CN101936766A - 计数装置、物理量传感器、计数方法以及物理量测量方法 - Google Patents

计数装置、物理量传感器、计数方法以及物理量测量方法 Download PDF

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Abstract

一种张力·速度测量装置，其可以校正计数误差，包括：使半导体激光器(1)振荡的激光器驱动器(4)；计数装置(7)，其对将半导体激光器(1)的输出变换为电信号的光电二极管(2)的输出中所含有的干涉波形进行计数。计数装置(7)测定计数期间中的干涉波形的周期，基于该测定结果生成计数期间中的干涉波形的周期的频数分布，再基于该频数分布，将等级值和频数的积为最大的等级值作为干涉波形的周期的代表值T0，求出没有达到代表值T0的0.5倍的等级的频数的总和Ns、及在代表值T0的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，并基于这些频数Ns和Nwn校正计数结果。

Description

计数装置、物理量传感器、计数方法以及物理量测量方法
技术领域
本发明涉及一种对信号的数量进行计数的计数装置，以及一种使用计数装置测定干涉波形的数量，并求出测定对象的物理量的干涉型物理量传感器。
背景技术
原来，提出了一种使用半导体激光器的自混合效应的波长调制型激光测量器(参照专利文献1)。该激光测量器的构成如图22所示。图22的激光测量器包括：半导体激光器201，其向物体210发射激光；光电二极管202，其将半导体激光器201的光输出变换为电信号；透镜203，其将来自半导体激光器201的光聚光并照射到物体210，并将从物体210返回的光聚光使其入射到半导体激光器201中；激光器驱动器204，其使半导体激光器201的振荡波长连续地增加的第1振荡期间与振荡波长连续地减少的第2振荡期间交替反复；电流-电压变换放大部205，其将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大；信号提取电路206，其将电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分；计数装置207，其对信号提取电路206的输出电压中所含有的跳模脉冲(以下，记为MHP)的数量计数；运算装置208，其计算出与物体210的距离以及物体210的速度；以及，显示装置209，显示运算装置208的算出结果。
激光器驱动器204将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作为注入电流提供给半导体激光器201。由此，半导体激光器201被驱动为振荡波长以一定的变化率连续地增加的第1振荡期间与振荡波长以一定的变化率连续地减少的第2振荡期间交替反复。图23是示出半导体激光器201的振荡波长随时间变化的图。在图23中，P1是第1振荡期间，P2是第2振荡期间，λa是各期间的振荡波长的最小值，λb是各期间的振荡波长的最大值，Tt是三角波的周期。
从半导体激光器201出射的激光通过透镜203被聚光之后入射到物体210中。由物体210反射的光通过透镜203被聚光之后入射到半导体激光器201中。光电二极管202将半导体激光器201的光输出变换为电流。电流-电压变换放大部205将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大，信号提取电路206对电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分。计数装置207对信号提取电路206的输出电压中所含有的MHP的数量分别就第1振荡期间P1和第2振荡期间P2进行计数。基于半导体激光器1的最小振荡波长λa、最大振荡波长λb、第1振荡期间P1的MHP的数量以及第2振荡期间P2的MHP的数量，运算装置208计算出与物体210的距离以及物体210的速度。
采用上文所述的测量器的话，会将例如干扰光等的噪音作为MHP进行计数、或者因为信号的缺失而导致MHP漏记，因此存在着计数装置所计数的MHP的数量产生误差，所计算出的距离等的物理量也产生误差这样的问题。
鉴于此，发明者提出了一种计数装置，其测定计数期间中的MHP的周期，并基于测定结果生成计数期间中的周期的频数分布，基于频数分布计算出MHP的周期的代表值，基于频数分布求出代表值的第1规定数倍以下的等级的频数的总和Ns和代表值的第2规定数倍以上的等级的频数的总和Nw，基于这些频数Ns和Nw对MHP的计数结果进行校正，由此可以除去计数时的缺漏和过剩的计数的影响(参照专利文献2)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2006-313080号公报
【专利文献2】日本特开2009-47676号公报
发明内容
发明所要解决的问题
根据专利文献2所公开的计数装置，只是在SN(Signal to Noise ratio)没有极端下降的情况下可以进行大致良好的校正。
但是，采用专利文献2中所公开的计数装置的话，在短距离测定中，信号强度和滞后宽度(ヒステリシス幅)相比非常强的情况下，由于频率高于MHP的噪音的影响，输入到计数装置的信号会在二值化的阈值附近产生颤振(チャタリング)，短周期的信号、MHP的原来周期的一半左右的周期的信号会多有发生。此时，比MHP的原来的周期短的周期成为周期的分布的代表值，因此，不能对MHP的计数结果进行正确地校正，MHP的计数结果是原来的值的例如数倍大。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供了一种计数装置及计数方法，即使是在输入到计数装置的信号中连续地产生高频的噪音的情况下，也可以对计数误差进行校正，还提供了一种物理量传感器及物理量测量方法，可以对MHP的计数误差进行校正，并提高物理量的测定精度。
解决问题所用的技术手段
本发明的计数装置，其在特定的物理量和信号的数量具有线性的关系、且所述特定的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数装置包括：信号计数单元，对一定的计数期间的输入信号的数量进行计数；信号周期测定单元，在每次输入信号时，对所述计数期间中的所述输入信号的周期进行测定；频数分布生成单元，基于该信号周期测定单元的测定结果来生成所述计数期间中的信号周期的频数分布；代表值算出单元，基于所述频数分布，求出等级值和频数的积为最大的等级值作为所述信号周期的代表值；和校正值算出单元，基于所述频数分布，求出没有达到所述代表值的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及所述代表值的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中n是1以上的自然数。
又，在本发明的计数装置的一个构成例中，将所述信号计数单元的计数结果设为N，将所述代表值设为T0，将所述信号周期可取得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出单元按照下式求出校正后的计数结果N’：
数式1
N ' = N - Ns + Σ n = 1 n max ( n × Nw n )
n max ≤ T max T 0
本发明的物理量传感器，其特征在于，包括：向测定对象发射激光的半导体激光器；振荡波长调制单元，其使所述半导体激光器动作，使得振荡波长连续地单调增加的第1振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；检测单元，其对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；如权利要求1或者2所述的计数装置，其输入所述检测单元的输出信号，并分别以所述第1振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，对所述干涉波形的数量进行计数；和运算单元，基于所述计数装置的计数结果，求出所述测定对象的物理量。
本发明的计数方法，其在特定的物理量和信号的数量具有线性的关系、且所述特定的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，所述计数方法包括：信号计数步骤，对一定的计数期间的输入信号的数量进行计数的；信号周期测定步骤，在每次输入信号时，对所述计数期间中的所述输入信号的周期进行测定；频数分布生成步骤，基于该信号周期测定步骤的测定结果来生成所述计数期间中的信号周期的频数分布；代表值算出步骤，基于所述频数分布，求出等级值和频数的积为最大的等级值作为所述信号周期的代表值；和校正值算出步骤，基于所述频数分布，求出没有达到所述代表值的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及所述代表值的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中，n是1以上的自然数。
本发明的物理量测量方法，其特征在于，包括：振荡步骤，使半导体激光器动作以使得振荡波长连续地单调增加的第1振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；检测步骤，对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；信号提取步骤，对在该检测步骤得到的输出信号中所含有的所述干涉波形的数量，分别就所述第1振荡期间和所述第2振荡期间进行计数；和运算步骤，基于该信号提取步骤的计数结果，求出所述测定对象的物理量，所述信号提取步骤中，输入所述检测步骤中得到的输出信号，分别以所述第1振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，使用权利要求4或者5所记载的各个步骤。
发明的效果
根据本发明，对计数期间中的输入信号的周期进行测定，并基于该测定结果生成计数期间中的信号周期的频数分布，并基于频数分布，求出等级值和频数的积为最大时的等级值作为信号周期的代表值，再基于频数分布，求出没有达到代表值的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及在代表值的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍(n是1以上的自然数)的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对信号计数单元的计数结果进行校正，使得即使在输入到计数装置的信号中连续地产生高频的噪音的情况下，也可以高精度地校正计数误差。
而且，在本发明中，由于使用能够高精度地校正计数误差的计数装置，因此即使是在输入到计数装置的信号中连续地产生频率比干涉波形高的噪音的情况下，也可以高精度地测量测定对象的物理量。
附图说明
图1是示出作为本发明的第1实施形态的物理量传感器的一个实例的振动频率测量装置的构成的框图。
图2是示意性地示出本发明的第1实施形态的电流-电压变换放大部的输出电压波形及滤波部的输出电压波形的波形图。
图3是对跳模脉冲进行说明的图。
图4是示出半导体激光的振荡波长与光电二极管的输出波形的关系的图。
图5是示出本发明的第1实施形态的计数装置和运算装置的动作的流程图。
图6是示出本发明的第1实施形态的计数装置的构成的一个实例的框图。
图7是示出本发明的第1实施形态的计数装置的计数结果校正部的构成的一个实例的框图。
图8是对本发明的第1实施形态的计数装置的动作进行说明的图。
图9是示出跳模脉冲的周期的频数分布的一个实例的图。
图10是对本发明的第1实施形态的计数器的计数结果的校正原理进行说明的图。
图11是示出本发明的第1实施形态的运算装置的构成的一个实例的框图。
图12是对本发明的第1实施形态的运算装置的二值化部的动作进行说明的图。
图13是对本发明的第1实施形态的运算装置的周期测定部的动作进行说明的图。
图14是示出将本发明的第1实施形态的计数装置的计数结果二值化之后的二值化输出的周期的频数分布的一个实例的图。
图15是示意性地表示用于本发明的第1实施形态的运算装置的计数器的计数结果的校正的频数的图。
图16是对在物体的振动的最大速度和距物体的距离的比小于半导体激光的波长变化率的情况下，由本发明的第1实施形态的振动频率测量装置所得到的信号进行说明的图。
图17是示出根据图16的二值化输出而生成的周期的频数分布的图。
图18是对在物体的振动的最大速度和距物体的距离的比大于半导体激光的波长变化率的情况下，由本发明的第1实施形态的振动频率测量装置所得到的信号进行说明的图。
图19是示出本发明的第2实施形态的运算装置的构成的一个实例的框图。
图20是示出本发明的第2实施形态的计数装置和运算装置的动作的流程图。
图21是示出作为本发明的第3实施形态的物理量传感器的一个实例的振动频率测量装置的构成的框图。
图22是示出现有的激光测量器的构成的框图。
图23是示出图22的激光测量器的半导体激光的振荡波长随时间变化的一个实例的图。
符号说明
1…半导体激光器，2…光电二极管，3…透镜，4…激光器驱动器，5…电流-电压变换放大部，6…滤波部，7…计数装置，8、8a…运算装置，9…显示装置，10…物体，11…电压检测部，71…二值化部，72…逻辑乘运算部，73…计数器，74…计数结果校正部，75…存储部，80…存储部，81…二值化部，82、82a…周期测定部，83、83a…频数分布生成部，84…基准周期算出部，85…计数器，86、86a…校正部，87、87a…频率算出部，88…周期和算出部，740…周期测定部，741…频数分布生成部，742…代表值算出部，743…校正值算出部。
具体实施方式
【第1实施形态】
下面，参照附图对本发明的实施形态进行说明。图1是示出作为本发明的第1实施形态的物理量传感器的1例的振动频率测量装置的构成的框图。
图1的振动频率测量装置包括：半导体激光器1，其向作为测定对象的物体10发射激光；光电二极管2，其将半导体激光器1的光输出变换为电信号；透镜3，其将来自半导体激光器1的光聚光并照射，且将从物体10返回的光聚光使其入射到半导体激光器1中；激光器驱动器4，其成为驱动半导体激光器1的振荡波长调制单元；电流-电压变换放大部5，其将光电二极管2的输出电流变换为电压并放大；滤波部6，其从电流-电压变换放大部5的输出电压中除去载波；计数装置7，其对滤波部6的输出电压中所含有的作为自混合信号的跳模脉冲(MHP)的数量进行计数；运算装置8，其基于计数装置7的计数结果求出物体10的振动频率；以及，显示装置9，其显示运算装置8的测量结果。
光电二极管2和电流-电压变换放大部5构成检测单元。下面，为了易于说明，假设半导体激光器1使用的是不具有模跳现象的类型(VCSEL型、DFB激光型)。
激光器驱动器4将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作为注入电流提供给半导体激光器1。由此，半导体激光器1与注入电流的大小成比例地被驱动，使得其振荡波长以一定的变化率连续地增加的第1振荡期间P1与振荡波长以一定的变化率连续地减少的第2振荡期间P2交替反复。此时的半导体激光器1的振荡波长随时间的变化如图23所示。在本实施形态中，振荡波长的最大值λb及振荡波长的最小值λa一般分别为一定值，它们的差λb-λa也一般为一定值。
从半导体激光器1出射的激光通过透镜3被聚光并入射到物体10上。由物体10反射的光通过透镜3被聚光并入射到半导体激光器1上。但并不是一定要通过透镜3聚光。光电二极管2配置于半导体激光器1的内部或者其附近，将半导体激光器1的光输出变换为电流。电流-电压变换放大部5将光电二极管2的输出电流变换为电压并放大。
滤波部6具有从调制波中提取出叠加信号的功能。图2(A)是示意性地示出电流-电压变换放大部5的输出电压波形的图，图2(B)是示意性地示出滤波部6的输出电压波形的图。这些图表示如下的过程，首先从与光电二极管2的输出相当的图2(A)的波形(调制波)中除去图2的半导体激光器1的振荡波形(载波)，再提取出图2(B)的MHP波形(干涉波形)。
在这里对作为自混合信号的MHP进行说明。如图3所示，假设镜层1013距物体10的距离为L、激光器的振荡波长为λ，在满足下面的谐振条件时，从物体10返回的光与半导体激光器1的光谐振器内的激光强值叠加，激光输出略有增加。
L＝qλ/2                                   …(1)
在式(1)中，q是整数。即使来自物体10的散射光非常微弱，通过增加半导体激光器1的谐振器内的表观反射率，产生放大作用，也可以充分地观测到该现象。
图4是示出使半导体激光器1的振荡波长以一定的比例变化时、振荡波长与光电二极管2的输出波形的关系的图。在满足式(1)所示的L＝qλ/2时，返回光与光谐振器内的激光的相位差为0°(同相位)，返回光与光谐振器内的激光为最强值叠加，L＝qλ/2+λ/4时，相位差为180°(逆相位)。返回光与光谐振器内的激光为最弱值叠加。因此，如果使半导体激光器1的振荡波长变化，激光输出变强的状态与变弱的状态交替反复出现，如果通过光电二极管2检测此时的激光输出，则可以得到如图4所示的一定周期的阶梯状的波形。这样的波形一般被称为干涉条纹。该阶梯状的波形，即各个干涉条纹就是MHP。在某一定的时间内使半导体激光器1的振荡波长变化时，MHP的数量与测定距离成比例地变化。
下面，对计数装置7和运算装置8的动作进行说明。图5是示出计数装置7和运算装置8的动作的流程图。
接着，计数装置7就各个第1振荡期间P1和第2振荡期间P2分别对滤波部6的输出电压中所含有的MHP的数量进行计数(图5的步骤S1)。图6是示出计数装置7的构成的一个实例的框图。计数装置7包括：二值化部71、逻辑乘运算部(AND)72、计数器73、计数结果校正部74以及存储部75。电流-电压变换放大部5、滤波部6、计数装置7的二值化部71、AND72以及计数器73构成信号计数单元。
图7是示出计数结果校正部74的构成的一个实例的框图。计数结果校正部74包括：周期测定部740、频数分布生成部741、代表值算出部742以及校正值算出部743。
图8(A)～图8(F)是对计数装置7的动作进行说明的图，图8(A)是示意性地示出滤波部6的输出电压的波形、即MHP的波形的图，图8(B)是示出与图8(A)对应的二值化部71的输出的图，图8(C)是示出输入到计数装置7中的门信号GS的图，图8(D)是示出与图8(B)对应的计数器73的计数结果的图，图8(E)示出输入到计数装置7中的时钟信号CLK的图，图8(F)是示出与图8(B)对应的周期测定部740的测定结果的图。
首先，计数装置7的二值化部71对图8(A)所示的滤波部6的输出电压是高电平(H)还是低电平(L)进行判断，并输出如图8(B)所示的判断结果。此时，在滤波部6的输出电压上升达到阈值TH1以上时，二值化部71判断为高电平，在滤波部6的输出电压下降达到阈值TH2(TH2＜TH1)以下时，二值化部71判断为低电平，由此将滤波部6的输出二值化。
AND72输出二值化部71的输出与如图8(C)所示的门信号GS的逻辑乘运算的结果，计数器73对AND72的输出的上升进行计数。这里，门信号GS是在计数期间(本实施形态的第1振荡期间P1或者第2振荡期间P2)的起点上升、在计数期间的终点下降的信号。因此，计数器73计数的是计数期间中的AND72的输出的上升沿的数量(即MHP的上升沿的数量)。
另一方面，计数结果校正部74的周期测定部740在每次产生上升沿时测定计数期间中的AND72的输出的上升沿的周期(即，MHP的周期)。此时，周期测定部740以图8(E)所示的时钟信号CLK的周期作为一个单元测定MHP的周期。在图8(F)例中，周期测定部740依次测定Tα、Tβ、Tγ作为MHP的周期。根据图8(E、)图8(F)可以清楚地看出，周期Tα、Tβ、Tγ的大小分别为5、4、2个时钟周期。时钟信号CLK的频率要充分高于MHP的取得的最高频率。
存储部75存储计数器73的计数结果和周期测定部740的测定结果。
门信号GS下降，计数期间结束之后，计数结果校正部74的频数分布生成部741基于存储于存储部75中的测定结果生成计数期间中的MHP的周期的频数分布。
然后，基于频数分布生成部741所生成的频数分布，计数结果校正部74的代表值算出部742计算出MHP的周期的代表值T0。在专利文献2所公开的计数装置中，使用最频值、中央值作为MHP的周期的代表值，但是，在输入到计数装置中的信号由于频率比MHP高的噪音而在二值化的阈值附近连续地发生颤振的情况下，将最频值、中央值作为MHP的周期的代表值就是不合适的。
因此，本实施形态的代表值算出部742将等级值和频数的积为最大时的等级值作为MHP的周期的代表值T0。表1示出频数分布的数值例以及该数值例的等级值和频数的积。
表1
频数分布的数值例
  等级值   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  频数   11   2   0   3   7   10   6   2   3   1
  积   11   4   0   12   35   60   42   16   27   10
在表1的例子中，频数最大的最频值(等级值)是1。相对于此，等级值和频数的积为最大时的等级值是6，是与最频值不同的值。将等级值和频数的积为最大时的等级值作为代表值T0的理由将在后文中叙述。代表值算出部742在每次通过频数分布生成部741生成频数分布时进行这样的代表值T0的计算。
基于频数分布生成部741所生成的频数分布，计数结果校正部74的校正值算出部743求出没有达到周期的代表值T0的0.5倍的等级的频数的总和Ns、和在周期的代表值T0的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍(n是1以上nmax以下的自然数)的等级的频数的总和Nwn，并按照下式对计数器73的计数结果进行校正。
【数式2】
N ' = N - Ns + Σ n = 1 n max ( n × Nw n ) · · · ( 2 )
n max ≤ T max T 0
在式(2)中，N是作为计数器73的计数结果的MHP的数量，N’是校正后的计数结果，Tmax是MHP的周期取得的最大值。
图9示出MHP的周期的频数分布的一个实例。在图9中，900是MHP的周期的频数分布，901是等级值和频数的积的值(示出在计数期间中某等级的信号所占的时间的占有值)。
在图9例中，由于在输入到计数装置的信号中连续产生了噪音，因此没有达到0.5T0的短周期成为分布的最频值。因此，如果使用最频值作为分布的代表值，则以噪音的周期为基准对MHP的计数结果进行了校正，因此，导致了实行错误的计数校正的结果。因此，在对MHP的数量进行计数的计数期间中，以某等级的信号所占的时间、即等级值和频数的积最大时的等级值作为基准，对计数器73的计数结果进行校正。以上就是将等级值和频数的积为最大时的等级值作为代表值T0的理由。
图10是对计数器73的计数结果的校正原理进行说明的图，图10(A)是示意性地示出滤波部6的输出电压的波形、即MHP的波形的图，图10(B)是示出与图10(A)对应的计数器73的计数结果的图。
由于噪音的影响，在MHP的波形中产生缺漏、或者产生不应该算作信号的波形，结果导致AND72的输出的波形中也产生缺漏、或者产生不应该算作信号的波形，从而使计数器73的计数结果产生误差。
如果产生信号的缺漏，那么在产生缺漏的地方的MHP的周期Tw就是原来的周期的大约2倍。即，在MHP的周期在代表值T0的大约2倍以上时，可以判断出信号产生了缺漏。因此，周期Tw以上的等级的频数的总和Nw可以看作为信号缺漏了的次数，通过将该Nw合计到计数器73的计数结果N上，可以对信号的缺漏进行校正。
另外，由于噪音的影响，原来1个MHP被分割为2个的地方的2个MHP中的较短的周期Ts比原来的周期的约0.5倍还要短。即，在MHP的周期在没有达到代表值T0的0.5倍时，可以判断出信号被过多计数。因此，没有达到周期Ts的等级的频数的总和Ns可以看作为信号的过多计数的次数，通过将该Ns从计数器73的计数结果N上减去，可以对误计数的噪音进行校正。
以上就是式(2)所示的计数结果的校正原理。在本实施形态中，Tw不是代表值T0的2倍的值，其在代表值T0的(n+0.5)倍以上且小于(n+1.5)倍，其理由已经在专利文献2中公开。
计数装置7在各个第1振荡期间P1和第2振荡期间P2分别进行上述的处理。
然后，运算装置8基于计数装置7所计数的MHP的数量计算出物体10的振动频率。图11是示出运算装置8的构成的一个实例的框图。运算装置8包括：存储部80，其存储计数装置7的计数结果等；二值化部81，其将计数装置7的计数结果二值化；周期测定部82，其对从二值化部81输出的二值化输出的周期进行测定；频数分布生成部83，其生成二值化输出的周期的频数分布；基准周期算出部84，其计算出二值化输出的周期的分布的代表值即基准周期；计数器85，其作为对二值化输出的脉冲的数量进行计数的二值化输出计数单元；校正部86，其对计数器85的计数结果进行校正；以及，频率算出部87，其基于经校正的计数结果计算出物体10的振动频率。
计数装置7的计数结果存储于运算装置8的存储部80中。运算装置8的二值化部81将存储于存储部80中的计数装置7的计数结果二值化(图5的步骤S2)。图12是对二值化部81的动作进行说明的图，图12(A)示出半导体激光器1的振荡波长随时间变化的图，图12(B)示出计数装置7的计数结果随时间变化的图，图12(C)示出二值化部81的输出D(t)的图。在图12(B)中，N’u是第1振荡期间P1的计数结果，N’d是第2振荡期间P2的计数结果。
二值化部81将时间上邻接的2个振荡期间P1、P2的计数结果N’u和N’d的大小进行比较，再将这些计数结果二值化。具体来说，二值化部81按下式执行。
如果N’u(t)≥N’d(t-1)则D(t)＝1    …(3)
如果N’u(t)＜N’d(t-1)则D(t)＝0    …(4)
如果N’d(t)≤N’u(t-1)则D(t)＝1    …(5)
如果N’d(t)＞N’u(t-1)则D(t)＝0    …(6)
在式(3)～式(6)中，(t)表示在现时刻t所测量的MHP的数量，(t-1)表示在现时刻t的上一次所测量的MHP的数量。式(3)、式(4)表示的是现时刻的计数结果是第1振荡期间P1的计数结果N’u，上次的计数结果是第2振荡期间P2的计数结果N’d的情况。此时，如果现时刻t的计数结果N’u(t)大于等于上次的计数结果N’d(t-1)，则二值化部81将现时刻t的输出D(t)设为“1”(高电平)，如果现时刻t的计数结果N’u(t)小于上次的计数结果N’d(t-1)，则将现时刻t的输出D(t)设为“0”(低电平)。
式(5)、式(6)表示的是现时刻t的计数结果是第2振荡期间P2的计数结果N’d，上次的计数结果是第1振荡期间P1的计数结果N’u的情况。此时，如果现时刻t的计数结果N’d(t)小于等于上次的计数结果N’u(t-1)，则二值化部81将现时刻t的输出D(t)设为“1”，如果现时刻t的计数结果N’d(t)大于上次的计数结果N’u(t-1)，则将现时刻t的输出D(t)设为“0”。
由此，将计数装置7的计数结果二值化。二值化部81的输出D(t)存储于存储部80中。在每次通过计数装置7进行MHP的数量的测定时(每个振荡期间)，二值化部81都进行如上所述的二值化处理。
对计数装置7的计数结果进行二值化意味着对物体10的位移的方向进行辨别。即，半导体激光器1的振荡波长增加时的计数结果N’u大于等于振荡波长减少时的计数结果N’d时(D(t)＝1)，物体10的移动方向是接近半导体激光器1的方向，计数结果N’u小于计数结果N’d时(D(t)＝0)，物体10的移动方向是远离半导体激光器1的方向。因此，基本上，如果可以求出图12(C)所示的二值化输出的周期，就可以计算出物体10的振动频率。
周期测定部82测定存储于存储部80的二值化输出D(t)的周期(图5的步骤S3)。图13是对周期测定部82的动作进行说明的图。在图13中，H1是用于对二值化输出D(t)的上升进行检测的阈值，H2是用于对二值化输出D(t)的下降进行检测的阈值。
周期测定部82通过将存储于存储部80的二值化输出D(t)与阈值H1进行比较，检测出二值化输出D(t)的上升，并且通过对从二值化输出D(t)的上升到下一个上升的时间tuu进行测定，来测定出二值化输出D(t)的周期。在每次二值化输出D(t)产生上升沿时，周期测定部82就进行这样的测定。
或者，周期测定部82也可以通过将存储于存储部80的二值化输出D(t)与阈值H2进行比较，检测出二值化输出D(t)的下降沿，并且通过对从二值化输出D(t)的下降沿到下一个下降沿的时间tdd进行测定，来测定出二值化输出D(t)的周期。在每次二值化输出D(t)产生下降沿时，周期测定部82就进行这样的测定。
周期测定部82的测定结果存储于存储部80。接着，频数分布生成部83基于周期测定部82的测定结果，生成一定时间T(T＞Tt，例如100×Tt，即100个三角波的时间)中的周期的频数分布(图5的步骤S4)。图14是示出频数分布的一个实例的图。频数分布生成部83所生成的频数分布被存储于存储部80中。在每个T时间，频数分布生成部83都进行这样地频数分布的生成。
然后，基准周期算出部84基于频数分布生成部83所生成的频数分布，计算出作为二值化输出D(t)的周期的代表值的基准周期Tr(图5的步骤S5)。一般地，周期的代表值是最频值、中央值，但在本实施形态中，最频值、中央值并不适合作为周期的代表值。因此，基准周期算出部84将等级值和频数的积为最大时的等级值作为基准周期Tr。将等级值和频数的积为最大时的等级值作为代表值Tr的理由将在后文中叙述。计算出的基准周期Tr的值存储于存储部80中。基准周期算出部84在每次通过频数分布生成部83生成频数分布时进行这样的基准周期Tr的计算。
另一方面，计数器85与周期测定部82及频数分布生成部83并行动作，在与以频数分布生成部83制作频数分布为对象的期间相同的规定时间T的期间内，对二值化输出D(t)的上升沿的数量Na(即、二值化输出D(t)为“1”的脉冲的数量)进行计数(图5的步骤S6)。计数器85的计数结果Na存储于存储部80中。计数器85在每个T时间都进行这样的二值化输出D(t)的计数。
校正部86基于频数分布生成部83所生成的频数分布，求出基准周期Tr的0.5倍以下的等级的频数的总和Nsa以及基准周期Tr的1.5倍以上的等级的频数的总和Nwa，并按照下式对计数器85的计数结果Na进行校正(图5的步骤S7)。
Na’＝Na-Nsa+Nwa                        …(7)
在式(7)中，Na’是校正后的计数结果。该校正后的计数结果Na’储于存储部80中。在每个T时间，校正部86都进行这样的校正。
图15是示意性地示出频数的总和Nsa和Nwa的图。在图15中，Tsa是基准周期Tr的0.5倍的等级值，Twa是基准周期Tr的1.5倍的等级值。图15中的等级就是周期的代表值。在图15中将记载简略化，将基准周期Tr和Tsa之间的频数分布、以及基准周期Tr和Twa之间的频数分布省略。
式(7)所示的计数结果的校正原理与专利文献2所公开的计数结果的校正原理以及式(2)所示的计数结果的校正原理相同，这里简单进行说明。原来，二值化输出D(t)的周期基于物体10的振动频率而不同，但如果物体10的振动频率不变的话，二值化输出D(t)的脉冲以相同的周期出现。但是，由于噪音的影响，在MHP的波形中产生缺漏、或者产生不应该算作信号的波形，结果导致二值化输出D(t)的波形中也产生缺漏、或者产生不应该算作信号的波形，从而使二值化输出D(t)的脉冲的计数结果产生误差。
如果产生信号的缺漏，那么在产生缺漏的地方的二值化输出D(t)的周期Twa就是原来的周期的大约2倍。即，二值化输出D(t)的周期在基准周期Tr的大约2倍以上时，可以判断出信号产生了缺漏。因此，周期Twa以上的等级的频数的总和Nwa可以看作为信号的缺漏的次数，通过将该Nwa加到计数器85的计数结果Na上，可以对信号的缺漏进行校正。
在由于尖峰脉冲噪音等的影响原来的信号被分割的部位，二值化输出D(t)的周期Tsa变为信号比原来的周期的0.5倍短和信号比原来的周期的0.5倍长的两个周期。即，在二值化输出D(t)的周期在基准周期Tr的大约0.5倍以下时，可以判断出信号被过多地计数。因此，周期Tsa以下的频数的总和Nsa可以看作信号的过多计数的次数，通过将该Nsa从计数器85的计数结果Na上减去，可以对误数的噪音进行校正。以上就是式(7)所示的计数结果的校正原理。
频率算出部87基于校正部86所计算出的校正后的计数结果Na’，按照下式计算出物体10的振动频率fsig(图5的步骤S8)。
fsig＝Na’/T                       …(8)
显示装置9显示出运算装置8所计算出的振动频率fsig的值。
综上所述，在本实施形态中，对计数期间中的MHP的周期进行测定，并基于该测定结果生成计数期间中的MHP的周期的频数分布，并基于该频数分布将等级值和频数的积为最大时的等级值作为MHP的周期的代表值T0，求出没有达到代表值T0的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及在代表值T0的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对计数器73的计数结果进行校正，使得即使在输入到计数装置的信号中连续地产生频率比MHP高的噪音的情况下，也可以高精度地校正MHP的计数误差，从而可以提高物体10的振动频率的测量精度。
而且，在本实施形态中，将在时间上邻接的第1、第2的振荡期间P1、P2的计数结果的大小进行比较并将MHP的计数结果二值化，并对二值化输出D(t)的周期进行测定，生成规定时间T的周期的频数分布，基于周期的频数分布计算出作为二值化输出D(t)的周期的分布的代表值的基准周期Tr，在规定时间T的期间中对二值化输出D(t)的脉冲的数量进行计数，基于频数分布求出在基准周期Tr的0.5倍以下的等级的频数的总和Nsa、以及在基准周期Tr的1.5倍以上的等级的频数的总和Nwa，通过基于这些频数Nsa和Nwa对二值化输出D(t)的脉冲的计数结果进行校正，可以对二值化输出D(t)的计数误差进行校正，从而可以提高物体10的振动频率的测量精度。
下面，对基准周期算出部84将等级值和频数的积为最大时的等级值作为基准周期Tr的理由进行说明。
在使用波长调制(本实施形态的三角波调制)的自混合型的激光测量装置中，各计数期间的MHP的数量是，与距物体10的距离成比例的MHP的数量、和与计数期间的物体10的位移(速度)成比例的MHP的数量的和或者差。根据物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比和半导体激光器1的波长变化率的大小关系，可以将测量装置所得到的信号的状况分为以下两种情况。
首先，对物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比小于半导体激光器1的波长变化率的情况进行说明。图16(A)～图16(D)是对这种情况下的本实施形态的振动频率测量装置所得到的信号进行说明的图，图16(A)是示出距物体10的距离随时间变化的图，图16(B)是示出物体10的速度随时间变化的图，图16(C)是示出计数装置的计数结果随时间变化的图，图16(D)是示出对计数装置的计数结果二值化之后的二值化输出D(t)的图。在图16(B)中，160示出速度低的地方，161表示的是物体10的移动方向是与半导体激光器1接近的方向，162表示的是物体10的移动方向是与半导体激光器1远离的方向。
物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比小于半导体器1的波长变化率时，与距物体10的距离成比例的MHP的数量通常比与计数期间的物体10的位移(速度)成比例的MHP的数量大，因此，半导体激光器1的振荡波长增加时的计数结果N’u与振荡波长减少时的计数结果N’d的差的绝对值通常与2个计数期间(本实施形态中的振荡期间P1和P2)的物体10的位移成比例。此时，如果依照时间序列绘制出N’u-N’d的图，则可以示出以向半导体激光器1接近的方向为正方向的振动的速度。因此，N’u-N’d的符号示出物体10的运动方向，通过该符号可以将物体10的位移二值化。
此时，通过频数分布生成部83生成的周期的频数分布如图17所示。
如图16(C)所示，在物体10的速度小的地方163，如果增加由例如干扰光等引起的白噪音，则在二值化输出D(t)的符号切换的地方164，二值化输出D(t)的符号可能会变为与原来的值相反的值。而且，如果增加由例如干扰光等而引起的尖峰脉冲噪音，在如图16(D)所示的地方165中，二值化输出D(t)的符号会局部地反转(反転)。
其结果是，如图17所示，通过频数分布生成部83生成的周期的频数分布是，以基准周期Tr为中心的正态分布190、由尖峰噪音引起的符号反转的频数191、以及由白噪音引起的符号逆转的频数192的和。而且，实施了二值化时的信号缺漏的频数193，往往只要不混入具有大的速度的低频噪音就不会产生。
然后，对物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比大于半导体激光器1的波长变化率的情况进行说明。图18(A)～图18(D)是对这种情况下的本实施形态的振动频率测量装置所得到的信号进行说明的图，图18(A)是示出距物体10的距离随时间变化的图，图18(B)是示出物体10的速度随时间变化的图，图18(C)是示出计数装置7的计数结果随时间变化的图，图18(D)是示出二值化部81的二值化输出D(t)的图。在图18(B)中，220示出速度低的地方，221表示的是物体10的移动方向是与半导体激光器1接近的方向，222表示的是物体10的移动方向是与半导体激光器1远离的方向。
物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比大于半导体激光器1的波长变化率时，在物体10的最大速度附近，与距物体10的距离成比例的MHP的数量比与计数期间的物体10的位移(速度)成比例的MHP的数量小，因此，存在以下这样的期间，即半导体激光器1的振荡波长增加时的计数结果N’u与振荡波长减少时的计数结果N’d的差与2个计数期间(本实施形态中的振荡期间P1和P2)的物体10的位移成比例的期间，和计数结果N’u和计数结果N’d之和与2个计数期间的物体10的位移成比例的期间。
此时，如图18(B)所示，物体10的振动速度可以通过按照时间序列绘制N’u-N’d和N’u+N’d的图的合成来表现。但是，速度的方向通常与N’u和N’d的大小关系一致，因此，N’u-N’d的符号表示物体10的运动方向，可以通过该符号将物体10的位移二值化。
与物体10的振动的最大速度与距物体10的距离的比小于半导体激光器1的波长变化率的情况一样，在物体10的速度小的地方223，如果增加由例如干扰光等引起的白噪音，则在二值化输出D(t)的符号切换的地方224，二值化输出D(t)的符号可能会变为与原来的值相反的值。而且，如果增加由例如干扰光等而引起的尖峰噪音，则如图18(D)所示在225处二值化输出D(t)的符号也局部地反转。此时，通过频数分布生成部83生成的周期的频数分布与图17一样。
如本实施形态所述的，对将物体10的位移二值化的二值化输出D(t)进行校正时，对高频噪音的校正是重要的。由于高频噪音的影响，短周期的符号的变化有时超过物体10的原来的振动的周期的频数，使用最频值、中央值等作为周期的代表值时，担心会错误地将比振动周期短的噪音周期作为基准进行校正。因此，在为了计算出振动频率的一定时间T的期间中，以某等级的信号所占的时间、即等级值和频数的积为最大时的等级值作为基准周期Tr，实施计数器85的计数结果的校正。以上就是将等级值和频数的积为最大时的等级值作为基准周期Tr的理由。
代表值算出部742将等级值和频数的积为最大时的等级值作为代表值T0的理由也是一样的。即，与使用最频值、中央值作为代表值T0相比，以在计数期间某等级的信号所占的时间最大的等级值为代表值T0，对于存在高频噪音的情况来说更加理想。
【第2实施形态】
下面，对本发明的第2实施形态进行说明。在第1实施形态中，求出二值化输出D(t)的周期的频数分布和二值化输出D(t)的脉冲的数量的时间为一定时间T，但该时间可以是可变长的时间。
图19是示出本实施形态的运算装置8a的结构的一个实例的框图。运算装置8a包括：存储部80、二值化部81、周期测定部82a、频数分布生成部83a、基准周期算出部84、校正部86a、频率算出部87a、以及周期和算出部88。
图20是示出本实施形态的计数装置7和运算装置8a的动作的流程图。半导体激光器1、光电二极管2、激光器驱动器4、电流-电压变换放大部5、滤波部6、计数装置7、以及运算装置8a的存储部80和二值化部81的动作都与第1实施形态相同。
对于存储于存储部80中的二值化输出D(t)的一定个数Na(Na是2以上的自然数，例如100)个脉冲，周期测定部82a测定其周期(图20的步骤S9)。二值化输出D(t)的周期的测定方法可以使用例如第1实施形态中所说明的方法。周期测定部82a的测定结果存储于存储部80中。在每产生Na个二值化输出D(t)的“1”的脉冲时，周期测定部82a都进行这样的测定。
基于对二值化输出D(t)的一定个数Na个脉冲实施的周期测定部82a的测定结果，频数分布生成部83a生成周期的频数分布(图20的步骤S10)。频数分布生成部83a所做成的频数分布被存储于存储部80中。在每产生Na个二值化输出D(t)的“1”的脉冲时，频数分布生成部83a都进行这样的频数分布的生成。
基准周期算出部84的动作与第1实施形态的相同(图20的步骤S5)。
周期和算出部88基于存储于存储部80中的周期测定部82a的测定结果，计算出对于二值化输出D(t)的一定个数Na个脉冲所测定的周期的总和T(图20的步骤S11)。计算出的周期的总和T存储于存储部80中。
校正部86a根据频数分布生成部83a所生成的频数分布，求出基准周期Tr的0.5倍以下的等级的频数的总和Nsa以及基准周期Tr的1.5倍以上的等级的频数的总和Nwa，并按照式(7)对一定个数量Na进行校正(图20的步骤S12)。该校正后的值Na’储于存储部80中。在每产生Na个二值化输出D(t)的“1”的脉冲时，校正部86a都进行这样的校正。
频率算出部87a基于校正部86a计算出的校正后的值Na’和周期和算出部88所计算出的周期的总和T，按照式(8)计算出物体10的振动频率fsig(图20的步骤S13)。
其他的结构与第1实施形态相同。这样如本实施形态所述的，使用运算装置8a来代替运算装置8的情况也可以提高物体10的振动频率的测定精度。
在第1实施形态中，求出二值化输出D(t)的周期的频数分布和二值化输出D(t)的脉冲的数量的时间被固定为一定时间T，因此周期的总和有时会与一定时间T不一致。因此，在第1实施形态中，物体10的振动频率有可能会产生测定误差。
与此相对，在本实施形态中，周期和算出部88所计算出的周期的总和与式(8)中所使用的时间T相等，因此，本实施形态不仅可以得到与第1实施形态相同的效应，而且可以进一步地提高振动频率的测定精度。
【第3实施形态】
下面，对本发明的第3实施形态进行说明。在第1、第2实施形态中，使用光电二极管2和电流-电压变换放大部5作为检测含有MHP波形的电信号的检测单元，但不使用光电二极管，也能够提取MHP波形。图21是示出作为本发明的第3实施形态的物理量传感器的一个实例的振动频率测量装置的结构的框图，与图1相同的结构在这里使用同一符号。本实施形态的振动频率测量装置使用电压检测部11作为检测单元来替代第1、第2实施形态的光电二极管2和电流-电压变换放大部5。
电压检测部11检测出半导体激光器1的端子间电压、即阳极-阴极间电压并进行放大。从半导体激光器1发射出的激光和从物体10返回的光产生干涉时，在半导体激光器1的端子间的电压中就会出现MHP波形。因此，能够从半导体激光器1的端子间的电压中提取出MHP波形。
滤波部6从电压检测部11的输出电压中除去载波。振动频率测量装置的其他结构与第1、第2实施形态相同。
由此，在本实施形态中，可以不使用光电二极管就提取出MHP波形，与第1、第2实施形态相比，可以削减振动频率测量装置的部品的数量，从而可以降低振动频率测量装置的成本。而且，在本实施形态中，由于不使用光电二极管，可以除去干扰光带来的影响。
在本实施形态中，由激光器驱动器4提供给半导体激光器1的驱动电流理想的是控制在激光振荡的阈值电流附近。由此，能够容易地从半导体激光器1的端子间的电压中提取出MHP。
另外，第1～第3的实施形态中，至少计数装置7和运算装置8、8a是通过包括例如CPU、存储装置以及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。使这样的计算机动作的程序以存储在软盘、CD-ROM、DVD-ROM以及存储器卡等的存储介质中的状态被提供。CPU将读取的程序写入存储装置中，并根据该程序进行第1～第3实施形态所说明的处理。
另外，在第1～第3实施形态中，对将本发明的计数装置应用到振动频率测量装置的情况进行说明，但并不限定于此，本发明的计数装置也可以应用于其他的领域。本发明的计数装置有效的情况下，作为计数对象的信号的数量与特定的物理量(在第1～第3实施形态的情况中，半导体激光器1与物体10的距离、及物体10的位移)具有线性的关系，特定的物理量为一定的情形是信号为大约单一频率的情形。
而且，即使信号不是单一的频率，在特定的物理量像以和计数期间相比足够低的频率、例如1/10以下的频率振动的对象物的速度那样，周期分布的范围较小的情况下，则也可以作为大约单一的频率，对本发明的计数装置来说是有效的。
在第1～第3实施形态中，以振动频率测量装置作为物理量传感器的实例进行说明，但并不限定于此，本发明也可以应用于其他的物理量传感器。即，既可以基于计数装置的计数结果计算出物体的张力，也可以如专利文献1所公开的，基于计数装置的计数结果计算出距物体的距离及物体的速度。物理量传感器所计算出的物理量是各种各样的，可见物理量传感器计算出的物理量与所述特定的物理量有相同的情况，也有不同的情况。
【产业上的可利用性】
本发明可以应用于对信号的数量计数的计数装置，以及使用计数装置测定干涉波形的数量、并求出测定对象的物理量的干涉型的物理量传感器。

Claims (6)

1.一种计数装置，其特定的物理量和信号的数量具有线性关系、且所述特定的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数装置包括：
信号计数单元，对一定的计数期间的输入信号的数量进行计数；
信号周期测定单元，在每次输入信号时，对所述计数期间中的所述输入信号的周期进行测定；
频数分布生成单元，基于该信号周期测定单元的测定结果来生成所述计数期间中的信号周期的频数分布；
代表值算出单元，基于所述频数分布，求出等级值和频数的积为最大的等级值作为所述信号周期的代表值；和
校正值算出单元，基于所述频数分布，求出没有达到所述代表值的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及所述代表值的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中n是1以上的自然数。
2.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，
将所述信号计数单元的计数结果设为N，将所述代表值设为T0，将所述信号周期可取得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出单元按照下式求出校正后的计数结果N’：数式1
N ' = N - Ns + Σ n = 1 n max ( n × Nw n )
n max ≤ T max T 0
3.一种物理量传感器，其特征在于，包括：
向测定对象发射激光的半导体激光器；
振荡波长调制单元，其使所述半导体激光器动作，使得振荡波长连续地单调增加的第1振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；
检测单元，其对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；
如权利要求1或者2所述的计数装置，其输入所述检测单元的输出信号，并分别以所述第1振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，对所述干涉波形的数量进行计数；和
运算单元，基于所述计数装置的计数结果，求出所述测定对象的物理量。
4.一种计数方法，其特定的物理量和信号的数量具有线性的关系、且所述特定的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，所述计数方法包括：
信号计数步骤，对一定的计数期间的输入信号的数量进行计数；
信号周期测定步骤，在每次输入信号时，对所述计数期间中的所述输入信号的周期进行测定；
频数分布生成步骤，基于该信号周期测定步骤的测定结果来生成所述计数期间中的信号周期的频数分布；
代表值算出步骤，基于所述频数分布，求出等级值和频数的积为最大的等级值作为所述信号周期的代表值；和
校正值算出步骤，基于所述频数分布，求出没有达到所述代表值的0.5倍的等级的频数的总和Ns、以及所述代表值的(n+0.5)倍以上且没有达到(n+1.5)倍的等级的频数的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中，n是1以上的自然数。
5.如权利要求4所述的计数方法，其特征在于，
所述校正值算出步骤中，将所述信号计数步骤的计数结果设为N，将所述代表值设为T0，将所述信号周期可取得的最大值设为Tmax时，按照下式求出校正后的计数结果N’：数式2
N ' = N - Ns + Σ n = 1 n max ( n × Nw n )
n max ≤ T max T 0
6.一种物理量测量方法，其特征在于，包括：
振荡步骤，使半导体激光器动作以使得振荡波长连续地单调增加的第1振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；
检测步骤，对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；
信号提取步骤，对在该检测步骤得到的输出信号中所含有的所述干涉波形的数量，分别就所述第1振荡期间和所述第2振荡期间进行计数；和
运算步骤，基于该信号提取步骤的计数结果，求出所述测定对象的物理量，
所述信号提取步骤中，输入所述检测步骤中得到的输出信号，分别以所述第1振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，使用权利要求4或者5所记载的各个步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760377A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 东北石油大学 一种轮式机器人行走电机转速的测定方法以及测量装置
CN108168715A (zh) * 2016-12-08 2018-06-15 松下知识产权经营株式会社 光检测装置
CN108775954A (zh) * 2018-06-06 2018-11-09 岭南师范学院 一种分辨率可调的双波长ld自混合振动测量仪及其测量方法
CN112461352A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 苏州亮芯光电科技有限公司 基于量子阱二极管的同质集成光电子装置
CN113505871A (zh) * 2021-04-19 2021-10-15 华能山东石岛湾核电有限公司 计数方法、装置和存储介质

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5663148B2 (ja) 2009-06-29 2015-02-04 アズビル株式会社 計数装置、物理量センサ、計数方法および物理量計測方法
JP2011033525A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Yamatake Corp 計数装置、物理量センサ、計数方法および物理量計測方法
JP5702536B2 (ja) * 2010-01-05 2015-04-15 アズビル株式会社 速度計測装置および方法
CN102792183B (zh) 2010-03-10 2014-11-26 阿自倍尔株式会社 物理量传感器以及物理量测量方法
JP5818485B2 (ja) * 2011-04-05 2015-11-18 アズビル株式会社 計数装置および計数方法
JP6018662B2 (ja) * 2015-03-31 2016-11-02 アズビル株式会社 計数装置、物理量センサ、計数方法および物理量計測方法
US10575736B2 (en) * 2016-05-13 2020-03-03 Daikin Industries, Ltd. Biometric information acquisition device
EP3489646A1 (en) * 2017-11-23 2019-05-29 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Determining a physical quantity by means of a native component carrier
DE102017131389B4 (de) * 2017-12-28 2022-05-05 fos4X GmbH Verfahren zum Kalibrieren von Nominalfrequenzen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5975744A (en) * 1995-07-13 1999-11-02 Renishaw Plc Real-time compensation system and method
CN1340809A (zh) * 2000-08-07 2002-03-20 雅马哈株式会社 测量脉冲串的时基误差参数的电路以及光盘记录装置
CN1357746A (zh) * 2000-12-12 2002-07-10 哈尔滨工业大学 回波触发近距离激光测距方法
CN101203729A (zh) * 2005-05-06 2008-06-18 株式会社山武 测距/测速仪和测距/测速方法
CN101231165A (zh) * 2007-01-25 2008-07-30 株式会社山武 计数设备、测距计、计数方法及距离测量方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2333245A (en) * 1941-02-07 1943-11-02 Rca Corp Communication system
NL165863C (nl) * 1975-06-02 1981-05-15 Nederlanden Staat Inrichting voor het herkennen van tekens.
JPH0819894B2 (ja) * 1987-04-14 1996-03-04 チッソ株式会社 波浪エネルギ−変換装置
JPH0776695B2 (ja) 1989-04-27 1995-08-16 オ−クマ株式会社 変位検出装置
JP2940559B2 (ja) 1990-07-31 1999-08-25 オークマ株式会社 変位検出装置
JPH0685966A (ja) * 1992-09-07 1994-03-25 Fujitsu Ltd データ通信ネットワークの課金方法
US6034378A (en) * 1995-02-01 2000-03-07 Nikon Corporation Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus
JP2821738B2 (ja) 1996-09-20 1998-11-05 防衛庁技術研究本部長 距離測定方法及び距離測定装置
US5867536A (en) * 1997-02-11 1999-02-02 Hittite Microwave Corporation Digital synchronization of broadcast frequency
JPH11175083A (ja) * 1997-12-16 1999-07-02 Mitsubishi Electric Corp 雑音らしさ算出方法および雑音らしさ算出装置
JP2963075B2 (ja) 1998-01-13 1999-10-12 茂信 篠原 変位測定装置および変位測定方法
JPH11287859A (ja) 1998-03-31 1999-10-19 Suzuki Motor Corp レーザ距離計
US6839850B1 (en) * 1999-03-04 2005-01-04 Prc, Inc. Method and system for detecting intrusion into and misuse of a data processing system
CN1227617C (zh) * 2000-11-06 2005-11-16 皇家菲利浦电子有限公司 测量输入装置运动的方法和输入设置
JP3934576B2 (ja) * 2003-05-06 2007-06-20 大日本スクリーン製造株式会社 色調制御装置
JP4501000B2 (ja) 2004-10-01 2010-07-14 国立大学法人 新潟大学 レーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置
GB0523455D0 (en) * 2005-11-18 2005-12-28 Renishaw Plc Dynamic air turbulence compensation
JP4860576B2 (ja) * 2006-09-01 2012-01-25 中部電力株式会社 セルロース繊維の劣化判定方法および劣化判定装置
JP5184785B2 (ja) 2007-01-17 2013-04-17 アズビル株式会社 距離計および距離計測方法
EP1953567A3 (en) * 2007-01-25 2010-09-22 Yamatake Corporation Counting device, distance meter, counting method, and distance measuring method
EP1978377A3 (en) 2007-04-03 2012-10-10 Azbil Corporation Distance/speed meter and distance/speed measuring method
JP5545914B2 (ja) 2007-10-05 2014-07-09 アズビル株式会社 物理量センサおよび物理量計測方法
JP5545916B2 (ja) 2008-01-31 2014-07-09 アズビル株式会社 物理量センサおよび物理量計測方法
JP5081776B2 (ja) * 2008-09-22 2012-11-28 アズビル株式会社 振動周波数計測装置および振動周波数計測方法
JP5663148B2 (ja) 2009-06-29 2015-02-04 アズビル株式会社 計数装置、物理量センサ、計数方法および物理量計測方法
JP2011033525A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Yamatake Corp 計数装置、物理量センサ、計数方法および物理量計測方法
JP5702536B2 (ja) * 2010-01-05 2015-04-15 アズビル株式会社 速度計測装置および方法
CN102192707B (zh) 2010-03-04 2013-11-27 阿自倍尔株式会社 物理量传感器和物理量计测方法
CN102792183B (zh) * 2010-03-10 2014-11-26 阿自倍尔株式会社 物理量传感器以及物理量测量方法
US8537341B2 (en) * 2010-03-16 2013-09-17 Azbil Corporation Physical quantity sensor and physical quantity measuring method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5975744A (en) * 1995-07-13 1999-11-02 Renishaw Plc Real-time compensation system and method
CN1340809A (zh) * 2000-08-07 2002-03-20 雅马哈株式会社 测量脉冲串的时基误差参数的电路以及光盘记录装置
CN1357746A (zh) * 2000-12-12 2002-07-10 哈尔滨工业大学 回波触发近距离激光测距方法
CN101203729A (zh) * 2005-05-06 2008-06-18 株式会社山武 测距/测速仪和测距/测速方法
CN101231165A (zh) * 2007-01-25 2008-07-30 株式会社山武 计数设备、测距计、计数方法及距离测量方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760377A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 东北石油大学 一种轮式机器人行走电机转速的测定方法以及测量装置
CN108168715A (zh) * 2016-12-08 2018-06-15 松下知识产权经营株式会社 光检测装置
CN108168715B (zh) * 2016-12-08 2021-02-19 松下知识产权经营株式会社 光检测装置
CN108775954A (zh) * 2018-06-06 2018-11-09 岭南师范学院 一种分辨率可调的双波长ld自混合振动测量仪及其测量方法
CN112461352A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 苏州亮芯光电科技有限公司 基于量子阱二极管的同质集成光电子装置
CN113505871A (zh) * 2021-04-19 2021-10-15 华能山东石岛湾核电有限公司 计数方法、装置和存储介质
CN113505871B (zh) * 2021-04-19 2023-12-15 华能山东石岛湾核电有限公司 计数方法、装置和存储介质

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