JPS5954919A - 機械的光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ′（讐）・発明め属する技術分野の説明　　　　　□本
発明は、光ファイバか□ら出射去れた光６反射光漬たは
通過光を機械的な外力で変調する機械的光嚢調装置と、
こめ変調装置を力ぶマン渦流量計の渦周波数測定に応用
したカルマン渦瀝量計に関す名４′めである。

（２）′従来技術のｉ萌 捉莱□の光の機−高変調方法として、端面１　＝ｉ向き
菖づ是−直線上の光ファイバの端面間距離を変化させ石
方法、□端面間にシャッタを品し入れする方　　　□法
、端′面部の芯ず６岑角度ずれを起させる□方法等が提
案されているりこれらの方顧は悪瑣境下のニー的雇用途
ではファ□イバ芯合せの困難さ、綿羊変化、１端面への
と谷め付着、結露等の障害を起しゃすく□、集用的では
な仏。　　　　　　　　　□′εあよ□うな上記次点を
除去するために、光レア４共を毛□細曽中に一蝋め端面
間隔を設けて固定し、との端面藺の毛細管を曲げること
に上ジ通−□光量を変調する方法が提案されている。し
かしながら、、。

この方法は大きく曲げないと光の変調が起らず、Ｍ、、
−ｇｌｌ！ｌのい□、友石１あつぇ。　　　−一　　“
（３）　　発明の詳細な説明、、。

本発明は先行技術に内在する上記諸欠点を解消するため
になされ冬も、怜でｉ、従って本発明の目的は、悪環境
下においても経年変化が々く、感度が高く、シかも信頼
性の高い、小型で廉価に構成できるユニット化された新
拝、な機竺的変調装置１１ を提供することにある。　　　、。

（４）　　発明の構成　　　。

本発明の上記目的は１．弾性、体側孔内に挿入された屈
折率が中Ｉ９軸よシ半径方向に向って放物線状に変化し
、その長さが光の蛇行周期のｎ／２ピツチ（ｎは正の整
数）であるロッドレンズと反射鏡または光フアイバ端面
を対向させ、弾性体細孔の変形により反射光量または通
過光量を変調することを特徴とする機械的光変調装置に
よって達成される。

（５）　　発明の詳細な説明 １、冬に本発明をその良好な実施例について図面を参照
しながら具体的に説明する。

ｍｔｄは本発明の一実施例を示す要部断面図である。第
１図において、参照番号１は弾性体によ・シ形成された
パイプ（細孔）、２は光フ：アイバケーブル、３は光フ
ァイバケ］プルその中：心を通る光ファイバ、４は光コ
ネクタ、５は固定体をそれぞれ示す。パイプ１は固定体
５に形成された穴にその左端が挿入され、例えば溶接に
よシ固定されている。パイプ１の内部には、ｒＶ２ビレ
ｊのロッドレンズ６がその左、端でカラー７により、−
心的に固定されて諭る。パイ、プ１９右端には反、封体
９が固定され、その反射体９の、端面すはロッドレンズ
９の端面８と対向している。

とのよ、うな構成になっているために、光ファイバ３の
入射光１１は光コネクタ４の端面の出射点Ｐからロッド
レンズ６に向って出射される。ロッドレンズ６に向って
出射される出射光となる光は１２のようにロッドレンズ
６内を蛇行し、反射体９の端面１０の集光点Ｑに集光す
る。第１図はｎ＝２の場合を示して吟る。即ち、ｎ／２
＝２／２＝１のピッ、を長のロッドレンズに相当する。

、集光ＩＱからの反射光は逆の光路を通り、卑射坐Ｐ％
４光盲些て光ファイバ３９もとシ光５０になる。

ここで、固定体５を固定腎１．パブだ県、の右端に矢印
１３のような外力をカロ見られると、ノ：５イブ１の長
さＬの部分が弾性変形５−＜曲り１．〒ラドレンズ６の
端面８に対して反射体９の端匣１０．が上゛下方つにず
れる。Ｌを変調空間長生呼び、：、午Ω部分やパイプ１
内部の空１１η１４を変碍空、間セ、呼ぶこと（、する
。

第２図、（ａ）〜（ｄ）はロッドレンズ６の端面８と反
射体９の端面１０間を軸に亘角咳、切断甲た断、面を示
１ている。第２図（ａ）のように反射体９を端面１０の
上半分には金属の、蒸着等の手段によシ反射層１ｐが咋
けられている。下半分１６は無尽射面、になってい企。

反射体９は透明ガラス、ま冬は赤色ガラ、ス等、で作ら
れている。第２図（ｂ）のように反射体９．、が朱印１
７の方向にずれると、出射享１２の集光、４ｃ２ｐ無反
射面１６に移る。従って１．この際には出射外ｉ、２４
４射体９に吸収されてしまい、反射光はゼロになる。し
たがって、光ファイバ３のもどり光５０もゼロになる０
次に第２図（Ｃ）のように反射体９が変位すれば反射光
は最大になる。もどシ光量とずれ量との関係は第３図の
ようになる。もどり光量が急変するずれ量の幅Ｗｉｌｌ
、Ｑ点での集中光束の直径にほぼ等しい。この直径、は
光の出射点Ｐでの光の光束直径、すなわち、光ファイバ
のコア直径にほぼ等しい。

標準の光ファイバのコア直径は５０μｍで帝るから、ず
れ量に対するもどり光量の変化、すなセち、悪寒は非常
に敏感である。第２図のように反射率や含有を階段状に
変化させずに、ゆるやかに変化させれば、感度は低下し
、鈍感になる。どちらが臭いかは主、とじて用途−より
綺まる。　　　。

第２図（ｄ）は反射面や他の実施例を示している。

反射体９の端面１０の中央、部１８だけがほぼ７．７厘
径に等しい幅！反射面イ、ヒされている。こ９轡合の特
性は第３図の破線の・ようになる、ずれの埠動振幅をＡ
とし、ずれを周波数ｆで八５ｉｎ２π、ｆの弯化さ、せ
ると、もどシ光量の基本波は第２図（ａ）の場合にはｆ
１第２図（ｄ）の場合には２ｆになる。どちらが良いか
は用途によシ決まる。

第゛４図は本発明の他の実施例を示しでいる１図におい
て〜・６は・１／２ピツチのロッドレンズ、２０は反射
体であシ、この反射体２０の円柱状の右半分はパイプ１
に固着されている。反射体２０の左半分は円すい状にな
っていて、変調空間１４内へ突出されている。その端面
は鏡面仕上され、ロツドレどズ″６の端面と対向してい
る１反射体２０の端面の一部は２１のように斜めにカッ
トされている。光フアイバ３０入射光１１は光コネクタ
４の端面の出射点Ｐから出射され〜その出射光は矢印１
２のように進み、集光点Ｑで集光し、反射されて同一光
路を通ってもど゛り光５０になる。

今、外力でパイプ１を第４図の１３の方向に曲げると、
ロッドレンズ６の端面と反射体２０の端面間に相対□的
なずれを生ずる。このずれのた□めに一部・の集光点Ｑ
が斜めカット面２１上に位置する場合には反射光の角度
が変シ、光は出射点Ｐにもどれなくな・る。特性は第・
３・図の実線、のようにな□る。

第５図は本発明・をカルマン渦流量計に応用した場・倉
αｉ宋施、例の断面図７ｃあ、る。図は流れに直角に切
断した場合を示している。１１図において、３０位流体
が：紙向に垂直方向に流、れてい：る管路、３１唸管路
３０に取１付けられた７ランジである。カルマン渦発生
体Ａは、渦発生部３２、薄肉部３３．７９．７９部３４
により構成・されている０図示しない手段に□よシフラ
ンジ３４はフラン・ジ３１に固定されている。固定台３
５の中心にはロッドレンズ６が通っている。光源Ｔ　：
Ａ−らの光は矢印３６．３７のように光フアイバ３中を
進み、□ｊ　ｎ／２ピツチのロッドレンズ６に入シ、反
射体９の端面１０で反射され、その反射光は光分岐器３
βで分岐されて受光器Ｈに入る。　　　。

、、・カルブど渦発生部３２０作用によ多発生したカル
マン渦（図示せず、）の反、作用として、渦発生体３２
には矢印１３方向の交番力を受ける。・そのために、薄
肉部３３が曲けられ、渦発生体Ａ内に設置された反射体
９とロッドレンズ６の端面間が相対的にずれる。？：、
のずれ振動は、カベマン渦発生体の振動周期ｆに等しい
。反射体９の端面１０は、特有の反射率分布を持つため
に、もど、ｐ光量、９はｆまたは２ｆの基本周波数を持
つ。これを測定することにより、管路３０内の流体の流
量または流速が求められる。

固定台３５のテーバ部４０は、ロッドレンズ６の共振周
波数を上げるための補強材である。カルマン周波数よシ
も共振周波数を上げておくことが望ましい、変調空間１
４内で結露を生じないように、シリコンオイル等を満し
ておくのが望ましい。特にロッドレンズ６の屈折率に一
致した屈折率を持つオイルを使用すると、ロッドレンズ
６の端面でのフレネル反射損を防止できるので、よＩｌ
しい結果が得られる。

一般に、変調空間の長い第５図のような場合には、ロッ
ドレンズ６の端面と反射体端面１０の芯合せが雛しい。

反射面１０の反射率分布をゆるやかにしておけば、特に
芯合せは必要としない。その代シ感度が少し低下する。

第２図のような階段状反射率分布であっても、ロッドレ
ンズ６をわざとわずか偏心させておき、受光量を測定し
ながら取付台３５を回転させればロッドレンズ６の中心
を反射面と無反射面の境界線上に一致させることができ
る。　　　　　　・　、　　　　　　。

第５甲におい、て、渦発生、体３２から棒状の深封体を
変調空間１４に突出して第４図の方式にしても同様な効
果が得られる。第１図、第４図、第５図でロッドレンズ
６および反射体のどちらを突出すかは任意であり、一方
を突出、しても効果は同じで塾る。　い　　　　　　、
　　　　　６ また、第１図１．第４図において、集光点Ｑに受光用光
ファイバ・（図示せず）、ヤ端面を設置すれば、右方向
へ向、う光の通過光量全変調できるのは諭うまでもない
、このような通過光量変調型の変調器は第５図のカルマ
イ渦流量計と、してそのまま使用できる。

第１図、第４図のパイプ１をあらかじめ曲げておけば、
反射光量は通常はゼロで、あるが、、外力でまっすぐに
すると、反射光量が増加する。これは−ａＳ光：スイッ
□チにな机反射採の長シに光ファイバを設置しておけば
光の通過光量の０Ｎ−ＯＦＦスイッチになる。

パイプ１は細孔を持つパイプとして脱刷したが、必ずし
も細孔である必要はない。要は変調空間を保護する弾性
体であればよい。　　□　　　・光の変廟動作をすべて
芯すれとして説明しているが、角度ずれまたはこれらの
複合作用でもか懺わｋい。　　　　　　　　、　　　、
・　　　　・　　。

第１図、第４図から明らかなように一ロンドレンズ６の
長さ・ｌは正確にｎ／２ピツチではなく、！＜％ピッチ
である。このようにすることにより、集光点をロッドレ
ンズ６の外・部に出すととができる一説明を簡単にする
ために、反射面に特殊ガ反射率分布を持たせであるが、
これは不可欠のものではない。反射面１０がロッドレン
ズ６の中心軸に対して傾けば反射光の光軸が中心軸と斜
交し、反射光はやはシ出射点ＰＶｃもどれなくなる鼻こ
□の場合には端面に特殊な反射率分布を持たせる必要が
ない。要はロッドレンズ６がらの光を反射面上に集光さ
せる・ことにある。　　　　　　　　　　。

第５図のカルマン渦流量計は全くの一実施例にすぎない
。要はカルマン渦の力で芯ずれや角度ずれを起させて光
を変調する点に・ある。たと・えばＪカルマン渦発生体
３２の下流位置に、先端に差圧検出用の羽根（図示せず
）をつけた第１．図、第４図の変調器を流れに直角に挿
入すればカルヤン渦が検出できる。　　　　　　　　　
“　　　：・、　　・（６）　　発明の詳細な説明　　
　　　　・　□以上説明したように、本発明によれば、
変調空間１４が弾性体で保護されているので、悪環境下
で使用しても、性能が劣化することがなく、小型で信頼
性の高い機械的変調器が得られるｉ構造も極めヤ簡単で
あ′シ、非常に廉価に構成できる特長がある。光を使用
している：ために、電磁的誘導を得ることが々く、爆発
の危険性が全くないの、で〈爆発性雰囲気でも安心して
使用できる等の多くの長所を有し、実用上の効果が非常
に太□きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した機械的光変調装置の＝実・施
例を示す要部断面図、第２図・はそ・の要部動作説明図
、第３図は本発明に係る装置の入出力特性の説明図、第
４図は本発明、、を使用□・し、た機械的光変調装置の
他の実施例を示す要部断面図、第・５図は本発明による
機械的光変調装置を利用したカルマレ渦流量計の一実施
例の□断面図□である。 １・・・パイプ（細孔）、２′・−働光フ・ティぶケー
ブル、３・−争光九゛アイバ、４　ｍ　ｍ′・光＝ネク
タ、５・・・固定体１．：　８−’　ＩＩ・ロッドレン
ズ、７　＊　＊拳カラー〜８、・１０−−　’一端面、
９．２０・−・反射体、１１・・電入射光、１２−・・
光、１４−−・変調空間、１５・・・反射層、３０−１
・９路、３１．３４φ・・フランジ、３２・−−渦発生
体、３′３Φ−−薄肉部、３５・・・固定台、３８′−
φ−光分岐器、４０・−・テーバ部、Ａ・ｍ−・カル埼
ン渦発生体、Ｐ・拳・出射点、Ｑ・・・集光点、Ｔ’＊
ｍ□＠′光源、几・・ψ受光器 特許出願人　　　大金□電・気株式会社代　理　人　　
　弁理士　熊谷雄太部 手続補正書（自発） 昭和５７年１０月２５日 昭和５７年特許−第１６５．曇７４号゛　　　□２　発
明の名称 機械的光変調装置 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京都杉並区成田西、３Ｆ目２０番８号名　称
　大倉電気株式会社 代表者　取締役社長　大　倉　浮　平 ４代理人 住　所　神奈川県座間市栗原２２１５−２２熊谷特許事
務所 図　　面 ゛仝−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、弾性体で囲まれた空□間内に、長□さｌ≧・ｎ
   ／２ビシチ（ｎは正の整数）のロツドレシズと反射体と
   を鰻け、該ロンドレンズま庭は該反射体めどちらか一方
   または両方を突出させて端面を対向者せ、前記反射体の
   端面に前記ロッド°レシズｊ−らの光を集光適ｉで前記
   弾性体め変疹に上如１反：射光量を機械的に変調するこ
   とを特徴とする機穢的光女鯛装置、′−″：　　　・　
   　　　　□ Ｃ２）、前記反射体の代りに光レナイノ（−姑を使用し
   、□光の通過光量を変調することを東・ニ特嶽とする特
   許請求の範囲□第（１）項記載の機猿的光変調装−０（
   ３）−□−記反反射め端面に反射＊分布を持九せ九とと
   を更に特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載め機械
   的光変調・装着、　・　・　：　：　　　・（４）〜前
   記特許請求の範囲第（１）項〜第（３）項記載の変調装
   置をカルマン渦による力で動作省ぜ為ことを特徴とする
   カルマン渦流量計または流速針。