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JPH0340363B2 - - Google Patents
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JPH0340363B2 - - Google Patents

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JPH0340363B2
JPH0340363B2 JP56145188A JP14518881A JPH0340363B2 JP H0340363 B2 JPH0340363 B2 JP H0340363B2 JP 56145188 A JP56145188 A JP 56145188A JP 14518881 A JP14518881 A JP 14518881A JP H0340363 B2 JPH0340363 B2 JP H0340363B2
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modulation device
light
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light modulation
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/264Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光フアイバ内を通過する光または反
射光を機械的な外力で変調する機械的光変調装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a mechanical light modulation device that modulates light passing through an optical fiber or reflected light using an external mechanical force.

このような光フアイバ内の光の機械的光変調方
法として、端面が向きあつた一直線上の光フアイ
バの端面間の距離を変化させる方法、端面間にシ
ヤツタを出入させる方法、端面間の芯づれを起さ
せる方法、端面間の角度を変化させる方法等が提
案されている。これらの方法は、実験室的には可
能であるが、悪環境の工業的な用途ではフアイバ
芯合せの困難さ、経年的な芯づれ、端面へのごみ
の付着、結露等の障害を起し、実用にならない。
水中で使用すると、水あかの発生、気泡の端面へ
の付着等により短時間で使用に耐えなくなる。
Mechanical optical modulation methods for light within an optical fiber include a method of changing the distance between the end faces of optical fibers in a straight line with their end faces facing each other, a method of moving a shutter in and out between the end faces, and a method of adjusting the centering between the end faces. A method of causing this to occur, a method of changing the angle between the end faces, etc. have been proposed. These methods are possible in the laboratory, but in industrial applications in harsh environments, problems such as difficulty in fiber alignment, misalignment over time, adhesion of dust to the end face, and dew condensation may occur. , not practical.
If used underwater, it will become unusable in a short period of time due to water scale formation, air bubbles adhering to the end surface, etc.

このような先行技術に内在する上記欠点を除去
するために、本発明者によつて研究がなされ、そ
の内容は本出願人によつて特願昭55−154814号
(機械的光変調装置(以下従来例と呼ぶ))として
出願されている。本発明はこの従来例の改良に関
するものである。
In order to eliminate the above-mentioned drawbacks inherent in the prior art, the present inventor conducted research, the contents of which are disclosed in Japanese Patent Application No. 154814/1983 (mechanical light modulation device (hereinafter referred to as This is referred to as a conventional example)). The present invention relates to an improvement on this conventional example.

上記特願昭55−154814号明細書に記載された従
来例の基本原理は第1図に示される如きものであ
り、第1図において、1はプラスチツクまたは金
属で作られた毛細管、2,3は端面が向き合うよ
うに毛細管1内に挿入された入力用と出力用の光
フアイバである。両フアイバの端面間は距離Lだ
け離れていて、変調空間8を構成する。毛細管1
の内壁は光の反射を防止するために粗面化されさ
らに黒化されている。入力光フアイバ2を固定
し、出力光フアイバ3を点線のようにθだけ曲げ
ると、光フアイバ3の出力光量が減少する。これ
により光を機械的に変調することができる。
The basic principle of the conventional example described in the specification of Japanese Patent Application No. 55-154814 is as shown in FIG. 1, in which 1 is a capillary made of plastic or metal, 2, 3 are input and output optical fibers inserted into the capillary tube 1 so that their end faces face each other. The end faces of both fibers are separated by a distance L and form a modulation space 8. capillary tube 1
The inner wall is roughened and blackened to prevent light reflection. When the input optical fiber 2 is fixed and the output optical fiber 3 is bent by θ as shown by the dotted line, the amount of light output from the optical fiber 3 decreases. This allows the light to be mechanically modulated.

実験の結果、第1図に示した従来例の方式では
性能的にまだ不満な点があることが判つた。改善
を要する主な点は次の通りである。
As a result of experiments, it was found that the conventional system shown in FIG. 1 still had some unsatisfactory points in terms of performance. The main points that need improvement are as follows.

(1) 曲げ角θに対する通過光量の変化、すなわ
ち、曲げ感度が不十分である。毛細管内壁の粗
面化、黒化等が不十分なのも原因している。
(1) The change in the amount of light passing with respect to the bending angle θ, that is, the bending sensitivity is insufficient. Another cause is insufficient roughening and blackening of the inner wall of the capillary tube.

(2) そのために、曲げ角θを大きくすると、金属
毛細管の管壁の応力が増大し、繰返し曲げを受
ける用途では金属毛細管の疲労寿命に少し問題
が残る。
(2) Therefore, when the bending angle θ is increased, the stress on the tube wall of the metal capillary tube increases, and there remains a slight problem in the fatigue life of the metal capillary tube in applications where the tube wall is subjected to repeated bending.

(3) 変調空間幅Lを増大すると曲げ感度は確実に
向上するが通過光量の絶対値が減少し、測光系
が高価なものになる。
(3) Increasing the modulation space width L definitely improves the bending sensitivity, but the absolute value of the amount of transmitted light decreases, making the photometry system expensive.

本発明は従来の上記実情に鑑みてなされたもの
であり、従つて本発明の目的は、上記(1)〜(3)の項
を改善することにより、芯合せ等の厄介な操作を
必要とすることがなく、悪環境下でも経年的に劣
化することのない、信頼性の高い、小型で廉価に
構成できる新規な機械的光変調装置を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and therefore, an object of the present invention is to eliminate the need for troublesome operations such as alignment by improving the above-mentioned items (1) to (3). It is an object of the present invention to provide a novel mechanical light modulation device that is highly reliable, compact, and inexpensively constructed, which does not deteriorate over time even under adverse environments.

本発明の上記目的は、弾性体内に変調空間を形
成し、前記弾性体に導入された2個の光フアイバ
のうちどちらか一方または両方を前記変調空間内
に突出せしめ、前記2個の光フアイバの各端面を
近接して対向させ、前記変調空間の弾性的変形に
より光フアイバ光量を変調することを特徴とした
機械的光変調装置、によつて達成される。
The above object of the present invention is to form a modulation space in an elastic body, make one or both of the two optical fibers introduced into the elastic body protrude into the modulation space, and make the two optical fibers protrude into the modulation space. This is achieved by a mechanical light modulation device characterized in that each end face of the optical fiber is closely opposed to each other, and the amount of light from the optical fiber is modulated by elastic deformation of the modulation space.

次に本発明をその良好な一実施例について、図
面を参照しながら具体的に説明する。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

第1の発明を示す第2図において、参照番号1
は毛細管、2は入力光フアイバ、3は出力光フア
イバをそれぞれ示している。光フアイバ2,3は
スペーサ4,5により毛細管1の中心軸上に支持
されている。スペーサ4,5の両端面間で幅Lの
変調空間8を構成する。入力光フアイバ2の端面
6はスペーサ4の端面と同一面に保持される。出
力光フアイバ3の端面7は、変調空間8内に突出
され、わずかの距離をへだてて入力光フアイバ端
面6に対向している。
In FIG. 2 showing the first invention, reference number 1
2 represents a capillary tube, 2 represents an input optical fiber, and 3 represents an output optical fiber. Optical fibers 2 and 3 are supported on the central axis of capillary tube 1 by spacers 4 and 5. A modulation space 8 having a width L is formed between both end surfaces of the spacers 4 and 5. The end face 6 of the input optical fiber 2 is held flush with the end face of the spacer 4 . The end face 7 of the output optical fiber 3 projects into the modulation space 8 and faces the input optical fiber end face 6 at a small distance.

実際の光変調装置では毛細管1の内径Dに比べ
て、変調空間幅Lは10〜100倍ほど大きい、判り
やすくするために、第2図では毛細管内径を誇張
して大きく記載されている。
In an actual light modulation device, the modulation space width L is about 10 to 100 times larger than the inner diameter D of the capillary tube 1. For the sake of clarity, the inner diameter of the capillary tube is exaggerated and shown in a large size in FIG.

入力光フアイバ2を固定し、出力光フアイバ側
を点線のようにθの角度で曲げると、変調空間8
が曲率半径Rで曲る。この場合に、変調空間8内
に突出した出力光フアイバ3は曲らないので点線
のようになる。従つて、入力光フアイバ端面6か
ら出射した光は出力光フアイバ3の端面7に入れ
なくなり、変調空間内で散乱消失し、出力光フア
イバ3の出力光はほとんどゼロになる。
If the input optical fiber 2 is fixed and the output optical fiber side is bent at an angle of θ as shown by the dotted line, the modulation space 8
is bent with radius of curvature R. In this case, the output optical fiber 3 protruding into the modulation space 8 does not bend, so it appears as a dotted line. Therefore, the light emitted from the input optical fiber end face 6 does not enter the end face 7 of the output optical fiber 3, is scattered and lost within the modulation space, and the output light from the output optical fiber 3 becomes almost zero.

これに反して、曲げのない実線のような場合の
光の損失は対向した端面6,7間での光の損失に
端面6,7でのフレネル反射損が加わるだけであ
り、出力光フアイバ3の出力光量は約半分に下る
程度である。
On the other hand, in the case shown by the solid line without bending, the light loss is only the light loss between the opposing end faces 6 and 7 plus the Fresnel reflection loss at the end faces 6 and 7, and the output optical fiber 3 The output light amount is only about half that of the previous one.

変調空間幅Lだけが一定の曲率半径Rで曲るも
のとすれば、第2図の点線のように、通過光が完
全にカツトされる条件は光フアイバ外径をdとし
て幾何学的関係から、次の式(1)が成立する。
Assuming that only the modulation space width L is curved with a constant radius of curvature R, the condition for the passing light to be completely cut off as shown by the dotted line in Figure 2 is based on the geometric relationship where the outer diameter of the optical fiber is d. , the following equation (1) holds.

d≦Lθ/2 ……(1) 右辺に1/2という係数が入るのはスペーサ5の
端面が端面7と反対方向へずれるためである。変
調空間幅Lを一定とすれば、外径dが小さいほ
ど、わずかな曲げ角θで光がカツトされて好まし
い。外径dを光フアイバの外径としてきたが、ク
ラツドモードの光は後述のように簡単にカツトで
きるので、上式(1)のdとしてコア直径を採用して
よい。市販の標準マルチモード光フアイバはクラ
ツド外径125μm、コア径50μmであるから、L=
10mmの場合でθ≧0.01(ラジアン)=0.573゜になる。
1゜以下の曲げで光は十分にカツトされる。
d≦Lθ/2 (1) The coefficient 1/2 is included on the right side because the end face of the spacer 5 is shifted in the opposite direction to the end face 7. Assuming that the modulation space width L is constant, the smaller the outer diameter d is, the more preferable the light is cut by a slight bending angle θ. Although the outer diameter d has been taken as the outer diameter of the optical fiber, since cladding mode light can be easily cut off as described later, the core diameter may be used as d in the above equation (1). A commercially available standard multimode optical fiber has a clad outer diameter of 125 μm and a core diameter of 50 μm, so L=
In the case of 10 mm, θ≧0.01 (radian) = 0.573°.
A bend of less than 1° will sufficiently cut out the light.

これに反して、第1図の従来例では、L=10mm
のときθ=5゜でやつと光がカツトされる。これは
毛細管内壁が完全に黒化されているという仮定上
の計算値であり、これの実現はなかなか困難であ
るために、実際には10゜程度曲げないと完全な光
量カツトが得られない。結局第1図の従来例に比
べて、本発明は10〜20倍ほど感度が良いことにな
る。第1図の毛細管として、肉厚25μmのステン
レスパイプを使用するものとすれば、L=10mmの
とき5゜の曲げで約10Kg/mm2の応力がステンレス
パイプに生ずる。この数値は繰り返し曲げ回数の
多い用途では許容疲労応力に近い数値である。
On the other hand, in the conventional example shown in Figure 1, L=10mm
When θ=5°, the light is cut off. This is a calculated value based on the assumption that the inner wall of the capillary is completely blackened, and since this is difficult to achieve, in reality, a complete light cut cannot be obtained unless the capillary is bent by about 10 degrees. As a result, the sensitivity of the present invention is 10 to 20 times better than the conventional example shown in FIG. If a stainless steel pipe with a wall thickness of 25 μm is used as the capillary tube in FIG. 1, when L=10 mm, a stress of about 10 Kg/mm 2 will be generated in the stainless steel pipe when bent by 5°. This value is close to the allowable fatigue stress for applications that involve repeated bending.

本発明では曲げ角は約1/10でよい。その代り、
同一径の光フアイバを使用するものとすれば、毛
細管径が3倍ほどになるので、結局毛細管の応力
は約1/3に軽減され、疲労の点で好ましい結果が
得られる。金属毛細管の代りにプラスチツク毛細
管を使用した場合には、許容歪は一桁大きく取れ
るので、疲労の点ではどちらも問題はない。変調
空間に突出した、出力光フアイバの共振周波数は
L=10mm、d=125μmのときに、635Hzである。
曲げの周波数がこれ以上の高周波の用途には補強
して共振周波数を上げる必要がある。
In the present invention, the bending angle may be approximately 1/10. instead of,
If optical fibers of the same diameter are used, the diameter of the capillary tube will be about three times as large, so the stress in the capillary tube will be reduced to about 1/3, resulting in favorable results in terms of fatigue. If a plastic capillary tube is used instead of a metal capillary tube, the allowable strain can be increased by an order of magnitude, so there is no problem in terms of fatigue. The resonant frequency of the output optical fiber protruding into the modulation space is 635 Hz when L=10 mm and d=125 μm.
For high-frequency applications where the bending frequency is higher than this, it is necessary to increase the resonance frequency by reinforcing it.

第3図は第2の発明の一実施例を示している。
図において、1は毛細管、2aは光フアイバのク
ラツド、2bはコアであり、クラツド2a、コア
2bはスペーサ4で中心軸上に保持される。スペ
ーサ5の中心軸上にテーパ状のビーム12が保持
されている。ビーム12の左端面13は鏡面化さ
れて、コア2bの端面6に対向している。コア2
bの入力光14はビーム端面13で反射されて点
線15のもどり光になる。第2図のように変調空
間幅Lがθだけ曲げられると、反射鏡13がコア
の端面6から外れ、もどり光はほとんどゼロにな
る。曲げ感度を上げるために、クラツドモードの
光は消してしまうのが良い。そのために、第3図
ではエツチングでクラツドの一部を除去してい
る。クラツドモードの光を消す方法として、スペ
ーサ4の屈折率をクラツドのそれよりもわずか大
きくする等の種々の手段がある。ビーム12とス
ペーサ5は必要に応じて一体化してもよい。
FIG. 3 shows an embodiment of the second invention.
In the figure, 1 is a capillary tube, 2a is an optical fiber cladding, and 2b is a core.The cladding 2a and the core 2b are held on the central axis by a spacer 4. A tapered beam 12 is held on the central axis of the spacer 5 . The left end surface 13 of the beam 12 is mirror-finished and faces the end surface 6 of the core 2b. core 2
The input light 14 of b is reflected by the beam end face 13 and becomes the return light indicated by the dotted line 15. When the modulation space width L is bent by θ as shown in FIG. 2, the reflecting mirror 13 separates from the end face 6 of the core, and the amount of returning light becomes almost zero. In order to increase the bending sensitivity, it is best to turn off the cladding mode light. For this purpose, in FIG. 3, a part of the cladding is removed by etching. There are various methods for extinguishing the cladding mode light, such as making the refractive index of the spacer 4 slightly larger than that of the cladding. The beam 12 and the spacer 5 may be integrated as necessary.

ビーム12は第3図のようにテーパ状になつて
いると機械的な共振周波数が上つて望ましい。変
調空間8を曲げたときに、ビーム12の先端が毛
細管1の内壁に接触するのは好ましくない。毛細
管の一部を16のように太くしておくと上記機械
的接触が避けられる。図示してないが、限界角θc
以上には曲らないようにストツパを取付けるのが
望ましい。
It is desirable that the beam 12 be tapered as shown in FIG. 3, since this increases the mechanical resonance frequency. It is undesirable for the tip of the beam 12 to come into contact with the inner wall of the capillary tube 1 when the modulation space 8 is bent. By making a portion of the capillary tube as thick as 16, the above-mentioned mechanical contact can be avoided. Although not shown, the critical angle θc
It is desirable to install a stopper to prevent bending beyond this point.

変調空間8内に、適度の粘度のシリコンオイル
等を封入しておくと、共振周波数近くでのビーム
12の振幅が制限され、使用周波数上限が上げら
れる。
If silicone oil or the like having an appropriate viscosity is sealed in the modulation space 8, the amplitude of the beam 12 near the resonance frequency is limited and the upper limit of the usable frequency is raised.

第4図aに示すように、ビーム端面13の反射
鏡は矢印10の方向に振動する。ビーム端面13
の振動方向の厚さtはコア径に等しいかまたはそ
れより小さい方が曲げ感度が高くなる。これに反
して幅bはコア径よりも大きいのがよい。正規振
動方向10と直角方向の不正規な振動や製作上の
偏心が避けられない。図のように長方形の反射鏡
であればコア2bから反射鏡が左右に外れてしま
うことが防止できる。
As shown in FIG. 4a, the reflector at the beam end face 13 vibrates in the direction of arrow 10. Beam end face 13
The bending sensitivity increases when the thickness t in the vibration direction is equal to or smaller than the core diameter. On the other hand, the width b is preferably larger than the core diameter. Irregular vibration in a direction perpendicular to the normal vibration direction 10 and manufacturing eccentricity are unavoidable. If the reflecting mirror is rectangular as shown in the figure, it is possible to prevent the reflecting mirror from coming off to the left or right from the core 2b.

第3図の場合には反射光量15を測定すること
により、曲げ角θを知り得る。光量変化の周波数
により、曲げの振動周波数がわかり、カルマン渦
流量計の流量が求められる。第2図の場合には通
過光量により、これらの情報が得られる。
In the case of FIG. 3, the bending angle θ can be determined by measuring the amount of reflected light 15. The vibration frequency of bending can be determined from the frequency of light intensity change, and the flow rate of the Karman vortex flowmeter can be determined. In the case of FIG. 2, this information can be obtained from the amount of passing light.

第2図に示された第1の発明の一実施例で、端
面7を鏡面化すれば第3図のような反射型の変調
装置に等価なものを構成できることは説明するま
でもない。
It goes without saying that in the embodiment of the first invention shown in FIG. 2, if the end face 7 is mirror-finished, it is possible to construct a device equivalent to a reflective modulation device as shown in FIG. 3.

実施例では説明の都合上、1を毛細管としたが
円形断面の細管である必要はない。角形断面の管
であつても良い。製作の容易さ、入手の容易さ等
で管の断面形状が決まる。管の肉厚は必ずしも図
示のように薄肉にする必要はない。ゴムやプラス
チツクのような弾性体で作れば肉厚が厚くても変
調空間を曲げることは容易である。
In the embodiment, for convenience of explanation, 1 is a capillary tube, but it does not need to be a capillary tube with a circular cross section. It may also be a tube with a square cross section. The cross-sectional shape of the tube is determined by ease of manufacture and availability. The wall thickness of the tube does not necessarily have to be as thin as shown. If it is made of an elastic material such as rubber or plastic, it is easy to bend the modulation space even if the wall is thick.

また、変調空間は全て曲げるように説明した
が、外力で芯ずれを起させても同様に光が変調さ
れるのは明らかである。
Furthermore, although the explanation has been made so that the entire modulation space is bent, it is clear that the light will be modulated in the same way even if an external force causes misalignment.

第2図で出力光フアイバを変調空間に突出した
が、出力光フアイバの代りに入力光フアイバを突
出しても効果は全く同じである。
In FIG. 2, the output optical fiber is projected into the modulation space, but the effect is exactly the same even if the input optical fiber is projected instead of the output optical fiber.

変調空間内の散乱光はノイズの原因になるの
で、毛細管内壁を粗面化し同時に黒化するのがよ
い。光フアイバ突出部の円柱外面は適当な方法で
遮光するのがよい。
Since scattered light in the modulation space causes noise, it is preferable to roughen the inner wall of the capillary tube and make it black at the same time. The cylindrical outer surface of the optical fiber protrusion is preferably shielded from light by an appropriate method.

光フアイバ端面の近くのクラツド部を除去し、
除去部に適当な遮光材を固着することにより、不
必要なクラツドモードの光を防止すれば、曲げ感
度が向上する。
Remove the cladding near the optical fiber end face,
If unnecessary cladding mode light is prevented by fixing a suitable light shielding material to the removed portion, the bending sensitivity will be improved.

フアイバ端面を第4図cに示すように押しつぶ
して偏平にすれば式(1)のdが小さくなつたのと等
価になり曲げ感度が向上する。
If the end face of the fiber is crushed and flattened as shown in FIG. 4c, this is equivalent to reducing d in equation (1), and the bending sensitivity is improved.

光フアイバ端面を第4図bに示すように光の吸
収体11でマスクし、端面からの光の出入を細長
いスリツト内に制限しても同様な効果がある。端
面近傍だけを特に細く引伸して、コア径を下げて
も曲げ感度が向上する。
A similar effect can be obtained by masking the end face of the optical fiber with a light absorber 11 as shown in FIG. 4b and restricting the light entering and exiting from the end face to within an elongated slit. Even if the core diameter is lowered by stretching only the vicinity of the end face to be particularly thin, the bending sensitivity is improved.

コア径50μmのマルチモード光フアイバの代り
に、コア径7μmのシングルモード光フアイバを
使用すれば、曲げ感度は50/7倍に増加する。ただ
し、シングルモード光フアイバは光コネクタ等の
芯出しが難しい。
If a single mode optical fiber with a core diameter of 7 μm is used instead of a multimode optical fiber with a core diameter of 50 μm, the bending sensitivity increases by a factor of 50/7. However, single mode optical fiber is difficult to center for optical connectors and the like.

コア径が一定であつても、変調空間幅Lを大き
くすれば曲げ感度が上げられる。ただし、突出部
の共振周波数が下るので、用途の制限を受ける。
Even if the core diameter is constant, bending sensitivity can be increased by increasing the modulation space width L. However, since the resonant frequency of the protruding portion is lowered, the application is limited.

上記のような種々の曲げ感度向対索は対向面の
芯合せを困難化する方向にある。幸にもカルマン
渦流量計の周波数測定の場合にはある程度の芯ず
れは許される。
The various bending-sensitive pair cables described above tend to make it difficult to align the opposing surfaces. Fortunately, a certain degree of misalignment is tolerated when measuring the frequency of the Karman vortex flowmeter.

第2図または第3図で変調空間にθ=
Asin2πtの曲げ振動を与えるものとする。ここ
に、Aは定数、は周波数である。1サイクルの
振動ごとに端面が2回対向するから、変調された
光の交流分の基本波は2になる。曲げ感度を向上
させるほど基本波2を持つ鋭いパルス状の光が得
られる。光量変化がON−OFF的になり、後段で
の信号処理を容易にする。
In the modulation space in Figure 2 or Figure 3, θ=
Assume that a bending vibration of Asin2πt is applied. Here, A is a constant and is a frequency. Since the end faces face each other twice for each cycle of vibration, the fundamental wave of the alternating current component of the modulated light is 2. The higher the bending sensitivity is, the sharper the pulsed light with fundamental wave 2 can be obtained. The light amount changes in an ON-OFF manner, which facilitates signal processing in the subsequent stage.

端面間にあらかじめずれを与えるか、変調空間
をあらかじめ曲げておけば、の基本波を持つレ
スポンスが得られる。振動測定でなく、光スイツ
チとして使用する場合には、この方が便利な場合
がある。
By creating a shift between the end faces or bending the modulation space in advance, a response with the fundamental wave can be obtained. This may be more convenient when used as an optical switch rather than for vibration measurement.

以上は曲げ感度を全て向上させる場合である
が、曲げ感度を故意に悪くしたい場合もある。大
きな角度変化に対応するアナログ信号を得たいよ
うな場合がこれに相当する。この場合には第4図
cのようにビーム端面の反射鏡を三角形にしてお
くと曲げに対して鈍感になる。出力基本波の周波
数も2でなくになる。この場合には必ずしも三
角形である必要はない。振動方向に対して、一様
に面積が増加するような図形であればよい。第2
図で光フアイバ2を除去し、その端面部に反射鏡
を設置したものは第3図の場合とほとんど等価で
ある。この場合には光フアイバ3が入出力兼用の
光フアイバになる。長方形の反射面が望ましいの
は第3図の場合と同様である。
The above is a case where all bending sensitivity is improved, but there are also cases where it is desired to intentionally worsen bending sensitivity. This corresponds to a case where it is desired to obtain an analog signal that corresponds to a large angle change. In this case, if the reflecting mirror at the end of the beam is made triangular as shown in FIG. 4c, it will become less sensitive to bending. The frequency of the output fundamental wave is also no longer 2. In this case, it does not necessarily have to be a triangle. Any shape may be used as long as the area increases uniformly in the vibration direction. Second
In the figure, the optical fiber 2 is removed and a reflecting mirror is installed on its end face, which is almost equivalent to the case shown in FIG. 3. In this case, the optical fiber 3 serves as an input/output optical fiber. As in the case of FIG. 3, a rectangular reflecting surface is desirable.

第2図の点線9は補強材であり、これがあると
変調空間の左半分が曲りにくくなる。同一曲げ角
θに対する端面間の相対ずれ量は補強材がない場
合よりも大きくなる。式の形は複雑になるが、式
(1)の係数1/2が1に近くなり曲げ感度が向上する。
補強材を追加せずに毛細管の肉厚を一部だけ厚く
しても同様の効果がある。
The dotted line 9 in FIG. 2 is a reinforcing material, and its presence makes it difficult for the left half of the modulation space to bend. The amount of relative deviation between the end faces for the same bending angle θ is larger than when there is no reinforcing material. Although the form of the expression is complicated, the expression
The coefficient 1/2 in (1) approaches 1, improving bending sensitivity.
A similar effect can be obtained by increasing the thickness of a portion of the capillary tube without adding any reinforcing material.

第2図,第3図のスペーサ4,5は光フアイバ
やビームを支持するための一手段にすぎない。そ
のためには種々の方法があるが、このうちで一番
簡単なのは毛細管1を局部的につぶして光フアイ
バやビームを毛細管の管壁自体を支持体として支
持させる方法である。図が複雑になるので省略し
てあるが、これが一番生産性が高い。特別にクラ
ツド径の大きい光フアイバを使用すれば、スペー
サは不要であり、クラツド自体が支持体になれ
る。スペーサと光フアイバは別物のように説明し
てあるが、実際は光フアイバにプラスチツクやゴ
ムをコーテイングし、このコーテイング材がスペ
ーサになる。このように一体になつたものが毛細
管に挿入される。
The spacers 4, 5 in FIGS. 2 and 3 are only one means for supporting the optical fiber or beam. There are various methods for this purpose, but the simplest method is to locally collapse the capillary tube 1 and support the optical fiber or beam using the capillary wall itself as a support. This is omitted because it complicates the diagram, but this is the most productive. If an optical fiber with a particularly large cladding diameter is used, a spacer is not necessary and the cladding itself can serve as a support. Spacers and optical fibers are explained as being different things, but in reality, the optical fibers are coated with plastic or rubber, and this coating material becomes the spacer. The thus assembled body is inserted into a capillary tube.

上記説明で明らかなように、本発明によれば、
第1図の従来例の欠点が全て解決できる。曲げ感
度が大きいために、大きく曲げる必要がないので
毛細管のストレスレベルが低くてすむ。変調され
た通過光量または反射光量が多いので、測光系の
設計が容易であり、廉価な部品が使用できる。特
に第3図の反射型は1本の光フアイバを上りと下
りの光が共用している双方向性のシステムなの
で、光フアイバ、光コネクタは半減する。もどり
光量が多いので、もどり光分配器も市販品がその
まま使用できる。
As is clear from the above description, according to the present invention,
All the drawbacks of the conventional example shown in FIG. 1 can be solved. Since the bending sensitivity is high, there is no need to make large bends, so the stress level of the capillary tube is low. Since the amount of modulated passing light or reflected light is large, the design of the photometry system is easy and inexpensive parts can be used. In particular, the reflective type shown in FIG. 3 is a bidirectional system in which one optical fiber is shared by both upstream and downstream lights, so the number of optical fibers and optical connectors is reduced by half. Since the amount of return light is large, a commercially available return light distributor can be used as is.

第1図の光変調装置は、芯合せの必要がなく、
悪環境下でも使用できるという長所を持つが、こ
れは本発明でもそのまま受けつがれている。
The light modulation device shown in Fig. 1 does not require alignment;
It has the advantage of being able to be used even in adverse environments, and this is inherited in the present invention as well.

変調光はON−OFF的であり、信号処理が容易
である点も従来例より優れている。
The modulated light is ON-OFF, and signal processing is easier, which is superior to the conventional example.

第5図は前記第3図の反射型光変調器をカルマ
ン渦流量計に応用した参考例を示す断面図であ
る。第6図は第5図の光変調部の拡大断面図と光
の送受信関係を示している。
FIG. 5 is a sectional view showing a reference example in which the reflective optical modulator shown in FIG. 3 is applied to a Karman vortex flowmeter. FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the light modulation section of FIG. 5 and the relationship between transmitting and receiving light.

第5図において、パイプ20内を流体21が流
れている。流れに直角に渦発生体22が挿入され
ている。あるレイノルズ数範囲内で下流側にカル
マン渦列23が発生する。渦発生体22の下流側
に尾翼24がくびれ25を介して取付けられてい
る。カルマン渦列発生に応じて、尾翼24はくび
れ25を回転中心として矢印26のように振動す
る。
In FIG. 5, fluid 21 is flowing inside pipe 20. In FIG. A vortex generator 22 is inserted at right angles to the flow. A Karman vortex street 23 is generated on the downstream side within a certain Reynolds number range. A tail wing 24 is attached to the downstream side of the vortex generator 22 via a constriction 25 . In response to the generation of the Karman vortex street, the tail 24 vibrates in the direction of an arrow 26 with the constriction 25 as the center of rotation.

第6図に示すように、くびれ25部には第3図
に示す反射型光変調装置が埋込まれている。
As shown in FIG. 6, the reflective light modulator shown in FIG. 3 is embedded in the constriction 25. As shown in FIG.

発光素子Tからの光は実線矢印のように分配器
27を通り、くびれ25の部分に装着された反射
型光変調装置に入る。カルマン渦振動周波数で変
調された反射光は点線矢印に示すように同一光フ
アイバ内をもどり、分配器27で二分され、一方
は受光素子Rに入り、他の一方は発光素子T側に
もどる。T側へのもどり光はむだになる。受光素
子Rで電気信号に変換され、尾翼の振動周波数に
比例した周波数に変換される。この周波数よりパ
イプ内の流速または流量が求められる。
The light from the light emitting element T passes through the distributor 27 as indicated by the solid arrow and enters the reflective light modulator attached to the constriction 25. The reflected light modulated by the Karman vortex oscillation frequency returns within the same optical fiber as shown by the dotted arrow, and is split into two by the distributor 27, one of which enters the light receiving element R and the other of which returns to the light emitting element T side. The light returning to the T side is wasted. The light receiving element R converts the signal into an electrical signal, which in turn converts into a frequency proportional to the vibration frequency of the tail. The flow velocity or flow rate in the pipe can be determined from this frequency.

分配器27としてはハーフミラーを使用したも
のや、セルフオグレンズを使用したもの等が市販
されている。
As the distributor 27, one using a half mirror, one using a self-focus lens, etc. are commercially available.

第6図で反射型光変調器の代りに、第2図の通
過型光変調器を使用すれば上り、下りの2本の光
フアイバが必要になる。その代り光分配器27は
不要になる。一般に、変調器と送受信器間の距離
は数百メータと長いので、現時点ではコスト的に
光フアイバを双方向的に使用する反射型光変調器
の方がコスト的に有利である。
If the pass-through optical modulator shown in FIG. 2 is used instead of the reflective optical modulator in FIG. 6, two optical fibers, one for upstream and one for downstream, will be required. Instead, the optical distributor 27 becomes unnecessary. Generally, the distance between the modulator and the transmitter/receiver is long, several hundred meters, so at present, reflective optical modulators that use optical fibers bidirectionally are more cost-effective.

第5図,第6図はパイプ内の流速測定例を示し
ているが、変形として、渦発生体を棒状に長く形
成し、その先端に尾翼を取付ければ、大気中の風
速の測定もできる。また、長い渦発生体に複数個
の尾翼を取付ければ、流速分布の測定も可能であ
る。水路等の流速分布の測定に便利である。
Figures 5 and 6 show an example of measuring the flow velocity in a pipe, but as a modification, the wind velocity in the atmosphere can also be measured by forming a long vortex generator into a rod shape and attaching a tail to its tip. . Furthermore, by attaching multiple tail blades to a long vortex generator, it is also possible to measure the flow velocity distribution. Convenient for measuring flow velocity distribution in waterways, etc.

第5図のくびれ部25は不可欠なものでなく、
これらは設けなくてもよい。
The constriction 25 in FIG. 5 is not essential;
These do not need to be provided.

測定範囲を広げようとすると、必然的に尾翼2
4の振動振幅が過大になる場合がある。生産工程
中の破損を防ぐ意味からも、過大な振動振幅を防
ぐストツパを設置することは実用上有用である。
前記説明ではこのストツパは省略されている。
If you try to expand the measurement range, you will inevitably have to
The vibration amplitude of No. 4 may become excessive. In order to prevent damage during the production process, it is practically useful to install a stopper that prevents excessive vibration amplitude.
This stopper has been omitted in the above description.

第6図で変調空間の左半分が渦発生体に埋めら
れている。したがつて、この部分の変調空間は曲
がれない。同一尾翼振れ角θに対する感度は式(1)
よりも良くなつている。
In FIG. 6, the left half of the modulation space is filled with vortex generators. Therefore, this part of the modulation space cannot be bent. The sensitivity for the same tail deflection angle θ is expressed by formula (1)
It's getting better than before.

カルマン渦を利用した従来のこの種の装置とし
て、カルマン渦を熱的に検出するもの、差圧とし
て検出するもの、超音波で検出するもの、尾翼振
動を磁気的に検出するもの、渦発生体に作用する
交番力を圧電素子またはストレンゲージで検出す
るもの等が提案されている。これらの方式はそれ
ぞれ一長一短があるが、共通的な欠点として、概
して、複雑、高価であり、電気的方式を使つてい
るために爆発に対する安全性に問題があり、電磁
気的な外部からの誘導に弱く、小口径の流量測定
が苦手である等の点が上げられる。
Conventional devices of this type that utilize Karman vortices include those that detect Karman vortices thermally, those that detect them as differential pressure, those that detect them using ultrasonic waves, those that magnetically detect tail vibration, and those that detect vortices using vortex generators. Some proposals have been made to detect the alternating force acting on the sensor using a piezoelectric element or a strain gauge. Each of these methods has its advantages and disadvantages, but the common drawbacks are that they are generally complex, expensive, have explosion safety issues due to their electrical nature, and are susceptible to external electromagnetic induction. It is weak and is not good at measuring flow rates of small diameters.

本発明の応用例として示したカルマン渦流量計
は上記の欠点を全て解決している。渦発生体や尾
翼はプラスチツクやゴムでモールドによる一体成
形が可能であり、光変調装置も埋込成形が可能で
あるために、極め廉価に構成することができる。
The Karman vortex flowmeter shown as an application example of the present invention solves all of the above-mentioned drawbacks. The vortex generator and the tail can be integrally molded from plastic or rubber, and the optical modulator can also be embedded, so it can be constructed at an extremely low cost.

光方式を使つているために、爆発に対して本質
的に安全であり、電磁気的な誘導がない。パイプ
内径の下限を制限する因子が少い等の特長を有
し、実用上の効果が大きい。
Because it uses optical technology, it is inherently safe against explosions and has no electromagnetic induction. It has the advantage of having few factors that limit the lower limit of the pipe inner diameter, and has great practical effects.

以上各発明をそれらの良好な一実施例について
説明したが、それは単なる例示的なものであり、
制限的意味を有するものでないことは勿論であ
る。したがつて、本発明の精神から逸脱すること
なく、本発明は前記した以外にも種々の変形を加
えて実施し得るが、これらの変形、変更はすべて
本願発明の範囲内に包含されるものである。
Although each of the inventions has been described above with reference to one preferable embodiment thereof, this is merely an example.
Of course, this does not have a restrictive meaning. Therefore, without departing from the spirit of the present invention, the present invention may be implemented with various modifications other than those described above, but all such modifications and changes are included within the scope of the present invention. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の機械的光変調装置の概略断面
図、第2図は本発明の第1の発明による機械的光
変調装置の一実施例を示す概略断面図、第3図は
本発明の第2の発明による機械的光変調装置の一
実施例を示す概略断面図、第4図は本発明の光フ
アイバ端面の説明図、第5図は第2の発明を応用
したカルマン渦流量計の一例を示す概略断面図、
第6図は第5図の要部拡大図と光の送受信関係を
示す説明図である。 1…毛細管、2,3…光フアイバ、2a…クラ
ツド、2b…コア、4,5…スペーサ、6,7…
端面、8…変調空間、11…光吸収材、12…ビ
ーム、13…発射鏡、14…入力光、15…もど
り光、20…パイプ、21…流れ、22…カルマ
ン渦発生体、23…カルマン渦列、24…尾翼、
25…くびれ、27…光分配器。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a conventional mechanical light modulation device, FIG. 2 is a schematic sectional view showing an embodiment of the mechanical light modulation device according to the first aspect of the present invention, and FIG. A schematic sectional view showing an embodiment of a mechanical light modulation device according to the second invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of an end face of an optical fiber according to the invention, and FIG. 5 is a diagram of a Karman vortex flowmeter to which the second invention is applied. A schematic sectional view showing an example,
FIG. 6 is an enlarged view of the main part of FIG. 5 and an explanatory diagram showing the relationship between transmission and reception of light. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Capillary tube, 2, 3... Optical fiber, 2a... Clad, 2b... Core, 4, 5... Spacer, 6, 7...
End face, 8...Modulation space, 11...Light absorbing material, 12...Beam, 13...Emission mirror, 14...Input light, 15...Return light, 20...Pipe, 21...Flow, 22...Karman vortex generator, 23...Karman Vortex row, 24... tail,
25...constriction, 27...light distributor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 弾性体内に変調空間を形成し、前記弾性体に
導入された2個の光フアイバのうちどちらか一方
または両方を前記変調空間内に突出せしめ、前記
2個の光フアイバの各端面を近接して対向させ、
前記変調空間の弾性体変形により光フアイバ光量
を変調することを特徴とした機械的光変調装置。 2 前記2個の光フアイバを支持体により前記弾
性体の中心軸上に支持したことを更に特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の機械的光変調装
置。 3 前記突出した光フアイバの円柱外面を遮光し
たことを更に特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項のいずれか一項に記載の機械的光変調装
置。 4 弾性体内に変調空間を形成し、前記弾性体に
光フアイバと端面が鏡面化されたビームを導入
し、前記変調空間へ前記ビームを突出させて前記
光フアイバの端面と近接して対向させ、前記変調
空間の弾性的変形により光フアイバ光量を変調す
ることを特徴とした機械的光変調装置。 5 前記光フアイバと前記ビームを支持体により
前記弾性体の中心軸に支持したことを更に特徴と
する特許請求の範囲第4項に記載の機械的光変調
装置。 6 前記光フアイバ端面近傍のクラツドを除去し
たことを更に特徴とする特許請求の範囲第4項ま
たは第5項のいずれか一項に記載の機械的光変調
装置。 7 前記光フアイバ端面近傍を押しつぶすかまた
は引伸して細くしたことを更に特徴とする特許請
求の範囲第4項または第5項のいずれか一項に記
載の機械的光変調装置。 8 前記光フアイバ端面の一部に光吸収材を固着
させたことを更に特徴とする特許請求の範囲第4
項または第5項のいずれか一項に記載の機械的光
変調装置。 9 前記反射鏡またはフアイバ端面を長方形また
は一定方向面積増加図形にしたことを更に特徴と
する特許請求の範囲第4項〜第8項のいずれか一
項に記載の機械的光変調装置。 10 前記変調空間内にダイピングオイルを封入
したことを更に特徴とする特許請求の範囲第4項
〜第9項のいずれか一項に記載の機械的光変調装
置。 11 前記変調空間の内径を一部太くしたことを
更に特徴とする特許請求の範囲第4項〜第10項
のいずれか一項に記載の機械的光変調装置。 12 前記変調空間の一部を肉厚にしたことを更
に特徴とする特許請求の範囲第4項〜第11項の
いずれか一項に記載の機械的光変調装置。
[Scope of Claims] 1. A modulation space is formed in an elastic body, one or both of the two optical fibers introduced into the elastic body are made to protrude into the modulation space, and the two optical fibers are made to protrude into the modulation space. The respective end faces of are closely opposed to each other,
A mechanical light modulation device characterized in that the amount of light from an optical fiber is modulated by deforming an elastic body in the modulation space. 2. The mechanical light modulation device according to claim 1, further characterized in that the two optical fibers are supported by a support on the central axis of the elastic body. 3. The mechanical light modulation device according to claim 1 or 2, further characterized in that the cylindrical outer surface of the protruding optical fiber is shielded from light. 4. forming a modulation space in an elastic body, introducing an optical fiber and a beam whose end surface is mirror-finished into the elastic body, and causing the beam to protrude into the modulation space to closely face the end surface of the optical fiber; A mechanical light modulation device characterized in that the amount of light from an optical fiber is modulated by elastic deformation of the modulation space. 5. The mechanical light modulation device according to claim 4, further characterized in that the optical fiber and the beam are supported by a support on the central axis of the elastic body. 6. The mechanical light modulation device according to claim 4 or 5, further characterized in that the cladding near the end face of the optical fiber is removed. 7. The mechanical light modulation device according to claim 4 or 5, further characterized in that the vicinity of the end face of the optical fiber is made thin by crushing or stretching. 8. Claim 4 further characterized in that a light absorbing material is fixed to a part of the end face of the optical fiber.
The mechanical light modulation device according to any one of Items 1 and 5. 9. The mechanical light modulation device according to any one of claims 4 to 8, further characterized in that the end face of the reflecting mirror or the fiber is rectangular or has a shape whose area increases in a certain direction. 10. The mechanical light modulation device according to any one of claims 4 to 9, further characterized in that dipping oil is sealed in the modulation space. 11. The mechanical light modulation device according to any one of claims 4 to 10, further characterized in that the inner diameter of the modulation space is partially increased. 12. The mechanical light modulation device according to any one of claims 4 to 11, further characterized in that a part of the modulation space is made thick.
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