JP2006023245A - 微小振動検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源からのレーザ光を分岐する光分岐カプラと、パルス波形を変調信号として生成する変調信号発生器と、分岐されたレーザ光を光パルス信号に変調する光パルス変調器と、光パルス信号のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて、光パルス信号を増幅する光増幅器と、送信光を照射し、測定対象からの散乱光を受信する送受信光学系と、増幅された光パルス信号を送信光として送受信光学系に出力し、送信光に対応する散乱光を受信する光サーキュレータと、分岐されたレーザ光と散乱光とをヘテロダイン検波し電気信号に変換する光受信機と、変調信号発生器からの変調信号に基づいて、光受信機からの電気信号を信号処理し測定対象の振動周波数または振動変位を検出する信号処理機とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1における微小振動検出装置の構成図である。図1における微小振動検出装置は、光源1、光分岐カプラ2、変調信号発生器3、光パルス変調器4、光増幅器5、光サーキュレータ6、送受信光学系7、光受信機8、信号処理機9、表示器10で構成され、測定対象20の微小振動を検出する。
実施の形態1では、光信号往復時間τが既知であるものとして、測定対象の振動周波数または振動変位を測定する場合を説明した。実施の形態2では、光信号往復時間τが未知であるときに、本発明の微小振動検出装置を適用して光信号往復時間τを求める場合について説明する。実施の形態2における微小振動検出装置の構成は、実施の形態1における微小振動検出装置の構成を示す図1と同様である。
実施の形態3では、光受信機がヘテロダイン検波する際の検出信号のS/N比を向上させる手段について説明する。図5は、本発明の実施の形態3における微小振動検出装置の構成図である。実施の形態1及び2における微小振動検出装置の構成を示す図1と比較すると、図5の微小振動検出装置は、新たに位相器11を備えている点が異なる。また、図5における光受信機8は、実施の形態1で説明した式(9)の交流成分I(t)の値を算出する機能をさらに有している。
Claims (7)
- レーザ光を測定対象に照射し、その反射レーザ光に付加された振動成分を取り出すことにより測定対象の振動周波数または振動変位を測定する微小振動検出装置において、
単一波長のレーザ光を生成する光源と、
前記光源からのレーザ光を分岐する光分岐カプラと、
所定のパルス幅及びパルス繰り返し周期をもつパルス波形を変調信号として生成する変調信号発生器と、
前記変調信号発生器からの前記変調信号に基づいて、前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光を光パルス信号に変調する光パルス変調器と、
前記光パルス変調器で変調された光パルス信号のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて、光パルス信号を増幅する光増幅器と、
送信光を照射して前記測定対象からの散乱光を受信する送受信光学系と、
前記光増幅器によって増幅された光パルス信号を送信光として前記送受信光学系に出力するとともに、前記送受信光学系から前記送信光に対応する散乱光を受信する光サーキュレータと、
前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光と、前記光サーキュレータからの散乱光とをヘテロダイン検波し電気信号に変換する光受信機と、
前記変調信号発生器からの前記変調信号に基づいて、前記光受信機からの電気信号を信号処理し前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出する信号処理機と
を備えたことを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項1に記載の微小振動検出装置において、
前記光源と前記光分岐カプラとの間、前記光分岐カプラと前記光パルス変調器との間、前記光パルス変調器と前記光増幅器との間、前記光増幅器と前記光サーキュレータとの間、前記光サーキュレータと前記送受信光学系との間、前記光分岐カプラと前記光受信機との間、及び前記光サーキュレータと前記光受信機との間は、全て光ファイバケーブルにより接続されることを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項1または2に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、前記送受信光学系と前記測定対象との間の既知の距離に対応する光信号の遅延時間をあらかじめ記憶しておく記憶部を有し、前記変調信号発生器からの前記変調信号をトリガ信号とし、前記遅延時間分遅延したタイミングで前記電気信号をA/D変換し、さらに、A/D変換後の波形のスペクトル解析を行うことにより前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出することを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項1または2に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、前記変調信号発生器からの前記変調信号をトリガ信号とし、遅延時間を可変として前記電気信号をA/D変換するための複数のタイミング信号を生成し、前記電気信号を前記複数のタイミング信号でA/D変換し、A/D変換後の波形のスペクトル解析を行ったそれぞれの結果の中から最大のS/N比を有するタイミング信号を抽出することにより、前記送受信光学系と前記測定対象との間の遅延時間及び距離を特定し、抽出された前記タイミング信号に対応するスペクトル解析の結果から前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出することを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項4に記載の微小振動検出装置において、
前記送受信光学系は、送信光を集光する焦点位置を調整できる機能を有し、前記信号処理機で特定された前記送受信光学系と前記測定対象との間の距離に応じて前記焦点位置を調整することを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の微小振動検出装置において、
前記光受信機は、ヘテロダイン検波して変換した前記電気信号の交流成分の値をさらに算出し、
前記光分岐カプラと前記光受信機との間に設けられ、前記光受信機からの前記交流成分の値を読み取り、前記交流成分の値が最大となるように前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光の位相を可変して前記光受信機に出力する位相器をさらに備えたことを特徴とする微小振動検出装置。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、信号処理後のデジタル信号から不要周波数成分を除去してD/A変換を行ってアナログ信号を算出する機能をさらに備えたことを特徴とする微小振動検出装置。
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