JPH0625774B2 - フォトサーマル効果を用いた流体の速度と濃度の測定法 ―外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプローブによる― - Google Patents
フォトサーマル効果を用いた流体の速度と濃度の測定法 ―外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプローブによる―Info
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- JPH0625774B2 JPH0625774B2 JP1049264A JP4926489A JPH0625774B2 JP H0625774 B2 JPH0625774 B2 JP H0625774B2 JP 1049264 A JP1049264 A JP 1049264A JP 4926489 A JP4926489 A JP 4926489A JP H0625774 B2 JPH0625774 B2 JP H0625774B2
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- Japan
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- optical fiber
- photothermal effect
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Description
【発明の詳細な説明】 これまで，流体の非接触測定に，空間分解能が高い，応
答が速い，較正の必要がないなどのすぐれた特色をもつ
レーザ・ドップラ流速計（ＬＤＶ）が広く使用されてい
る。しかし，ＬＤＶは散乱粒子を流体中に含むか，含ま
ない場合には，混入分散させる必要があり，使用上，種
々の用途制限を受ける。最近，散乱粒子を必要としな
い，ガス速度や濃度を測定する方法として，光熱分光法
が注目されている。レーザ・ビームをガス中に照射し
て，そのエネルギーの１部または大部分が熱エネルギー
に変換されガスの温度上昇をもたらす。これによって生
じた屈折率変化（フォトサーマル効果）を別のプローブ
ビームの偏向から測定するphoto-thermal deflection s
pectroscopyが行われてきた。しかし，位相勾配を測定
するもので，簡便な方法ではあるが現象を直接解析し，
理解できない，精度が少し悪い等の問題があった。
答が速い，較正の必要がないなどのすぐれた特色をもつ
レーザ・ドップラ流速計（ＬＤＶ）が広く使用されてい
る。しかし，ＬＤＶは散乱粒子を流体中に含むか，含ま
ない場合には，混入分散させる必要があり，使用上，種
々の用途制限を受ける。最近，散乱粒子を必要としな
い，ガス速度や濃度を測定する方法として，光熱分光法
が注目されている。レーザ・ビームをガス中に照射し
て，そのエネルギーの１部または大部分が熱エネルギー
に変換されガスの温度上昇をもたらす。これによって生
じた屈折率変化（フォトサーマル効果）を別のプローブ
ビームの偏向から測定するphoto-thermal deflection s
pectroscopyが行われてきた。しかし，位相勾配を測定
するもので，簡便な方法ではあるが現象を直接解析し，
理解できない，精度が少し悪い等の問題があった。
本特許の方法では，フォトサーマル効果によって生じた
流体中の位相変化そのものを測定し，感度の向上をはか
るため，光ヘテロダイン干渉計をプローブに用いた。光
ヘテロダイン干渉法は，光干渉法のなかでも測定位相と
干渉計出力との間に線形関係が成立し，また高感度であ
るため，注目されている。しかし，ヘテロダイン干渉法
は高感度である反面，干渉計に共通することであるが，
参照光路を必要とし，測定光路と異なるため，外乱の影
響を受けやすい。この問題は，光ファイバを用いて，光
学系を簡単化しプローブ化する時に重大になる。光ファ
イバ光路は，温度変化や振動の影響を受け易いためであ
る。そこで，本特許では，外乱の影響を受けにくくする
ため，特殊マッハツエンダ型干渉計を２つ用いた光ファ
イバ共通光路干渉計を新しく開発し，光ファイバ中の外
乱の影響を除去した。
流体中の位相変化そのものを測定し，感度の向上をはか
るため，光ヘテロダイン干渉計をプローブに用いた。光
ヘテロダイン干渉法は，光干渉法のなかでも測定位相と
干渉計出力との間に線形関係が成立し，また高感度であ
るため，注目されている。しかし，ヘテロダイン干渉法
は高感度である反面，干渉計に共通することであるが，
参照光路を必要とし，測定光路と異なるため，外乱の影
響を受けやすい。この問題は，光ファイバを用いて，光
学系を簡単化しプローブ化する時に重大になる。光ファ
イバ光路は，温度変化や振動の影響を受け易いためであ
る。そこで，本特許では，外乱の影響を受けにくくする
ため，特殊マッハツエンダ型干渉計を２つ用いた光ファ
イバ共通光路干渉計を新しく開発し，光ファイバ中の外
乱の影響を除去した。
本特許の測定光学系の略図を図１に示す。先ず，ヘテロ
ダイン干渉計プローブ部について記す。光源Ｈｅ−Ｎｅ
レーザla.HNから出射した周波数νの直線偏光はビーム
スプリッタＰＢＳで，２ビームに分割され，２つの音響
光学素子(AOM1,AOM2)にそれぞれ入射する。AOM1からは4
0MHz＋438kHz,AOM2からは，40MHz周波数偏移したν1，
ν2のビームが出射される。外乱の影響を少くするため
それぞれのビームは偏波面保存光ファイバf1,f2の屈折
率主軸に偏光方向を合わせて，ファイバに入射させる。
f1,f2からの出力の際にも干渉出力を大きくするため，
各々のファイバの屈折率主軸を合わせた。検出器PD1の
受光面上で，f1を出射してビームスプリッタBS1→ミラ
ーm1→BS1→PD1と伝播してきた周波数ν1の光と，f2を
出射してビームスプリッタBS2→測定流体ce．→BS1→PD
1と伝播してきた周波数ν2の光との干渉ビートが検出さ
れる。同様に検出器PD2で干渉ビートが検出される。両
者の干渉ビートに，AOM1,2,f1,2,の位相が，同符号で含
まれ，BS1とm1との間の位相，BS2とm2の間の位相，測定
したいBS1とBS2との間の位相が，逆符号で含まれる。位
相計で両者の干渉ビートの位相差を検出すると，前者の
同符号部分の位相が，キャンセルされ，後者の測定した
い部分は，２倍に検出される。したがって光ファイバの
部分の外乱の影響を除去できる。
ダイン干渉計プローブ部について記す。光源Ｈｅ−Ｎｅ
レーザla.HNから出射した周波数νの直線偏光はビーム
スプリッタＰＢＳで，２ビームに分割され，２つの音響
光学素子(AOM1,AOM2)にそれぞれ入射する。AOM1からは4
0MHz＋438kHz,AOM2からは，40MHz周波数偏移したν1，
ν2のビームが出射される。外乱の影響を少くするため
それぞれのビームは偏波面保存光ファイバf1,f2の屈折
率主軸に偏光方向を合わせて，ファイバに入射させる。
f1,f2からの出力の際にも干渉出力を大きくするため，
各々のファイバの屈折率主軸を合わせた。検出器PD1の
受光面上で，f1を出射してビームスプリッタBS1→ミラ
ーm1→BS1→PD1と伝播してきた周波数ν1の光と，f2を
出射してビームスプリッタBS2→測定流体ce．→BS1→PD
1と伝播してきた周波数ν2の光との干渉ビートが検出さ
れる。同様に検出器PD2で干渉ビートが検出される。両
者の干渉ビートに，AOM1,2,f1,2,の位相が，同符号で含
まれ，BS1とm1との間の位相，BS2とm2の間の位相，測定
したいBS1とBS2との間の位相が，逆符号で含まれる。位
相計で両者の干渉ビートの位相差を検出すると，前者の
同符号部分の位相が，キャンセルされ，後者の測定した
い部分は，２倍に検出される。したがって光ファイバの
部分の外乱の影響を除去できる。
励起用光源la.Cとしては，使用流体の吸収線に合わせた
連続光源をチヨッパでパルス化して用いるか，パルス光
源を用いる。濃度測定の場合には，フォトサーマル効果
によって生じた位相変化をその点に重ねて設置した前記
ヘテロダイン干渉プローブで検出し，その初期値からも
とめる。速度は，その位相変化の曲線の変化を解析し
て，求める。また，速度については，検出プローブの位
置を励起点から下流の位置に設定しタイム・フライト式
に求める。
連続光源をチヨッパでパルス化して用いるか，パルス光
源を用いる。濃度測定の場合には，フォトサーマル効果
によって生じた位相変化をその点に重ねて設置した前記
ヘテロダイン干渉プローブで検出し，その初期値からも
とめる。速度は，その位相変化の曲線の変化を解析し
て，求める。また，速度については，検出プローブの位
置を励起点から下流の位置に設定しタイム・フライト式
に求める。
図１は，外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプロ
ーブを検出に用いた，フォトサーマル効果による流体の
速度と濃度の測定光学系。
ーブを検出に用いた，フォトサーマル効果による流体の
速度と濃度の測定光学系。
Claims (1)
- 【請求項１】流体の速度と濃度の測定のために，励起レ
ーザ焦点位置と重ねるか，後流に設置し，フォトサーマ
ル効果を検出する装置に関するもので，外乱除去を特長
とする差動型ヘテロダイン干渉計である。該干渉計は，
特殊マッハツエンダ型干渉計を２つ用いた共通光路型の
構成で，２つの周波数偏移したレーザ・ビームの干渉計
までの誘導路の位相をキャンセルするため，該レーザ・
ビームを流体中を反対向きに対向させて通過させるとと
もに，該測定ビームと参照ビームを干渉させることと，
測定ビームと参照ビームに分割する役目をする対称に配
置された２枚のビームスプリッタ，参照ビームを反射す
る対称に配置された２枚の全反射ミラーからなる装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049264A JPH0625774B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | フォトサーマル効果を用いた流体の速度と濃度の測定法 ―外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプローブによる― |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049264A JPH0625774B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | フォトサーマル効果を用いた流体の速度と濃度の測定法 ―外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプローブによる― |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228566A JPH02228566A (ja) | 1990-09-11 |
| JPH0625774B2 true JPH0625774B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=12825970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1049264A Expired - Fee Related JPH0625774B2 (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | フォトサーマル効果を用いた流体の速度と濃度の測定法 ―外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバプローブによる― |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625774B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58182524A (ja) * | 1982-04-20 | 1983-10-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光周波数変化検出方式 |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP1049264A patent/JPH0625774B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02228566A (ja) | 1990-09-11 |
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Legal Events
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