JP2002311137A - ドップラ速度計 - Google Patents
ドップラ速度計Info
- Publication number
- JP2002311137A JP2002311137A JP2001110165A JP2001110165A JP2002311137A JP 2002311137 A JP2002311137 A JP 2002311137A JP 2001110165 A JP2001110165 A JP 2001110165A JP 2001110165 A JP2001110165 A JP 2001110165A JP 2002311137 A JP2002311137 A JP 2002311137A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- doppler
- light source
- reflected
- doppler velocimeter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 移動体の速度や粒子の速度をドップラ原理に
基づいて測定する場合に低コスト、信頼性、寿命の向上
を実現する。 【解決手段】 ＬＥＤから成る光源１０から出射した光
束を光回折素子１２により２本のビームに分岐し、収束
レンズ機能を果たす集光レンズ１３によって被測定物Ｓ
上に収束させる。被測定物Ｓが移動することにより、そ
の被測定面で反射される散乱光はドップラ効果を受け
る。それらの散乱光を受光し信号処理することにより、
被測定物Ｓの移動速度を知ることが可能となる。
基づいて測定する場合に低コスト、信頼性、寿命の向上
を実現する。 【解決手段】 ＬＥＤから成る光源１０から出射した光
束を光回折素子１２により２本のビームに分岐し、収束
レンズ機能を果たす集光レンズ１３によって被測定物Ｓ
上に収束させる。被測定物Ｓが移動することにより、そ
の被測定面で反射される散乱光はドップラ効果を受け
る。それらの散乱光を受光し信号処理することにより、
被測定物Ｓの移動速度を知ることが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に移動する物体
や流体の速度を非接触に測定するドップラ速度計に関す
るものである。
や流体の速度を非接触に測定するドップラ速度計に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から物体や流体の移動速度を非接触
でかつ高精度に測定する装置として、レーザードップラ
速度計が使用されている。このレーザードップラ速度計
とは、移動する物体や流体にレーザー光を照射し、この
移動体又は移動流体による散乱光の周波数が移動速度に
比例して偏移（シフト）する効果つまりドップラ効果を
利用して、移動体又は移動流体の移動速度を測定する装
置である。
でかつ高精度に測定する装置として、レーザードップラ
速度計が使用されている。このレーザードップラ速度計
とは、移動する物体や流体にレーザー光を照射し、この
移動体又は移動流体による散乱光の周波数が移動速度に
比例して偏移（シフト）する効果つまりドップラ効果を
利用して、移動体又は移動流体の移動速度を測定する装
置である。
【０００３】図５は従来のレーザードップラ速度計の一
例を示す説明図である、光路１として半導体レーザー光
源を用い、光源１から出射されたレーザー光はコリメー
タレンズ２によって平行光束となり、ビームスプリッタ
３によって２光束に分割されてミラー４ａ、４ｂで反射
された後に、速度Ｖで移動している物体又は流体である
被測定物Ｓに入射角θで２光束照射される。このとき、
２光束による散乱光の周波数は、被測定物Ｓの移動速度
Ｖに比例して、それぞれ＋ｆ、−ｆのドップラ効果を受
ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば、ｆは次
の（１）式で表すことができる。
例を示す説明図である、光路１として半導体レーザー光
源を用い、光源１から出射されたレーザー光はコリメー
タレンズ２によって平行光束となり、ビームスプリッタ
３によって２光束に分割されてミラー４ａ、４ｂで反射
された後に、速度Ｖで移動している物体又は流体である
被測定物Ｓに入射角θで２光束照射される。このとき、
２光束による散乱光の周波数は、被測定物Ｓの移動速度
Ｖに比例して、それぞれ＋ｆ、−ｆのドップラ効果を受
ける。ここで、レーザー光の波長をλとすれば、ｆは次
の（１）式で表すことができる。
【０００４】 ｆ＝Ｖ・ｓｉｎθ／λ …（１）
【０００５】周波数＋ｆ、−ｆのドップラシフトを受け
た散乱光は、互いに干渉し合って光検出器５の受光面で
の明暗の変化をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式
で与えられる。
た散乱光は、互いに干渉し合って光検出器５の受光面で
の明暗の変化をもたらし、その周波数Ｆは次の（２）式
で与えられる。
【０００６】 Ｆ＝２ｆ＝２Ｖ・ｓｉｎθ／λ …（２）
【０００７】従って、光検出器５の出力信号の周波数
（以下、ドップラ周波数と云う）を測定すれば、（２）
式に基づいて移動物体Ｓの速度Ｖを求めることができ
る。
（以下、ドップラ周波数と云う）を測定すれば、（２）
式に基づいて移動物体Ｓの速度Ｖを求めることができ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、（２）式から明らかなように、ドップ
ラ周波数Ｆはレーザー光の波長λに反比例する。従っ
て、レーザードップラ速度計としては波長が安定したレ
ーザー光源を使用する必要がある。連続発信が可能で波
長が安定したレーザー光源としては、Ｈｅ−Ｎｅ等のガ
スレーザー光がよく使用されるが、レーザー発信器が大
きくまた電源に高圧が必要で、装置が大きく高価にな
る。また、コンパクトディスク、ビデオディスク、光フ
ァイバ通信等に使用されているレーザーダイオードは超
小型で駆動も容易であるが、寿命、信頼性、コストの面
から問題がある。
来例においては、（２）式から明らかなように、ドップ
ラ周波数Ｆはレーザー光の波長λに反比例する。従っ
て、レーザードップラ速度計としては波長が安定したレ
ーザー光源を使用する必要がある。連続発信が可能で波
長が安定したレーザー光源としては、Ｈｅ−Ｎｅ等のガ
スレーザー光がよく使用されるが、レーザー発信器が大
きくまた電源に高圧が必要で、装置が大きく高価にな
る。また、コンパクトディスク、ビデオディスク、光フ
ァイバ通信等に使用されているレーザーダイオードは超
小型で駆動も容易であるが、寿命、信頼性、コストの面
から問題がある。
【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
ＯＡ機器にも搭載可能でコスト、寿命、信頼性を有する
ドップラ速度計を提供することにある。
ＯＡ機器にも搭載可能でコスト、寿命、信頼性を有する
ドップラ速度計を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るドップラ速度計は、ＬＥＤを光源として
用いることを特徴とする。
の本発明に係るドップラ速度計は、ＬＥＤを光源として
用いることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を図１〜図４に図示の実施
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施の
形態の構成図である。ＬＥＤ（light emiting diode）
から成る光源１０の前方には、コリメータレンズ１１、
回折格子１２、集光レンズ１３、光検出器１４、移動物
体又は移動流体から成る被測定物Ｓを配置する。そし
て、光検出器１４の出力を計測器１５に接続する。
の形態に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施の
形態の構成図である。ＬＥＤ（light emiting diode）
から成る光源１０の前方には、コリメータレンズ１１、
回折格子１２、集光レンズ１３、光検出器１４、移動物
体又は移動流体から成る被測定物Ｓを配置する。そし
て、光検出器１４の出力を計測器１５に接続する。
【００１２】光源１０から出射された光束をコリメータ
レンズ１１により平行光に変換し、変換された光を回折
格子１２により２本の光束に分離する。この２本に分離
した光を被測定物Ｓの被測定面に集光レンズ１３により
導き、被測定物Ｓに入射角θの角度で２光束を照射させ
る。このとき、２光束による散乱光の周波数は、被測定
物Ｓの移動速度Ｖに比例して、それぞれ＋ｆ、−ｆのド
ップラ効果を受ける。ここで、レーザー光の波長をλと
すれば、前述の（１）式、（２）式が成立する。
レンズ１１により平行光に変換し、変換された光を回折
格子１２により２本の光束に分離する。この２本に分離
した光を被測定物Ｓの被測定面に集光レンズ１３により
導き、被測定物Ｓに入射角θの角度で２光束を照射させ
る。このとき、２光束による散乱光の周波数は、被測定
物Ｓの移動速度Ｖに比例して、それぞれ＋ｆ、−ｆのド
ップラ効果を受ける。ここで、レーザー光の波長をλと
すれば、前述の（１）式、（２）式が成立する。
【００１３】従って、光検出器１４の出力信号の周波数
（以下、ドップラ周波数と呼ぶ）を測定すれば、（２）
式に基づいて計測器１５で被測定物Ｓの速度Ｖを求める
ことができる。
（以下、ドップラ周波数と呼ぶ）を測定すれば、（２）
式に基づいて計測器１５で被測定物Ｓの速度Ｖを求める
ことができる。
【００１４】光源１０は電流狭窄型ＬＥＤであり、波長
半値幅が１０μｍ程度で可干渉性も優れている。このよ
うに、ＬＥＤでも半導体レーザー光源に近い特性を示す
光源を用いることにより、ドップラ信号を取得すること
ができる。
半値幅が１０μｍ程度で可干渉性も優れている。このよ
うに、ＬＥＤでも半導体レーザー光源に近い特性を示す
光源を用いることにより、ドップラ信号を取得すること
ができる。
【００１５】図２は第２の実施の形態の構成図であり、
第１の実施の形態の集光レンズ１３の代りに光路の両側
にミラー２１ａ、２１ｂを配置する。
第１の実施の形態の集光レンズ１３の代りに光路の両側
にミラー２１ａ、２１ｂを配置する。
【００１６】光源１０から出射した光束は、第１の実施
の形態と同様に回折格子１２で２本の光束に分離される
が、それぞれミラー２１ａ、２１ｂにより反射されて被
測定物Ｓに集光し、その被測定面で反射され光検出器１
４に至る。そして、光検出器１４の出力は第１の実施の
形態と同様な処理がなされる。
の形態と同様に回折格子１２で２本の光束に分離される
が、それぞれミラー２１ａ、２１ｂにより反射されて被
測定物Ｓに集光し、その被測定面で反射され光検出器１
４に至る。そして、光検出器１４の出力は第１の実施の
形態と同様な処理がなされる。
【００１７】図３は第３の実施の形態の構成図であり、
ＬＥＤから成る光源１０と被測定物Ｓの間にはビームス
プリッタ３１を設け、このビームスプリッタ３１の光源
１０の方向からの光束の反射方向には全反射ミラー３２
を配置し、被測定物Ｓからの光束の反射方向には光検出
器３３が配置され、光検出器３３の出力を計測器３４に
接続する。
ＬＥＤから成る光源１０と被測定物Ｓの間にはビームス
プリッタ３１を設け、このビームスプリッタ３１の光源
１０の方向からの光束の反射方向には全反射ミラー３２
を配置し、被測定物Ｓからの光束の反射方向には光検出
器３３が配置され、光検出器３３の出力を計測器３４に
接続する。
【００１８】光源１０から出射された光は、ビームスプ
リッタ３１で反射される周波数変化のない周波数ｆ０の
参照光と、被測定物Ｓに向けて出射される周波数ｆ０の
出射光とに分岐する。分岐した参照光は全反射ミラー３
２で全反射し、再びビームスプリッタ３１を通過し光検
出器３３に入射する。一方、ビームスプリッタ３１を直
進し、被測定物Ｓに向けて出射した出射光は、被測定物
Ｓで反射してドップラ効果を受け、この反射光（周波数
ｆ０＋ｆＤ）は再びビームスプリッタ３１に到達し、方
向を変えた後に光検出器３３に入射する。
リッタ３１で反射される周波数変化のない周波数ｆ０の
参照光と、被測定物Ｓに向けて出射される周波数ｆ０の
出射光とに分岐する。分岐した参照光は全反射ミラー３
２で全反射し、再びビームスプリッタ３１を通過し光検
出器３３に入射する。一方、ビームスプリッタ３１を直
進し、被測定物Ｓに向けて出射した出射光は、被測定物
Ｓで反射してドップラ効果を受け、この反射光（周波数
ｆ０＋ｆＤ）は再びビームスプリッタ３１に到達し、方
向を変えた後に光検出器３３に入射する。
【００１９】このように、参照光と反射光とを合波させ
た光が光検出器３３に入射するが、ここで光学的にヘテ
ロダイン検波された出力信号の周波数は、参照光と反射
光とのビート周波数、即ちドップラ周波数ｆＤに等し
く、このドップラ周波数ｆＤを光検出器３３で計測し、
この値から被測定物Ｓの移動速度Ｖを計測器３４におい
て求めることができる。
た光が光検出器３３に入射するが、ここで光学的にヘテ
ロダイン検波された出力信号の周波数は、参照光と反射
光とのビート周波数、即ちドップラ周波数ｆＤに等し
く、このドップラ周波数ｆＤを光検出器３３で計測し、
この値から被測定物Ｓの移動速度Ｖを計測器３４におい
て求めることができる。
【００２０】なお図３においては、マイケルソン・モー
レー型の干渉計を示したが、この他にもマッハツェンダ
干渉器等の種々の構成が考えられる。
レー型の干渉計を示したが、この他にもマッハツェンダ
干渉器等の種々の構成が考えられる。
【００２１】図４は第４の実施の形態のドップラ速度計
の構成図であり、ＬＥＤから成る光源１０と光検出器４
１と光導波路４２ａ、４２ｂをパッケージ４３として一
体化している。つまり、光源１０の出射部には２つの光
導波路４２ａ、４２ｂを接続し、その開口方向を被測定
物Ｓに向ける。また、光検出器４１の受光面を被測定物
Ｓに向けてパッケージ４３に取り付ける。
の構成図であり、ＬＥＤから成る光源１０と光検出器４
１と光導波路４２ａ、４２ｂをパッケージ４３として一
体化している。つまり、光源１０の出射部には２つの光
導波路４２ａ、４２ｂを接続し、その開口方向を被測定
物Ｓに向ける。また、光検出器４１の受光面を被測定物
Ｓに向けてパッケージ４３に取り付ける。
【００２２】光源１０から出射された光束を光導波路４
２ａ、４２ｂによって導波し、２光束に分離する。分離
した光束を被測定物Ｓに集光させ、その被測定面からの
ドップラ効果を受けた散乱光を受光することによって、
被測定物Ｓの速度情報を得ることができる。
２ａ、４２ｂによって導波し、２光束に分離する。分離
した光束を被測定物Ｓに集光させ、その被測定面からの
ドップラ効果を受けた散乱光を受光することによって、
被測定物Ｓの速度情報を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るドップ
ラ速度計は、光源にＬＥＤを用いることにより、ＯＡ機
器にも組み込み可能となり、低コストと寿命、信頼性の
向上を達成することができる。
ラ速度計は、光源にＬＥＤを用いることにより、ＯＡ機
器にも組み込み可能となり、低コストと寿命、信頼性の
向上を達成することができる。
【図１】第１の実施の形態の構成図である。
【図２】第２の実施の形態の構成図である。
【図３】第３の実施の形態の構成図である。
【図４】第４の実施の形態の構成図である。
【図５】従来例のドップラ速度計の構成図である。
１０ 光源 １１ コリメーターレンズ １２ 回折格子 １３ 集光レンズ １４、３３ 光検出器 １５、３４、４１ 計測器 ２１ａ、２１ｂ ミラー ３１ ビームスプリッタ ３２ 全反射ミラー ４２ａ、４２ｂ 光導波路 Ｓ 被測定物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J084 AB20 AD04 BA02 BA14 BA51 BA56 BB02 BB34 BB40 CA80 DA01 EA32 FA01
Claims (4)
- 【請求項１】 ＬＥＤを光源として用いることを特徴と
するドップラ速度計。 - 【請求項２】 前記光源からの光束を光学素子により複
数に分岐し、これらの光束が被測定物で反射し光検出器
で受光するまでの複数の光路長を同一になるように構成
した請求項１に記載のドップラ速度計。 - 【請求項３】 前記光源からの光束を光学素子により複
数に分岐し、被測定物にこれらの複数の光束を導いた後
に、前記被測定物が移動することにより反射されるドッ
プラ効果を受けた拡散光を受光し前記被測定物の移動速
度を知る請求項１に記載のドップラ速度計。 - 【請求項４】 前記光源からの光束を光学素子により入
射し参照光と反射光に分岐し、被測定物に前記反射光を
導いた後に前記被測定物が移動することにより前記反射
光はドップラ効果を受け、前記反射光と参照光が干渉す
ることにより前記被測定物の移動速度を知る請求項１に
記載のドップラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001110165A JP2002311137A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | ドップラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001110165A JP2002311137A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | ドップラ速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002311137A true JP2002311137A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18961988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001110165A Pending JP2002311137A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | ドップラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002311137A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008512674A (ja) * | 2004-09-13 | 2008-04-24 | ジ ユニバーシティ オブ ワイカト | レンジおよび速度を検出するシステム |
| JP2012255745A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 流体測定器および流体測定方法 |
| CN112904040A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-04 | 上海兰宝传感科技股份有限公司 | 激光多普勒测速装置 |
-
2001
- 2001-04-09 JP JP2001110165A patent/JP2002311137A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008512674A (ja) * | 2004-09-13 | 2008-04-24 | ジ ユニバーシティ オブ ワイカト | レンジおよび速度を検出するシステム |
| JP2012255745A (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 流体測定器および流体測定方法 |
| CN112904040A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-04 | 上海兰宝传感科技股份有限公司 | 激光多普勒测速装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5587785A (en) | Laser doppler velocimeter | |
| JP3151581B2 (ja) | 光波距離計 | |
| KR101652133B1 (ko) | 계측 시스템의 조명 서브시스템들, 계측 시스템들 및 계측 측정들을 위한 표본을 조명하기 위한 방법들 | |
| WO2010058322A1 (en) | Laser self-mixing differential doppler velocimetry and vibrometry | |
| US5424833A (en) | Interferential linear and angular displacement apparatus having scanning and scale grating respectively greater than and less than the source wavelength | |
| JP2755757B2 (ja) | 変位及び角度の測定方法 | |
| JPH02236103A (ja) | ロボット端部作動体および工具用の集積光ファイバ結合近接センサ | |
| US20230041896A1 (en) | Optical-electro system | |
| JP3082533B2 (ja) | レーザードップラー速度計 | |
| JPS6162885A (ja) | 距離速度計 | |
| US6034761A (en) | Displacement information measuring apparatus | |
| CN115103999A (zh) | 用于外差干涉术的光学装置 | |
| JP2002311137A (ja) | ドップラ速度計 | |
| GB2149993A (en) | Laser doppler velocimeter | |
| US5272512A (en) | Displacement information detection apparatus | |
| JP2012098169A (ja) | レーザドップラ速度計 | |
| JP3044865B2 (ja) | 変位情報検出装置及び速度計 | |
| JPH04230885A (ja) | 速度計 | |
| JPS6355035B2 (ja) | ||
| JPS63196829A (ja) | 光導波路障害点探索方法および装置 | |
| JP2990891B2 (ja) | 変位情報検出装置及び速度計 | |
| JPH0425787A (ja) | ドップラー速度計 | |
| EP1055938A2 (en) | Light source means and light wave range finder | |
| JPH0875434A (ja) | 表面形状測定装置 | |
| JP3098335B2 (ja) | 速度計 |