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リングレーザー流速計

国内特許コード P04A006858
整理番号 KN000418
掲載日 2005年3月18日
出願番号 特願平09-188915
公開番号 特開平11-023604
登録番号 特許第2916618号
出願日 平成9年7月1日(1997.7.1)
公開日 平成11年1月29日(1999.1.29)
登録日 平成11年4月23日(1999.4.23)
発明者
  • 滝沢 実
出願人
  • 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
発明の名称 リングレーザー流速計
発明の概要 【課題】 旋回する航空機等角速度のある場所において、サニャック効果によるビート周波数の発生を無くし、透明流体の流速を精密に計測できるリングレーザー流速計を得る。
【解決手段】 閉光路を形成するように配置された複数の高反射ミラーを有するリング共振器3のリングレーザー発振光路を8字形にして、一点で交差する二つの閉光路が囲む面積を同じにすることにより、二つの閉光路が囲む面を通る軸まわりに角速度が生じても、二つの閉光路におけるサニャック効果は互いに反対にかつ等しい大きさで生じるため、リングレーザー全体としてはサニャック効果を打ち消すことになり、回転を伴う場所においてもサニャック効果の影響を受けること無く、透明流体の流速を精密に計測することができる。
従来技術、競合技術の概要


航空機や宇宙往還機の飛行制御を行うために必要な対気速度の計測や風洞試験における気流速度計測においては、従来、ピトー管を使用した対気速度計が使用されている。一方、透明な気体(流体)の流速を精密に測定する流速測定法として、図3に示すようなリングレーザー流速計を使用した透明流体の流速測定法が提案されている(例えば、W.M.MACER,J.R.SCHNEIOER,andR.M.SALAMON;Measurement of FresneI Drag with the Ring Laser,J.Appl.PhyS.35〔8〕,PP.2556‐2557,(1964)、小林春洋著「レーザ応用技術」日刊工業新聞社(昭和48年1月)発行、PP.149‐150参照)。
従来のリングレーザー流速計は、図3に示されているように、レーザー発振波長に対して高い反射率のミラーM1、M2、M3で構成するリング共振器31を備えたリングレーザー装置の一辺に、被測定流体流入管32を挿入し、該流入管に透明な被測定流体を通して流速を測定するものである。その測定原理はつぎのように説明できる。リングレーザーは慣性座標系において静止しているものと仮定し、被測定流体流入管32には屈折率nの透明流体を速度vで流すとする。リングレーザーの右まわり光Lcwおよび左回り光Lccwの各発振周波数Fcw及びFccwは、被測定流体流入管32内の透明流体が静止している場合には相互に等しく、流体が流れている場合(流れの向きは図に示した向きとする)には、流体中を伝搬する右回り光Lcwの見かけの速さは遅くなり、一方左回り光Lccwの見かけの速さは速くなるので、右回り光の発振周波数Fcwは低くなり、左回り光の発振周波数FccWは高くなる。それゆえ、右回り光Lcwと左回り光Lccwをリングレーザー装置のミラーM3からそれらの一部を取り出して重ねあわせればピート周波数ΔFが得られる。流速が無いときのリングレーザーの発振周波数をfとすると、次の関係(フレネルのドラッグ効果)から流体の流速vが求められる。
ΔF={2vL(n2ー1)f}/{c(nL十R)} (1)
ここに、
L:流入管の長さ
R:Lを除くリング共振器の光路長
c:真空中の光速
よって、流速vは次式(2)で与えられる。
v={c(nL+R)}/{2L(n2ー1)f}・ΔF (2)
従って、流速vはビート周波数ΔFを計測することにより知ることができる。
なお、図3において、33は電源・信号処理器であり、34はレーザー発振管、M1,M2,M3,M4,M5は高反射率のミラーでその内M3は一部透過型、BSは光干渉器、37は光信号検出器である。リングレーザーの右まわり光Lcwおよび左まわり光Lccwは光干渉器BSによって干渉され、周波数差のビート信号が光信号検出器37で検出され、流速vは信号処理器でそのビート周波数ΔFを用いて(2)式を演算することにより割り出すことができる。

産業上の利用分野


本発明は、航空機や宇宙往還機の飛行制御に必要な対気速度、又は航空機等の設計に必要な空気力学データを取得するための風洞試験における気流速度等の流体流速を精密に計測できる透明流体流速計、特にリングレーザー流速計に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
閉光路を形成するように配置された複数のミラーを有するリング共振器と、該リング共振器のリングレーザー光路を通過するように配置された被測定流体流入管とを備えたリングレーザー流速検出部、該リングレーザー流速検出部を駆動し、且つ前記リングレーザー流速検出部から出力される流速情報を処理し、被測定流体の流速計測量を出力する電源・信号処理部から構成され、前記リング共振器は、8字形リングレーザーの光路を形成し、光路の交差する点の両側の閉光路が囲む面積が等しくなるように複数のミラーが配置されていることを特徴とするリングレーザー流速計。

【請求項2】
前記8字形リングレーザーの光路が、2つの三角光路から形成されている請求項1記載のリングレーザー流速計。

【請求項3】
前記8字形リングレーザーの光路が、三角光路と四角光路から形成されている請求項1記載のリングレーザー流速計。

【請求項4】
前記リングレーザー流速検出部、及び該リングレーザー流速検出部と前記電源・信号処理部との間を結ぶ電力・信号伝送系を、純光学式にして耐電磁干渉性を高めた請求項1、2又は3記載のリングレーザー流速計。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1997188915thum.jpg
出願権利状態 登録
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