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公開番号2025128971
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024026045
出願日2024-02-22
発明の名称レーザー振動計及び振動測定方法
出願人沖電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G01H 9/00 20060101AFI20250827BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数箇所の計測を行う場合であっても、1つの周波数シフタで外乱緩和を可能にする。
【解決手段】連続光を生成する連続光光源を有し、互いに周波数が異なり、偏波の方向が直交する第1光及び第2光を合波した合波光を生成する光源部と、光ファイバと、前記光ファイバを経て受け取った前記合波光を、互いに周波数が異なり、偏波の方向が直交する照射光及び参照光に分岐し、前記照射光を測定対象物に照射し、前記照射光が前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光が入射され、前記照射光及び前記戻り光と、前記参照光とを合波して戻り合波光を生成するセンサヘッド部と、前記戻り合波光の特定の方向の偏波を抽出して、前記戻り光と前記参照光を取得し、前記戻り光と前記参照光の干渉光から振動の情報を取得する受信部とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
連続光を生成する連続光光源を有し、互いに周波数が異なり、偏波の方向が直交する第１光及び第２光を合波した合波光を生成する光源部と、
光ファイバと、
前記光ファイバを経て受け取った前記合波光を、互いに周波数が異なり、偏波の方向が直交する照射光及び参照光に分岐し、前記照射光を測定対象物に照射し、前記照射光が前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光が入射され、前記戻り光と、前記参照光とを合波して戻り合波光を生成するセンサヘッド部と、
前記戻り合波光の特定の方向の偏波を抽出して、前記戻り光と前記参照光を取得し、前記戻り光と前記参照光の干渉光から振動の情報を取得する受信部と
を備えるレーザー振動計。
続きを表示（約 2,900 文字）【請求項２】
前記光源部は、
前記連続光を直交する２つの偏波に分離する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分岐された２つの偏波の一方を周波数シフトして前記第２光を生成する周波数シフタと、
前記偏波ビームスプリッタで分岐された２つの偏波の他方である前記第１光及び前記第２光を合波して前記合波光を生成する偏波ビームコンバイナと
を備える請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項３】
前記光源部は、
前記連続光を２分岐するビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分岐された２つの偏波の一方を周波数シフトする周波数シフタと、
前記周波数シフトされた偏波を９０度回転させて前記第２光を生成する偏波回転部と、
前記ビームスプリッタで分岐された２つの偏波の他方である前記第１光及び前記第２光を合波して前記合波光を生成する偏波ビームコンバイナと
を備える請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項４】
前記偏波回転部は、ファラデーローテーターで構成される
を備える請求項３に記載のレーザー振動計。
【請求項５】
前記偏波回転部は、ファイバを９０度回転させて融着して構成される
を備える請求項３に記載のレーザー振動計。
【請求項６】
前記センサヘッド部は、
第１～第３のポートを有し、第１のポートに入力された光は、２分岐されて、それぞれ、第２のポート及び第３のポートから出力され、第２のポート及び第３のポートから入力された光は、合波されて第１のポートから出力される合分波器と、
入力された光の偏波を９０度回転させて反射させるファラデーローテーターミラーと、
レンズを備え、
前記光ファイバを経て受け取った前記合波光は、前記ビームスプリッタの前記第１のポートに入力され、
前記合分波器の前記第２のポートから出力された光は、前記ファラデーローテーターミラーにおいて偏波の方向が９０度回転して反射されて、前記参照光として前記合分波器の前記第２のポートに入力され、
前記合分波器の前記第３のポートから出力された光は、照射光として、前記レンズを経て、測定対象物に照射され、
前記測定対象物に照射された照射光は、前記測定対象物で反射又は散乱され、前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光は、前記レンズを経て、前記合分波器の前記第３のポートに入力され、
前記合分波器の前記第２のポートに入力された参照光と、前記第３のポートに入力された戻り光とが、合波されて、戻り合波光が生成される
請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項７】
前記センサヘッド部は、
レンズと、
通過する光の偏波を４５度回転させるファラデーローテーターと
を備え、
前記光ファイバを経て受け取った前記合波光の一部は、前記光ファイバの前記レンズと接続される側の端面でフレネル反射して参照光となり、
前記合波光の残部は、前記照射光として前記レンズを経て、前記ファラデーローテーターに送られ、
前記ファラデーローテーターにおいて、偏波が４５度回転した後、前記測定対象物に照射され、
前記測定対象物に照射された光は、前記測定対象物で反射又は散乱され、
前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光は、前記ファラデーローテーターにおいて、さらに４５度回転して、前記レンズに送られ、
前記レンズに送られた前記戻り光と、前記参照光が、合波されて戻り合波光が生成されて前記光ファイバに送られる
請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項８】
前記センサヘッド部は、
部分反射ミラーと、
レンズと、
通過する光の偏波を４５度回転させるファラデーローテーターと
を備え、
前記光ファイバを経て受け取った前記合波光の一部は、前記部分反射ミラーで一部が反射して参照光となり、
前記合波光の残部は、前記照射光として前記レンズを経て、前記ファラデーローテーターに送られ、
前記ファラデーローテーターにおいて、偏波が４５度回転した後、前記測定対象物に照射され、
前記測定対象物に照射された光は、前記測定対象物で反射又は散乱され、
前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光は、前記ファラデーローテーターにおいて、さらに４５度回転して、前記レンズに送られ、
前記レンズに送られた前記戻り光と、前記参照光が、合波されて戻り合波光が生成されて前記光ファイバに送られる
請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項９】
前記センサヘッド部は、
前記連続光を直交する２つの偏波に分岐する偏波合分波器であって、第１～第３のポートを有し、第１のポートに入力された光のうち、一方の偏波成分は、反射して第２のポートから出力され、前記一方の偏波に直交する他方の偏波成分は、透過して第３のポートから出力され、前記第２のポートに入力された前記一方の偏波成分は、反射して第１のポートから出力され、前記第３のポートに入力された前記他方の偏波成分は、透過して第１のポートから出力される、当該偏波合分波器と、
入力された光を反射させるミラーと、
レンズを備え、
前記光ファイバを経て受け取った前記合波光は、前記偏波合分波器の前記第１のポートに入力され、
前記偏波合分波器の前記第２のポートから出力された光は、前記ミラーにおいて反射されて、前記参照光として前記偏波ビームスプリッタの前記第２のポートに入力され、
前記偏波合分波器の前記第３のポートから出力された光は、照射光として、前記レンズを経て、測定対象物に照射され、
前記測定対象物に照射された照射光は、前記測定対象物で反射又は散乱され、前記測定対象物で反射又は散乱された戻り光は、前記レンズを経て、前記偏波合分波器の前記第３のポートに入力され、
前記偏波合分波器の前記第２のポートに入力された参照光と、前記第３のポートに入力された戻り光とが、合波されて、戻り合波光が生成される
請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項１０】
前記受信部は、
前記戻り合波光の特定の方向の偏波を抽出して、前記戻り光と前記参照光を取得するポラライザと、
前記戻り光と前記参照光の干渉光を受光し、アナログの電気信号を生成する光検出部と、
前記アナログの電気信号を、ディジタルの電気信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ディジタルの電気信号から振動の情報を取得する信号処理部
を備える
請求項１に記載のレーザー振動計。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザー振動計及び振動測定方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
先ず、レーザー振動計の概要を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
レーザー振動計では、連続光光源で生成された連続光を分波し、一方をプローブ光、他方を参照光とする。プローブ光を測定対象物に当てると、プローブ光は測定対象物で散乱して、散乱光となる。散乱光には、測定対象物の振動状態に応じてドップラー効果による周波数シフトが生じ、この周波数シフトが位相変化として現れる。従って、対象によって与えられた位相変化を測定できれば、測定対象物の振動状態を知ることができる。
【０００４】
一般に、位相情報の抽出には、互いに波長の異なる、散乱光と参照光との干渉縞を光電変換器で検出するヘテロダイン検波が用いられる。
【０００５】
一般に、レーザー振動計では信号光と参照光の経路は異なっている。信号光と参照光との干渉縞を得る前の経路において、信号光及び参照光のいずれかの、例えば、光ファイバなどで構成される経路に、外乱による振動や温度変化が加わると、その位相変動が干渉光に重畳される。結果として、測定結果が不正確になってしまう問題がある。
【０００６】
これを解決する方法として、信号光と参照光の偏波を直交させ、同じ経路を伝搬させることで外乱による影響を緩和する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、例えば、光ファイバに外乱が加わったとしても、信号光と参照光が同じ光ファイバを通っていれば受ける位相変動は同じであり、測定対象物の振動を測定できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００１－１５９５６０号公報
特開２０２３－１２４１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載の方法では、ヘテロダイン検波のための周波数シフタに入射されるのは、センサヘッドから光ファイバを伝搬してから戻ってきた光である。
【０００９】
このため、Ｎ箇所を同時に計測する場合、Ｎ個の伝搬経路が設けられる。そして、Ｎ個の伝搬経路のそれぞれに、参照光用に周波数シフタをＮ個用意しなければならない。これは、系の複雑化や高コスト化につながりうる。
【００１０】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、周波数シフタを光ファイバに入力される前の光路に配置し、信号光と参照光を直交する偏波で伝搬させることで、複数箇所の計測を行う場合であっても、１つの周波数シフタで外乱緩和が可能なレーザー振動計及び振動測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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