光強度変調波の定在波を用いた高分解能アブソリュート変位センサ

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655153
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 入谷 忠光 徳島大学, 工学部, 教授 (60035813)
• Keywords: 変位計測 / 定在波レーダ / 光強度変調 / ロングスケール / 高分解能 / アブソリュート型変位計測 / レーザレーダ / 定在波レーダ

Research Abstract

正弦波信号発生器で駆動された終端短絡の伝送線路において終端で反射した反射波と進行波が干渉して定在波が発生すること、またアンテナから電波を発射しターゲットで反射した反射波と進行波とが干渉して定在波が発生する。この定在波の周波数から距離(観測点からターゲットまでの)を高分解能できることが計測できることが示されている。
本研究の目的は、光でも同様に高分解で距離が計測できるかどうかを確かめることである。すなわち光強度変調な光の定在波を用いて変位計測ができることを示すことである。
実験方法:信号発生器を用いて正弦波の周波数fを50MHz〜150MHzまで変化させ、この信号で赤外線レーザダイオード(波長650nm)を強度変調する。この光の進行波はビームスプリッタにより透過波と45°方向に反射する光とに分けられるが、後者を反射鏡で再びビームスプリッタを透過させ、受光素子であるAPDで電流に変換し、進行波の電流とする。一方ビームスプリッタを透過しした進行波は被測定物(反射鏡)で反射した反射波となり、再びビームスプリッタで45°方向に反射され、APDで電流に変換され、先の進行波と干渉して定在波を得るものである。
研究の結果、以下のことを明らかにした。
1.周波数が可変の正弦波による光強度変調により同様に定在波が発生することを確認し、距離の計測が可能なことを示した。また距離を求める式を導出した。これを2003年10月に電気関係学会四国支部で講演発表を行った。
2.さらに高分解能な計測方法として同期検波を用いて定在波の節を精密に探索する方法を提案し、定式化を行った。そして実験により2.13mの距離で0.2mm (100ppm)という高分解能な計測結果が得られた。雑音を考慮しないコンピュータシミュレーションでは2μm (1ppm)まで分解能が得られることが示されたので、誤差の主な原因は受光素子で発生する雑音と考えられる。また室内の長さ18m(部屋の長さによる限界)まで計測可能なことを確かめた。これらを電子情報通信学会2004総合大会で講演発表を行った。
今後の課題として、さらに雑音を押さえる受信回路の検討があげられる。

Research Products

• [Publications] 田口秀樹, 上保徹志, 入谷忠光: "強度変調光を用いた定在波レーダ"電子情報通信学会:2004年総合大会講演論文集. B-2-31, 315 (2004)
• [Publications] 田口秀樹, 上保微志, 入谷忠光: "光強度変調による定在波を用いたレーザレーダ"電気関係学会四国支部連合大会講演論文集:平成15年度. 7-7、106 (2003)