JPS6367673B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6367673B2 JPS6367673B2 JP55098900A JP9890080A JPS6367673B2 JP S6367673 B2 JPS6367673 B2 JP S6367673B2 JP 55098900 A JP55098900 A JP 55098900A JP 9890080 A JP9890080 A JP 9890080A JP S6367673 B2 JPS6367673 B2 JP S6367673B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- light
- optical
- receives
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 31
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、レーザを用いた速度計、流速計に
関するものである。
関するものである。
従来この種の装置として第1図に示すものがあ
つた。図において、1はレーザ、2はビームスプ
リツタ、3は光フアイバあるいは光フアイバとレ
ンズ系とから構成される速度プローブ、4は光フ
アイバ、5は光受信機、6は測定機器としてのス
ペクトルアナライザー、7は被測定体である。
つた。図において、1はレーザ、2はビームスプ
リツタ、3は光フアイバあるいは光フアイバとレ
ンズ系とから構成される速度プローブ、4は光フ
アイバ、5は光受信機、6は測定機器としてのス
ペクトルアナライザー、7は被測定体である。
第2図は従来の装置を用いた場合のスペクトル
アナライバーによる観測例である。
アナライバーによる観測例である。
次に動作について説明する。レーザ1からの出
射光は、2のビームスプリツタを通り3の光フア
イバを用いた速度プローブに導かれる。この光
は、適当な角度で被測定体7に向け出射される。
ドツプラ効果を受けた光は再び3の速度プローブ
で受光され、2のビームスプリツタ、4の光フア
イバを通り5の光受信機に導かれる。このドツプ
ラ効果を受けた散乱光は、速度プローブ先端で反
射された光(この反射光が参照光として用いられ
る)と、5の光受信機において、光学的にヘテロ
ダイン検波される。この検波出力の周波数fsは、 fs=2‖V|/λcosθ ……(1) となる、(1)式において、‖V|は被測定体の速度、
λはレーザの波長、θ速度プローブからの出射光
と被測定体速度‖V|とのなす角度である。(1)よ
りfを測定すれば速度‖V|を知ることができ
る。
射光は、2のビームスプリツタを通り3の光フア
イバを用いた速度プローブに導かれる。この光
は、適当な角度で被測定体7に向け出射される。
ドツプラ効果を受けた光は再び3の速度プローブ
で受光され、2のビームスプリツタ、4の光フア
イバを通り5の光受信機に導かれる。このドツプ
ラ効果を受けた散乱光は、速度プローブ先端で反
射された光(この反射光が参照光として用いられ
る)と、5の光受信機において、光学的にヘテロ
ダイン検波される。この検波出力の周波数fsは、 fs=2‖V|/λcosθ ……(1) となる、(1)式において、‖V|は被測定体の速度、
λはレーザの波長、θ速度プローブからの出射光
と被測定体速度‖V|とのなす角度である。(1)よ
りfを測定すれば速度‖V|を知ることができ
る。
しかし、実際にレーザ自身多モード発振をして
いたり、又、単一モード発振レーザを用いた場合
でも、光フアイバ等を用いることにより、その反
射光がレーザ共振器に戻り、多モード発振するこ
とが多い。この時、レーザモード間のヘテロダイ
ン検波出力が測定信号以外に生じる。すなわち、
各モードの発振周波数をfn、fo等で表し、光受信
機の出力信号をVoutとすると、 Vout=Asexp(j2π fst) + 〓m≠n Aiexp(j2π(fn―fo)t) + 〓m≠n Biexp(j2π(fn―fo+fs)t) と表せる。(2)式において、右辺第1項は速度情報
を含む信号項、第2項はレーザモード間のヘテロ
ダイン検波出力項、第3項は各モードに対してド
ラツプラー効果をうけた散乱光と、光フアイバ端
面で反射された参照光の各モードのヘテロダイン
出力である。但し、散乱光は一般的に弱く、かつ
異なつたモード間の干渉は同一モード間の干渉に
比べて弱いので上記第3項の出力は無視できる。
いたり、又、単一モード発振レーザを用いた場合
でも、光フアイバ等を用いることにより、その反
射光がレーザ共振器に戻り、多モード発振するこ
とが多い。この時、レーザモード間のヘテロダイ
ン検波出力が測定信号以外に生じる。すなわち、
各モードの発振周波数をfn、fo等で表し、光受信
機の出力信号をVoutとすると、 Vout=Asexp(j2π fst) + 〓m≠n Aiexp(j2π(fn―fo)t) + 〓m≠n Biexp(j2π(fn―fo+fs)t) と表せる。(2)式において、右辺第1項は速度情報
を含む信号項、第2項はレーザモード間のヘテロ
ダイン検波出力項、第3項は各モードに対してド
ラツプラー効果をうけた散乱光と、光フアイバ端
面で反射された参照光の各モードのヘテロダイン
出力である。但し、散乱光は一般的に弱く、かつ
異なつたモード間の干渉は同一モード間の干渉に
比べて弱いので上記第3項の出力は無視できる。
第2図は、スペクトルアナライザーによる観測
例である。周波数の低い領域に雑音が含まれる。
例である。周波数の低い領域に雑音が含まれる。
従来のレーザ速度計は以上のように構成されて
いるので、レーザ自身が多モード発振している場
合、又は光フアイバを使用することによつて、レ
ーザが多モード発振する場合、レーザモード間の
ヘテロダイン検波力とレーザ基本モードとドツプ
ラ効果を受けた信号とのヘテロダイン検波出力と
が同時に出力として現われ、速度測定精度を低下
させたり、測定ダイナミツクレンジを狭くするな
どの欠点があつた。
いるので、レーザ自身が多モード発振している場
合、又は光フアイバを使用することによつて、レ
ーザが多モード発振する場合、レーザモード間の
ヘテロダイン検波力とレーザ基本モードとドツプ
ラ効果を受けた信号とのヘテロダイン検波出力と
が同時に出力として現われ、速度測定精度を低下
させたり、測定ダイナミツクレンジを狭くするな
どの欠点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、レーザ出射光をビ
ームスプリツタで2分岐した後、その一方の分岐
光を、別に用意した光受信機でヘテロダイン検波
し、この検波出力(参照信号)と速度信号を含む
検波出力との差を電気的に演算することにより、
高性能なレーザ速度を提供することを目的として
いる。
去するためになされたもので、レーザ出射光をビ
ームスプリツタで2分岐した後、その一方の分岐
光を、別に用意した光受信機でヘテロダイン検波
し、この検波出力(参照信号)と速度信号を含む
検波出力との差を電気的に演算することにより、
高性能なレーザ速度を提供することを目的として
いる。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第3図において、1はレーザ、2はビームス
プリツタ、3は光フアイバあるいは光フアイバと
レンズ系とから構成される速度プローブ、4は光
フアイバ、5は光受信機、7は被測定体、8は差
動増幅器、6はスペクトルアナライザー等の測定
機器である。
る。第3図において、1はレーザ、2はビームス
プリツタ、3は光フアイバあるいは光フアイバと
レンズ系とから構成される速度プローブ、4は光
フアイバ、5は光受信機、7は被測定体、8は差
動増幅器、6はスペクトルアナライザー等の測定
機器である。
次に本発明の動作原理について説明する。第3
図において、光受信機5からの電気出力信号Va
は、従来例、すなわち(2)式と同様で、 Va=Asexp(j2π fst) + 〓m≠n Aoexp(j2π(fn―fo)t) で表わせる。
図において、光受信機5からの電気出力信号Va
は、従来例、すなわち(2)式と同様で、 Va=Asexp(j2π fst) + 〓m≠n Aoexp(j2π(fn―fo)t) で表わせる。
一方、5′の光受信機には、2のビームスプリ
ツタで2分岐されたレーザ光の1方が、直接又は
可変光減衰器等を通して入れられる。この光に
は、ドツプラ効果を受けた光は原理的に含まれて
いないので、光受信機5′の出力電圧Vbは、 Vb= 〓m≠n Boexp(j2π(fn―fo)t) となる。この出力電圧(参照信号)はレーザモー
ド間の光学的ヘテロダイン検波として得られるも
のであるから、(2)式の第2項と比較して、 An=αBn ……(4) fn―fo=f′n―f′o ……(5) となる。
ツタで2分岐されたレーザ光の1方が、直接又は
可変光減衰器等を通して入れられる。この光に
は、ドツプラ効果を受けた光は原理的に含まれて
いないので、光受信機5′の出力電圧Vbは、 Vb= 〓m≠n Boexp(j2π(fn―fo)t) となる。この出力電圧(参照信号)はレーザモー
ド間の光学的ヘテロダイン検波として得られるも
のであるから、(2)式の第2項と比較して、 An=αBn ……(4) fn―fo=f′n―f′o ……(5) となる。
従つて、光受信機5,5′内に含まれている増
幅器の利得を調整し、これらを8の差動増幅器に
入れれば、差動増幅器の出力信号として、 Vout=βAsexp(j2π fst) ……(6) が得られ、レーザモード間の干渉の効果を除去す
ることができる。βは光受信機5内の増幅器、差
動増幅器8の利得によつて決まる定数である。
幅器の利得を調整し、これらを8の差動増幅器に
入れれば、差動増幅器の出力信号として、 Vout=βAsexp(j2π fst) ……(6) が得られ、レーザモード間の干渉の効果を除去す
ることができる。βは光受信機5内の増幅器、差
動増幅器8の利得によつて決まる定数である。
第4図は、本装置を用いて得られる信号のスペ
クトル、アナライザー出力例である。低域に発生
する雑音成分を除去できる。
クトル、アナライザー出力例である。低域に発生
する雑音成分を除去できる。
なお上記実施例では、速度プローブとして1本
の光フアイバ、あるいは1本の光フアイバとレン
ズ系から構成されている例について述べたが、速
度プローブを、ビームスプリツタを介したレーザ
からの出射光を受けて被測定体に出射する出射用
速度プローブと、被測定体からの散乱光を受け
て、この散乱光を光受信機に導入させる受光用速
度プローブとに分離構成したものとし、出射用及
び受光用速度プローブともに光フアイバにより構
成したものとしてもよい。
の光フアイバ、あるいは1本の光フアイバとレン
ズ系から構成されている例について述べたが、速
度プローブを、ビームスプリツタを介したレーザ
からの出射光を受けて被測定体に出射する出射用
速度プローブと、被測定体からの散乱光を受け
て、この散乱光を光受信機に導入させる受光用速
度プローブとに分離構成したものとし、出射用及
び受光用速度プローブともに光フアイバにより構
成したものとしてもよい。
又、光フアイバを使用しない、参照光法ドツプ
ラ速度計、2ビームモード法(Differential
Mode)、1ビームモード法等にも適用できる。
ラ速度計、2ビームモード法(Differential
Mode)、1ビームモード法等にも適用できる。
さらに、上記実施例では、測定信号以外のレー
ザモード間のヘテロダイン検波出力による雑音を
除去するために、光受信系として2つの光受信機
を独立に2つの出力信号の直流分が等しくなるよ
うに調整、動作させ、それらの出力信号を差動増
幅する方式について述べたが、第5図に示すよう
に構成することによつても雑音を除去することが
可能である。
ザモード間のヘテロダイン検波出力による雑音を
除去するために、光受信系として2つの光受信機
を独立に2つの出力信号の直流分が等しくなるよ
うに調整、動作させ、それらの出力信号を差動増
幅する方式について述べたが、第5図に示すよう
に構成することによつても雑音を除去することが
可能である。
すなわち、第5図において、9は受光素子、1
0は前置増幅器であつて、この受光素子9、前置
増幅器10から前述の光受信機が構成されてい
る。また、11はAGC増幅器用差動増幅器、1
2はAGC増幅器、13は主増幅器である。この
ように構成された系では、受光素子9、前置増幅
器10からなる一方の受信機出力の直流分の大き
さをAGC増幅用差動増幅器11で検出し、これ
を用いて2つの受信機出力の雑音電圧の振幅が等
しくなるように他方の受信機のAGC増幅器12
の利得を自動的に調整し、2つの受信機出力を差
動増幅器8に入れ、レーザモード間干渉による雑
音を除去することができる。
0は前置増幅器であつて、この受光素子9、前置
増幅器10から前述の光受信機が構成されてい
る。また、11はAGC増幅器用差動増幅器、1
2はAGC増幅器、13は主増幅器である。この
ように構成された系では、受光素子9、前置増幅
器10からなる一方の受信機出力の直流分の大き
さをAGC増幅用差動増幅器11で検出し、これ
を用いて2つの受信機出力の雑音電圧の振幅が等
しくなるように他方の受信機のAGC増幅器12
の利得を自動的に調整し、2つの受信機出力を差
動増幅器8に入れ、レーザモード間干渉による雑
音を除去することができる。
また、第6図に示すように、2つの受信機のそ
れぞれの交流出力信号をそれぞれの直流分で除算
し、それぞれの受信機出力のレーザモード間干渉
による雑音電圧の振幅を等しくした後に、それぞ
れ差動増幅することにより、レーザモード間干渉
による雑音を除去することもできる。なお、この
第6図において、15は除算器であつて、前置増
幅器10からの直流出力信号によつて主増幅器1
3からの交流出力信号を除算するように構成され
ている。
れぞれの交流出力信号をそれぞれの直流分で除算
し、それぞれの受信機出力のレーザモード間干渉
による雑音電圧の振幅を等しくした後に、それぞ
れ差動増幅することにより、レーザモード間干渉
による雑音を除去することもできる。なお、この
第6図において、15は除算器であつて、前置増
幅器10からの直流出力信号によつて主増幅器1
3からの交流出力信号を除算するように構成され
ている。
以上のように、この発明によれば2種類の光受
信機、差動増幅器を用いて、レーザモード間干渉
による雑音を除去しているの、測定精度が高く、
又ダイナミツクレンジの広いレーザドツプラ速度
計あるいは流速計が得られる効果がある。
信機、差動増幅器を用いて、レーザモード間干渉
による雑音を除去しているの、測定精度が高く、
又ダイナミツクレンジの広いレーザドツプラ速度
計あるいは流速計が得られる効果がある。
第1図は従来のレーザドツプラ速度計の構成
図、第2図は従来の装置を用いた場合のスペアナ
による観測例を示す波形図、第3図はこの発明の
一実施例によるレーザドツプラ速度計を示す構成
図、第4図は本発明のレーザ速度計を用いた場合
の観測例を示す波形図、第5図、第6図は信号処
理系の他の実施例を示したブロツク構成図であ
る。 図において、1はレーザ、2はビームスプリツ
タ、3は光フアイバあるいは光フアイバとレンズ
系とから構成される速度プローブ、4は光フアイ
バ、5は光受信機、6はスペクトルアナライザ
ー、7は被測定体、8は差動増幅器、9は受光素
子、10は前置増幅器、11はAGC増幅器用差
動増幅器、12はAGC増幅器、13は主増幅器、
15は除算器である。14は参照電圧端子であ
る。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。
図、第2図は従来の装置を用いた場合のスペアナ
による観測例を示す波形図、第3図はこの発明の
一実施例によるレーザドツプラ速度計を示す構成
図、第4図は本発明のレーザ速度計を用いた場合
の観測例を示す波形図、第5図、第6図は信号処
理系の他の実施例を示したブロツク構成図であ
る。 図において、1はレーザ、2はビームスプリツ
タ、3は光フアイバあるいは光フアイバとレンズ
系とから構成される速度プローブ、4は光フアイ
バ、5は光受信機、6はスペクトルアナライザ
ー、7は被測定体、8は差動増幅器、9は受光素
子、10は前置増幅器、11はAGC増幅器用差
動増幅器、12はAGC増幅器、13は主増幅器、
15は除算器である。14は参照電圧端子であ
る。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 レーザからの出射光をビームスプリツタを介
して受け、この受けたレーザからの出射光を被測
定体に向け出射するとともに、被測定体からのド
ツプラ効果を受けた散乱光を受ける速度プロー
ブ、この速度プローブにて受けられた散乱光と上
記レーザからの出射光に基づく参照光とを受け、
光学的にヘテロダイン検波する第1の光受信機、
上記ビームスプリツタにて分岐された上記レーザ
からの出射光を受けて、光学的にヘテロダイン検
波する第2の光受信機、これら第1及び第2の光
受信機からの検波電気出力を差動増幅する差動増
幅器を備えたレーザドツプラー速度計。 2 速度プローブを、光フアイバあるいは光フア
イバとレンズ系で構成されたものとし、光フアイ
バは、ビームスプリツタを介したレーザからの出
射光を受けて被測定体に出射するとともに、被測
定体からの散乱光を受けるものとし、第1の光受
信機に受けられる参照光が、上記光フアイバの先
端で反射された光とした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。 3 速度プローブを、ビームスプリツタを介した
レーザからの出射光を受けて被測定体に出射する
出射用速度プローブと、被測定体からの散乱光を
受ける受光用速度プローブとを有したものとし、
両プローブを分離構成した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速度計。 4 第1及び第2の光受信機、信号処理系とし
て、一方の光受信機出力の直流分の大きさによ
り、他方の光受信機の増幅器利得を自動的に調整
し、第1及び第2の光受信機の交流分出力を差動
増幅器に入れ雑音を除去することを特徴とした特
許請求の範囲第1項記載のレーザドツプラー速度
計。 5 第1及び第2の光受信機のそれぞれの交流出
力信号を、それぞれの直流分で除算し、それらを
差動増幅器に入れることにより、雑音を除去する
ことを特徴とした特許請求の範囲第1項記載のレ
ーザドツプラー速度計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9890080A JPS5723873A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Laser doppler speedometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9890080A JPS5723873A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Laser doppler speedometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5723873A JPS5723873A (en) | 1982-02-08 |
JPS6367673B2 true JPS6367673B2 (ja) | 1988-12-27 |
Family
ID=14231997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9890080A Granted JPS5723873A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | Laser doppler speedometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5723873A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6048190U (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-04 | 日本電気株式会社 | 光入力到達時間差測定装置 |
KR20010057953A (ko) * | 1999-12-23 | 2001-07-05 | 신현준 | 레이저를 이용한 판재류의 속도 측정장치 및 그 측정방법 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5563634A (en) * | 1978-10-31 | 1980-05-13 | Nilsson Gert Erik | Method of deciding flowing motion of fluid and its device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4738828B1 (ja) * | 1967-09-22 | 1972-09-30 |
-
1980
- 1980-07-18 JP JP9890080A patent/JPS5723873A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5563634A (en) * | 1978-10-31 | 1980-05-13 | Nilsson Gert Erik | Method of deciding flowing motion of fluid and its device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5723873A (en) | 1982-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2662113B2 (ja) | レーザ測定装置 | |
US6388739B1 (en) | Self-referencing microdoppler ladar receiver and associated detection method | |
JPH05264215A (ja) | 光学干渉計 | |
EP0819924A2 (en) | Apparatus and method for measuring characteristics of optical pulses | |
US20070223004A1 (en) | Optical Device for Measuring a Doppler Frequency Shift | |
US20080094608A1 (en) | Laser velocimetry system | |
WO2002093193A1 (fr) | Dispositif radar a laser coherent | |
Kwaaitaal | Contribution to the interferometric measurement of sub‐angstrom vibrations | |
JP3094917B2 (ja) | 光ファイバ歪み測定装置 | |
US4388832A (en) | Method and apparatus for receiving ultrasonic waves by optical means | |
EP0363027B1 (en) | Ring resonator gyroscope | |
WO1986006845A1 (en) | Optical diffraction velocimeter | |
JPS6367673B2 (ja) | ||
CN109323750B (zh) | 分布式光纤振动传感系统及相位解调方法 | |
JPH04365386A (ja) | 光増幅器の絶対雑光指数決定装置および決定方法 | |
CN212752265U (zh) | 一种采用edfa放大装置检测瑞利散射信号强度的系统 | |
JP2792782B2 (ja) | ガス濃度測定方法およびその測定装置 | |
KR970048621A (ko) | 레이저를 이용한 거리 측정장치 | |
JPH06186337A (ja) | レーザ測距装置 | |
JP3510419B2 (ja) | 振動ピックアップの校正装置 | |
JPS5866881A (ja) | 光波測量機 | |
JP3282746B2 (ja) | 半導体レーザデジタル振動変位計測装置 | |
US4884888A (en) | Method and device for contactless optical measurement of distance changes | |
RU2788568C1 (ru) | Устройство доплеровского измерителя скорости на основе интерферометра с волоконным вводом излучения | |
JPH1048065A (ja) | ブリルアン周波数シフト分布測定方法および装置 |