JP2572249B2 - Laser doppler velocimeter - Google Patents

Laser doppler velocimeter

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JP2572249B2
JP2572249B2 JP625288A JP625288A JP2572249B2 JP 2572249 B2 JP2572249 B2 JP 2572249B2 JP 625288 A JP625288 A JP 625288A JP 625288 A JP625288 A JP 625288A JP 2572249 B2 JP2572249 B2 JP 2572249B2
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frequency component
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transition frequency
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和彦 伊藤
伸矢 小林
毅 清野
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はレーザ光を移動体に照射し、その反射光を
受光して、移動物体の速度に比例した変移周波数成分を
取出し、その変移周波数成分の周期を測定するレーザド
ップラ速度計に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial application field" The present invention irradiates a moving object with laser light, receives reflected light thereof, extracts a moving frequency component proportional to the speed of the moving object, and obtains the moving frequency. The present invention relates to a laser Doppler velocimeter for measuring the period of a component.

「従来の技術」 従来のレーザドップラ速度計を第6図に示す。レーザ
光源11からのレーザ光は移動物体12に照射され、その反
射光が光電変換器13に受光されて電気信号に変換され
る。移動物体12に入射された光は移動物体12の速度に比
例した周波数変移を受ける。光電変換器13からその変移
周波数成分14のみが取出される。この変移周波数成分14
は波形整形回路15で方形波16に整形される。方形波16は
周期測定回路17へ供給され、その周期が、基準パルス発
生回路18からの基準パルスを計数して測定される。その
測定された周期は逆数演算器19で周波数に変換される。
FIG. 6 shows a conventional laser Doppler velocimeter. The laser light from the laser light source 11 is applied to the moving object 12, and the reflected light is received by the photoelectric converter 13 and converted into an electric signal. Light incident on the moving object 12 undergoes a frequency shift proportional to the speed of the moving object 12. Only the transition frequency component 14 is extracted from the photoelectric converter 13. This transition frequency component 14
Is shaped into a square wave 16 by a waveform shaping circuit 15. The square wave 16 is supplied to a period measuring circuit 17, and the period is measured by counting reference pulses from a reference pulse generating circuit 18. The measured cycle is converted into a frequency by the reciprocal calculator 19.

この従来のレーザドップラ速度計によれば変移周波数
成分の一周期ごとに出力が得られ、高速性に優れている
が、移動物体12よりの散乱光が微弱な流体などの場合、
1つ1つの波形が雑音によりぼけるため誤差が大きくな
る。
According to this conventional laser Doppler velocimeter, an output is obtained for each cycle of the transition frequency component, and the output is excellent, but in the case of a fluid or the like in which the scattered light from the moving object 12 is weak,
Since each waveform is blurred by noise, errors increase.

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば変移周波数成分の周期が周期測定カ
ウンタで測定され、更に変移周波数成分の各波が発生順
序カウンタで計数され、また時間経過がクロック・カウ
ンタで計数される。周期測定カウンタの測定ごとにその
測定値と、発生順序カウンタがクロックカウンタの各計
数値とが記憶回路に記憶される。その記憶回路が読出さ
れ、信頼できるデータについて演算処理が演算回路で施
される。
According to the present invention, the period of the transition frequency component is measured by the period measurement counter, each wave of the transition frequency component is counted by the generation order counter, and the time lapse is measured by the clock counter. Is counted. Each time the period measurement counter measures, the measured value and the count value of the generation order counter and the clock counter are stored in the storage circuit. The storage circuit is read, and arithmetic processing is performed on reliable data by the arithmetic circuit.

雑音などにより記憶回路に格納できる最短時間よりも
短い周期の波が来た時には、記憶回路から読出される発
生順序カウンタの計数値が飛んだ状態となり、その付近
のデータは信頼性がないものであることが理解される。
周期測定カウンタの計数値を積算した値に対し、クロッ
クカウンタの計数値が比例せず大きな値となった時は無
信号区間があったことがわかる。
When a wave having a cycle shorter than the shortest time that can be stored in the storage circuit comes due to noise or the like, the count value of the generation order counter read from the storage circuit is skipped, and data in the vicinity is unreliable. It is understood that there is.
When the count value of the clock counter is not proportional to the integrated value of the count value of the period measurement counter and becomes a large value, it can be understood that there is a non-signal section.

「実施例」 第1図はこの発明の実施例を示し、第6図と対応する
部分には同一符号を付けてある。この発明においては波
形整形回路15で波形整形された変移周波数成分は周期測
定カウンタ21へ供給され、変移周波数成分の周期が、基
準パルス発生回路18の基準パルスを計数して測定され
る。波形整形された変移周波数成分は発生順序カウンタ
22へ供給され、その波数が計数される。基準パルス発生
回路18の基準パルスがクロックカウンタ23で計数され
る。クロックカウンタ23で計数するパルスは基準パルス
を分周したものを用いてもよい。
"Embodiment" FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and portions corresponding to FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. In the present invention, the transition frequency component whose waveform has been shaped by the waveform shaping circuit 15 is supplied to the period measurement counter 21, and the period of the transition frequency component is measured by counting the reference pulse of the reference pulse generation circuit 18. Waveform shaped transition frequency component is generated order counter
It is supplied to 22 and its wave number is counted. The reference pulse of the reference pulse generation circuit 18 is counted by the clock counter 23. The pulse counted by the clock counter 23 may be obtained by dividing the reference pulse.

周期測定カウンタ21、発生順序カウンタ22、クロック
カウンタ23の各計数値は、変移周波数成分の各周期の区
切りでタイミングを合せて記憶回路24に記憶される。記
憶回路24は読出され、信頼されるデータ(周期測定カウ
ンタ21の計数値)が演算回路25へ供給されて演算処理さ
れる。
The count values of the period measurement counter 21, the generation order counter 22, and the clock counter 23 are stored in the storage circuit 24 at the same timing at each period of the transition frequency component. The storage circuit 24 is read, and the reliable data (the count value of the period measurement counter 21) is supplied to the arithmetic circuit 25, where the data is subjected to arithmetic processing.

例えば第2図に示すような波形整形された変移周波数
成分が入力されると、その各周期ごとに周期測定カウン
タ21で測定が行なわれ、また各波形の立上りで発生順序
カウンタ22が計数する。区間A,Bに示すように雑音が入
力されると、その周期が短かいため、各計数値を記憶回
路24へ記憶することはできない。しかし発生順序カウン
タ22ではその短い雑音も計数するため、記憶回路24の記
憶状態は第3図に示すようになる。この記憶状態を見る
と、発生順序カウンタ22の計数値が5から9,10から13へ
飛んでいることからこの位置で幅の狭い雑音が在ったこ
とが理解され、その前後のデータ、つまり周期測定カウ
ンタ21の計数値が信頼できない、従ってそのデータは演
算処理に利用しない。
For example, when a waveform-shaped transition frequency component as shown in FIG. 2 is input, measurement is performed by the period measurement counter 21 for each period, and the generation order counter 22 counts at the rise of each waveform. When noise is input as shown in the sections A and B, the count value cannot be stored in the storage circuit 24 because the cycle is short. However, since the generation order counter 22 also counts the short noise, the storage state of the storage circuit 24 is as shown in FIG. Looking at the stored state, the count value of the occurrence order counter 22 jumps from 5 to 9, 10 to 13, and it is understood that there is a narrow noise at this position. The count value of the period measurement counter 21 is not reliable, and therefore the data is not used for the arithmetic processing.

また波形整形された変移周波数成分が第4図に示すよ
うな場合は周期測定カウンタ21、発生順序カウンタ22、
クロックカウンタ23の各計数値は図に示すようになり、
これらのデータの記憶回路24への記憶は第5図に示すよ
うになる。この例ではクロックカウンタ23は、周期測定
カウンタ21が計数するクロックの2倍の周期のクロック
を計数している場合である。従ってクロックカウンタ23
の計数値の隣接するものの差は、周期測定カウンタ21の
対応する計数の2倍か、その2倍から±1した値とな
る。発生順序カウンタ22の計数値が2,3のそれぞれにお
いては周期測定カウンタ21の計数値の各計数値27,30
と、クロックカウンタ23の計数値とその直前の計数値と
の差(増加分)14,15がそれぞれほぼ比例しているが、
つまりほぼ2倍になっているが、発生順序カウンタ22の
計数値4において周期測定カウンタ21の計数値29と、ク
ロックカウンタ23の計数値の増加分72とが比例しなくな
り、つまりほぼ2倍の関係でなくなり、著しく大きくな
っている。このことから周期測定カウンタ21がオーバー
フローを起こした長い無信号時間があることが解り、そ
の直前のデータが信頼できないことであることが理解さ
れる。以上この発明による処理の考え方を述べたが、こ
れを実際に行うには、例えば第7図に示す処理手順によ
り行えばよい。
If the waveform-shaped transition frequency component is as shown in FIG. 4, the period measurement counter 21, the generation order counter 22,
Each count value of the clock counter 23 is as shown in the figure,
The storage of these data in the storage circuit 24 is as shown in FIG. In this example, the clock counter 23 counts a clock having a cycle twice as long as the clock counted by the cycle measurement counter 21. Therefore, the clock counter 23
Is twice the corresponding count of the period measurement counter 21, or ± 1 from the double. When the count value of the generation order counter 22 is 2, 3, the count value 27, 30 of the count value of the cycle measurement counter 21 is obtained.
And the differences (increases) 14, 15 between the count value of the clock counter 23 and the count value immediately before it are approximately proportional to each other.
That is, the count value 29 of the period measurement counter 21 and the increment 72 of the count value of the clock counter 23 are not proportional to the count value 4 of the generation order counter 22. It is no longer a relationship and has grown significantly. From this, it is understood that there is a long non-signal time in which the period measurement counter 21 has overflowed, and it is understood that the data immediately before that is unreliable. Although the concept of the processing according to the present invention has been described above, this may be actually performed by, for example, the processing procedure shown in FIG.

まずiを1に初期化し(S1)、i番目の発生順序カウ
ンタ22の計数値Ciに1を加えたものが、i+1番目の発
生順序カウンタ22の計数値Ci+1と等しいかを調べ
(S2)、等しければ、i番目の周期測定カウンタ21のデ
ータKiを正しいデータの候補とし、そうでない場合は短
かい周期の雑音があったとしてi番目及び前後のi−1
番目とi+1番目の各データKi,Ki-1,Ki+1を廃棄する
(S3)。ステップS2で正しいデータの候補とされた場合
は、i+1番目のクロックカウンタ23の計数値Ai+1から
i番目のクロックカウンタ23の計数値Aiを引いた値の2
倍が、i番目の周期測定カウンタ21のデータKiと等しい
か1だけの差(この実施例では基準パルス発生回路18の
パルスをクロックカウンタ23は周期測定カウンタ21の2
倍の周期で計数しているので1だけの誤差が生じる)の
あるかを調べ(S4)、この条件を満たしている場合は、
Kiを正しいデータとして選出し(S5)、そうでない場合
はKiを廃棄する(S3)。ステップS3又はS5の終了後iを
+1してステップS2に戻る(S6)。
First, i is initialized to 1 (S 1 ), and it is determined whether the value obtained by adding 1 to the count value Ci of the i- th generation order counter 22 is equal to the count value C i + 1 of the (i + 1) -th generation order counter 22. It examined (S 2), if they are equal, the i-th period measurement counter 21 data K i of correct data candidates, i-th and the front and rear of the i-1 as otherwise there noise short period
Th and (i + 1) -th each data K i, discards the K i-1, K i + 1 (S 3). If it is the correct data candidates in step S 2, 2 from the count value A i + 1 of the i + 1 th clock counter 23 of the i-th value obtained by subtracting the count value A i clock counter 23
The double is equal to or equal to the data K i of the i-th period measurement counter 21 (in this embodiment, the pulse of the reference pulse generation circuit 18 is used by the clock counter 23 to calculate the pulse of the period measurement counter 21).
(Since counting is performed twice, an error of only one occurs.) (S 4 ), and if this condition is satisfied,
Elected K i as the correct data (S 5), otherwise discard the K i (S 3). Step S 3 or S 5 of the completion after i is incremented by returning to the step S 2 (S 6).

演算回路25で行われる処理としてはフィルタリング処
理、平均化処理、相関処理、逆数演算処理などが挙げら
れる。
The processing performed by the arithmetic circuit 25 includes filtering processing, averaging processing, correlation processing, reciprocal operation processing, and the like.

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明のよれば記憶回路24へ格納
できる最短時間よりも短い周期の雑音が来た状態が、記
憶回路24の記憶内容から知ることができ、同様に長い無
信号区間も記憶回路24の記憶内容から知ることができ、
これらの信頼性が悪いデータを除去することができ、従
って高速度に信頼性の高い測定を行うことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the state in which noise having a cycle shorter than the shortest time that can be stored in the storage circuit 24 can be known from the storage content of the storage circuit 24, The no-signal section can also be known from the storage content of the storage circuit 24,
These unreliable data can be filtered out, and thus reliable measurements can be made at high speed.

なお、光電変換器13の出力波形をサンプリングしてデ
ジタル化し、そのデジタル波形を記憶した後、フーリエ
変換などの演算を行って周波数分析を行うことが考えら
れるが、この場合は大容量のメモリを必要とし、演算回
路の負担も大きい。しかしこの発明では両者を低減し、
しかも高速度の周波数分析が可能である。
Note that it is conceivable that the output waveform of the photoelectric converter 13 is sampled and digitized, the digital waveform is stored, and then an operation such as Fourier transform is performed to perform frequency analysis.In this case, a large-capacity memory is required. Required, and the load on the arithmetic circuit is large. However, this invention reduces both,
Moreover, high-speed frequency analysis is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明によるレーザドップラ速度計の実施例
を示すブロック図、第2図は変移周波数成分と周期測定
カウンタ及び発生順序カウンタの各計数値との関係を示
す図、第3図は第2図の例に対する記憶回路24の記憶例
を示す図、第4図は変調周波数成分と周期測定カウン
タ、発生順序カウンタ及びクロックカウンタの各計数値
との関係を示す図、第5図は第4図の例に対する記憶回
路の記憶例を示す図、第6図は従来のレーザドップラ速
度計の実施例を示すブロック図、第7図は演算回路25の
処理手順を示す流れ図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a laser Doppler velocimeter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between a transition frequency component and each count value of a period measurement counter and a generation order counter, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a storage example of the storage circuit 24 with respect to the example of FIG. 2, FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a modulation frequency component and each count value of a period measurement counter, a generation order counter and a clock counter, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of storage in a storage circuit for the example shown in FIG. 6, FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional laser Doppler velocimeter, and FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−90772(JP,A) 特開 昭52−151073(JP,A) 特開 昭50−31868(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-90772 (JP, A) JP-A-52-151073 (JP, A) JP-A-50-31868 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光源からのレーザ光を移動物体に照
射し、その反射光を受光して、移動物体の速度に比例し
た変移周波数成分を取り出し、その変移周波数成分の周
期を測定するレーザドップラ速度計において、 上記変移周波数成分の周期を測定する周期測定カウンタ
と、 上記変移周波数成分の各波を計数する発生順序カウンタ
と、 時間経過を計数するクロックカウンタと、 上記周期測定カウンタの測定ごとにその測定値、上記発
生順序カウンタ及びクロックカウンタの各計数値が記憶
される記憶回路と、 その記憶回路の記憶を読み出し、上記波数の計数値の変
化の正常性から、また上記各測定周期と対応する隣接上
記クロックカウンタの計数値の増加値との対比から、信
頼できるデータを選出してその選出データについて演算
処理を行う演算回路とを具備することを特徴とするレー
ザドップラ速度計。
A laser Doppler for irradiating a moving object with laser light from a laser light source, receiving reflected light thereof, extracting a transition frequency component proportional to the speed of the moving object, and measuring a period of the transition frequency component. In the speedometer, a period measurement counter that measures the period of the transition frequency component, a generation order counter that counts each wave of the transition frequency component, a clock counter that counts the passage of time, A storage circuit for storing the measured values, the count values of the generation order counter and the clock counter, and reading out the storage of the storage circuit, from the normality of the change in the count value of the wave number, and corresponding to each of the measurement periods. The reliable data is selected from the comparison with the increase value of the count value of the adjacent clock counter, and the arithmetic processing is performed on the selected data. Laser Doppler velocimeter, characterized by comprising a Cormorant arithmetic circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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