JP2023107682A - Differential type laser doppler speed meter, railroad vehicle speed measuring method, member, laser doppler speed meter, and speed measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光によるドップラ効果を用いた速度計に関する。 The present invention relates to a speedometer using the Doppler effect of laser light.
レーザ光線とドップラ効果を利用したレーザドップラ速度計は、計測対象物の速度が、非接触で正確に測れるため、今日、多くの分野で利用されている。その利用分野の一例としては、製鉄業や、鉄道の速度計測がある。製鉄業では、高温での作業工程で、接触しての計測が難しい圧延制御にレーザドップラ速度計が採用されている。一方、鉄道では、高速走行時には車輪の空転や滑りが発生するため車輪の回転からは正確な運航速度が計測できなかったが、非接触で正確に速度が図れるためレーザドップラ速度計が適用されている。
従来からのレーザドップラ速度計等による速度計測方法としては、主に以下の方式が用いられている。
Laser Doppler velocimeters using a laser beam and the Doppler effect are used in many fields today because they can accurately measure the velocity of an object without contact. Examples of fields of application include the steel industry and railway speed measurement. In the steel industry, laser Doppler velocimeters are used for rolling control, where contact measurement is difficult in high-temperature work processes. On the other hand, when trains run at high speeds, the wheels spin and slip, making it impossible to accurately measure operating speed from wheel rotation. there is
The following methods are mainly used as conventional velocity measurement methods using laser Doppler velocimeters and the like.
ミリ波ドップラ方式は、計測対象として近距離の物体(例えば、車両から近距離にあるレール軌道面や枕木等)にミリ波を当て、それら物体からの反射波を受信して計測(非接触計測)するため物体との接触不良等(例えば、滑走・空転)の影響はない。しかし、レーザ光に比べ波長も3000~1000培も長いことからビームの広がり角が大きく(広がりを抑えるためには大型のアンテナが必要になるため実用的でない)、計測が安定しないという問題があった。 In the millimeter-wave Doppler method, millimeter-waves are applied to objects at a short distance (for example, rail track surfaces and sleepers at a short distance from the vehicle), and the reflected waves from these objects are received and measured (non-contact measurement). ), there is no influence of poor contact with objects (for example, sliding or slipping). However, the wavelength is 3,000 to 1,000 µm longer than that of laser light, so the spread angle of the beam is large (it is not practical because a large antenna is required to suppress the spread), and there is the problem of unstable measurement. rice field.
特許文献1のレーザドップラ方式は計測対象の物体にレーザビームを照射し、その反射光(散乱光)を光学系で受信して光電変換し、検出信号を得て、それを変調周波数に基づいて同期検波してドップラ周波数成分を抽出し、その抽出値に基づいて、物体の移動速度を算出するようにしたものである。この方式の非接触方式は長所ではあるが、地面に照射するレーザ光がシングルビームのため、受光面での広がり角により計測精度が落ちるという問題があった。 In the laser Doppler method of Patent Document 1, an object to be measured is irradiated with a laser beam, and the reflected light (scattered light) is received by an optical system and photoelectrically converted to obtain a detection signal, which is based on the modulation frequency. Synchronous detection is performed to extract the Doppler frequency component, and the moving speed of the object is calculated based on the extracted value. Although this non-contact method has an advantage, it has the problem that the measurement accuracy drops due to the divergence angle on the light receiving surface because the laser beam that irradiates the ground is a single beam.
これを改善したのが、対象物に照射するレーザ光を平行光にして、両レーザ光の反射光の差を求める差動方式の差動型レーザドップラ方式である。この方式は非接触方式の長所と、レーザ光を平行光にし、差動方式にすることで、受光面が若干広くても計測精度が落ちない利点があり、広く利用されている。
しかし、差動方式による焦点を結ぶ光学系のため、計測可能幅(焦点深度)が短く(浅く)なって計測可能場所が物体上の計測可能領域(例えば、レール上面)に限られてしまい、計測可能領域を外れると計測が中断するという問題があった。特許文献2、3は、これを改善するため、計測可能領域上にセンサ2台を配置したものであるが、実際には、2台ともレーザ光が計測可能領域面から外れてしまうことがあり、問題は残っていた。
This is improved by the differential laser Doppler method of the differential method in which the laser beams irradiated to the object are collimated and the difference between the reflected beams of the two laser beams is obtained. This method has the advantage of a non-contact method and the advantage that the measurement accuracy does not deteriorate even if the light receiving surface is slightly wide by making the laser beam parallel and using a differential method, and is widely used.
However, because the optical system focuses by a differential method, the measurable width (depth of focus) is short (shallow), and the measurable area is limited to the measurable area on the object (for example, the top surface of the rail). There was a problem that the measurement was interrupted when it deviated from the measurable area. In Patent Documents 2 and 3, two sensors are arranged on the measurable area in order to improve this. , the problem remained.
この差動型レーザドップラ方式の問題に対して、計測可能奥行(焦点深度)を長く(深く)して計測可能場所をレール面から高さ方向に若干外れても計測が中断しないようにしたものが特許文献4である。しかし、この方式でも幅(横)方向に対しては無力であり、鉄道車両においては、カーブなどでレーザ光がレール面から外れてしまうという問題は残っていた。
このような計測対象の揺動により連続計測が難しいときは、解決策として揺動方向にレーザ光を広げるという対策も考えられるがレーザ光のエネルギー密度低下、受光効率の低下の影響で実用が困難であった。
To solve this problem of the differential laser Doppler method, the measurable depth (depth of focus) is lengthened (deepened) so that the measurement does not stop even if the measurable place slightly deviates from the rail surface in the height direction. is Patent Document 4. However, even this method is powerless in the width (horizontal) direction, and in railway vehicles, there is still the problem that the laser beam deviates from the rail surface at curves and the like.
When continuous measurement is difficult due to the oscillation of the object to be measured, one possible solution is to spread the laser beam in the direction of oscillation. Met.
本発明の課題は、計測対象となる物体に対して、実質的な計測可能範囲を広げることで、計測中の幅(横)方向(計測方向に対して垂直方向)の揺動等に対して、計測欠落を最小限とし、連続計測を可能にすることである。
特に鉄道においては、レール幅を超えた揺動に対しても、鉄道車両の走行速度、走行距離及び走行方向を高精度で計測できるようにすることにある。
The object of the present invention is to expand the practical measurable range of the object to be measured, so that it , to minimize missing measurements and to enable continuous measurements.
Particularly in railways, the object is to enable highly accurate measurement of the traveling speed, traveling distance and traveling direction of a railway vehicle even with respect to swings exceeding the rail width.
上記課題を解決するため、本発明の差動型レーザドップラ速度計測装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザビームを平行ビームにするコリメータレンズと、前記平行ビームを二分するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで二分されたレーザビームの内少なくとも一つのレーザビームを反射して物体に照射するミラーと、前記物体からの散乱光を集光するレンズを含む光学系と、を有し、
前記レーザビームは物体及び/又は物体近傍の離間した複数箇所に向けて照射されること、を特徴とする。
In order to solve the above problems, the differential laser Doppler velocity measurement device of the present invention includes a laser light source, a collimator lens that converts the laser beam from the laser light source into a parallel beam, a beam splitter that divides the parallel beam into two, an optical system including a mirror that reflects at least one laser beam out of the laser beams split into two by the beam splitter and irradiates it onto an object; and a lens that collects scattered light from the object;
The laser beam is radiated toward an object and/or a plurality of spaced locations near the object.
上記のとおり構成することで、実質的な計測可能範囲が広がることで、鉄道、ローラコンベアでの速度監視や計尺等における対レール速度、移動距離などで揺動時の計測欠落の回避が可能となった。
また、従来の複数のレーザドップラ速度計測装置を使用した場合に比べローコストで優れた効果を実現できた。
By configuring as described above, the effective measurable range is expanded, and it is possible to avoid measurement omissions when swinging due to speed monitoring of railroads and roller conveyors, speed against rails in scales, etc., movement distance, etc. became.
Moreover, compared with the case of using a plurality of conventional laser Doppler velocimetry devices, we were able to achieve an excellent effect at a low cost.
また、本発明の差動型レーザドップラ速度計測装置は、前記レーザ光源から前記物体に至る光路中に前記レーザビームを、計測方向に対して略垂直方向に、分岐する部材を配置することを特徴とする。 Further, the differential laser Doppler velocity measuring device of the present invention is characterized by arranging a member for branching the laser beam in an optical path from the laser light source to the object in a direction substantially perpendicular to the measurement direction. and
上記のとおり構成することで、既存の光学系への影響を少なくした上で、効果的に計測可能領域の横(幅)方向を広げることができる。 By configuring as described above, it is possible to effectively widen the horizontal (width) direction of the measurable area while reducing the influence on the existing optical system.
また、本発明の差動型レーザドップラ速度計測装置は、前記分岐する部材は回折光学素子であることを特徴とする。 Further, in the differential laser Doppler velocity measuring device of the present invention, the branching member is a diffractive optical element.
上記のとおり構成することで、小型で薄く設置が容易となった。
また、光源波長(周波数)と交叉角が全て同一となるため速度検出感度はそれぞれの交叉角において等しくなり、分岐による悪影響がなく、調整作業も殆ど必要なくなった。
さらに、回折光学素子の格子ピッチ、使用波長を選択することにより観測位置間隔を目的に合った形とすることができるので、計測幅の設定が簡単となった。
なお、透過型回折格子以外にもビームベンダを兼ねた反射型回折格子でも同様に構成できる。
By configuring as described above, it became small and thin and easy to install.
In addition, since the wavelength (frequency) of the light source and the crossing angle are all the same, the speed detection sensitivity is equal at each crossing angle, there is no adverse effect due to branching, and almost no adjustment work is required.
Furthermore, by selecting the grating pitch of the diffractive optical element and the wavelength to be used, the observation position interval can be made suitable for the purpose, so that the measurement width can be easily set.
In addition to the transmissive diffraction grating, a reflective diffraction grating that also serves as a beam bender can be used in the same way.
また、本発明の差動型レーザドップラ速度計測装置は、前記分岐する部材が該差動型レーザドップラ速度計測装置から物体までの間に配置されることを特徴とする。 Further, the differential laser Doppler velocity measuring device of the present invention is characterized in that the branching member is arranged between the differential laser Doppler velocity measuring device and the object.
上記のとおり構成することで、レーザドップラ速度計内の既存の光学系はそのままの状態で利用できるので、通常品に対するオプション品やアダプタ化が容易である。
また、既にレーザドップラ速度計測装置として使用中のものに対しても、簡単に取り付けすることができる。
By configuring as described above, the existing optical system in the laser Doppler velocimeter can be used as it is, so it is easy to make it an optional item or an adapter for a normal item.
Moreover, it can be easily attached to a device already in use as a laser Doppler velocity measuring device.
また、本発明の差動型レーザドップラ速度計測装置は、前記分岐する部材は前記物体から、前記散乱光が受光される光路の間には配置されないことを特徴とする。 Further, in the differential laser Doppler velocity measuring device of the present invention, the branching member is not arranged between the optical paths through which the scattered light is received from the object.
上記のとおり構成することで、散乱光は分岐されずに受光するので、揺動時の受光感度の低下を抑えることができる。 With the configuration as described above, the scattered light is received without being branched, so that it is possible to suppress the deterioration of the light receiving sensitivity at the time of swinging.
本発明の鉄道車両速度計測方法は前記差動型レーザドップラ速度計を用いた。 The railway vehicle speed measuring method of the present invention uses the differential laser Doppler speedometer.
上記のとおり構成することで、レール幅を超えた揺動に対しても計測できるので、鉄道車両の走行速度、走行距離及び走行方向を高精度で計測できる。 With the configuration as described above, it is possible to measure even swing motion exceeding the rail width, so that the running speed, running distance and running direction of the railway vehicle can be measured with high accuracy.
本発明の部材はレーザドップラ速度計に取り付ける部材であって、レーザドップラ速度計からの物体に向けた照射光を分岐させて、物体及び/又は物体近傍の離間した複数箇所に向けた照射光とすることで、該レーザドップラ速度計の計測可能範囲を広げることを特徴とする。 The member of the present invention is a member attached to a laser Doppler velocimeter, and splits the irradiation light directed to the object from the laser Doppler velocimeter, and the irradiation light directed to the object and / or a plurality of spaced locations near the object. By doing so, the measurable range of the laser Doppler velocimeter is widened.
上記のとおり構成することで、実質的な計測可能範囲が広がることで、鉄道、ローラコンベアでの速度監視や計尺等における対レール速度、移動距離などで揺動時の計測欠落の回避が可能となった。
また、従来の複数のレーザドップラ速度計測装置を使用した場合に比べローコストで優れた効果を実現できた。
By configuring as described above, the effective measurable range is expanded, and it is possible to avoid measurement omissions when swinging due to speed monitoring of railroads and roller conveyors, speed against rails in scales, etc., movement distance, etc. became.
Moreover, compared with the case of using a plurality of conventional laser Doppler velocimetry devices, we were able to achieve an excellent effect at a low cost.
また、本発明のレーザドップラ速度計は前記部材を用いることを特徴とする。 Further, a laser Doppler velocimeter of the present invention is characterized by using the above member.
また、本発明の速度計測方法は、前記レーザドップラ速度計を用いることを特徴とする。 Moreover, the velocity measurement method of the present invention is characterized by using the laser Doppler velocity meter.
本発明によれば、鉄道、ローラコンベアでの速度監視や計尺等における対レール速度、移動距離などで揺動時の計測欠落の回避が可能となる。
また、複数のレーザドップラ速度計測装置を使用した場合に比べローコストである。
According to the present invention, it is possible to avoid omission of measurement at the time of swaying, such as the speed relative to the rail and the moving distance in the speed monitoring of railroads and roller conveyors.
Moreover, the cost is low compared to the case of using a plurality of laser Doppler velocity measuring devices.
レーザドップラ速度計では、計測中に様々な要因で計測可能領域を超える揺動等が起こり計測欠落を生じることがあり問題となっていたが、本発明によりこのような計測欠落の回避が可能となった。 With laser Doppler velocimeters, there have been problems with fluctuations that exceed the measurable range due to various factors during measurement, resulting in missing measurements. became.
まず、レーザドップラ速度計の原理について、図10(従来のレーザドップラ速度計)を用いて説明する。図10(a)はレーザドップラ速度計DIVに対して物体Oの進行方向(紙面裏側から表側方向)或はその逆方向(紙面表側から裏側方向)から見た図であり(以下、「紙面表裏方向移動図」という。)、図10(b)はレーザドップラ速度計DIVに対して物体Oの移動方向と垂直な方向(物体Oが紙面左側から紙面右側方向に移動)から見た図である(以下、「紙面左右方向移動図」という。)。ここで、図10を参照しながら、差動型レーザドップラ速度計の基本構成である光学系について、以下説明を行う。 First, the principle of the laser Doppler velocimeter will be described with reference to FIG. 10 (conventional laser Doppler velocimeter). FIG. 10(a) is a view of the laser Doppler velocimeter DIV viewed from the traveling direction of the object O (from the back side of the paper surface to the front side) or from the opposite direction (from the front side of the paper surface to the back side) (hereinafter referred to as "front and back of the paper 10(b) is a view of the laser Doppler velocimeter DIV from a direction perpendicular to the moving direction of the object O (the object O moves from the left side to the right side of the paper surface). (Hereinafter, referred to as "left-to-right movement diagram on paper"). Here, the optical system, which is the basic configuration of the differential laser Doppler velocimeter, will be described below with reference to FIG.
図10(b)では、レーザ光源1から出射されるレーザビームが、コリメータレンズ2で平行ビームとなり、周波数シフト素子(AOM)3に入射する。周波数シフト素子3は、入射されたレーザビームの周波数を40MHzシフトさせ、ある角度だけ回析した1次回折光52と、そのまま通過する0次回折光51を出射する。これらの出射光が偏光ビームスプリッタ4に入射されてP偏光である0次回析光51とS偏光である一次回析光52に二分される。0次回析光51は、ミラー82で曲げた後、ミラー83で折り返し、λ/4波長板86を介して円偏光とした後、移動する物体Oに照射される。 In FIG. 10B, a laser beam emitted from a laser light source 1 is collimated by a collimator lens 2 and enters a frequency shift element (AOM) 3 . The frequency shift element 3 shifts the frequency of the incident laser beam by 40 MHz, and emits a 1st-order diffracted light 52 diffracted by a certain angle and a 0th-order diffracted light 51 which passes through as it is. These emitted lights are incident on the polarizing beam splitter 4 and split into 0th-order diffracted light 51 as P-polarized light and 1st-order diffracted light 52 as S-polarized light. The 0th-order diffracted light 51 is bent by the mirror 82, then folded back by the mirror 83, circularly polarized through the λ/4 wavelength plate 86, and then irradiated to the moving object O. FIG.
一方、偏光ビームスプリッタ4で反射した一次回析光52は、ミラー81で反射されて、λ/4波長板85を介して、円偏光とした後、移動する物体Oに照射する。 On the other hand, the first-order diffracted light 52 reflected by the polarization beam splitter 4 is reflected by the mirror 81, passes through the λ/4 wavelength plate 85, becomes circularly polarized, and irradiates the moving object O. FIG.
物体O上の照射箇所Mにて0次回折光51と1次回折光52が交差するように照射されることで、その散乱光が受光レンズ8により集光されて受光素子9にて光電変換を行い、ドップラシフト周波数の検出を行う。
その電気信号出力のビート信号周波数は、40MHzを中心にプラスやマイナス方向に変位し、変位した周波数量は物体Oの移動速度に比例する。この電気信号を処理することにより、物体Oの移動速度を算出する。
The 0th-order diffracted light 51 and the 1st-order diffracted light 52 are irradiated so as to intersect at the irradiation point M on the object O, and the scattered light is collected by the light receiving lens 8 and photoelectrically converted by the light receiving element 9. , Doppler shift frequency detection.
The beat signal frequency of the electrical signal output is displaced in the plus or minus direction around 40 MHz, and the displaced frequency amount is proportional to the moving speed of the object O. FIG. By processing this electrical signal, the moving speed of the object O is calculated.
前述のとおり、0次回析光51は、周波数シフト素子3から出射して、ビームスプリッタ4を透過し、ミラー82で曲げた後、ミラー83で折り返し、λ/4波長板86を通過して、移動する物体Oに至る光路であり、一次回析光52は、周波数シフト素子3から出射して、ビームスプリッタ4、ミラー81で反射されて、λ/4波長板85を介して、移動する物体Oに至る光路である。そして、0次回析光51は移動する物体の前方から入射し、一次回析光52は移動する物体の後方から入射しており、これらの光学系により差動型のレーザドップラ速度計を構成している。 As described above, the 0th-order diffracted light 51 is emitted from the frequency shift element 3, transmitted through the beam splitter 4, bent by the mirror 82, turned back by the mirror 83, passed through the λ/4 wavelength plate 86, and This is the optical path leading to the moving object O. The primary diffracted light 52 is emitted from the frequency shift element 3, reflected by the beam splitter 4 and the mirror 81, and passed through the λ/4 wavelength plate 85 to reach the moving object. This is the optical path leading to O. The 0th-order diffracted light 51 is incident from the front of the moving object, and the 1st-order diffracted light 52 is incident from the rear of the moving object. These optical systems constitute a differential laser Doppler velocimeter. ing.
上記図10で示される差動型レーザドップラ速度計を用いて、例えば、鉄道における車両の速度を計測する場合を図11、12で示す。ここで、図11、12はレーザドップラ速度計DIVを不図示の車両に取り付けた状態を示しており、車両の移動に伴って、地面に固定されたレールRに対するレーザドップラ速度計DIVの移動速度、すなわち車両の移動速度、を計測する構成の説明図である。
また、図11(a)、12(a)は鉄道レールRに対する車両(レーザドップラ速度計DIV)の紙面表裏方向移動図であり、図11(b)、12(b)はレーザドップラ速度計DIVから鉄道レールR上のレールRに向けられたレーザ照射領域をレーザドップラ速度計DIV側(上側)から見た図である。
FIGS. 11 and 12 show a case where the differential laser Doppler velocimeter shown in FIG. 10 is used to measure the speed of a railcar, for example. Here, FIGS. 11 and 12 show a state in which the laser Doppler velocimeter DIV is attached to a vehicle (not shown). , that is, the moving speed of the vehicle, is an explanatory diagram of a configuration for measuring.
11(a) and 12(a) are diagrams showing the movement of the vehicle (laser Doppler velocimeter DIV) with respect to the railroad rail R, and FIGS. 1 is a diagram of a laser irradiation area directed to a rail R on a railroad rail R viewed from the laser Doppler velocimeter DIV side (upper side).
図11、12で示されるようにレールRの上面(頭部)が計測面となるが、R形状(丸みを帯びた形状)なので、レールRの上面全幅Lの内、有効幅Wが許容誤差にて計測できる面の範囲である。
通常、レールRの上面全幅Lは62~65mm、幅Wは40~50mmである。
ここで、通常は幅Wの中心Mを基準位置としてレーザドップラ速度計DIVからレーザ照射を行う(図11参照)。
また、計測できるレーザ照射領域の限界は、例えば、図12で示されるようにレーザドップラ速度計DIVの照射光からの照射領域M’である。
その結果、計測面上の照射領域について、レーザドップラ速度計が基準位置からレールRの横幅方向にW/2(±W/2)を超えて移動すると適切な計測ができなくなってしまう。
As shown in FIGS. 11 and 12, the upper surface (head) of the rail R is the measurement surface, but since it is R-shaped (rounded shape), the effective width W of the upper surface total width L of the rail R has an allowable error. It is the range of the surface that can be measured by
Generally, the rail R has an upper surface full width L of 62 to 65 mm and a width W of 40 to 50 mm.
Here, laser irradiation is normally performed from the laser Doppler velocimeter DIV using the center M of the width W as a reference position (see FIG. 11).
Also, the limit of the measurable laser irradiation area is, for example, an irradiation area M' from the irradiation light of the laser Doppler velocimeter DIV as shown in FIG.
As a result, if the laser Doppler velocimeter moves beyond W/2 (±W/2) in the lateral width direction of the rail R from the reference position, the irradiation area on the measurement surface cannot be properly measured.
これを改善したのが本願発明であり、以下図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本実施形態と同じ技術的思想を成しえる構成を含むものである。
The present invention has improved this, and embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, but includes configurations that can achieve the same technical idea as the present embodiment.
図1は、第一の実施形態のレーザドップラ速度計の光学部分の構成図であり、図10(従来のレーザドップラ速度計)において、物体及び/又は物体近傍の離間した複数箇所に向けてレーザビーム照射を行う構成としたものである。
具体的には、レーザドップラ速度計のレーザ光源から物体に至る光路中にレーザビームを、計測方向に対して、略垂直方向に分岐する部材100として回折光学素子(DOE)を配置した。
ここで、回折光学素子とは、周期的にスリットや凹凸等の形状を基板上につけた素子であり、そのスリットや凹凸形状の影響で発生する回折光を利用し、入射光を目的の強度分布や位相分布の光に変換するものである。
また、部材100は必ずしも回折光学素子に限られるものではないが、回折光学素子の場合、図1(a)で示されるように物体側に向けて、-1次光を物体Oの計測対象箇所(照射領域n)に、0次光を物体Oの計測対象箇所(照射領域m)に、1次光を物体Oの計測対象箇所(照射領域p)に、それぞれ照射することが容易にできる。
ここで、従来のレーザドップラ速度計(図10)は、0次回析光51と一次回折光52は物体及び/又は物体近傍では両者が交差するように物体O上の照射箇所M一箇所のみが照射されている。
これに対して、第一の実施形態のレーザドップラ速度計(図1)は、0次回析光51と一次回折光52は物体及び/又は物体近傍では両者が交差するように三箇所(n、m及びp)が照射されている。
なお、図で用いられている記号や番号は特に説明がない場合には同一のものと解釈することができる。
なお、本明細書においては、部材100(回折光学素子)による回折光について、周波数シフト素子3による「0次回折光51」及び「1次回折光52」と区別する為、「1次光」、「0次光」及び「-1次光」という用語を用いる。
FIG. 1 is a configuration diagram of the optical part of the laser Doppler velocimeter of the first embodiment. In FIG. 10 (conventional laser Doppler velocimeter), a laser It is configured to perform beam irradiation.
Specifically, a diffractive optical element (DOE) was arranged as a member 100 for branching the laser beam in the optical path from the laser light source of the laser Doppler velocimeter to the object in a direction substantially perpendicular to the measurement direction.
Here, a diffractive optical element is an element in which a substrate is periodically provided with slits or irregularities. or phase distribution light.
The member 100 is not necessarily limited to a diffractive optical element, but in the case of a diffractive optical element, as shown in FIG. It is possible to easily irradiate (irradiation area n), 0th-order light to a measurement target portion (irradiation area m) of the object O, and 1st-order light to a measurement target portion (irradiation area p) of the object O, respectively.
Here, in the conventional laser Doppler velocimeter (FIG. 10), the 0th-order diffracted light 51 and the 1st-order diffracted light 52 intersect at the object and/or in the vicinity of the object, so that only one irradiation point M on the object O is irradiated. being irradiated.
On the other hand, in the laser Doppler velocimeter of the first embodiment (FIG. 1), the 0th-order diffracted light 51 and the 1st-order diffracted light 52 cross each other at three points (n, m and p) are irradiated.
Symbols and numbers used in the drawings can be interpreted as the same unless otherwise explained.
In this specification, in order to distinguish the diffracted light from the member 100 (diffractive optical element) from the "zero-order diffracted light 51" and the "first-order diffracted light 52" from the frequency shift element 3, "first-order light" and " The terms 0 order light" and "-1 order light" are used.
具体的には、レーザドップラ速度計から射出される0次回析光51(及び一次回析光52)は、λ/4波長板86(及びλ/4波長板85)を介して円偏光になった後、図1(a)で示されるように、部材100(回折光学素子)により、それぞれ少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、物体面上のn(-1次光の照射範囲)、m(0次光の照射範囲)、p(+1次光の照射範囲)の箇所にそれぞれ照射される。 Specifically, the 0th-order diffracted light 51 (and the 1st-order diffracted light 52) emitted from the laser Doppler velocimeter becomes circularly polarized through the λ/4 wave plate 86 (and the λ/4 wave plate 85). After that, as shown in FIG. 1(a), the member 100 (diffractive optical element) splits into at least three of −1st-order light, 0th-order light, and +1st-order light, and n ( The irradiation range of -1st order light), m (irradiation range of 0th order light), and p (irradiation range of +1st order light) are irradiated respectively.
移動する物体面上のnに照射された光は散乱光となり、それが再度部材100を通過する際に、少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、その内、-1次光又は+1次光が受光レンズ8により集光されて受光素子9にて光電変換を行い、ドップラシフト周波数の検出が行われる。
同様に移動する物体面上のmに照射された光は散乱光となり、それが再度部材100を通過する際に、少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、その内、0次光が受光レンズ8で集光されて受光素子9にて光電変換を行い、ドップラシフト周波数の検出が行われる。
また、同様に、移動する物体面上のpに照射された光は散乱光となり、それが再度部材100を通過する際に、少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、その内、-1次光又は+1次光が受光レンズ8で集光されて受光素子9にて光電変換を行い、ドップラシフト周波数の検出が行われる。
通常これらの値は受光素子9にて合算されて検出される。
The light applied to n on the moving object surface becomes scattered light, and when it passes through the member 100 again, it is split into at least three of −1st order light, 0th order light, and +1st order light, of which , −1st-order light or +1st-order light is collected by the light receiving lens 8, photoelectrically converted by the light receiving element 9, and the Doppler shift frequency is detected.
Similarly, the light irradiated to m on the moving object plane becomes scattered light, and when it passes through the member 100 again, it is split into at least three of -1st order light, 0th order light, and +1st order light, Among them, the 0th order light is condensed by the light receiving lens 8 and photoelectrically converted by the light receiving element 9 to detect the Doppler shift frequency.
Similarly, the light irradiated to p on the moving object plane becomes scattered light, and when it passes through the member 100 again, it is divided into at least three of −1st-order light, 0th-order light, and +1st-order light. Among them, the −1st order light or +1st order light is collected by the light receiving lens 8 and photoelectrically converted by the light receiving element 9 to detect the Doppler shift frequency.
Normally, these values are summed up by the light receiving element 9 and detected.
したがって、物体面上のn、m又はpの何れかが適切に照射されていれば、物体速度を計測することが可能となる。 Therefore, if any of n, m, or p on the object plane is properly illuminated, the object velocity can be measured.
[実施例1]
鉄道における車両の速度を計測する場合について、実施例1として図2~6にて説明する。特に図2,3は、従来の図11、12にそれぞれ対応するものである。
[Example 1]
A case of measuring the speed of a vehicle on a railroad will be described as a first embodiment with reference to FIGS. 2 to 6. FIG. In particular, FIGS. 2 and 3 correspond to conventional FIGS. 11 and 12, respectively.
すなわち、基準位置では、図11に対応した図2で示されるように、レールRの上面Wの範囲内にあるn(-1次光の照射範囲)、m(0次光の照射範囲)、p(+1次光の照射範囲)の箇所がそれぞれ照射される。 That is, at the reference position, as shown in FIG. 2 corresponding to FIG. 11, n (−1st-order light irradiation range), m (0th-order light irradiation range), m (0th-order light irradiation range), and Locations of p (irradiation range of +1st-order light) are respectively irradiated.
揺動によりW/2移動した位置では、図12に対応した図3で示されるように、レールRの上面Wの範囲内にあるm(0次光の照射範囲)、p(+1次光の照射範囲)の箇所がそれぞれ照射される。 At the position moved by W/2 due to the rocking motion, as shown in FIG. 3 corresponding to FIG. irradiation range) are irradiated.
さらに、揺動によりW移動した位置では、図4で示されるように、レールRの上面Wの範囲内にあるp(+1次光の照射範囲)の箇所が照射される。 Furthermore, at the position moved by W due to the swing, as shown in FIG. 4, a point p (+1st-order light irradiation range) within the range of the upper surface W of the rail R is irradiated.
すなわち、部材100を使用することで、レーザドップラ速度計が基準位置からW移動したとしても、pの箇所を照射することができるので、照射可能領域が広がって車両の速度を計測することが可能になる。 That is, by using the member 100, even if the laser Doppler velocimeter moves W from the reference position, it is possible to irradiate the point p, so that the irradiation area is widened and the speed of the vehicle can be measured. become.
さらに、2次光までを利用すると、揺動によりW+W/2移動した位置であっても、図5で示されるように、レールRの上面Wの範囲内にあるq(+2次光の照射範囲)の箇所を照射することができる。 Furthermore, if up to the second order light is used, even at a position moved by W+W/2 due to the swing, as shown in FIG. ) can be irradiated.
この場合、部材100の2次光を利用することで、レーザドップラ速度計が基準位置からW+W/2移動したとしても、p(+1次光の照射範囲)よりも外側のq(+2次光の照射範囲)の箇所を照射することができるので、さらに照射可能領域が広がって車両の速度を計測することが可能となる。 In this case, by using the secondary light of the member 100, even if the laser Doppler velocimeter moves W+W/2 from the reference position, q (+secondary light irradiation range) outside p (+1st order light irradiation range) Since it is possible to irradiate a portion of the irradiation range), the irradiable region is further expanded, making it possible to measure the speed of the vehicle.
図6(c)は、-1次光、0次光及び1次光の間隔をレールRの誤差を考慮した計測範囲であるWとすることで、図5の様に2次光まで使用しなくても、-1次光、0次光及び1次光であっても、レーザドップラ速度計が基準位置からW+W/2の移動にも対応できることを示す図である。 In FIG. 6(c), by setting the interval between the −1st order light, the 0th order light and the 1st order light to be W, which is the measurement range considering the error of the rail R, up to the 2nd order light can be used as shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing that the laser Doppler velocimeter can cope with a movement of W+W/2 from the reference position even with −1st order light, 0th order light and 1st order light.
図6(d)は、0次光を低減させたものである。この場合、0次光の照射分を-1次光と+1次光に割り当てることで、2箇所だけを効果的に照射させることができるので、無駄を省き電気消費量を少なくすることができる。また、図で示されるように両者間の距離をWとすることで、Wの距離を移動しても対応できる。 FIG. 6(d) shows the 0th-order light reduced. In this case, by allocating the 0th-order light irradiation to the -1st-order light and the +1st-order light, it is possible to effectively irradiate only two places, so that waste can be eliminated and electricity consumption can be reduced. Also, as shown in the figure, by setting the distance between the two to be W, it is possible to cope with the movement of the distance of W.
前述のとおり、実施例1の部材100(回折光学素子)は、透過型であるが、本発明の回折光学素子は透過型に限られない。例えば、反射型であっても同様の効果を奏し、本発明に含まれ得る。
また、位相型の回折光学素子は、入射光の位相分布を、像面で所望のパターンとなるような位相分布に変換するため、振幅型の回折光学素子と比べ、入射光に対する変換後の光のエネルギー効率が非常に高い。そのため、均一な強度分布のような単純な形状の回折光学素子だけでなく、複雑な形状の回折パターンを発生させる回折光学素子にも適用されており、位相型の回折光学素子が好ましい。
なお、部材100は、レーザ光を複数箇所へ照射することができれば、回折光学素子に限らず、他の光学素子(例えば、プリズム、ミラー、ビームスプリッタ―、レンズ等)であっても構わない。
As described above, the member 100 (diffractive optical element) of Example 1 is of a transmissive type, but the diffractive optical element of the present invention is not limited to a transmissive type. For example, even if it is a reflective type, the same effect can be obtained and it can be included in the present invention.
In addition, the phase-type diffractive optical element converts the phase distribution of incident light into a phase distribution that forms a desired pattern on the image plane. is very energy efficient. Therefore, it is applied not only to a diffractive optical element with a simple shape such as a uniform intensity distribution, but also to a diffractive optical element that generates a diffraction pattern with a complicated shape, and a phase-type diffractive optical element is preferable.
Note that the member 100 is not limited to a diffractive optical element and may be other optical elements (for example, a prism, a mirror, a beam splitter, a lens, etc.) as long as it can irradiate a plurality of locations with laser light.
実施例1について、鉄道における車両の速度を計測する場合を示してきたが、他の用途について、図7に示す。
図7(e)は幅の制限があまりなく、移動方向についてもそれ程厳密ではないもの、例えば製鉄業の圧延工程などの速度制御を行う際のレーザドップラ速度計による照射箇所を示したものである。
この場合にはレーザドップラ速度計の基準位置(例えば0次光があるとした場合に照射される箇所)をCとし、正三角形の頂点に相当する箇所(図7(e)において、X1、X2及びX3、場合によってはCも)が照射箇所となるように設計された回折光学素子を用いている。
In the first embodiment, the case of measuring the speed of a vehicle on a railroad has been shown, but another application is shown in FIG.
FIG. 7(e) shows an irradiation point by a laser Doppler velocimeter when the width is not so limited and the movement direction is not so strict, for example, the speed control of the rolling process in the steel industry. .
In this case, the reference position of the laser Doppler velocimeter (for example, the position irradiated when there is 0th order light) is set to C, and the positions corresponding to the vertices of an equilateral triangle (X1, X2 in FIG. 7E) and X3, and C in some cases) are used as the irradiation point.
図7(f)は移動方向が一定でないもの、例えば、海流等のレーザドップラ速度計による照射箇所を示したものである。
この場合にはレーザドップラ速度計からの照射箇所が正六角形の頂点及び中心に相当する箇所(図7(f)において、Y1~Y7)となるように設計された回折光学素子を用いている。
FIG. 7(f) shows an area irradiated by a laser Doppler velocimeter for an object whose moving direction is not constant, for example, an ocean current.
In this case, a diffractive optical element designed so that the irradiation points from the laser Doppler velocimeter correspond to the vertices and the center of a regular hexagon (Y1 to Y7 in FIG. 7(f)) is used.
なお、差動型レーザドップラ速度計の小型化を図るために、図1での周波数シフト素子3とλ/4波長板85、86を取り外した形態としても良い。この場合、周波数シフト素子3を取り外したため、レーザドップラ速度計は小型で安価となるが、移動する物体Oの移動方向(移動の極性)は検出できなくなる。
この形態については後述する第二の実施形態(実施例2)で詳細を説明する。
In order to reduce the size of the differential laser Doppler velocimeter, the frequency shift element 3 and the λ/4 wavelength plates 85 and 86 in FIG. 1 may be removed. In this case, since the frequency shift element 3 is removed, the laser Doppler velocimeter is small and inexpensive, but the movement direction (polarity of movement) of the moving object O cannot be detected.
This form will be described in detail in a second embodiment (Example 2) described later.
また、差動型レーザドップラ速度計の光学系を簡略化したものについて第三の実施形態(実施例3)で詳細を説明する。 Further, a simplified optical system of the differential laser Doppler velocimeter will be described in detail in a third embodiment (Example 3).
なお、ミラー83で反射されるのが0次回折光51であり、ミラー81で反射されるのが1次回折光52であったが、その形態でなくてもよい。例えば、ミラー83で反射されるのが1次回折光で、ミラー81で反射されるのが0次回折光である形態であってもよい。 Although the 0th-order diffracted light 51 is reflected by the mirror 83 and the 1st-order diffracted light 52 is reflected by the mirror 81, the forms may be different. For example, the 1st-order diffracted light may be reflected by the mirror 83 and the 0th-order diffracted light may be reflected by the mirror 81 .
(実施例1の諸元値例)
レーザ光の波長 : 690nm
測定距離 : 500mm
レール頭部有効計測可能幅W: 40mm
対応揺動幅(±1次光) : 116mm
対応揺動幅(±2次光) : 192mm
部材100(回折光学素子): 110本/mmの回折格子)
(Specification value example of Example 1)
Laser light wavelength: 690 nm
Measurement distance: 500mm
Rail head effective measurable width W: 40 mm
Corresponding oscillation width (± 1st order light): 116mm
Corresponding oscillation width (±secondary light): 192mm
Member 100 (diffractive optical element): 110 lines/mm diffraction grating)
[実施例2]
図8は、実施例2のレーザドップラ速度計の光学部分の構成図である。実施例2は、実施例1の差動型レーザドップラ速度計の小型化を図るために、実施例1(図1)での周波数シフト素子3とλ/4波長板85、86を取り外した形態である。周波数シフト素子3を取り外したため、図8のレーザドップラ速度計は、小型で安価となるが、移動する物体Oの移動方向(移動の極性)は検出できなくなる。
[Example 2]
FIG. 8 is a configuration diagram of the optical portion of the laser Doppler velocimeter of Example 2. FIG. Example 2 is a form in which the frequency shift element 3 and the λ/4 wavelength plates 85 and 86 in Example 1 (FIG. 1) are removed in order to reduce the size of the differential laser Doppler velocimeter of Example 1. is. Since the frequency shift element 3 is removed, the laser Doppler velocimeter of FIG. 8 is small and inexpensive, but cannot detect the movement direction (polarity of movement) of the moving object O.
図8において、レーザ光源1から出射されるレーザビームは、コリメータレンズ2で平行ビームになり、この出射光は無偏光ビームスプリッタ121に入射して直進する第一のビーム122と90度反射し横方向に向かう第二のビーム123に分離される。
ここで、図8における第一のビーム122と第二のビーム123は、実施例1と異なり、周波数シフトが発生していない同じ光周波数のビームである。第一のビーム122及び第二のビーム123は、ミラー83及びミラー81でそれぞれ反射し、部材100(回折光学素子)により、少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、物体O面上のn(-1次光の照射範囲)、m(0次光の照射範囲)、p(+1次光の照射範囲)それぞれの箇所に照射される。
In FIG. 8, a laser beam emitted from a laser light source 1 is converted into a parallel beam by a collimator lens 2, and this emitted light is incident on a non-polarizing beam splitter 121 and reflected 90 degrees with a first beam 122 traveling straight. is separated into a second beam 123 pointing in the direction.
Here, unlike the first embodiment, the first beam 122 and the second beam 123 in FIG. 8 are beams of the same optical frequency with no frequency shift. The first beam 122 and the second beam 123 are reflected by the mirror 83 and the mirror 81, respectively, and split into at least three of −1st order light, 0th order light, and +1st order light by the member 100 (diffractive optical element). , and irradiates respective locations of n (-1st order light irradiation range), m (0th order light irradiation range), and p (+1st order light irradiation range) on the object O surface.
物体O面上のn、m及びpに照射された光はそれぞれ散乱光となるが、実施例1と異なり、散乱光は部材100を通過せずに受光レンズ8により集光する。
それ故、散乱光は部材100(回折光学素子)により-1次光、0次光、+1次光等に分岐されないので光の損失が少なくなり、計測効率が上がる。
受光レンズ8を通過した光は、ミラー84で曲げられて、受光素子9にて光電変換しドップラシフト周波数の検出が行われるが、その電気信号出力のビート信号周波数は、移動する物体Oの速度の絶対値に比例して0Hzから変位する。このビート信号の周波数の電気信号を処理することにより、物体Oの移動速度を算出する。
The light irradiated to n, m, and p on the surface of the object O becomes scattered light, but unlike the first embodiment, the scattered light does not pass through the member 100 and is condensed by the light receiving lens 8 .
Therefore, the scattered light is not split into −1st-order light, 0th-order light, +1st-order light, etc. by the member 100 (diffractive optical element), thereby reducing light loss and increasing measurement efficiency.
The light passing through the light-receiving lens 8 is bent by the mirror 84, photoelectrically converted by the light-receiving element 9, and the Doppler shift frequency is detected. deviates from 0 Hz in proportion to the absolute value of The moving speed of the object O is calculated by processing the electric signal having the frequency of this beat signal.
なお、この際の受光素子9は物体面上の照射箇所であるn、m及びpの全てが結像するように受光面積が広く構成されているか、または、散乱光が受光素子9に入射するまでの間にトーリックレンズを配置するなどして結像位置が一箇所となるように構成されていることが望ましい。 The light-receiving element 9 at this time has a wide light-receiving area so that all of the irradiation points n, m, and p on the object plane are imaged, or scattered light is incident on the light-receiving element 9. It is desirable that the image forming position is in one place, such as by arranging a toric lens between them.
また、本実施例では、小型化のために直線偏光によるレーザドップラ速度計を構成したが、λ/4波長板をそれぞれ、第一のビーム122、第二のビーム123内に挿入し、双方の偏波を円偏波として偏波依存のある物体Oに対応することもできる。 In this embodiment, a linearly polarized laser Doppler velocimeter is configured for miniaturization. It is also possible to deal with an object O having a polarization dependence by using a circularly polarized wave.
[実施例3]
図9は、実施例3のレーザドップラ速度計の光学部分の構成図である。実施例3は、実施例1の差動型レーザドップラ速度計の光学系を簡略化したものであり、シンプルな構成となっている。
[Example 3]
FIG. 9 is a configuration diagram of the optical portion of the laser Doppler velocimeter of Example 3. FIG. Example 3 is a simplified optical system of the differential laser Doppler velocimeter of Example 1, and has a simple configuration.
図9において、レーザ光源1から出射されるレーザビームは、コリメータレンズ2で平行ビームとなり、周波数シフト素子(AOM)3に入射する。周波数シフト素子3は、実施例1と同様に、入射されたレーザビームの周波数を40MHzシフトさせ、ある角度だけ回析した1次回折光52と、そのまま通過する0次回折光51を出射し、これらの出射光(1次回折光52及び0次回折光51)は部材100(回折光学素子)により、それぞれ少なくとも-1次光、0次光、+1次光の3つに分岐され、偏光ビームスプリッタ4に入射してP偏光である0次回析光51(-1次光、0次光、+1次光)とS偏光である一次回析光52(-1次光、0次光、+1次光)に二分される。 In FIG. 9, a laser beam emitted from a laser light source 1 is collimated by a collimator lens 2 and enters a frequency shift element (AOM) 3 . As in Example 1, the frequency shift element 3 shifts the frequency of the incident laser beam by 40 MHz, and emits the 1st-order diffracted light 52 diffracted by a certain angle and the 0th-order diffracted light 51 which passes through as it is. The emitted light (1st-order diffracted light 52 and 0th-order diffracted light 51) is split into at least three of −1st-order light, 0th-order light, and +1st-order light by the member 100 (diffractive optical element), and enters the polarization beam splitter 4. 0th order diffracted light 51 (−1st order light, 0th order light, +1st order light) which is P-polarized and 1st order diffracted light 52 (−1st order light, 0th order light, +1st order light) which is S polarization. bisected.
そして、0次回析光51(-1次光、0次光、+1次光)は、透過側に直進し、λ/2波長板5にてS偏光に変換後、移動する物体Oに向かい、一次回析光52(-1次光、0次光、+1次光)は、ミラー7を介して、移動する物体Oに向かうことで、物体O面上のn(-1次光の照射範囲)、m(0次光の照射範囲)、p(+1次光の照射範囲)の箇所がそれぞれ照射される。
ここで、0次回析光51(-1次光、0次光、+1次光)は移動する物体の前方から入射し、一次回析光52(-1次光、0次光、+1次光)は移動する物体の後方から入射しており、これらの光学系により差動型のレーザドップラ速度計を構成している。
なお、この2つの光路(0次回折光51と一次回折光52の間)には、若干の光路差長が存在する(図9参照)。
物体O面上のn、m及びpに照射された光はそれぞれ散乱光となるが、実施例1と異なり、散乱光は部材100を通過せずに直接受光レンズ8により集光する。
それ故、散乱光は部材100(回折光学素子)により-1次光、0次光、+1次光等に分岐されないので光の損失が少なくなり、計測効率が上がる。
受光レンズ8を通過した光は、受光素子9にて光電変換しドップラシフト周波数の検出が行われ、物体Oの移動速度を算出する。
Then, the 0th-order diffracted light 51 (-1st-order light, 0th-order light, +1st-order light) travels straight to the transmission side, is converted into S-polarized light by the λ/2 wavelength plate 5, and then faces the moving object O, The first-order diffracted light 52 (−1st order light, 0th order light, +1st order light) travels toward the moving object O through the mirror 7, and is irradiated with n (−1st order light irradiation range) on the surface of the object O. ), m (irradiation range of 0th-order light), and p (irradiation range of +1st-order light) are irradiated.
Here, the 0th-order diffracted light 51 (-1st order light, 0th-order light, +1st-order light) is incident from the front of the moving object, and the 1st-order diffracted light 52 (-1st-order light, 0th-order light, +1st-order light ) is incident from the rear of the moving object, and these optical systems constitute a differential laser Doppler velocimeter.
There is a slight optical path difference length between these two optical paths (between the 0th order diffracted light 51 and the 1st order diffracted light 52) (see FIG. 9).
The lights irradiated to n, m, and p on the surface of the object O become scattered lights, but unlike the first embodiment, the scattered lights do not pass through the member 100 and are directly condensed by the light receiving lens 8 .
Therefore, the scattered light is not split into −1st-order light, 0th-order light, +1st-order light, etc. by the member 100 (diffractive optical element), thereby reducing light loss and increasing measurement efficiency.
The light that has passed through the light receiving lens 8 is photoelectrically converted by the light receiving element 9, the Doppler shift frequency is detected, and the moving speed of the object O is calculated.
なお、この際の受光素子9は物体面上の照射箇所であるn、m及びpの全てが結像するように受光面積が広く構成されているか、または、散乱光が受光素子9に入射するまでの間にトーリックレンズを配置されている、などして結像位置が一箇所となるように構成されていることが望ましい。 The light-receiving element 9 at this time has a wide light-receiving area so that all of the irradiation points n, m, and p on the object plane are imaged, or scattered light is incident on the light-receiving element 9. It is desirable that the image formation position is one, such as by disposing a toric lens between the two.
本発明での実施例では、波長690nm及び785nmでの動作例を示したが、本発明での使用波長はこれらに限らない。波長は、405nmの青紫色、460nm帯の青色、530nm帯の緑色、660nm帯、高出力の1000nm帯、1300nm、1550nm帯の光通信用の波長帯、或はこれら以外の波長帯でも、レーザや光検出器が動作可能である限り動作は可能である。
また、実施例において、レーザドップラ速度計からレールまでの距離は、台車取り付けの場合250~350mm、車体取り付けの場合500~700mmが好ましく、レールRの上面全幅Lは62~65mm、幅Wは40~50mmであるが、本発明はこれらの数値範囲に限られるものではない。
なお、部材100にて投影される間隔(物体上の隣接する照射箇所との間隔)は、20~50mmが良く、30~45mmが好ましい。
In the embodiment of the present invention, examples of operation at wavelengths of 690 nm and 785 nm were shown, but the wavelengths used in the present invention are not limited to these. Wavelengths include 405 nm blue-violet, 460 nm blue, 530 nm green, 660 nm, high-power 1000 nm, 1300 nm, and 1550 nm wavelength bands for optical communication, or other wavelength bands such as lasers and Operation is possible as long as the photodetector is operable.
In the embodiment, the distance from the laser Doppler velocimeter to the rail is preferably 250 to 350 mm when mounted on a truck, and 500 to 700 mm when mounted on a vehicle body. ~50 mm, but the invention is not limited to these numerical ranges.
The distance projected by the member 100 (the distance between adjacent irradiation points on the object) is preferably 20 to 50 mm, preferably 30 to 45 mm.
本発明は、計測対象物の速度や長さ及び距離を非接触で正確に測ることができる。そのため、本発明は、製鉄業の圧延工程における鋼片の寸法計測や圧延工程などの速度制御、鉄道での列車等移動物体の正確な速度や走行距離の計測及びレール等の正確な速度や長さ計測、道路インフラでの検測車等移動物体の正確な速度や移動距離の計測、自動車関連での車両の正確な速度や走行軌跡の計測、エンジン・ウインドウ・ドア等の可動物の正確な速度や距離の計測、電力業界・航空業界・船舶業界におけるエンジン・発電機等回転物の正確な速度の計測、化学工業・建設業・製造業・食品業・医療関係などの産業機器での開発機器・製造製品・製造装置における物質・材料の正確な速度や長さの計測に適用することができる。また、流体の流速や血流速の計測にも適用することができる。 The present invention can accurately measure the speed, length, and distance of an object to be measured without contact. Therefore, the present invention can be used for measuring the dimensions of billets in the rolling process of the steel industry, controlling the speed of the rolling process, etc., accurately measuring the speed and travel distance of moving objects such as trains in railways, and accurately measuring the speed and length of rails and the like. Accurate measurement of speed and travel distance of moving objects such as inspection vehicles for road infrastructure Accurate measurement of speed and travel trajectory of vehicles related to automobiles Accurate measurement of moving objects such as engines, windows, and doors Speed and distance measurement, accurate speed measurement of rotating objects such as engines and generators in the electric power industry, aviation industry, and ship industry, development in industrial equipment such as the chemical industry, construction industry, manufacturing industry, food industry, medical industry, etc. It can be applied to accurately measure the velocity and length of substances and materials in equipment, manufactured products, and manufacturing equipment. It can also be applied to measurement of fluid flow velocity and blood flow velocity.
1 レーザ光源
2 コリメータレンズ
3 周波数シフト素子
4 偏光ビームスプリッタ
5 λ/2波長板
6 無偏光ビームスプリッタ
7 ミラー
8 レンズ
9 受光素子
10 増幅器
51 0次回折光
52 1次回折光
81、82、83、84 ミラー
85、86 λ/4波長板
91 発振器
92 高周波電流重畳回路
O 物体
R 鉄道レール
L 鉄道レール上面幅
W 鉄道レール上面の計測可能幅
n -1次光が照射する領域
m 0次光が照射する領域
p 1次光が照射する領域
q 2次光が照射する領域
M 基準位置
DIV レーザドップラ速度計
1 laser light source 2 collimator lens 3 frequency shift element 4 polarizing beam splitter 5 λ/2 wavelength plate 6 non-polarizing beam splitter 7 mirror 8 lens 9 light receiving element 10 amplifier 51 0th order diffracted light 52 1st order diffracted light 81, 82, 83, 84 mirror 85, 86 λ/4 wavelength plate 91 Oscillator 92 High-frequency current superimposition circuit O Object R Railway rail L Upper surface width of railway rail W Measurable width of upper surface of railway rail n Area irradiated with −1st order light m Area irradiated with 0th order light p Region irradiated with primary light q Region irradiated with secondary light M Reference position DIV Laser Doppler velocimeter
Claims (9)
前記レーザビームは物体及び/又は物体近傍の離間した複数箇所に向けて照射されること、を特徴とする差動型レーザドップラ速度計測装置。 In a differential laser Doppler velocity measurement device that irradiates an object with laser light and measures the moving speed of the object by receiving scattered light from the object, a laser light source and a collimator that converts the laser beam from the laser light source into a parallel beam a lens, a beam splitter that divides the parallel beam into two, a mirror that reflects at least one of the laser beams divided into two by the beam splitter to irradiate an object, and a mirror that collects scattered light from the object. an optical system including a lens;
A differential laser Doppler velocity measurement device, wherein the laser beam is directed toward an object and/or a plurality of spaced locations near the object.
A velocity measurement method using the laser Doppler velocity meter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022008983A JP2023107682A (en) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | Differential type laser doppler speed meter, railroad vehicle speed measuring method, member, laser doppler speed meter, and speed measuring method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7490207B1 (en) | 2024-02-05 | 2024-05-27 | アクト電子株式会社 | Laser Doppler Velocimeter |
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2022
- 2022-01-24 JP JP2022008983A patent/JP2023107682A/en active Pending
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