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JP2005283466A - Vibration measuring apparatus - Google Patents

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JP2005283466A
JP2005283466A JP2004100670A JP2004100670A JP2005283466A JP 2005283466 A JP2005283466 A JP 2005283466A JP 2004100670 A JP2004100670 A JP 2004100670A JP 2004100670 A JP2004100670 A JP 2004100670A JP 2005283466 A JP2005283466 A JP 2005283466A
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JP
Japan
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light
waveguide
vibration
photodetector
signal light
Prior art date
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Application number
JP2004100670A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Matsumura
文雄 松村
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Lazoc Inc
Original Assignee
Lazoc Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration measuring apparatus of high detecting sensitivity and with stable outputs, utilizing polarization modulation. <P>SOLUTION: Coherent light (laser beam) is fed into a waveguide 2 from a light source 1. The fed-into coherent light is bifurcated to enter into a first guided wave section 23 and a second guided wave section 24 and becomes the signal light and the reference light, respectively. Polarization of the signal light in the first guided wave section 23 is modulated responding to vibration imposed on the sensor section 231 of the first guided wave section 23 during its propagation. Polarization of the reference light in the second guided wave section 24 is revolved at high speed through a polarization turning device 3. The signal light passing through the first guided wave section 23 and the reference light passing through the second guided wave section 24 are multiplexed optically to feed into a photodetector 4. So-called homodyne detection is implemented in the photodetector 4. Output signals (intensity signals and phase signals) from the photodetector 4 represent modulation the signal light received from vibration. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、導波路中を伝搬するコヒーレント光を利用した振動計測装置に関するものである。   The present invention relates to a vibration measuring apparatus using coherent light propagating in a waveguide.

光ファイバに振動等により応力がかかると光ファイバに複屈折状態の変化を生じ、光ファイバ内を通過する光の偏波面の状態が変化することがよく知られている。この原理に基づいた光ファイバセンサ振動計の実用化も行われている。   It is well known that when stress is applied to an optical fiber due to vibration or the like, a change in the birefringence state occurs in the optical fiber, and the state of the polarization plane of light passing through the optical fiber changes. An optical fiber sensor vibrometer based on this principle has been put into practical use.

従来の、偏波面変調を利用した光ファイバセンサ振動計でよく用いられている手法は、変調を受けた光ファイバからの光出力を、直交したふたつの偏波に分け、各々における電界強度の比の変化から、偏波の位相角の変化を計算して変調の強さを求めるようなものである。   The conventional method often used in optical fiber sensor vibrometers using polarization plane modulation is to divide the optical output from the modulated optical fiber into two orthogonal polarizations, and to compare the electric field strength ratio in each. From this change, the change in the phase angle of the polarization is calculated to obtain the modulation strength.

しかしながら、一般的に、光ファイバにおいては、センサ部のみならず、光路の全体で偏波の状態の変化が発生する。このため、光の伝送路全体において、高価な偏波面保存光ファイバを使用する等の対策が必要となる。   However, in general, in an optical fiber, a change in polarization state occurs not only in the sensor unit but also in the entire optical path. For this reason, it is necessary to take measures such as using an expensive polarization-maintaining optical fiber in the entire optical transmission line.

さらには、このような対策を講じても完全な対応は不可能であるため、偏波面が回転して、偏波面の位相角と検出素子の設定方位角が一致することもある。このときは、変調(すなわち測定対象としての振動)の検出ができなくなる可能性がある。   Further, even if such measures are taken, complete correspondence is impossible, and the polarization plane may rotate, and the phase angle of the polarization plane may coincide with the set azimuth angle of the detection element. At this time, there is a possibility that modulation (that is, vibration as a measurement target) cannot be detected.

また、従来の方法では、光を光検出器により直接に電気信号に変換しているため、光ヘテロダイン検出や光ホモダイン検出に比較して検出感度が小さいという欠点も有している。   Further, in the conventional method, since light is directly converted into an electrical signal by a photodetector, there is a disadvantage that detection sensitivity is lower than that of optical heterodyne detection or optical homodyne detection.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、検出感度が高く、出力が安定な、偏波面変調を利用した振動計測装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a vibration measuring apparatus using polarization modulation that has high detection sensitivity and stable output.

本発明に係る振動計測装置は、光源と、導波路と、偏波面回転器と、光検出器とを備えている。前記光源は、コヒーレント光を前記導波路に入射する構成となっている。前記導波路は、前記入射されたコヒーレント光の一部を信号光として伝搬する第1導波部と、前記入射されたコヒーレント光の他の一部を参照光として伝搬する第2導波部とを備えている。さらに、前記導波路は、前記信号光と前記参照光とを前記光検出器に伝搬する構成となっている。前記偏波面回転器は、前記信号光および参照光のうちのいずれかの偏波面を、その楕円率を実質的に変えないで回転させる構成となっている。前記光検出器は、合波された前記信号光と前記参照光とに基づいて、前記信号光の強度および/または位相の変化を検出する構成となっている。   The vibration measuring apparatus according to the present invention includes a light source, a waveguide, a polarization plane rotator, and a photodetector. The light source is configured to inject coherent light into the waveguide. The waveguide includes a first waveguide that propagates part of the incident coherent light as signal light, and a second waveguide that propagates another part of the incident coherent light as reference light. It has. Further, the waveguide is configured to propagate the signal light and the reference light to the photodetector. The polarization plane rotator is configured to rotate any one of the polarization planes of the signal light and the reference light without substantially changing the ellipticity thereof. The photodetector is configured to detect a change in intensity and / or phase of the signal light based on the combined signal light and the reference light.

前記第1導波部は、前記信号光を伝搬するセンサ部を有していてもよい。前記センサ部を、光ファイバにより構成してもよい。   The first waveguide unit may include a sensor unit that propagates the signal light. You may comprise the said sensor part with an optical fiber.

前記光源は、レーザを用いた光源であってもよい。   The light source may be a light source using a laser.

前記偏波面回転器は、測定対象である振動における角周波数より速い角周波数で前記偏波面を回転させるものであってもよい。   The polarization plane rotator may rotate the polarization plane at an angular frequency that is faster than the angular frequency in the vibration to be measured.

前記振動計測装置は、さらに低周波通過フィルタを備えていてもよい。この低周波通過フィルタは、前記光検出器の出力側に接続される。   The vibration measuring device may further include a low frequency pass filter. This low frequency pass filter is connected to the output side of the photodetector.

前記振動計測装置は、さらに位相検波器を備えていてもよい。この位相検波器は、前記光検出器の出力側に接続される。   The vibration measuring device may further include a phase detector. This phase detector is connected to the output side of the photodetector.

本発明の計測装置は、一つのコヒーレント光を信号光と基準光に分け、再度信号光と基準光を合波して光検出器で検波するホモダイン検波方式であるため、従来のような直接検波方式と比較して、S/N比を大幅に改善して検出感度を高めることができるという効果がある。   The measurement device of the present invention is a homodyne detection method in which one coherent light is divided into signal light and reference light, and the signal light and reference light are combined again and detected by a photodetector. Compared with the method, there is an effect that the S / N ratio can be greatly improved and the detection sensitivity can be increased.

また、基準光または信号光の偏波面を、測定信号の周波数に対して高速で回転させることにより、安定な変調出力が得られるという効果も有する。   In addition, there is an effect that a stable modulation output can be obtained by rotating the polarization plane of the reference light or the signal light at a high speed with respect to the frequency of the measurement signal.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る振動計測装置を、図1を参照して説明する。この装置は、光源1と、導波路2と、偏波面回転器3と、光検出器4とを主要な構成として備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, a vibration measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This apparatus includes a light source 1, a waveguide 2, a polarization plane rotator 3, and a photodetector 4 as main components.

光源1としては、この実施形態では、レーザ装置が用いられている。また、光源1は、導波路2の端部に接続されている。これにより、光源1は、コヒーレント光を導波路2に入射できるようになっている。ここで、コヒーレント光とは、目的とする振動計測に必要な程度に位相が揃った波であればよい。   In this embodiment, a laser device is used as the light source 1. The light source 1 is connected to the end of the waveguide 2. Thereby, the light source 1 can enter the coherent light into the waveguide 2. Here, the coherent light may be a wave whose phases are aligned to the extent necessary for target vibration measurement.

導波路2は、導入部21と、分岐部22と、第1導波部23と、第2導波部24と、結合部25と、接続部26とを備えている。   The waveguide 2 includes an introduction part 21, a branch part 22, a first waveguide part 23, a second waveguide part 24, a coupling part 25, and a connection part 26.

導入部21、第1導波部23、第2導波部24および接続部26は、いずれも、光ファイバにより構成されている。使用する光ファイバの種類や構造は特に限定されない。ただし、光ファイバとしてシングルモードのものを用いれば、マルチモードのものの場合よりも、振動計測の精度を向上させることが可能である。   The introduction part 21, the first waveguide part 23, the second waveguide part 24, and the connection part 26 are all configured by optical fibers. The kind and structure of the optical fiber to be used are not particularly limited. However, if a single mode optical fiber is used, it is possible to improve the accuracy of vibration measurement as compared with a multimode optical fiber.

導入部21は、光源1に接続されており、コヒーレント光を伝搬するものである。   The introduction unit 21 is connected to the light source 1 and propagates coherent light.

分岐部22は、導入部21に接続されており、伝搬されてきたコヒーレント光を、第1導波部23と第2導波部24とに分岐させるものである。このような分岐部22としては、市販の種々の分波器を用いることができる。   The branching section 22 is connected to the introducing section 21 and branches the propagated coherent light into the first waveguide section 23 and the second waveguide section 24. As such a branch part 22, various commercially available duplexers can be used.

第1導波部23は、分岐されたコヒーレント光を、結合部25を介して光検出器4に送るものである。第1導波部23に導入されたコヒーレント光を、この明細書では、信号光と称する。したがって、第1導波部23は、コヒーレント光の一部を信号光として伝搬する構成となっている。   The first waveguide unit 23 sends the branched coherent light to the photodetector 4 through the coupling unit 25. The coherent light introduced into the first waveguide unit 23 is referred to as signal light in this specification. Therefore, the first waveguide unit 23 is configured to propagate part of the coherent light as signal light.

第1導波部23に用いられる光ファイバとしては、振動を受けることができるものであることが好ましい。ただし、振動の伝達方法としては、対象物から直接伝達する方法でも、何かの媒介物を介して伝達する方法でも良い。   The optical fiber used for the first waveguide section 23 is preferably one that can receive vibration. However, as a transmission method of vibration, a method of transmitting directly from an object or a method of transmitting via some medium may be used.

第1導波部23は、一般には、振動の発生源または媒介物に固定されるが、振動伝達が可能であれば固定していなくても良いし、固定方法も任意である。   The first waveguide 23 is generally fixed to a vibration generation source or medium, but may not be fixed as long as vibration transmission is possible, and the fixing method is arbitrary.

この実施形態では、第1導波部23の一部がセンサ部231になっている。つまり、第1導波部23の任意の一部が、センサ部231を構成している。これにより、この実施形態では、信号光を伝搬するセンサ部231が光ファイバにより構成されたものとなっている。センサ部231の延長方向は、直線でも円弧でもよい。   In this embodiment, a part of the first waveguide part 23 is a sensor part 231. That is, an arbitrary part of the first waveguide unit 23 constitutes the sensor unit 231. Thereby, in this embodiment, the sensor part 231 which propagates signal light is comprised by the optical fiber. The extending direction of the sensor unit 231 may be a straight line or an arc.

第2導波部24は、第1導波部23と同様に、分岐部22で分岐されたコヒーレント光を、結合部25を介して光検出器4に送るものである。第2導波部24に導入されたコヒーレント光を、この明細書では、参照光と称する。したがって、第2導波部24は、コヒーレント光の他の一部を参照光として伝搬する構成となっている。   Similar to the first waveguide section 23, the second waveguide section 24 sends the coherent light branched by the branch section 22 to the photodetector 4 via the coupling section 25. The coherent light introduced into the second waveguide unit 24 is referred to as reference light in this specification. Therefore, the second waveguide unit 24 is configured to propagate another part of the coherent light as the reference light.

結合部25は、第1導波部23と第2導波部24とに接続されており、伝搬されてきた信号光および参照光を合波して光検出器4に送るものである。このような結合部25としては、市販の種々の結合器を用いることができる。   The coupling unit 25 is connected to the first waveguide unit 23 and the second waveguide unit 24, and combines the propagated signal light and reference light and sends them to the photodetector 4. As such a coupling part 25, various commercially available couplers can be used.

接続部26は、結合部25で合波された光を光検出器4に送るものである。   The connection unit 26 transmits the light combined by the coupling unit 25 to the photodetector 4.

偏波面回転器3は、この実施形態では、第2導波部24に取り付けられている。偏波面回転器3は、第2導波部24を通過する参照光の偏波面を、その楕円率を実質的に変えないで回転させる構成となっている。「楕円率を実質的に変えない」とは、楕円率の変化が、目的とする振動計測に支障のない程度であることを意味する。また、参照光の偏波は、円偏波でも楕円偏波でも良いことは当然である。   In this embodiment, the polarization plane rotator 3 is attached to the second waveguide 24. The polarization plane rotator 3 is configured to rotate the polarization plane of the reference light that passes through the second waveguide section 24 without substantially changing its ellipticity. “Do not substantially change the ellipticity” means that the change in the ellipticity is a level that does not hinder the target vibration measurement. Of course, the polarization of the reference light may be either circularly polarized or elliptically polarized.

楕円率を実質的に変えない偏波面回転器3としては、代表的には、ファラデー素子に交流磁界をかけて偏波面を回転させる方式のものがある。ただし、これに限らず、例えば、機械的な方法で行う方式でもよい。要するに、光の周波数に変調を実質的に与えずに偏波面を回転させるものであれば、各種の方式のものが使用できる。   A typical example of the polarization plane rotator 3 that does not substantially change the ellipticity is a system that rotates the plane of polarization by applying an AC magnetic field to the Faraday element. However, the method is not limited to this, and may be a method performed by a mechanical method, for example. In short, various systems can be used as long as the plane of polarization is rotated without substantially modulating the frequency of light.

偏波面回転器3における偏波面の回転角周波数は、理論的には、振動の角周波数よりも速ければ、直接検波が可能である。偏波面の回転角周波数が速いほど、計測できる振動の周波数帯域の上限を上げることができる。ただし、必ずしも速くなくとも、適宜なフィルタや位相検波回路などの手段を用いることにより、振動計測は可能である。   Theoretically, if the rotational angular frequency of the polarization plane in the polarization plane rotator 3 is theoretically faster than the angular frequency of vibration, direct detection is possible. The faster the rotational angular frequency of the polarization plane, the higher the upper limit of the frequency band of vibration that can be measured. However, vibration measurement is possible even if not necessarily fast by using means such as an appropriate filter and a phase detection circuit.

光検出器4は、合波された信号光と参照光(つまり混合光)を受け取り、この混合光に基づいて、信号光の強度および位相の変化を検出するものである。詳しい動作原理は、第1実施形態の動作において説明する。光検出器4自体としては、光の強度変化における時間波形(つまり強度変化および位相変化)を検出できれば良いので、市販の種々の検出器(デジタル変換でもアナログ変換でもよい)を利用できる。   The photodetector 4 receives the combined signal light and reference light (that is, mixed light), and detects changes in the intensity and phase of the signal light based on the mixed light. A detailed operation principle will be described in the operation of the first embodiment. As the photodetector 4 itself, it is only necessary to detect the time waveform (that is, the intensity change and the phase change) in the light intensity change, and various commercially available detectors (either digital conversion or analog conversion) can be used.

(第1実施形態の動作)
まず、第1導波路23のセンサ部231を、計測対象に取り付ける。取付方法は、振動がセンサ部231に伝達できればどのような方法でもよい。
(Operation of the first embodiment)
First, the sensor unit 231 of the first waveguide 23 is attached to a measurement target. The attachment method may be any method as long as vibration can be transmitted to the sensor unit 231.

ついで、光源1からコヒーレント光(レーザ光)を導波路2の導入部21に送り込む。送り込まれたコヒーレント光は、分岐部22により分岐されて、第1導波部23と第2導波部24とに入る。第1導波部23に入った光は信号光として利用され、第2導波部24に入った光は参照光として利用される。したがって、分岐の時点では、信号光と参照光の位相は一致している。   Next, coherent light (laser light) is sent from the light source 1 to the introduction portion 21 of the waveguide 2. The sent coherent light is branched by the branching unit 22 and enters the first waveguide unit 23 and the second waveguide unit 24. The light entering the first waveguide 23 is used as signal light, and the light entering the second waveguide 24 is used as reference light. Therefore, at the time of branching, the signal light and the reference light are in phase.

第1導波部23における信号光は、センサ部231での伝搬の途中において、センサ部231に加えられた振動に応じて、その偏波面が変調される。   The polarization plane of the signal light in the first waveguide unit 23 is modulated according to vibration applied to the sensor unit 231 during propagation in the sensor unit 231.

第2導波部24における参照光は、偏波面回転器3により、高速で、偏波面が回転される。   The polarization plane of the reference light in the second waveguide section 24 is rotated at high speed by the polarization plane rotator 3.

第1導波部23を通過した信号光と、第2導波部24を通過した参照光とは、結合部25で合波されて混合光となり、光検出器4に送られる。光検出器4は、混合光に対応する電気信号を出力する。電気信号は、混合光の時間波形に実質的に対応する時間波形を有する。この電気信号は、アナログ値でもデジタル値でもよい。光検出器4においては、振動により信号光が受けた変調を、いわゆるホモダイン検波により、出力としての電気信号における強度信号および位相信号として取り出すことができる。   The signal light that has passed through the first waveguide section 23 and the reference light that has passed through the second waveguide section 24 are combined by the coupling section 25 to become mixed light, which is sent to the photodetector 4. The photodetector 4 outputs an electrical signal corresponding to the mixed light. The electrical signal has a time waveform that substantially corresponds to the time waveform of the mixed light. This electrical signal may be an analog value or a digital value. In the photodetector 4, the modulation received by the signal light due to vibration can be extracted as an intensity signal and a phase signal in the electrical signal as an output by so-called homodyne detection.

ここで、振動検出の原理を説明する。信号光の電界強度をIs、基準光の電界強度をIr、そして信号光と基準光の位相角の差をApm(t)とすると、光検出器4でのホモダイン検波における検出電流成分iは次のようになる。   Here, the principle of vibration detection will be described. If the electric field intensity of the signal light is Is, the electric field intensity of the reference light is Ir, and the difference in phase angle between the signal light and the reference light is Apm (t), the detected current component i in homodyne detection by the photodetector 4 is become that way.

i=K{Iscos(ωt+A1(t))}
×{Ircos(ωt+A2(t))}
×cos(Apm(t))
=(1/2)K(Is×Ir)
{cos(2ωt+A1(t)+A2(t)
+cos(A1(t)−A2(t))}
×cos(Apm(t)) ----------------(式1)
この式において、Kは光検出器の電流変換係数、ωは光の角周波数、A1(t)は信号光の位相角、そしてA2(t)は基準光の位相角である。
i = K {Iscos (ωt + A1 (t))}
× {Ircos (ωt + A2 (t))}
× cos (Apm (t))
= (1/2) K (Is × Ir)
{Cos (2ωt + A1 (t) + A2 (t)
+ Cos (A1 (t) -A2 (t))}
X cos (Apm (t)) --- (Formula 1)
In this equation, K is the current conversion coefficient of the photodetector, ω is the angular frequency of the light, A1 (t) is the phase angle of the signal light, and A2 (t) is the phase angle of the reference light.

光源1から発するレーザ光の帯域が可視光から近赤外光であるとすれば、光の周波数は数百THzとなる。一方、実際に測定する振動周波数の帯域は、せいぜいMHz以下である。このように、レーザ光の周波数ωは、振動周波数に対して非常に大きいことから、この検出電流の最大値Imaxは次のように書ける。   If the band of the laser light emitted from the light source 1 is from visible light to near infrared light, the frequency of the light is several hundred THz. On the other hand, the vibration frequency band actually measured is at most MHz or less. Thus, since the frequency ω of the laser beam is very large with respect to the vibration frequency, the maximum value Imax of the detected current can be written as follows.

Imax=(1/2)K(Ismax×Irmax)
×{1+cos(A1(t)−A2(t))}
×cos(Apm(t)) -----------------(式2)
この式2においてIsとIrの最大値がそれぞれIsmaxおよびIrmaxである。
Imax = (1/2) K (Ismax × Irmax)
X {1 + cos (A1 (t) -A2 (t))}
× cos (Apm (t)) ----------------- (Formula 2)
In Equation 2, the maximum values of Is and Ir are Ismax and Irmax, respectively.

基準光を測定する振動周波数よりも、偏波面が高速で回転することを考えると、式2は次のようになる。   Considering that the plane of polarization rotates at a higher speed than the vibration frequency for measuring the reference light, Equation 2 is as follows.

Imax=(1/2)K(Ismax×Irmax)
×{1+cos(A1(t)−A2(t))}-----(式3)
この式3において、Ismaxの大きさは、信号光へ加えられた振動に基づく偏波面変調により、振動の周期(ないし周波数)に対応して変化する。
Imax = (1/2) K (Ismax × Irmax)
X {1 + cos (A1 (t) -A2 (t))} ----- (Formula 3)
In Equation 3, the magnitude of Ismax changes corresponding to the period (or frequency) of vibration due to polarization plane modulation based on vibration applied to the signal light.

一方、導波路2への振動により、ドプラー周波数シフト変調と位相変調が発生し、{1+cos(A1(t)−A2(t))}の項の値も、振動の周期に対応して変化する。   On the other hand, Doppler frequency shift modulation and phase modulation occur due to the vibration to the waveguide 2, and the value of the term {1 + cos (A1 (t) −A2 (t))} also changes corresponding to the period of vibration. .

したがって、式3で表されるImax(つまり光検出器4の出力)の大きさと位相とに基づいて、第1導波部23のセンサ部231に作用した振動の周波数を計測することができる。なお、前記の説明では、電流値の上限に着目したが、下限(Imin)に着目しても同様の計測が可能である。   Therefore, it is possible to measure the frequency of the vibration that has acted on the sensor unit 231 of the first waveguide unit 23 based on the magnitude and phase of Imax (that is, the output of the photodetector 4) expressed by Equation 3. In the above description, the upper limit of the current value is focused, but the same measurement is possible even when focusing on the lower limit (Imin).

本実施形態の計測装置は、一つのコヒーレント光を信号光と基準光に分け、再度信号光と基準光を合波して光検出器4で検波するホモダイン検波方式であるため、従来のような直接検波方式と比較して、S/N比を大幅に改善して検出感度を高めることができるという利点がある。   The measurement apparatus of the present embodiment is a homodyne detection method in which one coherent light is divided into signal light and reference light, and the signal light and reference light are combined again and detected by the photodetector 4. Compared with the direct detection method, there is an advantage that the S / N ratio can be greatly improved and the detection sensitivity can be increased.

また、基準光または信号光の偏波面を、測定信号の周波数に対して高速で回転させることにより、導波路として偏波面保存ファイバを用いなくとも、偏波面への変調を安定して検波することができるという利点も有する。   In addition, by rotating the polarization plane of the reference light or signal light at a high speed with respect to the frequency of the measurement signal, the modulation to the polarization plane can be detected stably without using a polarization-preserving fiber as a waveguide. There is also an advantage of being able to.

なお、前記した第1実施形態においては、偏波面回転器3を第2導波部24に取り付けたが、第1導波部23に取り付けて、信号光の偏波面を回転させても良い。この場合も、前記と同様の原理によりホモダイン検波を行い、振動を計測することができる。   In the first embodiment described above, the polarization plane rotator 3 is attached to the second waveguide 24, but it may be attached to the first waveguide 23 to rotate the polarization plane of the signal light. In this case as well, vibration can be measured by performing homodyne detection based on the same principle as described above.

さらに、前記第1実施形態においては、分岐部22を用いているが、要するに、第1導波部23と第2導波部24に光を分岐できれば、どのような構成であってもよい。例えば、分岐器22を用いずに、空間内でハーフミラーなどの手段を用いて分波させてもよい。この場合は、空間が導波路2の一部を構成していることになる。   Furthermore, in the first embodiment, the branching portion 22 is used, but in short, any configuration may be used as long as the light can be branched into the first waveguide portion 23 and the second waveguide portion 24. For example, instead of using the branching device 22, the light may be demultiplexed using means such as a half mirror in the space. In this case, the space constitutes a part of the waveguide 2.

同様に、結合部25についても、光を合波できれば、どのような構成であってもよい。さらには、結合部25を用いず、光検出器4自体に信号光と参照光とを導入し、光検出器4で合波を行う構成でも良い。   Similarly, the coupling unit 25 may have any configuration as long as light can be multiplexed. Further, a configuration in which the signal light and the reference light are introduced into the photodetector 4 itself without using the coupling unit 25 and the optical detector 4 performs the multiplexing may be employed.

また、本実施形態では、導波路2を、光ファイバを主体として構成したが、前記した機能を発揮できるのであれば、空間を伝搬させる構成であっても良い。また、基板中に形成された導波路を用いても良い。   In the present embodiment, the waveguide 2 is mainly composed of an optical fiber, but may be configured to propagate space as long as the above-described function can be exhibited. Further, a waveguide formed in the substrate may be used.

さらに、前記実施形態では、光検出器4の出力を電気信号としているが、これは取り扱いの便宜のためであって、必須ではない。すなわち、光検出器4の出力は、振動検出が可能であれば、他の物理量(例えば磁気や光)で表されるものであってもよい。   Further, in the above embodiment, the output of the photodetector 4 is an electric signal, but this is for convenience of handling and is not essential. That is, the output of the photodetector 4 may be expressed by other physical quantities (for example, magnetism or light) as long as vibration detection is possible.

また、前記実施形態では、第1導波路23の全体を光ファイバにより構成したが、センサ部231のみを光ファイバとし、他の部分は光を空間伝播させる構成としても良い。この場合は、空間伝播部分では、振動による偏波面回転を生じにくいので、センサ部231での振動を高いS/N比で取得できる可能性があるという利点がある。要するに、第1導波路23の任意の一部が光ファイバ等の導波路(振動を伝達できるもの)となっていれば、その一部を利用してセンサ部231とすることができる。他の部分は、導波路でも、空間伝播でも、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。   In the above-described embodiment, the entire first waveguide 23 is configured by an optical fiber. However, only the sensor unit 231 may be an optical fiber, and other portions may be configured to propagate light in space. In this case, since the polarization plane rotation due to the vibration hardly occurs in the space propagation portion, there is an advantage that the vibration in the sensor unit 231 may be acquired with a high S / N ratio. In short, if an arbitrary part of the first waveguide 23 is a waveguide such as an optical fiber (which can transmit vibration), the sensor unit 231 can be used by using a part of the waveguide. The other part may be a waveguide, spatial propagation, or a combination thereof.

(第2実施形態)
つぎに、本発明の第2実施形態に係る振動計測装置を、図2に基づいて説明する。この実施形態では、光検出器4の後段に、低周波通過フィルタ6および増幅器7が配置されている。
(Second Embodiment)
Next, a vibration measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a low-frequency pass filter 6 and an amplifier 7 are arranged after the photodetector 4.

式1に示されるように、光検出器4の出力iには、高周波成分が含まれる。この成分は、理論的には、Imaxの測定に影響しないが、実際は、ノイズとして悪影響を及ぼすおそれがある。第2実施形態の装置によれば、このような高周波成分を除去できるので、振動計測データに対するノイズの影響を軽減できるという利点がある。低周波通過フィルタ6の出力は増幅器7で増幅される。   As shown in Expression 1, the output i of the photodetector 4 includes a high frequency component. This component theoretically does not affect the measurement of Imax, but in reality, it may have an adverse effect as noise. According to the apparatus of the second embodiment, since such a high-frequency component can be removed, there is an advantage that the influence of noise on vibration measurement data can be reduced. The output of the low frequency pass filter 6 is amplified by the amplifier 7.

第2実施形態における他の構成および利点は、第1実施形態と同様なので、詳細についての説明を省略する。   Other configurations and advantages of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

(第3実施形態)
つぎに、本発明の第3実施形態に係る振動計測装置を、図3に基づいて説明する。この実施形態では、光検出器4の後段に、低周波通過フィルタ5に代えて、位相検波器7が配置されている。
(Third embodiment)
Next, a vibration measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a phase detector 7 is disposed in the subsequent stage of the photodetector 4 in place of the low-frequency pass filter 5.

式2においてApm(t)は、偏波面回転器3の回転角速度と、振動に起因する偏波面変調により生じた偏波面位相角変化角速度とにより決定される。したがって、位相検波回路7により、偏波面回転器3の回転角速度とApm(t)とを比較検出して、その位相差を電気信号として出力する。この電気信号の大きさは、第1導波部23が受けた振動の周期に対応して変化することになる。これにより、第1導波部23が受けた振動を測定できる。第3実施形態における他の構成および利点は、第1実施形態と同様なので、詳細についての説明を省略する。   In Expression 2, Apm (t) is determined by the rotation angular velocity of the polarization plane rotator 3 and the polarization plane phase angle change angular velocity generated by the polarization plane modulation caused by vibration. Therefore, the phase detection circuit 7 compares and detects the rotational angular velocity of the polarization plane rotator 3 and Apm (t), and outputs the phase difference as an electrical signal. The magnitude of this electrical signal changes corresponding to the period of vibration received by the first waveguide 23. Thereby, the vibration which the 1st waveguide part 23 received can be measured. Other configurations and advantages of the third embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

なお、前記第3実施形態では、低周波通過フィルタ5に代えて、位相検波器7を配置したが、両者を共に(例えば直列接続して)用いる構成であってもよい。   In the third embodiment, the phase detector 7 is disposed in place of the low-frequency pass filter 5, but a configuration in which both are used (for example, connected in series) may be employed.

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、前記実施形態では、光源1からの光を二つに分岐したが、三つ以上に分岐しても良い。要するに、振動を受けた光(信号光)と基準光とを合波して振動を検出できればよい。   For example, in the embodiment, the light from the light source 1 is branched into two, but it may be branched into three or more. In short, it is only necessary that the vibration (detection light) and the reference light are combined to detect the vibration.

本発明の第1実施形態に係る振動計測装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the vibration measuring device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る振動計測装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the vibration measuring device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る振動計測装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the vibration measuring device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 導波路
21 導入部
22 分岐部
23 第1導波部
231 センサ部
24 第2導波部
25 結合部
26 接続部
3 偏波面回転器
4 光検出器
5 低周波通過フィルタ
6 増幅器
7 位相検波器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Waveguide 21 Introduction part 22 Branch part 23 1st waveguide part 231 Sensor part 24 2nd waveguide part 25 Coupling part 26 Connection part 3 Polarization surface rotator 4 Optical detector 5 Low frequency pass filter 6 Amplifier 7 Phase Detector

Claims (6)

光源と、導波路と、偏波面回転器と、光検出器とを備えており、
前記光源は、コヒーレント光を前記導波路に入射する構成となっており、
前記導波路は、前記入射されたコヒーレント光の一部を信号光として伝搬する第1導波部と、前記入射されたコヒーレント光の他の一部を参照光として伝搬する第2導波部とを備えており、かつ、前記導波路は、前記信号光と前記参照光とを前記光検出器に伝搬する構成となっており、
前記偏波面回転器は、前記信号光および参照光のうちのいずれかの偏波面を、その楕円率を実質的に変えないで回転させる構成となっており、
前記光検出器は、合波された前記信号光と前記参照光とに基づいて、前記信号光の強度および/または位相の変化を検出する構成となっている
ことを特徴とする振動計測装置。
A light source, a waveguide, a polarization plane rotator, and a photodetector;
The light source is configured to enter coherent light into the waveguide,
The waveguide includes a first waveguide that propagates part of the incident coherent light as signal light, and a second waveguide that propagates another part of the incident coherent light as reference light. And the waveguide is configured to propagate the signal light and the reference light to the photodetector,
The polarization plane rotator is configured to rotate any polarization plane of the signal light and reference light without substantially changing its ellipticity,
The vibration detector is configured to detect a change in intensity and / or phase of the signal light based on the combined signal light and the reference light.
前記第1導波部は、前記信号光を伝搬するセンサ部を有しており、前記センサ部は、光ファイバにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動計測装置。   The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the first waveguide unit includes a sensor unit that propagates the signal light, and the sensor unit includes an optical fiber. 前記光源は、レーザを用いた光源であることを特徴とする請求項1または2に記載の振動計測装置。   The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source is a light source using a laser. 前記偏波面回転器は、測定対象である振動における角周波数より速い角周波数で前記偏波面を回転させるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動計測装置。   The vibration measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarization plane rotator rotates the polarization plane at an angular frequency faster than an angular frequency of vibration to be measured. . さらに低周波通過フィルタを備え、この低周波通過フィルタは、前記光検出器の出力側に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の振動計測装置。   The vibration measuring apparatus according to claim 1, further comprising a low-frequency pass filter, wherein the low-frequency pass filter is connected to an output side of the photodetector. さらに位相検波器を備え、この位相検波器は、前記光検出器の出力側に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の振動計測装置。
The vibration measuring apparatus according to claim 1, further comprising a phase detector, wherein the phase detector is connected to an output side of the photodetector.
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