes through the 174-wave plate 54.
After passing through the roof prism 116 shown in FIG. 1 or 2, the direction is changed and the reflector 112 such as a corner cube mirror or cat's eye is reflected twice.
The reference beam reflected by the non-polarizing beam splitter 48 is directed by a mirror 60 after passing through a 1/8 wavelength plate 62, and is focused onto a mirror 66 by a condensing lens 64. be illuminated.
そして、反射器112とミラー66で反射された計測光
LM%参照光LRは、それぞれ往路と逆の光路を辿って
定偏波光ファイバ20に入射させられ、ピストン108
の前進後退による位相変化に応じて干渉させられる。す
なわち、この干渉光の光強度は、計測光L%Aの光路長
が一定であれば変化しないが、ピストン108が前進あ
るいは後退して光路長が変化すると、それに伴う計測光
L□の位相変化量に応じて変化する。Then, the measurement light LM% reference light LR reflected by the reflector 112 and the mirror 66 is inputted into the polarization-controlled optical fiber 20 following optical paths opposite to the forward path, and is made to enter the polarization-controlled optical fiber 20.
Interference is caused according to the phase change caused by the forward and backward movement of the That is, the light intensity of this interference light does not change if the optical path length of the measurement light L%A is constant, but when the piston 108 moves forward or backward and the optical path length changes, the phase of the measurement light L□ changes accordingly. Varies depending on quantity.
一方、前記1/4波長板54の光軸は往路の計測光LM
の偏波面に対して22.5°傾斜させられているため、
その1/4波長板54を2回通過させられた復路の計測
光りいの偏波面は45°傾斜させられる。また、前記1
78波長板62の光軸は往路の参照光LRの偏波面に対
して45@傾斜させられているため、その178波長板
62を2回通過させられた復路の参照光LRは円偏光に
変換される。このため、計測光LMは、定偏波光ファイ
バ20の2種類の伝送モードHE、、xおよびHE、、
Yに対して偏波面が45″傾斜させられ、それ等2tl
i類の伝送モードHE、、xおよびHE、。On the other hand, the optical axis of the quarter-wave plate 54 is the outgoing measurement light LM.
Because it is tilted at 22.5 degrees with respect to the polarization plane of
The plane of polarization of the measurement light beam on the return path that has passed through the quarter-wave plate 54 twice is tilted by 45°. In addition, the above 1
Since the optical axis of the 78-wave plate 62 is tilted by 45@ with respect to the polarization plane of the outbound reference light LR, the return reference light LR that has passed through the 178-wave plate 62 twice is converted into circularly polarized light. be done. Therefore, the measurement light LM is transmitted in two types of transmission modes HE, , x and HE, , of the polarization-controlled optical fiber 20.
The plane of polarization is tilted 45″ with respect to Y, and they are 2tl
i-class transmission modes HE,, x and HE,.
ゞに同じ位相で等分配されるが、円偏光の参照光LRは
、伝送モ)’HEB xオヨヒHE、l Yl:分配さ
れる際にその位相が互いに90’ずらされる。However, when the circularly polarized reference light LR is distributed, its phases are shifted by 90' from each other when distributed.
したがって、伝送モードHE、、Xで伝送される干渉光
の光強度変化の位相と伝送モードHE、、Yで伝送され
る干渉光の光強度変化の位相は互いに90″ずらされる
こととなる。Therefore, the phase of the light intensity change of the interference light transmitted in the transmission mode HE, ., X and the phase of the light intensity change of the interference light transmitted in the transmission mode HE, .
上記2a類の干渉光は、光強度変化の位相が90″ずら
されたまま定偏波光ファイバ20によって光送受信部3
0まで伝送され、それぞれ集光レンズ18により平行光
とされた後、偏光ビームスプリッタ16において分離さ
れ、前記第1光センサ24.第2光センサ28に入射さ
せられる。第1光センサ24及び第2光センサ28は、
2粍類の干渉光の光強度変化に対応して位相が90’ず
らされた2FJ類の電気信号、すなわち計測信号MSl
、MS2を出力する。これ等の計測信号MS1、、MS
2はそれぞれsin信号及びcos信号として取り扱わ
れ、測定回路70において、直流成分が除去された後電
圧Ovを閾値とするコンパレータによって干渉光の位相
が1/2位相πだけ変化する毎にパルスの発生、消滅を
繰り返し、且つ互いに位相が90″ずらされたA相及び
B相のパルス信号に変換され、可逆のアップダウンカウ
ンタによってその干渉光の位相変化量が高精度にδp1
定される。この位相変化量は、ピストン10gの前進後
退量に対応するもので、これによってピストンの動いた
距離が高い精度で測定されるのである。The above-mentioned interference light of type 2a is transmitted to the optical transmitter/receiver section 3 through the polarization-controlled optical fiber 20 with the phase of the change in light intensity shifted by 90''.
0, each of which is made into parallel light by a condenser lens 18, separated by a polarizing beam splitter 16, and sent to the first optical sensor 24. The light is made incident on the second optical sensor 28. The first optical sensor 24 and the second optical sensor 28 are
2FJ type electric signal whose phase is shifted by 90' in response to the change in the light intensity of the 2F type interference light, that is, the measurement signal MSl
, MS2 is output. These measurement signals MS1, , MS
2 are treated as a sine signal and a cosine signal, respectively, and in the measuring circuit 70, after the DC component is removed, a pulse is generated every time the phase of the interference light changes by 1/2 phase π by a comparator with the voltage Ov as a threshold value. , and are converted into A-phase and B-phase pulse signals whose phases are shifted by 90'' from each other, and the amount of phase change of the interference light is calculated with high precision by a reversible up-down counter δp1
determined. This amount of phase change corresponds to the amount of forward and backward movement of the piston 10g, and thereby the distance traveled by the piston can be measured with high accuracy.
一方、この実施例では、往路においては参照光り、及び
計測光LMを取り出すための直線偏光が一つの伝送モー
ドで定偏波光ファイバ20内を伝送され、後詰において
は2種類の干渉光が定偏波光ファイバ20の2つの伝送
モードでそれぞれ伝送されるようになっているため、温
度変動、歪、振動等の外部刺激に起因する定偏波光ファ
イバ20内における位相変化が相殺され、高い測定精度
が得られる。On the other hand, in this embodiment, in the forward path, the reference light and the linearly polarized light for extracting the measurement light LM are transmitted through the constant polarization optical fiber 20 in one transmission mode, and in the subsequent path, two types of interference light are transmitted with constant polarization. Since the waves are transmitted in two transmission modes of the optical fiber 20, phase changes within the polarization optical fiber 20 caused by external stimuli such as temperature fluctuations, distortion, and vibration are canceled out, and high measurement accuracy is achieved. can get.
また、真空容器114及び光センサヘッド部38は1本
の定偏波光ファイバ20によって光送受信部30に連結
されているため、真空容器114及び光センサヘッド部
がコンパクトに構成される利点がある。Further, since the vacuum container 114 and the optical sensor head section 38 are connected to the optical transmitter/receiver section 30 by one polarization-constant optical fiber 20, there is an advantage that the vacuum container 114 and the optical sensor head section are configured compactly.
第4図は、請求項(3)に記載された真空ピストン式光
ファイバ測長器に利用されている光ファイバセンサ装置
の構成を示すもので、レーザ光源10から発射されたレ
ーザ光は、偏光ビームスプリッタ12、ファラデー回転
子14、偏光ビームスプリッタ16、無偏光ビームスプ
リッタ74.174波長板76を通過した後、集光レン
ズ18により定偏波光ファイバ20に入射させられる。FIG. 4 shows the configuration of an optical fiber sensor device used in the vacuum piston type optical fiber length measuring device according to claim (3), in which the laser light emitted from the laser light source 10 is polarized. After passing through the beam splitter 12, the Faraday rotator 14, the polarizing beam splitter 16, the non-polarizing beam splitter 74, and the wavelength plate 76, the light is made incident on the polarization-constant optical fiber 20 by the condensing lens 18.
上記無偏光ビームスプリッタ74は、分岐比が偏光成分
に依存しないで反射光の一部を取り出すもので、その無
偏光ビームスプリッタ74より取り出された光は、光軸
まわりに45°回転して配置された信号成分取出用の偏
光ビームスプリッタ78を透過させられて信号成分だけ
とされ、集光レンズ22により第1光センサ24に入射
させられる。また、偏光ビームスプリッタ16によって
反射された反射光は、集光レンズ26により第2光セン
サ28に入射させられる。更に、174波長板76は図
に示す破線の矢印の方向に結晶軸を備えていて、直線偏
光を円偏光に変換する。このため、定偏波光ファイバ2
0の2種類の伝送モードHE II x及ヒHE 11
ゞテハ、互イニ位相カ90″異なる28類の直線偏光が
伝送される。この2種類の直線偏光が計測光LM及び参
照光L□である。The non-polarizing beam splitter 74 extracts a part of the reflected light without depending on the polarization component, and the light extracted from the non-polarizing beam splitter 74 is rotated by 45 degrees around the optical axis. The light beam is transmitted through the polarizing beam splitter 78 for extracting the signal component to form only the signal component, and is made incident on the first optical sensor 24 by the condensing lens 22. Further, the reflected light reflected by the polarizing beam splitter 16 is made incident on the second optical sensor 28 by the condensing lens 26. Furthermore, the 174-wave plate 76 has a crystal axis in the direction of the dashed arrow shown in the figure, and converts linearly polarized light into circularly polarized light. For this reason, the constant polarization optical fiber 2
0 two types of transmission modes HE II x and HE 11
In fact, 28 types of linearly polarized light having mutually different phase powers of 90'' are transmitted. These two types of linearly polarized light are the measurement light LM and the reference light L□.
この実施例では、以上の光学素子及び光センサによって
光ファイバセンサ装置の光送受信部80が構成されてい
る。尚、無偏光ビームスプリッタ74により外部へ出さ
れた光は、レーザ光源10の出力光のモニタとして利用
される。In this embodiment, the optical element and optical sensor described above constitute the optical transmitter/receiver section 80 of the optical fiber sensor device. Note that the light emitted to the outside by the non-polarizing beam splitter 74 is used as a monitor of the output light of the laser light source 10.
上記定偏波光ファイバ20の他端部は、真空容器114
に固定されており、真空容器114は真空窓56とOリ
ング58によって大気と絶縁されており、真空容器11
4の内に光センサヘッド部82の機枠83が固定されて
いる。前記定偏波光ファイバ20の他端部から出射され
た計測光り。The other end of the constant polarization optical fiber 20 is connected to a vacuum vessel 114.
The vacuum container 114 is insulated from the atmosphere by a vacuum window 56 and an O-ring 58.
A machine frame 83 of the optical sensor head section 82 is fixed within the frame 4. Measurement light emitted from the other end of the constant polarization optical fiber 20.
及び参照光LRは、集光レンズ46によって平行光とさ
れた後、ファラデー回転子84により偏波面が45’回
転させられる。その後、かかる計測光り、及び参照光L
Rは偏光ビームスプリッタ86により分離され、この偏
光ビームスプリッタ86を透過した計測光LMは第1図
あるいは第2図のルーフプリズム116内で2回反射さ
れて向きを変えられ、コーナーキューブ・ミラーやキャ
ッツアイ等の反射器112に入射される一方、偏光ビー
ムスプリッタ86により反射された参照光L8は、ミラ
ー60により方向変換された後集光レンズ64によって
ミラー66上に集光される。After the reference light LR is made into parallel light by the condensing lens 46, the plane of polarization is rotated by 45' by the Faraday rotator 84. After that, the measurement light and the reference light L
R is separated by a polarizing beam splitter 86, and the measurement light LM transmitted through the polarizing beam splitter 86 is reflected twice within the roof prism 116 shown in FIG. The reference light L8 is incident on the reflector 112 such as a cat's eye and reflected by the polarizing beam splitter 86, and after its direction is changed by the mirror 60, it is focused onto the mirror 66 by the condensing lens 64.
反射器112とミラー66で反射された計Al先LMs
参照光LRは、それぞれ往路と逆の光路を辿って定偏波
光ファイバ20に入射させられるが、それ等の偏波面は
反射によりそれぞれ180’反転させられているととも
に、ファラデー回転子84により45°回転させられる
ため、それぞれ往路と反対の伝送モードに入射させられ
る。そして、定偏波光ファイバ20により光送受信部8
0まで伝送された計測光LM及び参照光LRは、集光レ
ンズ18により平行光とされた後、1/4波長板76に
より右回転円偏光及び左回転円偏光に変換されるが、計
測光LM及び参照光LRの振幅は略等しいため、左右円
偏光による干渉により直線偏光となり、その偏波面はの
向きは計測光り、と参照光LRとの位相差により決定さ
れる。たとえば、計測光LMと参照光LRとの位相差が
2πであると、直線偏光は1回転する。この直線偏光は
、計11p1光LMと参照光LRとを干渉させることに
よって得られる干渉光である。Total Al tip LMs reflected by reflector 112 and mirror 66
The reference beams LR are incident on the polarization-constant optical fiber 20 following optical paths opposite to the forward path, but their planes of polarization are each inverted by 180' due to reflection, and are also reversed by 45 degrees by the Faraday rotator 84. Since they are rotated, they are made to enter the transmission mode opposite to the forward path. Then, the optical transmitter/receiver 8 is connected to the fixed polarization optical fiber 20.
The measurement light LM and reference light LR transmitted to 0 are parallelized by the condensing lens 18 and then converted into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light by the quarter-wave plate 76. Since the amplitudes of the LM and the reference light LR are approximately equal, the interference between the left and right circularly polarized light results in linearly polarized light, and the direction of the plane of polarization is determined by the phase difference between the measurement light and the reference light LR. For example, if the phase difference between the measurement light LM and the reference light LR is 2π, the linearly polarized light rotates once. This linearly polarized light is interference light obtained by interfering the total 11p1 light LM and the reference light LR.
このような直線偏光は、無偏光ビームスプリッタ74に
より2分され、偏光ビームスプリッタ78および16を
通して第1光センサ24および第2光センサ28により
検出される。偏光ビームスプリッタ78および16の偏
波面は互いに45″傾斜させられているため、第1光セ
ンサ24および第2光センサ28によって検出される直
線偏光の光強度の位相は互いに90″ずらされる。この
ため、測定回路70では、剪記第3図に示した実施例と
同様にして、ピストン108の動いた距離が高い精度で
測定されるのである。Such linearly polarized light is split into two by the non-polarizing beam splitter 74 and detected by the first optical sensor 24 and the second optical sensor 28 through the polarizing beam splitters 78 and 16. Since the planes of polarization of the polarizing beam splitters 78 and 16 are inclined by 45'' with respect to each other, the phases of the linearly polarized light intensities detected by the first optical sensor 24 and the second optical sensor 28 are shifted by 90'' from each other. Therefore, in the measuring circuit 70, the distance traveled by the piston 108 is measured with high accuracy in the same manner as in the embodiment shown in FIG.
この実施例では、参照光LR及び計測光LMが、定偏波
光ファイバ20内において往路と復路とでそれぞれ反対
の伝送モードにて伝送されるようになっているため、温
度変動、歪、振動等の外部刺激に起因する定偏波光ファ
イバ2o内における位相変化が相殺され、前記第3図に
示した実施例と同様な効果が得られる。In this embodiment, the reference light LR and the measurement light LM are transmitted in opposite transmission modes in the polarization-controlled optical fiber 20 on the outward and return paths, so temperature fluctuations, distortion, vibration, etc. The phase change within the polarization-constant optical fiber 2o caused by the external stimulus is canceled out, and the same effect as the embodiment shown in FIG. 3 can be obtained.
なお、この実施例では光送受信部8oで計測光LMと参
照光LRとを干渉させるようになっているため、それ等
の計測光LMと参照光LRとの位相差を検出することが
できるものであれば、上記のように90″位相のずれた
2種類の計測信号MS1及びMS2から位相変化量を読
み取る方式以外にも種々の方°式を採用することができ
る。また、周波数が僅かに異なる2種類の光を参照光及
び計測光として用いて、それ等の干渉光のビート数の変
化から測定を行うヘテロダイン方式の光ファイバセンサ
装置を利用することもできる。In addition, in this embodiment, since the measurement light LM and the reference light LR are made to interfere with each other in the optical transmitting/receiving section 8o, it is possible to detect the phase difference between the measurement light LM and the reference light LR. If so, various methods can be adopted in addition to the above method of reading the amount of phase change from two types of measurement signals MS1 and MS2 with a phase shift of 90". It is also possible to use a heterodyne optical fiber sensor device that uses two different types of light as a reference light and a measurement light and performs measurement based on changes in the number of beats of their interference light.
また、第5図は、更に別の実施例を示すもので、レーザ
光源10から出力されたレーザ光は、光周波数変調器9
0により互いに偏波面が直交し且つ周波数が異なる2種
類の直線偏光に変換された後、無偏光ビームスプリッタ
74、及び集光レンズ18を通して定偏波光ファイバ2
0の端面に入射させられる。上記無偏光ビームスプリッ
タ74は、直線偏光の一部を反射により分割し集光レン
ズ92を通してモニタ用光センサ94へ入射させる。Further, FIG. 5 shows still another embodiment, in which the laser light output from the laser light source 10 is transmitted to the optical frequency modulator 9.
0 into two types of linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other and whose frequencies are different, and then passed through a non-polarizing beam splitter 74 and a condensing lens 18 to a constant polarization optical fiber 2.
It is made incident on the end face of 0. The non-polarizing beam splitter 74 splits a part of the linearly polarized light by reflection and makes it incident on the monitoring optical sensor 94 through the condenser lens 92 .
また、定偏波光ファイバ20から戻された2種類の干渉
光は、集光レンズ18により平行光とされるとともに無
偏光ビームスプリッタ74により反射された後、偏光ビ
ームスプリッタ16によって偏波面毎に分割され、一方
の干渉光が集光レンズ22を通して第1光センサ24に
よって受けられるとともに、他方の干渉光が集光レンズ
26を通して第2光センサ28によって受けられるよう
になっている。本実施例では、以上の光学素子及び光セ
ンサによって光ファイバセンサ装置の光送受信部96が
構成されている。Furthermore, the two types of interference light returned from the constant polarization optical fiber 20 are made into parallel light by the condensing lens 18 and reflected by the non-polarizing beam splitter 74, and then split into each polarization plane by the polarizing beam splitter 16. One of the interference lights is received by the first optical sensor 24 through the condenser lens 22, and the other interference light is received by the second optical sensor 28 through the condenser lens 26. In this embodiment, the optical element and optical sensor described above constitute the optical transmitter/receiver section 96 of the optical fiber sensor device.
定偏波光ファイバ20の一端部に入射させられるレーザ
光は互いに直交する偏波面を有し且つ周波数が異なる直
線偏光であるから、定偏波光ファイバ20内においては
前記2種類の伝送モードHEllx及びHE、、Yにて
伝送される。この定偏波光ファイバ20の他端部は、真
空容器114に固定されており、真空容器114は真空
窓56と0リング58によって大気と絶縁されており、
真空容器114の内に光センサヘッド部98の機枠83
が固定されている。前記2伝送モードにて伝送され且つ
定偏波光ファイバ20の他端部から放射された互いに直
交する直線偏光は集光レンズ46を通って平行光に変換
された後、真空窓56を通されて、無偏光ビームスプリ
ッタ48により上記2種類の直線偏光をそれぞれ含む参
照光LRと計測光り、とに分離される。無偏光ビームス
プリッタ48を透過した計測光LMは第1図あるいは第
2図のルーフプリズム116内で2回反射されて向きを
変えられ、コーナーキューブ・ミラーやキャッツアイ等
の反射器112に入射される一方、無偏光ビームスプリ
ッタ48により反射された参照光LRは、1/4波長板
54を通過させられた後ミラー60により方向変換され
、集光レンズ64によってミラー66に集光させられる
。Since the laser light incident on one end of the polarized optical fiber 20 is linearly polarized light having planes of polarization orthogonal to each other and different frequencies, the two types of transmission modes HEllx and HE occur within the polarized optical fiber 20. , ,Y. The other end of the constant polarization optical fiber 20 is fixed to a vacuum container 114, and the vacuum container 114 is insulated from the atmosphere by a vacuum window 56 and an O-ring 58.
The machine frame 83 of the optical sensor head section 98 is placed inside the vacuum container 114.
is fixed. The mutually orthogonal linearly polarized lights transmitted in the two transmission modes and emitted from the other end of the polarization-controlled optical fiber 20 are converted into parallel lights through a condenser lens 46, and then passed through a vacuum window 56. The non-polarized beam splitter 48 separates the reference light LR and measurement light, each of which contains the two types of linearly polarized light. The measurement light LM transmitted through the non-polarizing beam splitter 48 is reflected twice within the roof prism 116 shown in FIG. On the other hand, the reference light LR reflected by the non-polarizing beam splitter 48 is passed through the 1/4 wavelength plate 54, then its direction is changed by the mirror 60, and is focused onto the mirror 66 by the condensing lens 64.
そして、反射器112とミラー66によって反射された
計測光LM及び参照光り、は、それぞれ往路と逆の光路
を辿って無偏光ビームスプリッタ48により合波される
が、参照光LRを構成する2つの直線偏光は、往路にお
いて1/4波長板54を通過させられることにより、進
行方向に対してそれぞれ右まわり及び左まわりの円偏光
に変換され、復路において再び1/4波長板54を通過
させられることにより、往路の偏波面に対して偏波面が
それぞれ反対方向へ90″回転した直線偏光とされる。The measurement light LM and the reference light reflected by the reflector 112 and the mirror 66 respectively follow optical paths opposite to the outgoing path and are combined by the non-polarizing beam splitter 48, but the two constituting the reference light LR The linearly polarized light is passed through the 1/4 wavelength plate 54 on its outward journey, and is converted into clockwise and counterclockwise circularly polarized light, respectively, with respect to the traveling direction, and is passed through the 1/4 wavelength plate 54 again on its return journey. This results in linearly polarized light whose polarization planes are rotated by 90″ in opposite directions with respect to the polarization plane of the outgoing path.
すなわち、参照光り、を構成する互いに偏波面が直交す
る2種類の直線偏光は、1/4波長板54を往復透過さ
せられることにより、往路と復路とで偏波面が互いに反
対とされるのである。In other words, the two types of linearly polarized light whose polarization planes are perpendicular to each other and which constitute the reference light are transmitted back and forth through the quarter-wave plate 54, so that the polarization planes are opposite to each other on the outbound and return trips. .
そして、計測光り、を構成する2種類の直線偏光と参照
光LRを構成する2種類の直線偏光は、上記無偏光ビー
ムスプリッタ48によりそれぞれ合波されて干渉させら
れ、かかる2種類の干渉光は定偏波光ファイバ20の2
つの伝送モードHE■8及びHE、、Yにてそれぞれ伝
送され、光送受信部96まで戻される。光送受信部96
において、上記2種類の干渉光は無偏光ビームスプリッ
タ74により反射された後、偏光ビームスプレツタ16
によって偏波面の方向により2つに分割され、第1光セ
ンサ24及び第2光センサ28によってビート信号BS
I及びBS2に変換される。The two types of linearly polarized light constituting the measurement light and the two types of linearly polarized light constituting the reference light LR are each combined by the non-polarizing beam splitter 48 and made to interfere, and the two types of interference light are Constant polarization optical fiber 20-2
The signals are transmitted in two transmission modes HE28, HE2, Y, and returned to the optical transmitter/receiver 96. Optical transmitter/receiver 96
, the above two types of interference light are reflected by the non-polarizing beam splitter 74, and then reflected by the polarizing beam splitter 16.
The beat signal BS is divided into two parts depending on the direction of the polarization plane by the first optical sensor 24 and the second optical sensor 28.
I and BS2.
ここで、光周波数変調器90から出力される2種類の直
線偏光の周波数をそれぞれflr f2、往路におい
て温度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ20か
ら受ける周波数シフトをそれぞれΔft+ Δf2.ピ
ストン108の前進後退に伴う位相変化により計測光L
Mに与えられる周波数シフトをΔfa、復路において温
度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ20から受
ける周波数シフトをそれぞれΔfl’+ Δf21 と
すると、計測光LMに分配された元の周波数がf、の直
線偏光の最終的な周波数はf1+Δf1+Δfa+Δf
、/で、その直線偏光と干渉させられる参照光LRに分
配された元の周波数がf2の直線偏光の最終的な周波数
はf2+Δf2+Δf。Here, the frequencies of the two types of linearly polarized light output from the optical frequency modulator 90 are respectively flr f2, and the frequency shifts received from the polarization optical fiber 20 due to temperature changes, vibrations, etc. on the outward path are respectively Δft+ Δf2. The measurement light L changes due to the phase change as the piston 108 moves forward and backward.
If the frequency shift given to M is Δfa, and the frequency shift received from the polarization-controlled optical fiber 20 on the return trip due to temperature changes, vibrations, etc. is Δfl'+ Δf21, then the original frequency distributed to the measurement light LM is f. , the final frequency of linearly polarized light is f1+Δf1+Δfa+Δf
, /, the final frequency of the linearly polarized light whose original frequency is f2 distributed to the reference light LR which is made to interfere with the linearly polarized light is f2+Δf2+Δf.
となり、それ等の干渉光のビート周波数、すなわち前記
ビート信号BSI及びBS2の一方の周波数fBIは次
式(3)で表される。また、参照光L8に分配された元
の周波数がf、の直線偏光の最終的な周波数はf1+Δ
f1+Δ(、/で、その直線偏光と干渉させられる計測
光t、、Aに分配された元の周波数がf2の直線偏光の
最終的な周波数はf2+Δf2+Δfa+Δ(、/ と
なり、それ等の干渉光のビート周波数、すなわち前記ビ
ート信号BSI及びBS2の他方の周波数f8□は次式
%式%
)
)
)
(3)
)
)
)
(4)
上記ビート信号BSI及びBS2は測定回路100に供
給され、それ等の差動すなわち周波数差が検出されると
ともに、たとえばそれらの差動量に対応した時間だけ開
かれるゲートを介して一定周波数のクロック信号を計数
するカウンタにより、次式(5)で表される前記ビート
信号BSIとBS2との差動量、すなわち、ピストンの
動いた距離が高い精度で測定されるのである。The beat frequency of those interference lights, that is, the frequency fBI of one of the beat signals BSI and BS2 is expressed by the following equation (3). Also, the final frequency of the linearly polarized light whose original frequency is f distributed to the reference light L8 is f1+Δ
The final frequency of the linearly polarized light whose original frequency is f2 distributed to the measurement light t, A that is interfered with the linearly polarized light is f2+Δf2+Δfa+Δ(,/, and the beat of those interference lights is The frequency, that is, the other frequency f8□ of the beat signals BSI and BS2 is expressed as follows: The differential, that is, the frequency difference is detected, and the beat expressed by the following equation (5) is calculated by a counter that counts clock signals of a constant frequency through a gate that is opened for a time corresponding to the differential amount. The amount of differential between the signals BSI and BS2, that is, the distance the piston has moved, is measured with high accuracy.
Δfadt@・・ (5)
この実施例では、1/4波長板54によって参照光LR
を構成する2種類の直線偏光を反対向きに90@回転さ
せるとともに、その参照光り、と計測光LMとを合波さ
せるとこによって得られる2種類の干渉光を表すビート
信号BSIとBS2との周波数差を測定するようになっ
ているため、往路の定偏波光ファイバ20において発生
するコア32の歪などに起因する周波数シフトΔf、及
びΔf2が打ち消され、前記第1実施例、第2実施例と
同様に高い測定精度が得られる。Δfadt@... (5) In this embodiment, the reference light LR is
The frequencies of beat signals BSI and BS2 representing two types of interference light obtained by rotating the two types of linearly polarized light in opposite directions by 90 @ and combining the reference light and measurement light LM. Since the difference is measured, the frequency shifts Δf and Δf2 caused by the distortion of the core 32 that occurs in the forward polarization optical fiber 20 are canceled out, and the differences between the first and second embodiments are canceled. Similarly, high measurement accuracy can be obtained.
なお、この場合には、往路と復路とで異なる定偏波光フ
ァイバを用いるように構成することもできる。In this case, it is also possible to use different polarization-controlled optical fibers for the outbound and return routes.
以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に
説明したが、本発明はその他の態様で実施することもで
きる。Although several embodiments of the present invention have been described above in detail based on the drawings, the present invention can also be implemented in other embodiments.
また、前述した各実施例の光ファイバセンサ装置はあく
までも一例で、他の種々の光ファイバセンサ装置を利用
することができる。Furthermore, the optical fiber sensor devices of the embodiments described above are merely examples, and various other optical fiber sensor devices can be used.
その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に褪
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。Although other examples are not given, the present invention can be implemented with various modifications and improvements within the knowledge of those skilled in the art.
[発明の効果]
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、空気に影響されずに、高精度の測長が簡便に行える真
空ピストン威光ファバ測長器が提供される。[Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, the present invention provides a vacuum piston fiber length measuring device that can easily perform highly accurate length measurement without being affected by air.
第1図から第5図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は真空ピストン式光ファイバ測長器の
構成を説明する図、第2図は他の実施例の構成を説明す
る図、第3図は別の実施例に利用された光ファイバセン
サ装置の構成を説明する図、第4図はさらに別の実施例
に利用された光ファイバセンサ装置の構成を説明する図
、第5図は更に別の実施例に利用された光ファイバセン
サ装置の構成を説明する図である。
図中、20は(定偏波)光ファイバ、102は光送受信
部、104は光センサヘッド部、108はピストン、1
08+106a、bは真空部の体積が変化しない構造、
114は真空容器である。1 to 5 show embodiments embodying the present invention. FIG. 1 is a diagram explaining the configuration of a vacuum piston type optical fiber length measuring device, and FIG. 2 is a diagram showing another embodiment. FIG. 3 is a diagram explaining the configuration of an optical fiber sensor device used in another example, and FIG. 4 is a diagram explaining the configuration of an optical fiber sensor device used in another example. FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of an optical fiber sensor device used in yet another embodiment. In the figure, 20 is a (constant polarization) optical fiber, 102 is an optical transmitter/receiver, 104 is an optical sensor head, 108 is a piston, 1
08+106a and b have a structure where the volume of the vacuum part does not change,
114 is a vacuum container.
Claims (1)
との間で光の送受信を行うとともに、参照光と計測光と
を干渉させることによって得られる干渉光の位相変化に
基づいて測定を行う光ファイバセンサ手段によって前記
測尺機構のピストンの前進後退量を測定する手段と、 前記ピストンは、該ピストンの前進後退に対して真空部
の体積が変化しない手段を有する真空容器に取り付けら
れ、かつ前記光センサヘッド部の計測光と参照光の光路
が前記真空容器におさめられていることを特徴とする真
空ピストン式光ファイバ測長器。 2、偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、周波数が等しい
参照光および計測光を取り出すための光を前記定偏波光
ファイバへ入射させるとともに、該定偏波光ファイバを
介して戻される2種類の干渉光をそれぞれ検出して電気
信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイバに
よって伝送された光に基づいて前記参照光および計測光
を取り出すとともに、該計測光の位相が前記測尺機構の
ピストンの前進後退によって変化させられるのに伴って
光強度変化の位相が変化させられ、且つ該光強度変化の
位相が互いに90゜ずらされた2種類の干渉光が前記定
偏波光ファイバの2伝送モードにて伝送されるように該
定偏波光ファイバに光を入射させる光センサヘッド部と
を有するもので、前記2種類の干渉光に対応して位相が
90゜ずらされた2種類のA相及びB相の電気信号に基
づいて該干渉光の位相変化量を求めて前記測尺機構のピ
ストンの前進後退量が測定される請求項1記載の真空ピ
ストン式光ファイバ測長器。 3、偏波面が互いに直交する2伝送モードにて光を伝送
する単一の伝送用定偏波光ファイバと、前記参照光及び
計測光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、該参照光及
び計測光を前記2伝送モードの一方及び他方にて伝送さ
せるとともに、該定偏波光ファイバを介して戻された該
参照光及び計測光に基づいて干渉光を生成し、該干渉光
の光強度変化を検出して電気信号に変換する光送受信部
と、前記定偏波光ファイバによって伝送された前記参照
光及び計測光の内、該計測光の位相を前記測尺機構のピ
ストンの前進後退によって変化させるとともに、該参照
光及び計測光を往路とは反対の伝送モードにて伝送され
るように前記定偏波光ファイバに入射させる光センサヘ
ッド部とを有するものである請求項1記載の真空ピスト
ン式光ファイバ測長器。 4、前記光ファイバセンサ装置は、偏波面が互いに直交
する2伝送モードにて光を伝送する伝送用定偏波光ファ
イバと、偏波面が互いに直交し且つ周波数が異なる2種
類の直線偏光を前記定偏波光ファイバへ入射させ、該2
種類の直線偏光を前記2伝送モードの一方及び他方にて
伝送させるとともに、該定偏波光ファイバの前記2伝送
モードにて戻された2種類の干渉光をそれぞれ検出して
電気信号に変換する光送受信部と、前記定偏波光ファイ
バによって伝送された前記2種類の直線偏光をそれぞれ
前記参照光と計測光とに分配し、該計測光の周波数を前
記測尺機構のピストンの前進後退によって変化させると
ともに、該参照光及び計測光の何れか一方に含まれる前
記2種類の直線偏光の偏波面をそれぞれ反対方向へ90
゜回転させた後、該参照光と計測光とを合波させて前記
定偏波光ファイバに入射させる光センサヘッド部とを有
するもので、前記2種類の干渉光に対応する2種類の電
気信号の周波数差に基づいて前記測尺機構のピストンの
前進後退量が測定される請求項1記載の真空ピストン式
光ファイバ測長器。[Claims] 1. Phase change of interference light obtained by transmitting and receiving light between the optical transmitting/receiving unit and the optical sensor head via an optical fiber and interfering the reference light and measurement light. means for measuring the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism using an optical fiber sensor means that performs measurement based on the measurement mechanism; 1. A vacuum piston type optical fiber length measuring instrument, which is attached to a container, and the optical path of the measurement light and reference light of the optical sensor head section is contained in the vacuum container. 2. A single polarization-controlled optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and light for extracting reference light and measurement light having the same frequency is input into the polarization-controlled optical fiber. In addition, an optical transmitting/receiving unit detects the two types of interference light returned via the constant polarization optical fiber and converts them into electrical signals; As the light is extracted, the phase of the measurement light is changed by advancing and retracting the piston of the measuring mechanism, and the phase of the light intensity change is changed, and the phases of the light intensity change are shifted by 90 degrees from each other. and an optical sensor head section that inputs light into the polarization-controlled optical fiber so that the two types of interference light are transmitted in two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber, and the two types of interference light are The amount of change in the phase of the interference light is determined based on two types of A-phase and B-phase electrical signals whose phases are shifted by 90 degrees corresponding to , and the amount of forward and backward movement of the piston of the measuring mechanism is measured. The vacuum piston type optical fiber length measuring device according to item 1. 3. A single polarization-controlled optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and the reference light and measurement light are input into the polarization-controlled optical fiber, and the reference light and measurement light are is transmitted in one and the other of the two transmission modes, generating interference light based on the reference light and measurement light returned via the constant polarization optical fiber, and detecting changes in light intensity of the interference light. an optical transmitting/receiving unit that converts the reference light into an electrical signal; and changing the phase of the measuring light among the reference light and the measuring light transmitted by the constant polarization optical fiber by advancing and retreating a piston of the measuring mechanism; 2. The vacuum piston type optical fiber measurement device according to claim 1, further comprising an optical sensor head portion that makes the reference light and measurement light enter the polarization-constant optical fiber so as to be transmitted in a transmission mode opposite to that of the forward path. Long vessels. 4. The optical fiber sensor device uses a fixed polarization optical fiber for transmission that transmits light in two transmission modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and two types of linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies. Inject the polarized light into the optical fiber, and
Light that transmits different types of linearly polarized light in one and the other of the two transmission modes, and detects and converts the two types of interference light returned in the two transmission modes of the polarization-controlled optical fiber into electrical signals. A transmitter/receiver unit distributes the two types of linearly polarized light transmitted by the constant polarization optical fiber into the reference light and measurement light, respectively, and changes the frequency of the measurement light by moving the piston of the measuring mechanism forward and backward. At the same time, the polarization planes of the two types of linearly polarized light included in either the reference light or the measurement light are moved in opposite directions by 90 degrees.
It has an optical sensor head that combines the reference light and the measurement light and inputs the same into the polarization-controlled optical fiber after rotating the reference light and the measurement light, and generates two types of electrical signals corresponding to the two types of interference light. 2. The vacuum piston type optical fiber length measuring instrument according to claim 1, wherein the amount of forward and backward movement of the piston of the length measuring mechanism is measured based on the frequency difference.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32184389A JPH03181803A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Vacuum piston-type optical fiber length measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32184389A JPH03181803A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Vacuum piston-type optical fiber length measuring instrument |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03181803A true JPH03181803A (en) | 1991-08-07 |
Family
ID=18137047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32184389A Pending JPH03181803A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Vacuum piston-type optical fiber length measuring instrument |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03181803A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104884921A (en) * | 2012-12-27 | 2015-09-02 | 原子能及能源替代委员会 | Microbarometer with a bellows and with an interferometric transducer |
-
1989
- 1989-12-12 JP JP32184389A patent/JPH03181803A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104884921A (en) * | 2012-12-27 | 2015-09-02 | 原子能及能源替代委员会 | Microbarometer with a bellows and with an interferometric transducer |
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