光ファイバ型振動計
【課題】光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能となる。
【解決手段】光源１０４と、光源１０４の光を導光する入射側光ファイバ１１４と、導光された光が入射される振動プローブ１３０と、振動プローブ１３０に配置されたおもり１５６及び可動コイル１５８の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器１２０と、電気信号を処理して振動の状態を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する処理部１７０と、を有する光ファイバ型振動計１００であって、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動で生じるおもり１５６及び可動コイル１５８の速度を電流に変換する速度ピックアップ部１５０と、電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部１４８と、磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させる磁界センサ部１３１と、を備える。
【解決手段】光源１０４と、光源１０４の光を導光する入射側光ファイバ１１４と、導光された光が入射される振動プローブ１３０と、振動プローブ１３０に配置されたおもり１５６及び可動コイル１５８の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器１２０と、電気信号を処理して振動の状態を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する処理部１７０と、を有する光ファイバ型振動計１００であって、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動で生じるおもり１５６及び可動コイル１５８の速度を電流に変換する速度ピックアップ部１５０と、電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部１４８と、磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させる磁界センサ部１３１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計に係り、特に、高精度な計測が可能な光ファイバ型振動計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動計には各種方式がある。例えば光ファイバ方式とそれ以外の方式とに分けると、光ファイバ方式以外の振動計では、非特許文献１に示されるように、振動プローブからの出力が電気信号となる。そのため、その振動プローブからのケーブルを長くすると、電磁誘導ノイズを受けやすくなる。同時に、ケーブルにおける伝送ロスも無視できず、信号品質が劣化するおそれがあった。
【０００３】
これに対して光ファイバ方式の振動計は、振動プローブから光ファイバを伝送路として光出力する（例えば特許文献１）。そのため、光ファイバ方式は、その光ファイバケーブルを長くしても、信号品質の劣化がほとんど無く、電磁誘導ノイズの影響も受けずに高い防爆性を保てるという長所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２５９５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ミツトヨ、振動ピックアップ、カタログＮｏ．４３５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で示される光ファイバ方式の振動計は、サイズモ系におけるおもり(可動部材)の変位が、振動による加速度に比例するとして加速度出力を得ている。このため、特許文献１では、加速度出力に静的な重力の影響がでてしまい、オフセット誤差が生じる。
【０００７】
この対策として、加速度出力をハイパスフィルタに通したり、データ平均値を除去したり、加速度出力を電気的にゼロセットしたりすることなどが考えられる。しかし、前二者では非対称振動だったり、平均化するデータ長が振動波長の整数倍でなかったりすると誤差が残ってしまう。後者では振動ゼロの状態が確保できない状況では使えない、という問題点が残る。更には、これらの処理を行うために、振動プローブからの信号を処理する処理部が複雑になってしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能な光ファイバ型振動計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の請求項１に係る発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計であって、前記可動部材の振動で生じる前記可動部材の速度を電流に変換する速度ピックアップ部と、該電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部と、該磁界の強さに応じて前記振動プローブに導光された光量を減衰させる磁界センサ部と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本願の請求項２に係る発明は、前記磁界センサ部で、前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても前記振動プローブに導光された光量を変化させたものである。
【００１１】
本願の請求項３に係る発明は、前記磁界センサ部が、前記振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、該偏光子を通過した光を前記磁界の強さにより偏光回転させるファラデー回転子と、を備えるようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項４に係る発明は、前記速度ピックアップ部が前記ソレノイドコイル部に接続されたコイルと該コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、該永久磁石に対して該コイルが相対的に振動するようにしたものである。
【００１３】
本願の請求項５に係る発明は、前記速度ピックアップ部を該速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆うようにしたものである。
【００１４】
本願の請求項６に係る発明は、前記振動プローブにおいて、前記可動部材の振動軸と前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸とが同一若しくは平行とされて、前記速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とを一体的に構成するようにしたものである。
【００１５】
本願の請求項７に係る発明は、前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、前記振動プローブで該光ファイバから出射された光を、各波長に分光させて前記複数の波長と同数の前記速度ピックアップ部で検出される前記振動で変調することとしたものである。
【００１６】
本願の請求項８に係る発明は、前記処理部が前記電気信号を自乗する自乗手段を有することとしたものである。
【００１７】
本願の請求項９に係る発明は、前記処理部が微分手段を有して前記振動の状態を表す加速度を前記出力電圧値として出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能である。即ち、振動プローブから出力される信号品質を保ったまま長距離信号伝送が可能であり、その際に給電が不要である。同時に発熱も少なく、スリムで軽量とすることができる。更に高い防爆性を保つことができる。同時に、静的重力によるオフセット誤差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型振動計の全体模式図
【図２】同じく振動プローブの拡大模式図
【図３】同じく振動プローブの磁界センサ部の拡大模式図
【図４】偏光子の偏光軸と透過光量との関係を説明する模式図
【図５】本発明の第１実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図６】同じく振動プローブの受光器以降の信号の様子を表す模式図
【図７】本発明の第２実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図８】本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型振動計の検出部の概略模式図
【図９】同じく振動プローブの拡大模式図
【図１０】本発明の第４実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図１１】本発明の第５実施形態に係る振動プローブの拡大模式図
【図１２】本発明の第６実施形態に係る磁界センサ部の拡大模式図
【図１３】同じく振動プローブの拡大模式図
【図１４】本発明の第７実施形態に係る振動プローブの拡大模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２１】
最初に、第１実施形態に係る光ファイバ型振動計の概略について、図１、図２を用いて説明する。
【００２２】
光ファイバ型振動計１００は、図１、図２に示す如く、光源１０４と、光源１０４の光を導光する入射側光ファイバ１１４（光ファイバ）と、導光された光が入射される振動プローブ１３０と、振動プローブ１３０に配置されたおもり１５６及び可動コイル１５８（可動部材）の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器１２０と、電気信号を処理して振動の状態（速度）を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する処理部１７０と、を有する。
【００２３】
そして、光ファイバ型振動計１００は、図２に示す如く、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動で生じるおもり１５６及び可動コイル１５８の速度を（速度に比例する）電流に変換する速度ピックアップ部１５０と、電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部１４８と、磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させる磁界センサ部１３１と、を備える。
【００２４】
以下、光ファイバ型振動計１００の構成を図１、図２、図５に基づいてより詳細に説明していく。
【００２５】
光ファイバ型振動計１００は、図１に示す如く、検出部１０２と処理部１７０とを有する。検出部１０２は、図１に示す如く、光源１０４と、入射側光ファイバ１１４と、光ファイバカプラ１１６と、出射側光ファイバ１１８と、受光器１２０と、振動プローブ１３０と、を備えている。
【００２６】
図１に示す如く、光源１０４は、レーザダイオードやＬＥＤなどを有している。入射側光ファイバ１１４は、光源１０４に接続され、光源１０４の光を振動プローブ１３０まで導光する。なお、振動プローブ１３０に導かれる光の一部は、図示しない別の受光器により光電変換された出力をモニターしてもよい。そのモニターされる出力によって、受光回路１７４で受光器１２０から出力される電気信号が規格化された電圧値とされる。光ファイバカプラ１１６は、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とを溶融接合させたもので、振動プローブ１３０から入射側光ファイバ１１４に戻ってきた光を出射側光ファイバ１１８へ分岐する。出射側光ファイバ１１８は、受光器１２０に接続されている。受光器１２０では、出射側光ファイバ１１８を通過してきた光を光電変換して電気信号として処理部１７０に出力する。なお、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とには、シングルモードファイバやマルチモードファイバや偏波面保存型光ファイバなどを用いることができる。
【００２７】
振動プローブ１３０は、図２に示す如く、磁界センサ部１３１とソレノイドコイル部１４８と速度ピックアップ部１５０とを備える。これらは、プローブケース１６６に一体的に構成されている。その際、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動軸Ｐとソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部１３１における磁界測定軸Ｏとが同一とされている。
【００２８】
前記磁界センサ部１３１は、図３に示す如く、レンズ１３２と偏光子１３４（偏光板）と第１ファラデー回転子１３６と第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２とを備える。
【００２９】
図３に示す如く、レンズ１３２は、入射側光ファイバ１１４で導いた光をコリメートして偏光子１３４に入射させる。偏光子１３４は、入射側光ファイバ１１４から出射されてコリメートされた光を直線偏光させる。第１ファラデー回転子１３６（ファラデー回転子）は、偏光子１３４を通過した光を磁界測定軸Ｏ方向における磁界の強さにより直線偏光された光(単に直線偏光とも称する)の透過軸（偏光軸と称する）を回転させる（偏光回転させる）。第２ファラデー回転子１３８は、第１ファラデー回転子１３６とは別に第１ファラデー回転子１３６の後段に配置されている。第２ファラデー回転子１３８の外周には、リング状の永久磁石１４０が配置されている。この永久磁石１４０は第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加することで、第２ファラデー回転子１３８は第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転された角度（偏光回転角と称する）に２２．５度の偏光回転角を更に与える。
【００３０】
図３に示す如く、磁界センサ部１３１の終端に、ミラー１４２が配置されている。ミラー１４２により、第２ファラデー回転子１３８で偏光回転された光は垂直反射される。ミラー１４２で反射された光には再び第２ファラデー回転子１３８で２２．５度の偏光回転角が与えられる。即ち、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、第２ファラデー回転子１３８により４５度の一定の偏光回転角が更に与えられる。そして、ミラー１４２で反射された光は偏光子１３４に入射する。なお、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８とも、ファラデー効果を有する材質（主にＹＩＧ結晶など）を用いることができる。その際にベルデ定数の大きいＹＩＧ結晶が、より好ましい。
【００３１】
ここで、第２ファラデー回転子１３８が、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、４５度の一定の偏光回転角を更に与えることについて、図４を用いて説明する。ただし、ここでは説明のため、偏光子１３４での偏光軸方向成分の光は、１００％透過するものとする（偏光方向によるロス以外は無視する）。
【００３２】
図４において、偏光子１３４の偏光軸Ｑと直線偏光Ａ１とが平行（偏光軸Ｑに対する直線偏光の偏光回転角（方位角と称する）が０度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ１は１００％透過していく。しかし、偏光軸Ｑと直線偏光Ａ５とが直交する（方位角９０度）ときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ５は全く透過しない（０％透過）。この中間である、偏光軸Ｑと直線偏光Ａ３とが４５度（方位角４５度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ３は７０．７％（ＣＯＳ４５度＝０．７０７より）透過していくことなる。即ち、本実施形態では、磁界が存在しなくても、偏光子１３４による直線偏光に第２ファラデー回転子１３８で偏光回転角４５度を付与することとなる。このため、磁界が存在しなくても、偏光子１３４を介して入射側光ファイバ１１４に戻る光量は、偏光子１３４から出射した直線偏光の光量の７０．７％だけに減衰（変調）される。
【００３３】
なお、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を低減するために、永久磁石１４０の外周に磁界シールドを設けてもよい。磁界シールドは、例えば第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２の外周を覆い、光の通過する部分のみに開口を有するように構成することができる。磁界シールドとしては、例えばパーマロイなどを使用できる。なお、磁界シールドを設けずに、永久磁石１４０が第１ファラデー回転子１３６に磁界的な影響を与えないように、永久磁石１４０と第１ファラデー回転子１３６との距離を十分離すように配置してもよい。
【００３４】
なお、ファラデー効果は、磁界の強さに比例して偏光面が回転する現象であり、式（１）が成り立つ。
Φ ∝ Ｖ×Ｈ×Ｌ （１）
【００３５】
符号Φはファラデー回転角（光の偏光回転角）である。符号Ｖはベルデ定数であり、ファラデー回転子の材質によって変わる。符号Ｈは光の伝播方向（磁界検出軸Ｏ方向）の磁界の強さを示す。符号Ｌはファラデー回転子の磁界検出軸Ｏ方向の長さである。
【００３６】
ここで、（直線偏光された）光の偏光回転は、磁界の光の伝播方向（磁界検出軸Ｏ方向）における成分が存在するときに発生する。詳しく説明すると、ファラデー効果では、磁界の向きと光の進む向きが同じときは、光の進む向きに対して右ねじが回転する方向に光が偏光回転する。磁界の向きと光の進む向きが逆のときは、光の進む向きに対して左ねじが回転する方向に光が偏光回転する。
【００３７】
前記ソレノイドコイル部１４８は、図２、図３に示す如く、第１ファラデー回転子１３６の外周に配置されたコイルである。ソレノイドコイル部１４８は、後述する速度ピックアップ部１５０の可動コイル１５８と電気的に接続されている。
【００３８】
なお、ソレノイドコイル部１４８で発生する磁束密度は、アンペールの法則より電流に比例し、式（２）の関係が成り立つ。なお、磁束密度は磁界の強さに比例する。
Ｂ１ ∝ ｎ１×Ｌ１×Ｉ （２）
【００３９】
符号Ｂ１はソレノイドコイル部１４８内側の軸方向の磁束密度で、符号ｎ１はソレノイドコイル部１４８の軸方向の単位長さあたりのコイル巻数で、符号Ｌ１はソレノイドコイル部１４８の軸方向の長さで、符号Ｉはソレノイドコイル部１４８に流れる電流である。
【００４０】
前記速度ピックアップ部１５０は、図２、図５に示す如く、ばね１５４とおもり１５６と可動コイル１５８と永久磁石１６０とヨーク１６４とを備える。これらは、速度ピックアップ部１５０以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケース１５２で覆われている。即ち、本実施形態では、シールドケース１５２は、磁界センサ部１３１の永久磁石１４０の磁界やソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の影響も遮断することができる。
【００４１】
図２、図５に示す如く、ばね１５４は、外周がシールドケース１５２に固定されて、その中央でおもり１５６を振動軸Ｐ方向に変位可能に支持している（ダイヤフラム構造）。おもり１５６にはその下側に凹部が設けられ、且つその凹部の周方向に沿うリング状の可動コイル１５８が一体的におもり１５６の下側に固定されている。可動コイル１５８は、シールドケース１５２に設けられた貫通孔１５２Ａを通過して、ソレノイドコイル部１４８と電気的に接続され閉回路を構成している。即ち、可動コイル１５８は、ソレノイドコイル部１４８に接続されたコイルとされている。可動コイル１５８の内側には、可動コイル１５８の内側に沿う形状の永久磁石１６０が配置されている。
【００４２】
永久磁石１６０の外周と可動コイル１５８の内周との間隔は、周方向で均等とされている。永久磁石１６０は、可動コイル１５８の外周を所定の間隔Ｇで囲むヨーク１６４に固定されている。このため、永久磁石１６０とヨーク１６４との間で磁束（磁界）が発生するので、永久磁石１６０は可動コイル１５８に磁界を与えている状態となる。なお、永久磁石１６０に対して、可動コイル１５８が振動することとなる。即ち、速度ピックアップ部１５０では、直接的に振動の速度を検出することとなる。このような原理により、速度ピックアップ部１５０は、比較的低い周波数から高い周波数まで（数Ｈｚから数ｋＨｚ）振動を検出することが可能である。
【００４３】
符号１６２は、磁性流体であり、可動コイル１５８の動きをダンピングする機能を有している。磁性流体１６２を使用することで、永久磁石１６０とヨーク１６４との間にダンピング材料を安定してとどめることができるが、ダンピング材料が必ずしも磁性流体である必要はない。例えば、空気でもよいし、水やオイルなどの気体や液体などでもよい。
【００４４】
なお、速度ピックアップ部１５０の出力電流は、フレミングの右手の法則より振動の速度成分に比例し、式（３）が成り立つ。
Ｉ ∝ Ｂ２×Ｌ２ （３）
【００４５】
符号Ｉは可動コイル１５８に流れる電流で、符号Ｂ２は永久磁石１６０とヨーク１６４との間隔Ｇにおける磁束密度で、符号Ｌ２は磁束を横切る可動コイル１５８の長さである。
【００４６】
処理部１７０は、図１に示す如く、発光回路１７２と受光回路１７４と自乗手段である自乗回路１７６とオフセット手段であるオフセット回路１７８とを備える。また、処理部１７０には、微分手段である微分回路１８０を備えてもよい。
【００４７】
図１に示す如く、発光回路１７２は、光源１０４に安定した発光をさせる。受光回路１７４は、受光器１２０から出力された電気信号を規格化された電圧値として自乗回路１７６に出力する。自乗回路１７６は、受光回路１７４から出力された電圧値を自乗して出力する。このとき、自乗回路１７６で出力される自乗電圧値は、規格化された電圧値が規格値に対して７０．７％の値のときに、０．５（＝０．７０７２；規格化された自乗電圧値に対して５０％の値）となる。オフセット回路１７８は、自乗電圧値の０．５をオフセットして、ゲイン調整を行い、必要に応じてプラスマイナスの符号を反転させ、その値を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する。即ち、出力電圧値Ｖｏｕｔは振動の速度出力に相当する。微分回路１８０は、オフセット回路１７８の出力電圧値Ｖｏｕｔの微分を行う。この処理は、出力電圧値Ｖｏｕｔが振動の速度出力に相当するため、振動の加速度出力を得たい場合に追加される（その場合には加速度出力を出力電圧値としてもよい）。
【００４８】
次に、本実施形態における光ファイバ型振動計１００の動作について、主に図１、図２を用いて説明する。
【００４９】
振動プローブ１３０が振動軸Ｐ方向に振動すると、速度ピックアップ部１５０のおもり１５６がシールドケース１５２に対して振動する。シールドケース１５２には永久磁石１６０及びヨーク１６４が固定されている。一方、おもり１５６には、可動コイル１５８が固定されている。このため、おもり１５６の振動により可動コイル１５８が永久磁石１６０とヨーク１６４との間に発生している磁束を横切ることとなる。このため、フレミングの右手の法則により、可動コイル１５８の速度に比例した電流が可動コイル１５８に発生する。
【００５０】
可動コイル１５８に発生した電流は、そのままソレノイドコイル部１４８を流れる。すると、アンペールの法則によりソレノイドコイル部１４８の内側に磁束（磁界）が発生する。即ち、第１ファラデー回転子１３６の内側において、磁界測定軸Ｏ方向に磁界が発生する。
【００５１】
一方、発光回路１７２により光源１０４から光が出射される。光源１０４から出射された光は入射側光ファイバ１１４で導光される。
【００５２】
導光された光は、入射側光ファイバ１１４から出射され、レンズ１３２でコリメートされる。コリメートされた光は、偏光子１３４に入射し、直線偏光とされる。直線偏光された光は、第１ファラデー回転子１３６で、磁界測定軸Ｏ方向に発生した磁界の強さにより偏光回転される。偏光回転された光は、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。そして、光は、ミラー１４２で垂直反射され、再び、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。即ち、第２ファラデー回転子１３８で合計４５度の一定の偏光回転角が与えられる。また、第１ファラデー回転子１３６でも、第２ファラデー回転子１３８を通過した光を更に偏光回転させる。その光は、偏光子１３４に入射して、偏光子１３４の偏光軸に対する方位角に従い、減衰して透過する（変調される）。
【００５３】
減衰した（変調された）光はレンズ１３２で再び入射側光ファイバ１１４に戻る。即ち、磁界センサ部１３１ではソレノイドコイル部１４８で発生した磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させて戻している。その戻り光は、光ファイバカプラ１１６を介して、出射側光ファイバ１１８で受光器１２０に導かれる。
【００５４】
受光器１２０では、戻り光の光量（光ファイバ帰還光量）に比例して光電変換して電気信号を出力する。この電気信号は受光回路１７４で規格化された電圧値として出力される。この電圧値の一例を図６（Ａ）に示す。この電圧値は、偏光子１３４による減衰特性から、正弦波特性で示される曲線（ＳＩＮ波）上の値として示される。そして、磁界がない場合Ａ３にも、第２ファラデー回転子１３８（及び永久磁石１４０）で光に一定の偏光回転角として４５度が与えられている。このため、磁界がない状態Ａ３の方位角４５度では電圧値は極大値や極小値とはならず、電圧値は０．７０７となる。磁界がマイナスである場合Ａ２には、方位角は４５度より小さくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも大きな値となる。逆に、磁界がプラスである場合Ａ４には、方位角は４５度より大きくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも小さな値となる。
【００５５】
即ち、磁界センサ部１３１は、ソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の向きによっても振動プローブ１３０に導光された光量を変化させている。言い換えれば、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角がバイアスとして与えられていることで、磁界のプラスマイナス、即ち磁界の向きを受光量に比例する電圧値から容易に判別することができる。
【００５６】
受光回路１７４から出力される電圧値は、自乗回路１７６で自乗される。即ち、自乗回路１７６から出力される自乗電圧値は、一例として図６（Ｂ）のように示すことができる。即ち、磁界がない状態Ａ３の電圧値０．７０７は、自乗電圧値０．５となる。同時に、正弦波特性で示された曲線は、自乗電圧値０．５を中心とする範囲Ｂにおいては、極めて直線に近づけることができる。即ち、方位角４５度を中心として範囲Ｂの間では、自乗電圧値に比例して方位角を求めることができる。つまり、磁界の向きを含めて、磁界の強さを複雑な構成をとることなく正確に求めることができる。
【００５７】
自乗回路１７６の出力はオフセット回路１７８で、符号合わせ、オフセット調整、及びゲイン調整される。即ち、オフセット回路１７８から出力される電圧値は、一例として図６（Ｃ）のように示すことができる。このため、磁界の向きを含めて、磁界の強さを簡単な構成で、容易にかつ正確に求めることができる。ここで、速度ピックアップ部１５０で検出されるのは速度であるので、オフセット回路１７８から出力される磁界の強さを表す電圧値により、正確に振動の速度を求めることができる。
【００５８】
オフセット回路１７８から出力される電圧値は、微分回路１８０で微分演算される。即ち、オフセット回路１７８で得られるのが速度であることから、微分回路１８０を追加すれば加速度を正確に求めることができる。
【００５９】
本実施形態では、直接的に振動の速度を検出している。そして、速度ピックアップ部１５０は、比較的低い周波数から高い周波数まで（数Ｈｚから数ｋＨｚ）振動を検出することができる。即ち、本実施形態は、地震観測や機械振動などや設備診断などに幅広く適用することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、永久磁石１４０を用いて第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加しているので、振動プローブ１３０に入射側光ファイバ１１４以外に外部から配線する必要がない。そのため、振動プローブ１３０の配置の自由度が大きく、且つ第２ファラデー回転子１３８や速度ピックアップ部１５０を外部から制御することなく、振動プローブ１３０から安定した出力を得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、ミラー１４２を用いて光を反射させることで、それぞれ第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸Ｏ方向に光を往復させている。このため、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸Ｏ方向の長さを短くすることができるので、振動プローブ１３０を小型とすることができる。また、ミラー１４２が機能的には磁界センサ部１３１の終端部材なので、ミラー１４２の外側に光ファイバなどの部材が配置されずに、容易に振動プローブ１３０へ組込むことができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、振動プローブ１３０において、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動軸Ｐとソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部１３１における磁界測定軸Ｏとが同一とされて、速度ピックアップ部１５０とソレノイドコイル部１４８と磁界センサ部１３１とを一体的に構成している。このため、振動プローブ１３０の扱いが容易であり、且つ、振動測定対象物への振動軸Ｐの軸合わせや振動プローブ１３０自体の組立てを容易に行うことができる。
【００６３】
また、本実施形態では、速度ピックアップ部１５０を、速度ピックアップ部１５０以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケース１５２で覆っている。このため、速度ピックアップ部１５０に対して、磁界センサ部１３１やソレノイドコイル部１４８や外部磁界（電磁界を含む）の影響を遮断することができる。即ち、検出される振動の状態の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
即ち、本実施形態では、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能である。即ち、振動プローブ１３０から出力される信号品質を保ったまま長距離信号伝送が可能であり、その際に給電が不要である。同時に発熱も少なく、スリムで軽量とすることができる。更に高い防爆性を保つことができる。同時に、速度ピックアップ部１５０では直接速度を検出することで、静的重力によるオフセット誤差を防止することができる。
【００６５】
本実施形態においては、第２ファラデー回転子１３８を用いて、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を与えないようにすることが望ましいとしていたが、本発明はこれに限定されない。第２ファラデー回転子を用いずに、第１ファラデー回転子に永久磁石でバイアス磁界を印加して、第１ファラデー回転子で一定の偏光回転角を与えるようにし、ソレノイドコイル部に発生する磁界がこれに重畳されるようにしてもよい。
【００６６】
また、本実施形態においては、光ファイバカプラ１１６を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば光ファイバ型ではないビームスプリッタを用いてもよい。
【００６７】
また、本実施形態においては、処理部１７０に、自乗手段として自乗回路１７６、オフセット手段としてオフセット回路１７８、微分手段として微分回路１８０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。回路という形ではなく、受光回路の出力をＡ／Ｄ変換してソフトウェア的に演算処理することで自乗手段やオフセット手段や微分手段を実現しても良い。
【００６８】
また、本実施形態においては、第１ファラデー回転子１３６の後段に第２ファラデー回転子１３８が配置され、第２ファラデー回転子１３８の外周に永久磁石１４０が配置されていたが、本発明はこれに限定されない。第２ファラデー回転子が第１ファラデー回転子の前段に配置されていてもよい。また、永久磁石は磁界検出軸Ｏ方向で第２ファラデー回転子から離れて配置されていてもよいし、永久磁石の形状がリング状でなくてもよい。
【００６９】
また、本実施形態においては、円板形状のばね１５４でおもり１５６が支持され、速度ピックアップ部１５０の永久磁石１６０が可動コイル１５８の内周に沿う形状で配置され、且つ可動コイル１５８の外側にヨーク１６４がリング状に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７に示す本発明の第２実施形態に係る速度ピックアップ部２５０の如く、おもりと一体の可動コイル２５８が、板ばね２５４で片持ちされた状態であってもよい。そして、永久磁石２６０が可動コイル２５８の内側のヨーク２６４部分に対向するように、２つの角型の永久磁石２６０を外側のヨーク２６４部分に固定させてもよい。もちろん、可動コイルの内側と外側の両方に永久磁石を配置してもよい。その際の配置は２方向に限られない。そして、その磁極の方向はいずれであってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、振動プローブにおいて、おもり及び可動コイルの振動軸Ｐとソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸Ｏとが同一とされて、速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とを一体的に構成していたが、本発明はこれに限定されない。磁界センサ部とソレノイドコイル部とが一体とされ、速度ピックアップ部だけが別に設けられてもよいし、これらが一体であっても軸が一致せず平行、若しくは軸同士が角度を有していてもよい。
【００７１】
次に、本発明の第３実施形態について、図８、図９を用いて説明する。
【００７２】
本実施形態は、第１実施形態の反射型の振動プローブ１３０を多軸化したものである。その概略構成は図８、図９に示す通りであり、光源３０４が複数の波長λ１〜λ３の光を入射側光ファイバ（光ファイバ）３１４に導光させ、振動プローブ３３０で入射側光ファイバ３１４から出射された光を、各波長λ１〜λ３に分光させて複数の波長λ１〜λ３と同数の速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚで検出される振動で変調している（減衰させている）。その際には、入射側光ファイバ３１４から出射された光は２個のダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚで各波長に分光されている。具体的な構成を以下に説明する。なお、多軸化に係る部分以外については、適宜説明を省略する。
【００７３】
光源３０４は、図８に示す如く、例えば３個のＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚと、４個のレンズ３０８Ｘ〜３０８Ｚ、３１２と、１個のミラー３１０Ｘと２個のダイクロイックミラー３１０Ｙ、３１０Ｚと、を備えている。３個のＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚは、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光を発光する。ＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚから出射された光は、それぞれレンズ３０８Ｘ〜３０８Ｚでコリメートされる。コリメートされた光は、ミラー３１０Ｘ及びダイクロイックミラー３１０Ｙ、３１０Ｚで反射され、レンズ３１２に入射する。レンズ３１２によって、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光は、１本の入射側光ファイバ３１４により振動プローブ３３０に導光される。
【００７４】
振動プローブ３３０は、図９に示す如く、磁界センサ部３３１とソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚと速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚとを備える。
【００７５】
磁界センサ部３３１は、図９に示す如く、レンズ３３２のみを共通にして、３個のセンサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚを備えている。センサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚは、それぞれ、ミラー３３３Ｘ若しくはダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚと偏光子３３４Ｘ〜３３４Ｚと、第１ファラデー回転子３３６Ｘ〜３３６Ｚと、第２ファラデー回転子３３８Ｘ〜３３８Ｚと、永久磁石３４０Ｘ〜３４０Ｚと、ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚと、を備える。
【００７６】
入射側光ファイバ３１４から出射された光は、図９に示す如く、レンズ３３２でコリメートされる。コリメートされた光はダイクロイックミラー３３３Ｚに入射する。ここで、ダイクロイックミラー３３３Ｚは、波長λ１、λ２の光を反射させ、波長λ３の光を透過させる。ダイクロイックミラー３３３Ｚで反射された光は、ダイクロイックミラー３３３Ｙに入射する。ダイクロイックミラー３３３Ｙは、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を反射させる。ダイクロイックミラー３３３Ｙを透過した光は、ミラー３３３Ｘで反射される。ミラー３３３Ｘ及びダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚで分光された光はそれぞれ、偏光子３３４Ｘ〜３３４Ｚ、第１ファラデー回転子３３６Ｘ〜３３６Ｚ、及び第２ファラデー回転子３３８Ｘ〜３３８Ｚを介して、ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚに入射する。ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚで反射された光はそれぞれ、ミラー３３３Ｘ及びダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚを介して、入射側光ファイバ３１４に導光される。磁界センサ部３３１のこれ以外の構成と動作は第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００７７】
図９において、各ソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚと、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの構成と動作は第１実施形態と同様なので、説明を省略する。ただし、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚは互いに直交するように配置固定される。このため、磁界センサ部３３１の磁界測定軸Ｏｘ〜Ｏｚと速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚとはそれぞれ同一とはならず、異なる配置関係とされている。このとき、磁界センサ部３３１とソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚとは一体化され、且つ速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚは一体化される。一方で、磁界センサ部３３１と速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚとの位置関係は一定に固定してもよいし、フレキシブルに変化可能としてもよい。
【００７８】
受光器３２０は、図８に示す如く、レンズ３２２と、ミラー３２４Ｘ及びダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚと、光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚと、を備える。出射側光ファイバ３１８から出射された光はレンズ３２２でコリメートされ、ダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚで、波長λ１〜λ３毎に分光されて、各光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚで受光される。光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚで受光された光は光電変換され、電気信号として処理部に出力される。
【００７９】
処理部は、第１実施形態と同様の構成であり、同様の動作を行うので、その説明は省略する。処理部は、波長の数だけ並列に備えてもよいし、異なる波長毎に適宜兼用化してもよい。
【００８０】
このように、各波長λ１〜λ３毎にセンサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚを備えて、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚを互いに直交させるように配置することで、３次元方向の振動の状態を測定することが可能になる。即ち、各軸で得られた出力電圧値Ｖｏｕｔをベクトル合成することで振動（の速度）の向きと大きさを求めることができる（振動の加速度についても同様）。
【００８１】
なお、多軸化に際しては、反射型の振動センサ部３３１を用いているので、センサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚの配置が容易である。同時に、２個のダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚを用いていることで、振動プローブ３３０を相乗的にコンパクトにまとめることができる。なお、受光器３２０においても２個のダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚが用いられているので、受光器３２０もコンパクトにまとめることができる。
【００８２】
本実施形態においては、第１実施形態で示した速度ピックアップ部１５０と同一の構成を各速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚに用いていたが、第２実施形態で示した速度ピックアップ部２５０（図７）を用いて多軸化を実現してもよい（図１０に示す第４実施形態）。
【００８３】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部をミラー及びダイクロイックミラーで複数のセンサ先端部に分割し、そのセンサ先端部とはそれぞれ位置関係が異なる速度ピックアップ部を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１で示す第５実施形態に示す如く、振動プローブ５３０を、センサ先端部５３５Ｘ〜５３５Ｚと速度ピックアップ部５５０Ｘ〜５５０Ｚとが一体的に構成された３個のプローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚを互いに直交させることで構成してもよい。振動プローブ５３０では、レンズ５３２を共通として、３個のプローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚを、ダイクロイックミラー５３３Ｙ、５３３Ｚで直接に互いに直交させている。なお、プローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚは、センサ先端部５３５Ｘ〜５３５Ｚの磁界測定軸Ｏｘ〜Ｏｚと速度ピックアップ部５５０Ｘ〜５５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚとをそれぞれ一致させて、プローブケース５６６Ｘ〜５６６Ｚで一体的に構成している。
【００８４】
また、上記実施形態においては、３つの波長λ１〜λ３で３軸方向の振動の状態を求めたが、本発明はこれに限定されず、更に多くの数の軸に対しても適用可能である。光ファイバを用いる限りにおいて、波長の多重化は容易で、かつ光ファイバ自体は１本で済み、更に振動プローブになんら電気信号を這わす必要がない。このため、数の多い多軸化であっても容易に振動プローブの構成が可能で、たとえ振動プローブが光源と受光器とから遠く離れて配置されても、各軸で振動の状態を安定して求めることができる。
【００８５】
また、上記実施形態においては、入射側光ファイバから出射された光が、２個のダイクロイックミラーで各波長λ１〜λ３に分光されていたが、本発明はこれに限定されない。別の波長選択性のある光学素子をダイクロイックミラーの代わりに用いてもよい。
【００８６】
次に、本発明の第６実施形態について、図１２、図１３を用いて説明する。
【００８７】
本実施形態は、図１２、図１３に示す如く、第１実施形態とは異なり、透過型の磁界センサ部６３１を用いている。即ち、第１実施形態における第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２及び偏光子１３４（反射光が戻るとき）の代わりに、検光子６４４を用いている。
【００８８】
検光子６４４は、偏光子６３４とは偏光軸の角度が異なるように配置されている（例えば４５度）。そして、検光子６４４を通過した光は、レンズ６４６により集光され、直接に出射側光ファイバ６１８に入射されている。即ち、検光子６４４は、偏光子６３４の偏光軸から４５度異なる偏光軸（４５度の偏光回転角の付与）で、偏光子６３４の代わりに第１ファラデー回転子６３６から出射される光を通過させる。このため、第１実施形態に比べると、検光子６４４が、偏光子６３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子６３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角（例えば４５度）をバイアスとして更に与え、偏光回転角に応じて、受光器に導光される光の光量を減衰させている。
【００８９】
振動プローブ６３０としては、図１３に示す如く、第１実施形態と同一の速度ピックアップ部を用いることができる。このとき、磁界センサ部６３１では、速度ピックアップ部側の出射側光ファイバ６１８が、折り曲げられて入射側光ファイバ６１４と同じ方向に向けられている。この場合は、磁界センサ部６３１の磁界測定軸Ｏと速度ピックアップ部６５０の振動軸Ｐとが一致しないものの平行とされて、磁界センサ部６３１とソレノイドコイル部６４８と速度ピックアップ部６５０とが一体的に構成されている。
【００９０】
このため、本実施形態においても、第１実施形態で説明した光ファイバ型振動計１００と同様の動作が可能である。更に、本実施形態では、第１ファラデー回転子６３６だけしか使用しないので、第１実施形態に比べてコストダウンが可能である。更に、バイアス磁界の印加のための永久磁石も使用しないので、永久磁石による第１ファラデー回転子６３６への影響を考慮せずに、振動プローブ６３０を構成・配置することができる。
【００９１】
また、本実施形態においては、第１実施形態で示した速度ピックアップ部を用いた振動プローブ６３０が示されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１４に示す第７実施形態の如く、第２実施形態で示した速度ピックアップ部を用いることもできる。この場合においても、磁界センサ部７３１と速度ピックアップ部７５０とが一体的に構成されていてもよいし、配置変更可能としていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態の透過型の振動プローブ６３０を用いて、第３〜第５実施形態で示した多軸化を行ってもよい。
【００９３】
本発明について上記実施形態を上げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００９４】
上記実施形態においては、一定の偏光回転角が４５度であったが、本発明はこれに限定されない。一定の偏光回転角が４５度のときは、磁界の向きがいずれであっても、直線近似すると磁界の強さを同等の広い範囲で正確に求めることができる（例えば図６（Ｂ）では、方位角でそれぞれＢ／２の範囲）。このため、バイアスとして与える一定の偏光回転角は、４５度＋９０ｍ（ｍ；整数）度であることが望ましいが、９０ｎ（ｎ；整数）度でない角度であればよい。その場合には、受光量において磁界のない状態は正弦波特性で示される曲線上の極大値や極小値とならない。このため、磁界の向きが変わることで受光量（電圧値、自乗電圧値、若しくは出力電圧値）が変化するため、磁界の向きを判別することができる。
【００９５】
また、上記実施形態においては、偏光子や検光子としては偏光膜をガラスで挟んだ偏光板を想定していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタや、複屈折性結晶（方解石など）の偏光素子でも良い。
【００９６】
また、上記実施形態においては、光源としてレーザダイオード、ＬＥＤを用いていたが、それ以外のものでもよい。ただし、ファラデー回転子の材質に対して透明な光波長を発するものが好ましい。例えば、ＹＩＧ結晶に対しては、波長約１μｍの光源であることが好ましい。
【００９７】
また、上記実施形態においては、処理部が電気信号を自乗する自乗手段としての自乗回路を有していたが、本発明はこれに限定されず、自乗手段を有さなくてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部がソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても振動プローブに導光された光量を変化させていたが、必ずしも、本発明はこれに限定されない。
【００９９】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部が、振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、偏光子を通過した光を磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子と、を備えるとしていた。しかし、必ずしも、本発明はこれに限定されずに、磁界の強さで結果として光量を減衰させる素子であれば用いることができる。
【０１００】
また、上記実施形態においては、速度ピックアップ部がソレノイドコイル部に接続された可動コイルと可動コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、永久磁石に対して可動コイルが振動していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、シールドケースに固定されたコイルがソレノイドコイル部に接続されて、そのコイルに対してばねで支持された永久磁石が振動するようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、速度ピックアップ部が速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆われていたが、本発明はこれに限定されず、シールドケースを備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１００、３００…光ファイバ型振動計
１０２、３０２…検出部
１０４、３０４…光源
１１４、２１４、３１４、５１４、６１４、７１４…入射側光ファイバ
１１６、３１６…光ファイバカプラ
１１８、３１８、６１８、７１８…出射側光ファイバ
１２０、３２０、３２６Ｘ、３２６Ｙ、３２６Ｚ…受光器（光電式センサ）
１３０、３３０、５３０、６３０、７３０…振動プローブ
１３１、３３１、６３１、７３１…磁界センサ部
１３２、３０８Ｘ、３０８Ｙ、３０８Ｚ、３１２、３２２、３３２、５３２、６３２、６４６、７３２、７４６…レンズ
１３４、３３４Ｘ、３３４Ｙ、３３４Ｚ、５３４Ｘ、６３４、７３４…偏光子
１３６、３３６Ｘ、３３６Ｙ、３３６Ｚ、５３６Ｘ、６３６、７３６…第１ファラデー回転子
１３８、３３８Ｘ、３３８Ｙ、３３８Ｚ、５３８Ｘ…第２ファラデー回転子
１４０、１６０、２６０、３４０Ｘ、３４０Ｙ、３４０Ｚ、３６０Ｘ、３６０Ｙ、３６０Ｚ、４６０Ｘ、４６０Ｙ、４６０Ｚ、５４０Ｘ、５６０Ｘ、６６０、７６０…永久磁石
１４２、３１０Ｘ、３２４Ｘ、３３３Ｘ、３４２Ｘ、３４２Ｙ、３４２Ｚ、５４２Ｘ…ミラー
１４８、３４８Ｘ、３４８Ｙ、３４８Ｚ、５４８Ｘ、５４８Ｙ、５４８Ｚ、６４８、７４８…ソレノイドコイル部
１５０、２５０、３５０Ｘ、３５０Ｙ、３５０Ｚ、４５０Ｘ、４５０Ｙ、４５０Ｚ、５５０Ｘ、５５０Ｙ、５５０Ｚ、６５０、７５０…速度ピックアップ部
１５２、３５２Ｘ、３５２Ｙ、３５２Ｚ、５５２Ｘ、６５２…シールドケース
１５４、２５４、３５４Ｘ、３５４Ｙ、３５４Ｚ、４５４Ｘ、４５４Ｙ、４５４Ｚ、５５４Ｘ、６５４、７５４…ばね
１５６、３５６Ｘ、３５６Ｙ、３５６Ｚ、５５６Ｘ、６５６…おもり
１５８、２５８、３５８Ｘ、３５８Ｙ、３５８Ｚ、４５８Ｘ、４５８Ｙ、４５８Ｚ、５５８Ｘ、６５８、７５８…可動コイル
１６２、２６２、３６２Ｘ、３６２Ｙ、３６２Ｚ、４６２Ｘ、４６２Ｙ、４６２Ｚ、６６２、７６２…磁性流体
１６４、２６４、３６４Ｘ、３６４Ｙ、３６４Ｚ、４６４Ｘ、４６４Ｙ、４６４Ｚ、５６４Ｘ、６６４、７６４…ヨーク
１６６、５６６Ｘ、５６６Ｙ、５６６Ｚ、６６６…プローブケース
１７０…処理部
１７２…発光回路
１７４…受光回路
１７６…自乗回路
１７８…オフセット回路
１８０…微分回路
３０６Ｘ、３０６Ｙ、３０６Ｚ…ＬＥＤ
３１０Ｙ、３１０Ｚ、３２４Ｙ、３２４Ｚ、３３３Ｙ、３３３Ｚ、５３３Ｙ、５３３Ｚ…ダイクロイックミラー
３３５Ｘ、３３５Ｙ、３３５Ｚ、５３５Ｘ、５３５Ｙ、５３５Ｚ…センサ先端部
６４４、７４４…検光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計に係り、特に、高精度な計測が可能な光ファイバ型振動計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動計には各種方式がある。例えば光ファイバ方式とそれ以外の方式とに分けると、光ファイバ方式以外の振動計では、非特許文献１に示されるように、振動プローブからの出力が電気信号となる。そのため、その振動プローブからのケーブルを長くすると、電磁誘導ノイズを受けやすくなる。同時に、ケーブルにおける伝送ロスも無視できず、信号品質が劣化するおそれがあった。
【０００３】
これに対して光ファイバ方式の振動計は、振動プローブから光ファイバを伝送路として光出力する（例えば特許文献１）。そのため、光ファイバ方式は、その光ファイバケーブルを長くしても、信号品質の劣化がほとんど無く、電磁誘導ノイズの影響も受けずに高い防爆性を保てるという長所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２５９５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ミツトヨ、振動ピックアップ、カタログＮｏ．４３５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で示される光ファイバ方式の振動計は、サイズモ系におけるおもり(可動部材)の変位が、振動による加速度に比例するとして加速度出力を得ている。このため、特許文献１では、加速度出力に静的な重力の影響がでてしまい、オフセット誤差が生じる。
【０００７】
この対策として、加速度出力をハイパスフィルタに通したり、データ平均値を除去したり、加速度出力を電気的にゼロセットしたりすることなどが考えられる。しかし、前二者では非対称振動だったり、平均化するデータ長が振動波長の整数倍でなかったりすると誤差が残ってしまう。後者では振動ゼロの状態が確保できない状況では使えない、という問題点が残る。更には、これらの処理を行うために、振動プローブからの信号を処理する処理部が複雑になってしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能な光ファイバ型振動計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の請求項１に係る発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計であって、前記可動部材の振動で生じる前記可動部材の速度を電流に変換する速度ピックアップ部と、該電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部と、該磁界の強さに応じて前記振動プローブに導光された光量を減衰させる磁界センサ部と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本願の請求項２に係る発明は、前記磁界センサ部で、前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても前記振動プローブに導光された光量を変化させたものである。
【００１１】
本願の請求項３に係る発明は、前記磁界センサ部が、前記振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、該偏光子を通過した光を前記磁界の強さにより偏光回転させるファラデー回転子と、を備えるようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項４に係る発明は、前記速度ピックアップ部が前記ソレノイドコイル部に接続されたコイルと該コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、該永久磁石に対して該コイルが相対的に振動するようにしたものである。
【００１３】
本願の請求項５に係る発明は、前記速度ピックアップ部を該速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆うようにしたものである。
【００１４】
本願の請求項６に係る発明は、前記振動プローブにおいて、前記可動部材の振動軸と前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸とが同一若しくは平行とされて、前記速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とを一体的に構成するようにしたものである。
【００１５】
本願の請求項７に係る発明は、前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、前記振動プローブで該光ファイバから出射された光を、各波長に分光させて前記複数の波長と同数の前記速度ピックアップ部で検出される前記振動で変調することとしたものである。
【００１６】
本願の請求項８に係る発明は、前記処理部が前記電気信号を自乗する自乗手段を有することとしたものである。
【００１７】
本願の請求項９に係る発明は、前記処理部が微分手段を有して前記振動の状態を表す加速度を前記出力電圧値として出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能である。即ち、振動プローブから出力される信号品質を保ったまま長距離信号伝送が可能であり、その際に給電が不要である。同時に発熱も少なく、スリムで軽量とすることができる。更に高い防爆性を保つことができる。同時に、静的重力によるオフセット誤差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバ型振動計の全体模式図
【図２】同じく振動プローブの拡大模式図
【図３】同じく振動プローブの磁界センサ部の拡大模式図
【図４】偏光子の偏光軸と透過光量との関係を説明する模式図
【図５】本発明の第１実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図６】同じく振動プローブの受光器以降の信号の様子を表す模式図
【図７】本発明の第２実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図８】本発明の第３実施形態に係る光ファイバ型振動計の検出部の概略模式図
【図９】同じく振動プローブの拡大模式図
【図１０】本発明の第４実施形態に係る速度ピックアップ部の拡大模式図
【図１１】本発明の第５実施形態に係る振動プローブの拡大模式図
【図１２】本発明の第６実施形態に係る磁界センサ部の拡大模式図
【図１３】同じく振動プローブの拡大模式図
【図１４】本発明の第７実施形態に係る振動プローブの拡大模式図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２１】
最初に、第１実施形態に係る光ファイバ型振動計の概略について、図１、図２を用いて説明する。
【００２２】
光ファイバ型振動計１００は、図１、図２に示す如く、光源１０４と、光源１０４の光を導光する入射側光ファイバ１１４（光ファイバ）と、導光された光が入射される振動プローブ１３０と、振動プローブ１３０に配置されたおもり１５６及び可動コイル１５８（可動部材）の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器１２０と、電気信号を処理して振動の状態（速度）を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する処理部１７０と、を有する。
【００２３】
そして、光ファイバ型振動計１００は、図２に示す如く、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動で生じるおもり１５６及び可動コイル１５８の速度を（速度に比例する）電流に変換する速度ピックアップ部１５０と、電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部１４８と、磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させる磁界センサ部１３１と、を備える。
【００２４】
以下、光ファイバ型振動計１００の構成を図１、図２、図５に基づいてより詳細に説明していく。
【００２５】
光ファイバ型振動計１００は、図１に示す如く、検出部１０２と処理部１７０とを有する。検出部１０２は、図１に示す如く、光源１０４と、入射側光ファイバ１１４と、光ファイバカプラ１１６と、出射側光ファイバ１１８と、受光器１２０と、振動プローブ１３０と、を備えている。
【００２６】
図１に示す如く、光源１０４は、レーザダイオードやＬＥＤなどを有している。入射側光ファイバ１１４は、光源１０４に接続され、光源１０４の光を振動プローブ１３０まで導光する。なお、振動プローブ１３０に導かれる光の一部は、図示しない別の受光器により光電変換された出力をモニターしてもよい。そのモニターされる出力によって、受光回路１７４で受光器１２０から出力される電気信号が規格化された電圧値とされる。光ファイバカプラ１１６は、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とを溶融接合させたもので、振動プローブ１３０から入射側光ファイバ１１４に戻ってきた光を出射側光ファイバ１１８へ分岐する。出射側光ファイバ１１８は、受光器１２０に接続されている。受光器１２０では、出射側光ファイバ１１８を通過してきた光を光電変換して電気信号として処理部１７０に出力する。なお、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とには、シングルモードファイバやマルチモードファイバや偏波面保存型光ファイバなどを用いることができる。
【００２７】
振動プローブ１３０は、図２に示す如く、磁界センサ部１３１とソレノイドコイル部１４８と速度ピックアップ部１５０とを備える。これらは、プローブケース１６６に一体的に構成されている。その際、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動軸Ｐとソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部１３１における磁界測定軸Ｏとが同一とされている。
【００２８】
前記磁界センサ部１３１は、図３に示す如く、レンズ１３２と偏光子１３４（偏光板）と第１ファラデー回転子１３６と第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２とを備える。
【００２９】
図３に示す如く、レンズ１３２は、入射側光ファイバ１１４で導いた光をコリメートして偏光子１３４に入射させる。偏光子１３４は、入射側光ファイバ１１４から出射されてコリメートされた光を直線偏光させる。第１ファラデー回転子１３６（ファラデー回転子）は、偏光子１３４を通過した光を磁界測定軸Ｏ方向における磁界の強さにより直線偏光された光(単に直線偏光とも称する)の透過軸（偏光軸と称する）を回転させる（偏光回転させる）。第２ファラデー回転子１３８は、第１ファラデー回転子１３６とは別に第１ファラデー回転子１３６の後段に配置されている。第２ファラデー回転子１３８の外周には、リング状の永久磁石１４０が配置されている。この永久磁石１４０は第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加することで、第２ファラデー回転子１３８は第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転された角度（偏光回転角と称する）に２２．５度の偏光回転角を更に与える。
【００３０】
図３に示す如く、磁界センサ部１３１の終端に、ミラー１４２が配置されている。ミラー１４２により、第２ファラデー回転子１３８で偏光回転された光は垂直反射される。ミラー１４２で反射された光には再び第２ファラデー回転子１３８で２２．５度の偏光回転角が与えられる。即ち、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、第２ファラデー回転子１３８により４５度の一定の偏光回転角が更に与えられる。そして、ミラー１４２で反射された光は偏光子１３４に入射する。なお、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８とも、ファラデー効果を有する材質（主にＹＩＧ結晶など）を用いることができる。その際にベルデ定数の大きいＹＩＧ結晶が、より好ましい。
【００３１】
ここで、第２ファラデー回転子１３８が、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、４５度の一定の偏光回転角を更に与えることについて、図４を用いて説明する。ただし、ここでは説明のため、偏光子１３４での偏光軸方向成分の光は、１００％透過するものとする（偏光方向によるロス以外は無視する）。
【００３２】
図４において、偏光子１３４の偏光軸Ｑと直線偏光Ａ１とが平行（偏光軸Ｑに対する直線偏光の偏光回転角（方位角と称する）が０度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ１は１００％透過していく。しかし、偏光軸Ｑと直線偏光Ａ５とが直交する（方位角９０度）ときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ５は全く透過しない（０％透過）。この中間である、偏光軸Ｑと直線偏光Ａ３とが４５度（方位角４５度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ３は７０．７％（ＣＯＳ４５度＝０．７０７より）透過していくことなる。即ち、本実施形態では、磁界が存在しなくても、偏光子１３４による直線偏光に第２ファラデー回転子１３８で偏光回転角４５度を付与することとなる。このため、磁界が存在しなくても、偏光子１３４を介して入射側光ファイバ１１４に戻る光量は、偏光子１３４から出射した直線偏光の光量の７０．７％だけに減衰（変調）される。
【００３３】
なお、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を低減するために、永久磁石１４０の外周に磁界シールドを設けてもよい。磁界シールドは、例えば第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２の外周を覆い、光の通過する部分のみに開口を有するように構成することができる。磁界シールドとしては、例えばパーマロイなどを使用できる。なお、磁界シールドを設けずに、永久磁石１４０が第１ファラデー回転子１３６に磁界的な影響を与えないように、永久磁石１４０と第１ファラデー回転子１３６との距離を十分離すように配置してもよい。
【００３４】
なお、ファラデー効果は、磁界の強さに比例して偏光面が回転する現象であり、式（１）が成り立つ。
Φ ∝ Ｖ×Ｈ×Ｌ （１）
【００３５】
符号Φはファラデー回転角（光の偏光回転角）である。符号Ｖはベルデ定数であり、ファラデー回転子の材質によって変わる。符号Ｈは光の伝播方向（磁界検出軸Ｏ方向）の磁界の強さを示す。符号Ｌはファラデー回転子の磁界検出軸Ｏ方向の長さである。
【００３６】
ここで、（直線偏光された）光の偏光回転は、磁界の光の伝播方向（磁界検出軸Ｏ方向）における成分が存在するときに発生する。詳しく説明すると、ファラデー効果では、磁界の向きと光の進む向きが同じときは、光の進む向きに対して右ねじが回転する方向に光が偏光回転する。磁界の向きと光の進む向きが逆のときは、光の進む向きに対して左ねじが回転する方向に光が偏光回転する。
【００３７】
前記ソレノイドコイル部１４８は、図２、図３に示す如く、第１ファラデー回転子１３６の外周に配置されたコイルである。ソレノイドコイル部１４８は、後述する速度ピックアップ部１５０の可動コイル１５８と電気的に接続されている。
【００３８】
なお、ソレノイドコイル部１４８で発生する磁束密度は、アンペールの法則より電流に比例し、式（２）の関係が成り立つ。なお、磁束密度は磁界の強さに比例する。
Ｂ１ ∝ ｎ１×Ｌ１×Ｉ （２）
【００３９】
符号Ｂ１はソレノイドコイル部１４８内側の軸方向の磁束密度で、符号ｎ１はソレノイドコイル部１４８の軸方向の単位長さあたりのコイル巻数で、符号Ｌ１はソレノイドコイル部１４８の軸方向の長さで、符号Ｉはソレノイドコイル部１４８に流れる電流である。
【００４０】
前記速度ピックアップ部１５０は、図２、図５に示す如く、ばね１５４とおもり１５６と可動コイル１５８と永久磁石１６０とヨーク１６４とを備える。これらは、速度ピックアップ部１５０以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケース１５２で覆われている。即ち、本実施形態では、シールドケース１５２は、磁界センサ部１３１の永久磁石１４０の磁界やソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の影響も遮断することができる。
【００４１】
図２、図５に示す如く、ばね１５４は、外周がシールドケース１５２に固定されて、その中央でおもり１５６を振動軸Ｐ方向に変位可能に支持している（ダイヤフラム構造）。おもり１５６にはその下側に凹部が設けられ、且つその凹部の周方向に沿うリング状の可動コイル１５８が一体的におもり１５６の下側に固定されている。可動コイル１５８は、シールドケース１５２に設けられた貫通孔１５２Ａを通過して、ソレノイドコイル部１４８と電気的に接続され閉回路を構成している。即ち、可動コイル１５８は、ソレノイドコイル部１４８に接続されたコイルとされている。可動コイル１５８の内側には、可動コイル１５８の内側に沿う形状の永久磁石１６０が配置されている。
【００４２】
永久磁石１６０の外周と可動コイル１５８の内周との間隔は、周方向で均等とされている。永久磁石１６０は、可動コイル１５８の外周を所定の間隔Ｇで囲むヨーク１６４に固定されている。このため、永久磁石１６０とヨーク１６４との間で磁束（磁界）が発生するので、永久磁石１６０は可動コイル１５８に磁界を与えている状態となる。なお、永久磁石１６０に対して、可動コイル１５８が振動することとなる。即ち、速度ピックアップ部１５０では、直接的に振動の速度を検出することとなる。このような原理により、速度ピックアップ部１５０は、比較的低い周波数から高い周波数まで（数Ｈｚから数ｋＨｚ）振動を検出することが可能である。
【００４３】
符号１６２は、磁性流体であり、可動コイル１５８の動きをダンピングする機能を有している。磁性流体１６２を使用することで、永久磁石１６０とヨーク１６４との間にダンピング材料を安定してとどめることができるが、ダンピング材料が必ずしも磁性流体である必要はない。例えば、空気でもよいし、水やオイルなどの気体や液体などでもよい。
【００４４】
なお、速度ピックアップ部１５０の出力電流は、フレミングの右手の法則より振動の速度成分に比例し、式（３）が成り立つ。
Ｉ ∝ Ｂ２×Ｌ２ （３）
【００４５】
符号Ｉは可動コイル１５８に流れる電流で、符号Ｂ２は永久磁石１６０とヨーク１６４との間隔Ｇにおける磁束密度で、符号Ｌ２は磁束を横切る可動コイル１５８の長さである。
【００４６】
処理部１７０は、図１に示す如く、発光回路１７２と受光回路１７４と自乗手段である自乗回路１７６とオフセット手段であるオフセット回路１７８とを備える。また、処理部１７０には、微分手段である微分回路１８０を備えてもよい。
【００４７】
図１に示す如く、発光回路１７２は、光源１０４に安定した発光をさせる。受光回路１７４は、受光器１２０から出力された電気信号を規格化された電圧値として自乗回路１７６に出力する。自乗回路１７６は、受光回路１７４から出力された電圧値を自乗して出力する。このとき、自乗回路１７６で出力される自乗電圧値は、規格化された電圧値が規格値に対して７０．７％の値のときに、０．５（＝０．７０７２；規格化された自乗電圧値に対して５０％の値）となる。オフセット回路１７８は、自乗電圧値の０．５をオフセットして、ゲイン調整を行い、必要に応じてプラスマイナスの符号を反転させ、その値を出力電圧値Ｖｏｕｔとして出力する。即ち、出力電圧値Ｖｏｕｔは振動の速度出力に相当する。微分回路１８０は、オフセット回路１７８の出力電圧値Ｖｏｕｔの微分を行う。この処理は、出力電圧値Ｖｏｕｔが振動の速度出力に相当するため、振動の加速度出力を得たい場合に追加される（その場合には加速度出力を出力電圧値としてもよい）。
【００４８】
次に、本実施形態における光ファイバ型振動計１００の動作について、主に図１、図２を用いて説明する。
【００４９】
振動プローブ１３０が振動軸Ｐ方向に振動すると、速度ピックアップ部１５０のおもり１５６がシールドケース１５２に対して振動する。シールドケース１５２には永久磁石１６０及びヨーク１６４が固定されている。一方、おもり１５６には、可動コイル１５８が固定されている。このため、おもり１５６の振動により可動コイル１５８が永久磁石１６０とヨーク１６４との間に発生している磁束を横切ることとなる。このため、フレミングの右手の法則により、可動コイル１５８の速度に比例した電流が可動コイル１５８に発生する。
【００５０】
可動コイル１５８に発生した電流は、そのままソレノイドコイル部１４８を流れる。すると、アンペールの法則によりソレノイドコイル部１４８の内側に磁束（磁界）が発生する。即ち、第１ファラデー回転子１３６の内側において、磁界測定軸Ｏ方向に磁界が発生する。
【００５１】
一方、発光回路１７２により光源１０４から光が出射される。光源１０４から出射された光は入射側光ファイバ１１４で導光される。
【００５２】
導光された光は、入射側光ファイバ１１４から出射され、レンズ１３２でコリメートされる。コリメートされた光は、偏光子１３４に入射し、直線偏光とされる。直線偏光された光は、第１ファラデー回転子１３６で、磁界測定軸Ｏ方向に発生した磁界の強さにより偏光回転される。偏光回転された光は、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。そして、光は、ミラー１４２で垂直反射され、再び、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。即ち、第２ファラデー回転子１３８で合計４５度の一定の偏光回転角が与えられる。また、第１ファラデー回転子１３６でも、第２ファラデー回転子１３８を通過した光を更に偏光回転させる。その光は、偏光子１３４に入射して、偏光子１３４の偏光軸に対する方位角に従い、減衰して透過する（変調される）。
【００５３】
減衰した（変調された）光はレンズ１３２で再び入射側光ファイバ１１４に戻る。即ち、磁界センサ部１３１ではソレノイドコイル部１４８で発生した磁界の強さに応じて振動プローブ１３０に導光された光量を減衰させて戻している。その戻り光は、光ファイバカプラ１１６を介して、出射側光ファイバ１１８で受光器１２０に導かれる。
【００５４】
受光器１２０では、戻り光の光量（光ファイバ帰還光量）に比例して光電変換して電気信号を出力する。この電気信号は受光回路１７４で規格化された電圧値として出力される。この電圧値の一例を図６（Ａ）に示す。この電圧値は、偏光子１３４による減衰特性から、正弦波特性で示される曲線（ＳＩＮ波）上の値として示される。そして、磁界がない場合Ａ３にも、第２ファラデー回転子１３８（及び永久磁石１４０）で光に一定の偏光回転角として４５度が与えられている。このため、磁界がない状態Ａ３の方位角４５度では電圧値は極大値や極小値とはならず、電圧値は０．７０７となる。磁界がマイナスである場合Ａ２には、方位角は４５度より小さくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも大きな値となる。逆に、磁界がプラスである場合Ａ４には、方位角は４５度より大きくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも小さな値となる。
【００５５】
即ち、磁界センサ部１３１は、ソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の向きによっても振動プローブ１３０に導光された光量を変化させている。言い換えれば、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角がバイアスとして与えられていることで、磁界のプラスマイナス、即ち磁界の向きを受光量に比例する電圧値から容易に判別することができる。
【００５６】
受光回路１７４から出力される電圧値は、自乗回路１７６で自乗される。即ち、自乗回路１７６から出力される自乗電圧値は、一例として図６（Ｂ）のように示すことができる。即ち、磁界がない状態Ａ３の電圧値０．７０７は、自乗電圧値０．５となる。同時に、正弦波特性で示された曲線は、自乗電圧値０．５を中心とする範囲Ｂにおいては、極めて直線に近づけることができる。即ち、方位角４５度を中心として範囲Ｂの間では、自乗電圧値に比例して方位角を求めることができる。つまり、磁界の向きを含めて、磁界の強さを複雑な構成をとることなく正確に求めることができる。
【００５７】
自乗回路１７６の出力はオフセット回路１７８で、符号合わせ、オフセット調整、及びゲイン調整される。即ち、オフセット回路１７８から出力される電圧値は、一例として図６（Ｃ）のように示すことができる。このため、磁界の向きを含めて、磁界の強さを簡単な構成で、容易にかつ正確に求めることができる。ここで、速度ピックアップ部１５０で検出されるのは速度であるので、オフセット回路１７８から出力される磁界の強さを表す電圧値により、正確に振動の速度を求めることができる。
【００５８】
オフセット回路１７８から出力される電圧値は、微分回路１８０で微分演算される。即ち、オフセット回路１７８で得られるのが速度であることから、微分回路１８０を追加すれば加速度を正確に求めることができる。
【００５９】
本実施形態では、直接的に振動の速度を検出している。そして、速度ピックアップ部１５０は、比較的低い周波数から高い周波数まで（数Ｈｚから数ｋＨｚ）振動を検出することができる。即ち、本実施形態は、地震観測や機械振動などや設備診断などに幅広く適用することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、永久磁石１４０を用いて第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加しているので、振動プローブ１３０に入射側光ファイバ１１４以外に外部から配線する必要がない。そのため、振動プローブ１３０の配置の自由度が大きく、且つ第２ファラデー回転子１３８や速度ピックアップ部１５０を外部から制御することなく、振動プローブ１３０から安定した出力を得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、ミラー１４２を用いて光を反射させることで、それぞれ第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸Ｏ方向に光を往復させている。このため、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸Ｏ方向の長さを短くすることができるので、振動プローブ１３０を小型とすることができる。また、ミラー１４２が機能的には磁界センサ部１３１の終端部材なので、ミラー１４２の外側に光ファイバなどの部材が配置されずに、容易に振動プローブ１３０へ組込むことができる。
【００６２】
また、本実施形態においては、振動プローブ１３０において、おもり１５６及び可動コイル１５８の振動軸Ｐとソレノイドコイル部１４８で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部１３１における磁界測定軸Ｏとが同一とされて、速度ピックアップ部１５０とソレノイドコイル部１４８と磁界センサ部１３１とを一体的に構成している。このため、振動プローブ１３０の扱いが容易であり、且つ、振動測定対象物への振動軸Ｐの軸合わせや振動プローブ１３０自体の組立てを容易に行うことができる。
【００６３】
また、本実施形態では、速度ピックアップ部１５０を、速度ピックアップ部１５０以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケース１５２で覆っている。このため、速度ピックアップ部１５０に対して、磁界センサ部１３１やソレノイドコイル部１４８や外部磁界（電磁界を含む）の影響を遮断することができる。即ち、検出される振動の状態の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
即ち、本実施形態では、光ファイバを用いる長所を生かしながら、複雑な構成をとることなく高精度な計測が可能である。即ち、振動プローブ１３０から出力される信号品質を保ったまま長距離信号伝送が可能であり、その際に給電が不要である。同時に発熱も少なく、スリムで軽量とすることができる。更に高い防爆性を保つことができる。同時に、速度ピックアップ部１５０では直接速度を検出することで、静的重力によるオフセット誤差を防止することができる。
【００６５】
本実施形態においては、第２ファラデー回転子１３８を用いて、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を与えないようにすることが望ましいとしていたが、本発明はこれに限定されない。第２ファラデー回転子を用いずに、第１ファラデー回転子に永久磁石でバイアス磁界を印加して、第１ファラデー回転子で一定の偏光回転角を与えるようにし、ソレノイドコイル部に発生する磁界がこれに重畳されるようにしてもよい。
【００６６】
また、本実施形態においては、光ファイバカプラ１１６を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば光ファイバ型ではないビームスプリッタを用いてもよい。
【００６７】
また、本実施形態においては、処理部１７０に、自乗手段として自乗回路１７６、オフセット手段としてオフセット回路１７８、微分手段として微分回路１８０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。回路という形ではなく、受光回路の出力をＡ／Ｄ変換してソフトウェア的に演算処理することで自乗手段やオフセット手段や微分手段を実現しても良い。
【００６８】
また、本実施形態においては、第１ファラデー回転子１３６の後段に第２ファラデー回転子１３８が配置され、第２ファラデー回転子１３８の外周に永久磁石１４０が配置されていたが、本発明はこれに限定されない。第２ファラデー回転子が第１ファラデー回転子の前段に配置されていてもよい。また、永久磁石は磁界検出軸Ｏ方向で第２ファラデー回転子から離れて配置されていてもよいし、永久磁石の形状がリング状でなくてもよい。
【００６９】
また、本実施形態においては、円板形状のばね１５４でおもり１５６が支持され、速度ピックアップ部１５０の永久磁石１６０が可動コイル１５８の内周に沿う形状で配置され、且つ可動コイル１５８の外側にヨーク１６４がリング状に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７に示す本発明の第２実施形態に係る速度ピックアップ部２５０の如く、おもりと一体の可動コイル２５８が、板ばね２５４で片持ちされた状態であってもよい。そして、永久磁石２６０が可動コイル２５８の内側のヨーク２６４部分に対向するように、２つの角型の永久磁石２６０を外側のヨーク２６４部分に固定させてもよい。もちろん、可動コイルの内側と外側の両方に永久磁石を配置してもよい。その際の配置は２方向に限られない。そして、その磁極の方向はいずれであってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、振動プローブにおいて、おもり及び可動コイルの振動軸Ｐとソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸Ｏとが同一とされて、速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とを一体的に構成していたが、本発明はこれに限定されない。磁界センサ部とソレノイドコイル部とが一体とされ、速度ピックアップ部だけが別に設けられてもよいし、これらが一体であっても軸が一致せず平行、若しくは軸同士が角度を有していてもよい。
【００７１】
次に、本発明の第３実施形態について、図８、図９を用いて説明する。
【００７２】
本実施形態は、第１実施形態の反射型の振動プローブ１３０を多軸化したものである。その概略構成は図８、図９に示す通りであり、光源３０４が複数の波長λ１〜λ３の光を入射側光ファイバ（光ファイバ）３１４に導光させ、振動プローブ３３０で入射側光ファイバ３１４から出射された光を、各波長λ１〜λ３に分光させて複数の波長λ１〜λ３と同数の速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚで検出される振動で変調している（減衰させている）。その際には、入射側光ファイバ３１４から出射された光は２個のダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚで各波長に分光されている。具体的な構成を以下に説明する。なお、多軸化に係る部分以外については、適宜説明を省略する。
【００７３】
光源３０４は、図８に示す如く、例えば３個のＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚと、４個のレンズ３０８Ｘ〜３０８Ｚ、３１２と、１個のミラー３１０Ｘと２個のダイクロイックミラー３１０Ｙ、３１０Ｚと、を備えている。３個のＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚは、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光を発光する。ＬＥＤ３０６Ｘ〜３０６Ｚから出射された光は、それぞれレンズ３０８Ｘ〜３０８Ｚでコリメートされる。コリメートされた光は、ミラー３１０Ｘ及びダイクロイックミラー３１０Ｙ、３１０Ｚで反射され、レンズ３１２に入射する。レンズ３１２によって、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光は、１本の入射側光ファイバ３１４により振動プローブ３３０に導光される。
【００７４】
振動プローブ３３０は、図９に示す如く、磁界センサ部３３１とソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚと速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚとを備える。
【００７５】
磁界センサ部３３１は、図９に示す如く、レンズ３３２のみを共通にして、３個のセンサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚを備えている。センサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚは、それぞれ、ミラー３３３Ｘ若しくはダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚと偏光子３３４Ｘ〜３３４Ｚと、第１ファラデー回転子３３６Ｘ〜３３６Ｚと、第２ファラデー回転子３３８Ｘ〜３３８Ｚと、永久磁石３４０Ｘ〜３４０Ｚと、ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚと、を備える。
【００７６】
入射側光ファイバ３１４から出射された光は、図９に示す如く、レンズ３３２でコリメートされる。コリメートされた光はダイクロイックミラー３３３Ｚに入射する。ここで、ダイクロイックミラー３３３Ｚは、波長λ１、λ２の光を反射させ、波長λ３の光を透過させる。ダイクロイックミラー３３３Ｚで反射された光は、ダイクロイックミラー３３３Ｙに入射する。ダイクロイックミラー３３３Ｙは、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を反射させる。ダイクロイックミラー３３３Ｙを透過した光は、ミラー３３３Ｘで反射される。ミラー３３３Ｘ及びダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚで分光された光はそれぞれ、偏光子３３４Ｘ〜３３４Ｚ、第１ファラデー回転子３３６Ｘ〜３３６Ｚ、及び第２ファラデー回転子３３８Ｘ〜３３８Ｚを介して、ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚに入射する。ミラー３４２Ｘ〜３４２Ｚで反射された光はそれぞれ、ミラー３３３Ｘ及びダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚを介して、入射側光ファイバ３１４に導光される。磁界センサ部３３１のこれ以外の構成と動作は第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００７７】
図９において、各ソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚと、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの構成と動作は第１実施形態と同様なので、説明を省略する。ただし、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚは互いに直交するように配置固定される。このため、磁界センサ部３３１の磁界測定軸Ｏｘ〜Ｏｚと速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚとはそれぞれ同一とはならず、異なる配置関係とされている。このとき、磁界センサ部３３１とソレノイドコイル部３４８Ｘ〜３４８Ｚとは一体化され、且つ速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚは一体化される。一方で、磁界センサ部３３１と速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚとの位置関係は一定に固定してもよいし、フレキシブルに変化可能としてもよい。
【００７８】
受光器３２０は、図８に示す如く、レンズ３２２と、ミラー３２４Ｘ及びダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚと、光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚと、を備える。出射側光ファイバ３１８から出射された光はレンズ３２２でコリメートされ、ダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚで、波長λ１〜λ３毎に分光されて、各光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚで受光される。光電式センサ３２６Ｘ〜３２６Ｚで受光された光は光電変換され、電気信号として処理部に出力される。
【００７９】
処理部は、第１実施形態と同様の構成であり、同様の動作を行うので、その説明は省略する。処理部は、波長の数だけ並列に備えてもよいし、異なる波長毎に適宜兼用化してもよい。
【００８０】
このように、各波長λ１〜λ３毎にセンサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚを備えて、速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚを互いに直交させるように配置することで、３次元方向の振動の状態を測定することが可能になる。即ち、各軸で得られた出力電圧値Ｖｏｕｔをベクトル合成することで振動（の速度）の向きと大きさを求めることができる（振動の加速度についても同様）。
【００８１】
なお、多軸化に際しては、反射型の振動センサ部３３１を用いているので、センサ先端部３３５Ｘ〜３３５Ｚの配置が容易である。同時に、２個のダイクロイックミラー３３３Ｙ、３３３Ｚを用いていることで、振動プローブ３３０を相乗的にコンパクトにまとめることができる。なお、受光器３２０においても２個のダイクロイックミラー３２４Ｙ、３２４Ｚが用いられているので、受光器３２０もコンパクトにまとめることができる。
【００８２】
本実施形態においては、第１実施形態で示した速度ピックアップ部１５０と同一の構成を各速度ピックアップ部３５０Ｘ〜３５０Ｚに用いていたが、第２実施形態で示した速度ピックアップ部２５０（図７）を用いて多軸化を実現してもよい（図１０に示す第４実施形態）。
【００８３】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部をミラー及びダイクロイックミラーで複数のセンサ先端部に分割し、そのセンサ先端部とはそれぞれ位置関係が異なる速度ピックアップ部を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１で示す第５実施形態に示す如く、振動プローブ５３０を、センサ先端部５３５Ｘ〜５３５Ｚと速度ピックアップ部５５０Ｘ〜５５０Ｚとが一体的に構成された３個のプローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚを互いに直交させることで構成してもよい。振動プローブ５３０では、レンズ５３２を共通として、３個のプローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚを、ダイクロイックミラー５３３Ｙ、５３３Ｚで直接に互いに直交させている。なお、プローブ先端部５６８Ｘ〜５６８Ｚは、センサ先端部５３５Ｘ〜５３５Ｚの磁界測定軸Ｏｘ〜Ｏｚと速度ピックアップ部５５０Ｘ〜５５０Ｚの振動軸Ｐｘ〜Ｐｚとをそれぞれ一致させて、プローブケース５６６Ｘ〜５６６Ｚで一体的に構成している。
【００８４】
また、上記実施形態においては、３つの波長λ１〜λ３で３軸方向の振動の状態を求めたが、本発明はこれに限定されず、更に多くの数の軸に対しても適用可能である。光ファイバを用いる限りにおいて、波長の多重化は容易で、かつ光ファイバ自体は１本で済み、更に振動プローブになんら電気信号を這わす必要がない。このため、数の多い多軸化であっても容易に振動プローブの構成が可能で、たとえ振動プローブが光源と受光器とから遠く離れて配置されても、各軸で振動の状態を安定して求めることができる。
【００８５】
また、上記実施形態においては、入射側光ファイバから出射された光が、２個のダイクロイックミラーで各波長λ１〜λ３に分光されていたが、本発明はこれに限定されない。別の波長選択性のある光学素子をダイクロイックミラーの代わりに用いてもよい。
【００８６】
次に、本発明の第６実施形態について、図１２、図１３を用いて説明する。
【００８７】
本実施形態は、図１２、図１３に示す如く、第１実施形態とは異なり、透過型の磁界センサ部６３１を用いている。即ち、第１実施形態における第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２及び偏光子１３４（反射光が戻るとき）の代わりに、検光子６４４を用いている。
【００８８】
検光子６４４は、偏光子６３４とは偏光軸の角度が異なるように配置されている（例えば４５度）。そして、検光子６４４を通過した光は、レンズ６４６により集光され、直接に出射側光ファイバ６１８に入射されている。即ち、検光子６４４は、偏光子６３４の偏光軸から４５度異なる偏光軸（４５度の偏光回転角の付与）で、偏光子６３４の代わりに第１ファラデー回転子６３６から出射される光を通過させる。このため、第１実施形態に比べると、検光子６４４が、偏光子６３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子６３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角（例えば４５度）をバイアスとして更に与え、偏光回転角に応じて、受光器に導光される光の光量を減衰させている。
【００８９】
振動プローブ６３０としては、図１３に示す如く、第１実施形態と同一の速度ピックアップ部を用いることができる。このとき、磁界センサ部６３１では、速度ピックアップ部側の出射側光ファイバ６１８が、折り曲げられて入射側光ファイバ６１４と同じ方向に向けられている。この場合は、磁界センサ部６３１の磁界測定軸Ｏと速度ピックアップ部６５０の振動軸Ｐとが一致しないものの平行とされて、磁界センサ部６３１とソレノイドコイル部６４８と速度ピックアップ部６５０とが一体的に構成されている。
【００９０】
このため、本実施形態においても、第１実施形態で説明した光ファイバ型振動計１００と同様の動作が可能である。更に、本実施形態では、第１ファラデー回転子６３６だけしか使用しないので、第１実施形態に比べてコストダウンが可能である。更に、バイアス磁界の印加のための永久磁石も使用しないので、永久磁石による第１ファラデー回転子６３６への影響を考慮せずに、振動プローブ６３０を構成・配置することができる。
【００９１】
また、本実施形態においては、第１実施形態で示した速度ピックアップ部を用いた振動プローブ６３０が示されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１４に示す第７実施形態の如く、第２実施形態で示した速度ピックアップ部を用いることもできる。この場合においても、磁界センサ部７３１と速度ピックアップ部７５０とが一体的に構成されていてもよいし、配置変更可能としていてもよい。
【００９２】
また、本実施形態の透過型の振動プローブ６３０を用いて、第３〜第５実施形態で示した多軸化を行ってもよい。
【００９３】
本発明について上記実施形態を上げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００９４】
上記実施形態においては、一定の偏光回転角が４５度であったが、本発明はこれに限定されない。一定の偏光回転角が４５度のときは、磁界の向きがいずれであっても、直線近似すると磁界の強さを同等の広い範囲で正確に求めることができる（例えば図６（Ｂ）では、方位角でそれぞれＢ／２の範囲）。このため、バイアスとして与える一定の偏光回転角は、４５度＋９０ｍ（ｍ；整数）度であることが望ましいが、９０ｎ（ｎ；整数）度でない角度であればよい。その場合には、受光量において磁界のない状態は正弦波特性で示される曲線上の極大値や極小値とならない。このため、磁界の向きが変わることで受光量（電圧値、自乗電圧値、若しくは出力電圧値）が変化するため、磁界の向きを判別することができる。
【００９５】
また、上記実施形態においては、偏光子や検光子としては偏光膜をガラスで挟んだ偏光板を想定していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタや、複屈折性結晶（方解石など）の偏光素子でも良い。
【００９６】
また、上記実施形態においては、光源としてレーザダイオード、ＬＥＤを用いていたが、それ以外のものでもよい。ただし、ファラデー回転子の材質に対して透明な光波長を発するものが好ましい。例えば、ＹＩＧ結晶に対しては、波長約１μｍの光源であることが好ましい。
【００９７】
また、上記実施形態においては、処理部が電気信号を自乗する自乗手段としての自乗回路を有していたが、本発明はこれに限定されず、自乗手段を有さなくてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部がソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても振動プローブに導光された光量を変化させていたが、必ずしも、本発明はこれに限定されない。
【００９９】
また、上記実施形態においては、磁界センサ部が、振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、偏光子を通過した光を磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子と、を備えるとしていた。しかし、必ずしも、本発明はこれに限定されずに、磁界の強さで結果として光量を減衰させる素子であれば用いることができる。
【０１００】
また、上記実施形態においては、速度ピックアップ部がソレノイドコイル部に接続された可動コイルと可動コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、永久磁石に対して可動コイルが振動していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、シールドケースに固定されたコイルがソレノイドコイル部に接続されて、そのコイルに対してばねで支持された永久磁石が振動するようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、速度ピックアップ部が速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆われていたが、本発明はこれに限定されず、シールドケースを備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１００、３００…光ファイバ型振動計
１０２、３０２…検出部
１０４、３０４…光源
１１４、２１４、３１４、５１４、６１４、７１４…入射側光ファイバ
１１６、３１６…光ファイバカプラ
１１８、３１８、６１８、７１８…出射側光ファイバ
１２０、３２０、３２６Ｘ、３２６Ｙ、３２６Ｚ…受光器（光電式センサ）
１３０、３３０、５３０、６３０、７３０…振動プローブ
１３１、３３１、６３１、７３１…磁界センサ部
１３２、３０８Ｘ、３０８Ｙ、３０８Ｚ、３１２、３２２、３３２、５３２、６３２、６４６、７３２、７４６…レンズ
１３４、３３４Ｘ、３３４Ｙ、３３４Ｚ、５３４Ｘ、６３４、７３４…偏光子
１３６、３３６Ｘ、３３６Ｙ、３３６Ｚ、５３６Ｘ、６３６、７３６…第１ファラデー回転子
１３８、３３８Ｘ、３３８Ｙ、３３８Ｚ、５３８Ｘ…第２ファラデー回転子
１４０、１６０、２６０、３４０Ｘ、３４０Ｙ、３４０Ｚ、３６０Ｘ、３６０Ｙ、３６０Ｚ、４６０Ｘ、４６０Ｙ、４６０Ｚ、５４０Ｘ、５６０Ｘ、６６０、７６０…永久磁石
１４２、３１０Ｘ、３２４Ｘ、３３３Ｘ、３４２Ｘ、３４２Ｙ、３４２Ｚ、５４２Ｘ…ミラー
１４８、３４８Ｘ、３４８Ｙ、３４８Ｚ、５４８Ｘ、５４８Ｙ、５４８Ｚ、６４８、７４８…ソレノイドコイル部
１５０、２５０、３５０Ｘ、３５０Ｙ、３５０Ｚ、４５０Ｘ、４５０Ｙ、４５０Ｚ、５５０Ｘ、５５０Ｙ、５５０Ｚ、６５０、７５０…速度ピックアップ部
１５２、３５２Ｘ、３５２Ｙ、３５２Ｚ、５５２Ｘ、６５２…シールドケース
１５４、２５４、３５４Ｘ、３５４Ｙ、３５４Ｚ、４５４Ｘ、４５４Ｙ、４５４Ｚ、５５４Ｘ、６５４、７５４…ばね
１５６、３５６Ｘ、３５６Ｙ、３５６Ｚ、５５６Ｘ、６５６…おもり
１５８、２５８、３５８Ｘ、３５８Ｙ、３５８Ｚ、４５８Ｘ、４５８Ｙ、４５８Ｚ、５５８Ｘ、６５８、７５８…可動コイル
１６２、２６２、３６２Ｘ、３６２Ｙ、３６２Ｚ、４６２Ｘ、４６２Ｙ、４６２Ｚ、６６２、７６２…磁性流体
１６４、２６４、３６４Ｘ、３６４Ｙ、３６４Ｚ、４６４Ｘ、４６４Ｙ、４６４Ｚ、５６４Ｘ、６６４、７６４…ヨーク
１６６、５６６Ｘ、５６６Ｙ、５６６Ｚ、６６６…プローブケース
１７０…処理部
１７２…発光回路
１７４…受光回路
１７６…自乗回路
１７８…オフセット回路
１８０…微分回路
３０６Ｘ、３０６Ｙ、３０６Ｚ…ＬＥＤ
３１０Ｙ、３１０Ｚ、３２４Ｙ、３２４Ｚ、３３３Ｙ、３３３Ｚ、５３３Ｙ、５３３Ｚ…ダイクロイックミラー
３３５Ｘ、３３５Ｙ、３３５Ｚ、５３５Ｘ、５３５Ｙ、５３５Ｚ…センサ先端部
６４４、７４４…検光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計であって、
前記可動部材の振動で生じる前記可動部材の速度を電流に変換する速度ピックアップ部と、
該電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部と、
該磁界の強さに応じて前記振動プローブに導光された光量を減衰させる磁界センサ部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ型振動計。
【請求項２】
前記磁界センサ部は、前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても前記振動プローブに導光された光量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項３】
前記磁界センサ部が、前記振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、該偏光子を通過した光を前記磁界の強さにより偏光回転させるファラデー回転子と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項４】
前記速度ピックアップ部が前記ソレノイドコイル部に接続されたコイルと該コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、該永久磁石に対して該コイルが相対的に振動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項５】
前記速度ピックアップ部が該速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆われていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項６】
前記振動プローブにおいて、前記可動部材の振動軸と前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸とが同一若しくは平行とされて、
前記速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項７】
前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、前記振動プローブで該光ファイバから出射された光が、各波長に分光されて前記複数の波長と同数の前記速度ピックアップ部で検出される前記振動で変調されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項８】
前記処理部は前記電気信号を自乗する自乗手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項９】
前記処理部は微分手段を有して前記振動の状態を表す加速度を前記出力電圧値として出力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項１】
光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該導光された光が入射される振動プローブと、該振動プローブに配置された可動部材の振動により変調された光を光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記振動の状態を出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型振動計であって、
前記可動部材の振動で生じる前記可動部材の速度を電流に変換する速度ピックアップ部と、
該電流により磁界を発生させるソレノイドコイル部と、
該磁界の強さに応じて前記振動プローブに導光された光量を減衰させる磁界センサ部と、
を備えることを特徴とする光ファイバ型振動計。
【請求項２】
前記磁界センサ部は、前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の向きによっても前記振動プローブに導光された光量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項３】
前記磁界センサ部が、前記振動プローブに導光された光を直線偏光させる偏光子と、該偏光子を通過した光を前記磁界の強さにより偏光回転させるファラデー回転子と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項４】
前記速度ピックアップ部が前記ソレノイドコイル部に接続されたコイルと該コイルに磁界を与える永久磁石とを有し、該永久磁石に対して該コイルが相対的に振動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項５】
前記速度ピックアップ部が該速度ピックアップ部以外からの磁界の影響を遮断するためのシールドケースで覆われていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ型振動計。
【請求項６】
前記振動プローブにおいて、前記可動部材の振動軸と前記ソレノイドコイル部で発生する磁界の方向軸と磁界センサ部における磁界測定軸とが同一若しくは平行とされて、
前記速度ピックアップ部とソレノイドコイル部と磁界センサ部とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項７】
前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、前記振動プローブで該光ファイバから出射された光が、各波長に分光されて前記複数の波長と同数の前記速度ピックアップ部で検出される前記振動で変調されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項８】
前記処理部は前記電気信号を自乗する自乗手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【請求項９】
前記処理部は微分手段を有して前記振動の状態を表す加速度を前記出力電圧値として出力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光ファイバ型振動計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１４１２４６（Ｐ２０１１−１４１２４６Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２３７（Ｐ２０１０−３２３７）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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