JPH0560781A - 加速度測定装置 - Google Patents
加速度測定装置Info
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- JPH0560781A JPH0560781A JP22580691A JP22580691A JPH0560781A JP H0560781 A JPH0560781 A JP H0560781A JP 22580691 A JP22580691 A JP 22580691A JP 22580691 A JP22580691 A JP 22580691A JP H0560781 A JPH0560781 A JP H0560781A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 被検物体の加速度を検出する加速度測定装置
に関して、光を用いて加速度を測定し温度変動が小さ
く、信頼性の高い加速度測定装置を提供する。 【構成】 半導体レーザ１１から出射した光は、カプラ
１２で反射鏡１３及び反射鏡１４方向へと、二分岐され
る。反射鏡１３、１４でそれぞれ反射された光は、再び
カプラ１２へ戻り、ここで合波され干渉する。干渉光
は、カプラで二分岐され、一方はフォトダイオード１６
に入射し、干渉光出力強度が電気信号に変換される。お
もり１５が加速度を感じると、おもり１５と接触固定さ
れている部分の光ファイバに、応力が生じる。これによ
って光ファイバの実効屈折率が変化して、光ファイバ中
を伝搬する光の位相が変化する。一方の光だけが、加速
度印加によって位相変化を受けるので、両光の干渉状態
が変化し、加速度印加に対応して干渉光強度が変化する
ことにより、被検物体の加速度を検出する。
に関して、光を用いて加速度を測定し温度変動が小さ
く、信頼性の高い加速度測定装置を提供する。 【構成】 半導体レーザ１１から出射した光は、カプラ
１２で反射鏡１３及び反射鏡１４方向へと、二分岐され
る。反射鏡１３、１４でそれぞれ反射された光は、再び
カプラ１２へ戻り、ここで合波され干渉する。干渉光
は、カプラで二分岐され、一方はフォトダイオード１６
に入射し、干渉光出力強度が電気信号に変換される。お
もり１５が加速度を感じると、おもり１５と接触固定さ
れている部分の光ファイバに、応力が生じる。これによ
って光ファイバの実効屈折率が変化して、光ファイバ中
を伝搬する光の位相が変化する。一方の光だけが、加速
度印加によって位相変化を受けるので、両光の干渉状態
が変化し、加速度印加に対応して干渉光強度が変化する
ことにより、被検物体の加速度を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉を利用して、
高精度の加速度測定を行う加速度測定装置に関するもの
である。
高精度の加速度測定を行う加速度測定装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、加速度測定装置は、ＦＡ化やＯＡ
化の進展に伴い各種装置に制御に欠かせないセンサとし
て注目されている。特に、小型で信頼性の高い加速度測
定装置の開発が期待されている。
化の進展に伴い各種装置に制御に欠かせないセンサとし
て注目されている。特に、小型で信頼性の高い加速度測
定装置の開発が期待されている。
【０００３】以下、従来の加速度測定装置について説明
する。図２は従来の加速度測定装置を示すものである。
支持部２１に圧電体梁２２がとりつけられ、圧電体梁２
２の先端におもり２３が取り付けられている。圧電体梁
２２はチタン酸バリウムなどの強誘電体材料からつくら
れており、おもり２３に加わる加速度に比例して加えら
れる歪に比例した電荷量を発生する。従って、圧電体梁
２２が発生する電圧（電荷）を端子ａとｂで検出すれば
加速度がわかる。この加速度測定装置の応答周波数は、
圧電体梁２２形状及びおもり２３の質量で決まる共振周
波数より低い。また、共振周波数すなわち応答周波数領
域と感度は、反比例の関係がある。
する。図２は従来の加速度測定装置を示すものである。
支持部２１に圧電体梁２２がとりつけられ、圧電体梁２
２の先端におもり２３が取り付けられている。圧電体梁
２２はチタン酸バリウムなどの強誘電体材料からつくら
れており、おもり２３に加わる加速度に比例して加えら
れる歪に比例した電荷量を発生する。従って、圧電体梁
２２が発生する電圧（電荷）を端子ａとｂで検出すれば
加速度がわかる。この加速度測定装置の応答周波数は、
圧電体梁２２形状及びおもり２３の質量で決まる共振周
波数より低い。また、共振周波数すなわち応答周波数領
域と感度は、反比例の関係がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成の加速度測定装置では、圧電体の歪を利用して
いるため、加速度検出特性の温度変動が大きい。これ
は、一般に用いることのできる圧電体の圧電特性が、特
に室温付近の温度で大きく変化するからである。また、
圧電体梁２２と支持部２１との取り付け部位の機械的強
度が問題となり、信頼性が低く出力電圧が微弱であるた
め、低雑音の増幅器が必要になるなどの課題を有してい
た。
来の構成の加速度測定装置では、圧電体の歪を利用して
いるため、加速度検出特性の温度変動が大きい。これ
は、一般に用いることのできる圧電体の圧電特性が、特
に室温付近の温度で大きく変化するからである。また、
圧電体梁２２と支持部２１との取り付け部位の機械的強
度が問題となり、信頼性が低く出力電圧が微弱であるた
め、低雑音の増幅器が必要になるなどの課題を有してい
た。
【０００５】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、加速度検出特性の温度変動が小さく、信頼性の高
い加速度測定装置を提供することを目的とする。
ので、加速度検出特性の温度変動が小さく、信頼性の高
い加速度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも、光源と、前記光源から射出
した光を二本の光ファイバに二分岐するカプラと、前記
二本の光ファイバの先端に備えられた前記カプラから分
岐された光を再び前記カプラ方向に反射する反射鏡と、
前記二本の光ファイバの一方に接触したおもりと、前記
カプラ方向への前記二本の光ファイバからの反射光によ
る干渉光が前記カプラで二分岐される一方を受光する受
光手段を有する。
に、本発明は、少なくとも、光源と、前記光源から射出
した光を二本の光ファイバに二分岐するカプラと、前記
二本の光ファイバの先端に備えられた前記カプラから分
岐された光を再び前記カプラ方向に反射する反射鏡と、
前記二本の光ファイバの一方に接触したおもりと、前記
カプラ方向への前記二本の光ファイバからの反射光によ
る干渉光が前記カプラで二分岐される一方を受光する受
光手段を有する。
【０００７】
【作用】本発明は上記構成によって、光の干渉を利用し
て加速度を測定する。光源から出射した光は、カプラで
二分岐され二本のファイバに入射する。ファイバ中を進
行した光はファイバ先端に備え付けられた反射鏡によっ
て再びカプラ方向へと反射され、カプラで二本のファイ
バからの反射光が干渉する。この干渉光はカプラで反対
方向へ二分岐され、一方は光源へ他方は受光手段へと入
射する。二本のファイバの一方はには、おもりが接触し
ており、本加速度測定装置に加速度が印加されおもりが
加速度を感じると、おもりが光ファイバに応力を加え
る。応力が印加された部分の光ファイバは、実効屈折率
が変化するので、光ファイバ中を光が進行する間にその
位相が変化する。重りの接触していない光ファイバを進
行した光の位相は、加速度によって変化しないので、カ
プラ中での干渉状態が変化する。従って、受光手段で測
定した干渉光出力は、加速度に伴って変化するので、本
発明によって加速度を測定できる。
て加速度を測定する。光源から出射した光は、カプラで
二分岐され二本のファイバに入射する。ファイバ中を進
行した光はファイバ先端に備え付けられた反射鏡によっ
て再びカプラ方向へと反射され、カプラで二本のファイ
バからの反射光が干渉する。この干渉光はカプラで反対
方向へ二分岐され、一方は光源へ他方は受光手段へと入
射する。二本のファイバの一方はには、おもりが接触し
ており、本加速度測定装置に加速度が印加されおもりが
加速度を感じると、おもりが光ファイバに応力を加え
る。応力が印加された部分の光ファイバは、実効屈折率
が変化するので、光ファイバ中を光が進行する間にその
位相が変化する。重りの接触していない光ファイバを進
行した光の位相は、加速度によって変化しないので、カ
プラ中での干渉状態が変化する。従って、受光手段で測
定した干渉光出力は、加速度に伴って変化するので、本
発明によって加速度を測定できる。
【０００８】光ファイバの、応力による実効屈折率変化
率は、室温付近でほとんど変化しないので、本発明の加
速度測定装置の温度特性は良好である。また、おもりと
光ファイバの接触固定は、狭い範囲で行う必要はなく、
むしろ広い範囲で接触固定している方が、感度的にも有
利である。従って、従来技術による加速度測定装置のよ
うにのように、加速度印加による力が特定部位に集中
し、強度が問題になることもなく、信頼性が高い。
率は、室温付近でほとんど変化しないので、本発明の加
速度測定装置の温度特性は良好である。また、おもりと
光ファイバの接触固定は、狭い範囲で行う必要はなく、
むしろ広い範囲で接触固定している方が、感度的にも有
利である。従って、従来技術による加速度測定装置のよ
うにのように、加速度印加による力が特定部位に集中
し、強度が問題になることもなく、信頼性が高い。
【０００９】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例の詳細を
説明する。
説明する。
【００１０】以下、本発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけ
る加速度測定装置の構成図である。図１において、１１
は光源の半導体レーザ、１２はカプラ、１３、１４は反
射鏡、１５はおもり、１６はフォトダイオードである。
おもり１５は光ファイバに接触または固定されている。
参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけ
る加速度測定装置の構成図である。図１において、１１
は光源の半導体レーザ、１２はカプラ、１３、１４は反
射鏡、１５はおもり、１６はフォトダイオードである。
おもり１５は光ファイバに接触または固定されている。
【００１１】カプラ１２は、シングルモードファイバで
構成されており、二入力二出力で分岐比は１：１であ
る。このカプラ１２の４つのポートには、半導体レーザ
１１、フォトダイオード１６、反射鏡１１、１２が結合
されている。半導体レーザ１１は、スーパールミネッセ
ントダイオードのような低コヒーレンス光源でも良い。
反射鏡１１、１２を特にファイバ端面に取り付けなくて
も、ファイバ端面が良好な面に加工されていれば、空気
とガラスの屈折率差によって、光量は少ないが反射光を
得ることもできる。ファイバ端面に金属または誘電体多
層膜を蒸着やスパッタによって形成すれば、大きな反射
量を得ることもできる。
構成されており、二入力二出力で分岐比は１：１であ
る。このカプラ１２の４つのポートには、半導体レーザ
１１、フォトダイオード１６、反射鏡１１、１２が結合
されている。半導体レーザ１１は、スーパールミネッセ
ントダイオードのような低コヒーレンス光源でも良い。
反射鏡１１、１２を特にファイバ端面に取り付けなくて
も、ファイバ端面が良好な面に加工されていれば、空気
とガラスの屈折率差によって、光量は少ないが反射光を
得ることもできる。ファイバ端面に金属または誘電体多
層膜を蒸着やスパッタによって形成すれば、大きな反射
量を得ることもできる。
【００１２】半導体レーザ１１から出射した光は、カプ
ラ１２で反射鏡１３及び反射鏡１４方向へと、二分岐さ
れる。反射鏡１３、１４でそれぞれ反射された光は、再
びカプラ１２へ戻り、ここで合波され干渉する。干渉光
は、カプラで二分岐され、一方はフォトダイオード１６
に入射し、干渉光出力強度が電気信号に変換される。本
発明にかかる加速度測定装置全体に加速度を加えことに
よって、おもり１５が加速度を感じると、おもり１５と
接触固定されている部分の光ファイバに、応力が生じ
る。これによって光ファイバの実効屈折率が変化して、
光ファイバ中を伝搬する光の位相が変化する。一方の光
だけが、加速度印加によって位相変化を受けるので、両
光の干渉状態が変化し、加速度印加に対応して干渉光強
度が変化する。
ラ１２で反射鏡１３及び反射鏡１４方向へと、二分岐さ
れる。反射鏡１３、１４でそれぞれ反射された光は、再
びカプラ１２へ戻り、ここで合波され干渉する。干渉光
は、カプラで二分岐され、一方はフォトダイオード１６
に入射し、干渉光出力強度が電気信号に変換される。本
発明にかかる加速度測定装置全体に加速度を加えことに
よって、おもり１５が加速度を感じると、おもり１５と
接触固定されている部分の光ファイバに、応力が生じ
る。これによって光ファイバの実効屈折率が変化して、
光ファイバ中を伝搬する光の位相が変化する。一方の光
だけが、加速度印加によって位相変化を受けるので、両
光の干渉状態が変化し、加速度印加に対応して干渉光強
度が変化する。
【００１３】位相変化量は、応力が生じる部分の長さに
比例するので、感度が必要なときはこの部分の長さを長
くすれば良い。このように、広い範囲で接触固定した方
がが感度的に有利であって、従来技術による加速度測定
装置のようにのように、加速度印加による力が特定部位
に集中し、強度が問題になることもない。
比例するので、感度が必要なときはこの部分の長さを長
くすれば良い。このように、広い範囲で接触固定した方
がが感度的に有利であって、従来技術による加速度測定
装置のようにのように、加速度印加による力が特定部位
に集中し、強度が問題になることもない。
【００１４】光ファイバの、応力による実効屈折率変化
率は、室温付近でほとんど変化せず、通常の石英シング
ルモードファイバの場合、その変化は０．１％／度以下
である。従って、本発明の加速度測定装置の温度特性は
良好である。
率は、室温付近でほとんど変化せず、通常の石英シング
ルモードファイバの場合、その変化は０．１％／度以下
である。従って、本発明の加速度測定装置の温度特性は
良好である。
【００１５】この構成では、おもり１５にある程度の質
量が必要な他、他の構成部品は小型か小型化が可能なも
のばかりである。おもりも比重の大きいものを用いれ
ば、体積的に小型化することが可能で、本構成は小型化
にも極めて有利である。また、反射鏡１３、１４とおも
り１５で構成される部分のみを測定部位に配置し、他の
部分を離れた場所に配置することも可能であり、装置設
計の自由度も高い。
量が必要な他、他の構成部品は小型か小型化が可能なも
のばかりである。おもりも比重の大きいものを用いれ
ば、体積的に小型化することが可能で、本構成は小型化
にも極めて有利である。また、反射鏡１３、１４とおも
り１５で構成される部分のみを測定部位に配置し、他の
部分を離れた場所に配置することも可能であり、装置設
計の自由度も高い。
【００１６】カプラ１２と反射鏡１３、１４それぞれと
の光路長差を適当に調整すると、加速度が印加されない
状態での、干渉光出力強度を任意に変化させることがで
き、零点調整が可能となる。加速度測定装置組立後に、
この種の調整が可能なように、カプラ１２から反射鏡１
３または反射鏡１４の間に、位相調整装置を予め挿入し
ても良い。この位相調整装置の他に、カプラ１２から反
射鏡１３または反射鏡１４の間に位相変調器を挿入し、
この変調信号でファオトダイオードからの光干渉出力強
度信号を同期検波すれば、雑音が少ない高精度の加速度
検出が可能となる。
の光路長差を適当に調整すると、加速度が印加されない
状態での、干渉光出力強度を任意に変化させることがで
き、零点調整が可能となる。加速度測定装置組立後に、
この種の調整が可能なように、カプラ１２から反射鏡１
３または反射鏡１４の間に、位相調整装置を予め挿入し
ても良い。この位相調整装置の他に、カプラ１２から反
射鏡１３または反射鏡１４の間に位相変調器を挿入し、
この変調信号でファオトダイオードからの光干渉出力強
度信号を同期検波すれば、雑音が少ない高精度の加速度
検出が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明は、少なくとも、光
源と、前記光源から射出した光を二本の光ファイバに二
分岐するカプラと、前記二本の光ファイバの先端に備え
られた前記カプラから分岐された光を再び前記カプラ方
向に反射する反射鏡と、前記二本の光ファイバの一方に
接触したおもりと、前記カプラ方向への前記二本の光フ
ァイバからの反射光による干渉光が前記カプラで二分岐
される一方を受光する受光手段を有することにより、良
好な温度特性と高信頼性、更には小型化と設計の自由度
を大きくすることができるなど優れた加速度測定装置を
実現できるものである。
源と、前記光源から射出した光を二本の光ファイバに二
分岐するカプラと、前記二本の光ファイバの先端に備え
られた前記カプラから分岐された光を再び前記カプラ方
向に反射する反射鏡と、前記二本の光ファイバの一方に
接触したおもりと、前記カプラ方向への前記二本の光フ
ァイバからの反射光による干渉光が前記カプラで二分岐
される一方を受光する受光手段を有することにより、良
好な温度特性と高信頼性、更には小型化と設計の自由度
を大きくすることができるなど優れた加速度測定装置を
実現できるものである。
【図１】本発明の一実施例における加速度測定装置の概
念図
念図
【図２】従来の加速度測定装置の部分拡大図
１１ 半導体レーザ １２ カプラ １３ 反射鏡 １４ 反射鏡 １５ フォトダイオード １６ おもり ２１ 支持部 ２２ 圧電体梁 ２３ おもり
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも、光源と、前記光源から射出
した光を二本の光ファイバに二分岐するカプラと、前記
二本の光ファイバの先端に備えられた前記カプラから分
岐された光を再び前記カプラ方向に反射する反射鏡と、
前記二本の光ファイバの一方に接触したおもりと、前記
カプラ方向への前記二本の光ファイバからの反射光によ
る干渉光が前記カプラで二分岐される一方を受光する受
光手段を具備する加速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22580691A JPH0560781A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 加速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22580691A JPH0560781A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 加速度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560781A true JPH0560781A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16835087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22580691A Pending JPH0560781A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 加速度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560781A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06317606A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 |
| EP0622622A3 (en) * | 1993-04-27 | 1994-11-23 | Hitachi Ltd | Physical quantity detecting apparatus and internal combustion engine control apparatus each utilizing optical fiber. |
| US8752874B2 (en) | 2011-01-12 | 2014-06-17 | Seiko Epson Corporation | Robot hand |
| JP2014194526A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-10-09 | Boeing Co | 広帯域幅の周波数範囲にわたる長期間における光路差（ｏｐｄ）でのファイバ安定化 |
| CN114018390A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国科学院半导体研究所 | 加加速度测量装置 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP22580691A patent/JPH0560781A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0622622A3 (en) * | 1993-04-27 | 1994-11-23 | Hitachi Ltd | Physical quantity detecting apparatus and internal combustion engine control apparatus each utilizing optical fiber. |
| US5693936A (en) * | 1993-04-27 | 1997-12-02 | Hitachi, Ltd. | Physical quantity detecting apparatus and internal combustion engine control apparatus each utilizing optical fiber |
| JPH06317606A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体加速度センサ及びそれを用いた半導体加速度検出装置 |
| US8752874B2 (en) | 2011-01-12 | 2014-06-17 | Seiko Epson Corporation | Robot hand |
| JP2014194526A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-10-09 | Boeing Co | 広帯域幅の周波数範囲にわたる長期間における光路差（ｏｐｄ）でのファイバ安定化 |
| CN114018390A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国科学院半导体研究所 | 加加速度测量装置 |
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