JP2689503B2 - レーザードップラー速度計 - Google Patents
レーザードップラー速度計Info
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- JP2689503B2 JP2689503B2 JP18919688A JP18919688A JP2689503B2 JP 2689503 B2 JP2689503 B2 JP 2689503B2 JP 18919688 A JP18919688 A JP 18919688A JP 18919688 A JP18919688 A JP 18919688A JP 2689503 B2 JP2689503 B2 JP 2689503B2
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- Japan
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- signal
- light beam
- frequency
- sinω
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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、レーザードップラー速度計に関するもの
で、特に、光ビームの基板端面での不要反射により生じ
る不要な周波数成分の除去に係わる。
で、特に、光ビームの基板端面での不要反射により生じ
る不要な周波数成分の除去に係わる。
この発明は、レーザー光源から射出された光ビームを
被測定対象に照射してその反射光ビームを得るととも
に、光ビームを光変調器に入射して参照光ビームを得、
参照光ビーム及び反射光ビームに基づいて、被測定対象
の速度を測定するようになされたレーザードップラー速
度計において、光変調器に供給される変調信号に対応す
る信号の振幅と位相を制御して、参照ビーム及び反射光
ビームに基づいて形成された電気信号からこの振幅と位
相を制御した信号を減算して不要成分を除去するように
することにより、被測定対象の移動速度を正確に測定で
きるようにしたものである。
被測定対象に照射してその反射光ビームを得るととも
に、光ビームを光変調器に入射して参照光ビームを得、
参照光ビーム及び反射光ビームに基づいて、被測定対象
の速度を測定するようになされたレーザードップラー速
度計において、光変調器に供給される変調信号に対応す
る信号の振幅と位相を制御して、参照ビーム及び反射光
ビームに基づいて形成された電気信号からこの振幅と位
相を制御した信号を減算して不要成分を除去するように
することにより、被測定対象の移動速度を正確に測定で
きるようにしたものである。
レーザードップラー速度計は、被測定対象に光ビーム
を照射すると、ドップラー効果により、被測定対象の速
度に応じて周波数が偏移する反射光ビームが得られるこ
とを利用して、被測定対象の速度を測定するようにした
ものである。
を照射すると、ドップラー効果により、被測定対象の速
度に応じて周波数が偏移する反射光ビームが得られるこ
とを利用して、被測定対象の速度を測定するようにした
ものである。
このようなレーザードップラー速度計として、例えば
特願昭63−217464号明細書に、例えばLiNbO3の誘電体基
板上に、Ti拡散光導波路及び光変調器を形成するように
したものが示されている。
特願昭63−217464号明細書に、例えばLiNbO3の誘電体基
板上に、Ti拡散光導波路及び光変調器を形成するように
したものが示されている。
すなわち、このような誘電体基板上に光導波路及び光
変調器を形成するようにしたレーザードップラー速度計
においては、光変調器に鋸歯状波信号或いは正弦波信号
が印加され、そして、レーザー光源から照射された光ビ
ームが誘電体基板上の導波路を介して伝えられる。この
導波路を介して伝えられる光ビームは、光変調器で鋸歯
状波信号或いは正弦波信号により周波数偏移されるとと
もに、誘電体基板の端部から出射され、被測定対象に照
射される。これにより、被測定対象の速度に応じて周波
数偏移される反射光ビームが得られる。このように、光
変調器に印加される鋸歯状波信号或いは正弦波信号によ
り周波数偏移された光ビームと、被測定対象の速度に応
じて周波数偏移された光ビームとを干渉させることによ
り、被測定対象の速度に応じた信号が形成される。すな
わち、光変調器に鋸歯状波信号を印加した場合には、光
変調器により周波数偏移された光ビームと、被測定対象
の速度に応じて周波数偏移された光ビームとを干渉させ
て得られる信号をFM復調することにより、被測定対象の
速度に応じた信号が得られる。光変調器に正弦波信号を
印加した場合には、光変調により周波数偏移された光ビ
ームと、被測定対象の速度に応じて周波数偏移された光
ビームとを干渉させて得られる信号を、信号処理した後
にFM復調することにより、被測定対象の速度に応じた信
号が得られる。
変調器を形成するようにしたレーザードップラー速度計
においては、光変調器に鋸歯状波信号或いは正弦波信号
が印加され、そして、レーザー光源から照射された光ビ
ームが誘電体基板上の導波路を介して伝えられる。この
導波路を介して伝えられる光ビームは、光変調器で鋸歯
状波信号或いは正弦波信号により周波数偏移されるとと
もに、誘電体基板の端部から出射され、被測定対象に照
射される。これにより、被測定対象の速度に応じて周波
数偏移される反射光ビームが得られる。このように、光
変調器に印加される鋸歯状波信号或いは正弦波信号によ
り周波数偏移された光ビームと、被測定対象の速度に応
じて周波数偏移された光ビームとを干渉させることによ
り、被測定対象の速度に応じた信号が形成される。すな
わち、光変調器に鋸歯状波信号を印加した場合には、光
変調器により周波数偏移された光ビームと、被測定対象
の速度に応じて周波数偏移された光ビームとを干渉させ
て得られる信号をFM復調することにより、被測定対象の
速度に応じた信号が得られる。光変調器に正弦波信号を
印加した場合には、光変調により周波数偏移された光ビ
ームと、被測定対象の速度に応じて周波数偏移された光
ビームとを干渉させて得られる信号を、信号処理した後
にFM復調することにより、被測定対象の速度に応じた信
号が得られる。
このような従来のレーザードップラー速度計では、FM
復調する前の信号中（光変調器に鋸歯波信号を印加した
場合には光変調器の出力信号中、光変調器に正弦波信号
を印加した場合には信号処理後の信号中）に、搬送波成
分のスペクトラムが強く現れる場合がある。これは、誘
電体基板上の光導波路を介して伝えられ誘電体基板の端
部から出射され被測定対象に照射されるべき光ビームの
一部が、誘電体基板端部で反射されることによるものと
考えられる。被測定対象の速度に応じたFM変調信号を得
るためには、このような基板端部での不要反射の影響に
よる搬送波成分を除去する必要がある。
復調する前の信号中（光変調器に鋸歯波信号を印加した
場合には光変調器の出力信号中、光変調器に正弦波信号
を印加した場合には信号処理後の信号中）に、搬送波成
分のスペクトラムが強く現れる場合がある。これは、誘
電体基板上の光導波路を介して伝えられ誘電体基板の端
部から出射され被測定対象に照射されるべき光ビームの
一部が、誘電体基板端部で反射されることによるものと
考えられる。被測定対象の速度に応じたFM変調信号を得
るためには、このような基板端部での不要反射の影響に
よる搬送波成分を除去する必要がある。
したがって、この発明の目的は、復調前の信号中に含
まれている不要な周波数成分を取り除くことができ、被
測定対象の速度に応じた信号を正確に得ることができる
レーザードップラー速度計を提供することにある。
まれている不要な周波数成分を取り除くことができ、被
測定対象の速度に応じた信号を正確に得ることができる
レーザードップラー速度計を提供することにある。
この発明は、レーザー光源から射出された光ビームを
被測定対象に照射してその反射光ビームを得るととも
に、光ビームを光変調器に入射して参照光ビームを得、
参照光ビーム及び反射光ビームに基づいて、被測定対象
の速度を測定するようになされたレーザードップラー速
度計において、 光変調器に供給される変調信号に対応する信号の振幅
と位相を制御して、参照ビーム及び反射光ビームに基づ
いて形成された信号から振幅と位相を制御した光変調器
に供給する信号に対応するした信号を減算して不要成分
を除去するようにしたレーザードップラー速度計であ
る。
被測定対象に照射してその反射光ビームを得るととも
に、光ビームを光変調器に入射して参照光ビームを得、
参照光ビーム及び反射光ビームに基づいて、被測定対象
の速度を測定するようになされたレーザードップラー速
度計において、 光変調器に供給される変調信号に対応する信号の振幅
と位相を制御して、参照ビーム及び反射光ビームに基づ
いて形成された信号から振幅と位相を制御した光変調器
に供給する信号に対応するした信号を減算して不要成分
を除去するようにしたレーザードップラー速度計であ
る。
光変調器に供給する信号に対応する信号の振幅と位相
を制御し、復調前の信号と加算することにより、復調前
の信号中に含まれる不要な周波数成分を取り除くことが
できる。
を制御し、復調前の信号と加算することにより、復調前
の信号中に含まれる不要な周波数成分を取り除くことが
できる。
以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。
する。
第１図において、１は全体としてレーザードップラー
速度計を示し、駆動回路２によって駆動されるスピーカ
３の振動面を被測定対象として、その振動速度を測定す
るようになされたものである。
速度計を示し、駆動回路２によって駆動されるスピーカ
３の振動面を被測定対象として、その振動速度を測定す
るようになされたものである。
第１図において、レーザー光源４から射出された光ビ
ームL1は、誘電体基板５上に形成された導波路６、分岐
部７、導波路８を介して分岐部９に導かれ、導波路10及
び11に分岐される。
ームL1は、誘電体基板５上に形成された導波路６、分岐
部７、導波路８を介して分岐部９に導かれ、導波路10及
び11に分岐される。
光変調器12は、基板５上に形成された導波路13を間に
挟んで電極14が形成されるようになされており、この導
波路13の一端が導波路11に接続されるとともに他端が、
ミラー部15が形成された基板５の端面に導かれるように
なされている。
挟んで電極14が形成されるようになされており、この導
波路13の一端が導波路11に接続されるとともに他端が、
ミラー部15が形成された基板５の端面に導かれるように
なされている。
分岐部９で分岐されて光変調器12に入射された光ビー
ムは、ミラー部15で反射された後、再び光変調器12を介
して射出される。その結果光変調器12を介して得られる
参照光ビームL3は、導波路11、分岐部９、導波路８、分
岐部７を戻り、導波路20を介してPINホトダイオードで
なる光検出素子21に入射されるようになされている。
ムは、ミラー部15で反射された後、再び光変調器12を介
して射出される。その結果光変調器12を介して得られる
参照光ビームL3は、導波路11、分岐部９、導波路８、分
岐部７を戻り、導波路20を介してPINホトダイオードで
なる光検出素子21に入射されるようになされている。
光変調器12においては、駆動回路22により印加される
電極14間の印加電圧に応じて導波路の屈折率が変化する
ことから、入射光ビームに対して印加電圧に比例して位
相が変化した射出光ビームを得ることができる。
電極14間の印加電圧に応じて導波路の屈折率が変化する
ことから、入射光ビームに対して印加電圧に比例して位
相が変化した射出光ビームを得ることができる。
したがってこの印加電圧V1を、次式 V1＝at ……（１） の関係式で表されるように、電圧増加率ａで単調増加す
るようにすれば、入射光ビームL1の角周波数を値ω１と
おき、振幅値を値E1、比例定数を値ｋとおいて、次式 A1(t)＝E1cos（ω1t＋kat） ＝E1cos（ω１＋ka）ｔ ……（２） の関係式で表される値kaだけ周波数が偏移した電界強度
A1(t)の参照光ビームを得ることができる。
るようにすれば、入射光ビームL1の角周波数を値ω１と
おき、振幅値を値E1、比例定数を値ｋとおいて、次式 A1(t)＝E1cos（ω1t＋kat） ＝E1cos（ω１＋ka）ｔ ……（２） の関係式で表される値kaだけ周波数が偏移した電界強度
A1(t)の参照光ビームを得ることができる。
したがって第２図に示すように、電極間に鋸歯状波信
号S1を印加してこの鋸歯状波信号S1の最大電位差Vmax及
び最小電位差Vminとの間で入射光ビームに対して参照光
ビームの位相差が360゜変化するように設定すれば、鋸
歯状波信号S1の繰り返し周波数を角周波数ω２で表し、
振幅値を値E2とおいて、次式 A2(t)＝E2cos（ω１＋ω２）ｔ ……（３） の関係式で表される角周波数ω２だけ周波数が偏移した
電界強度A2(t)の参照光ビームL3を得ることができる。
号S1を印加してこの鋸歯状波信号S1の最大電位差Vmax及
び最小電位差Vminとの間で入射光ビームに対して参照光
ビームの位相差が360゜変化するように設定すれば、鋸
歯状波信号S1の繰り返し周波数を角周波数ω２で表し、
振幅値を値E2とおいて、次式 A2(t)＝E2cos（ω１＋ω２）ｔ ……（３） の関係式で表される角周波数ω２だけ周波数が偏移した
電界強度A2(t)の参照光ビームL3を得ることができる。
これに対して導波路10に導かれた光ビームL1は、基板
５の端面に取り付けられたセルフォックマイクロレンズ
23を介してスピーカ３の振動面に照射され、その結果得
られる反射光ビームL4がセルフォックマイクロレンズ2
3、導波路10、分岐部９、導波路８、分岐部７を戻った
後、導波路20を介して光検出素子21に入射されるように
なされている。
５の端面に取り付けられたセルフォックマイクロレンズ
23を介してスピーカ３の振動面に照射され、その結果得
られる反射光ビームL4がセルフォックマイクロレンズ2
3、導波路10、分岐部９、導波路８、分岐部７を戻った
後、導波路20を介して光検出素子21に入射されるように
なされている。
反射光ビームL4は、被測定対象３の速度に応じて周波
数が偏移することから、この測定光ビーム及び参照光ビ
ームを光検出素子21に入射するようにすれば、光検出素
子21を介して参照光ビームを形成する際に用いた鋸歯状
波信号S1の周波数を中心周波数にして、被測定対象３の
速度に応じて周波数偏移する周波数変調信号を得ること
かできる。
数が偏移することから、この測定光ビーム及び参照光ビ
ームを光検出素子21に入射するようにすれば、光検出素
子21を介して参照光ビームを形成する際に用いた鋸歯状
波信号S1の周波数を中心周波数にして、被測定対象３の
速度に応じて周波数偏移する周波数変調信号を得ること
かできる。
光検出素子21の出力信号は、信号処理回路30で検出さ
れ、かくして、信号処理回路30で検出される光検出素子
21の出力信号を、鋸歯状波信号の周波数を中心周波数と
してFM復調することにより、被測定対象の速度を測定す
ることができる。
れ、かくして、信号処理回路30で検出される光検出素子
21の出力信号を、鋸歯状波信号の周波数を中心周波数と
してFM復調することにより、被測定対象の速度を測定す
ることができる。
ところが、導波路10に導かれた光ビームL1は、基板５
の端面に取りつけられたセルフォックレンズ23を介して
スピーカ３の振動面に照射されるとともに、この光ビー
ムL1が基板５の端面で反射される。このような不要な反
射により、光検出素子21の出力信号中には、搬送波周波
数のスペクトルが強いレベルで現れる。このため、信号
処理回路30から得られる信号は、この搬送波周波数成分
による妨害を受ける。
の端面に取りつけられたセルフォックレンズ23を介して
スピーカ３の振動面に照射されるとともに、この光ビー
ムL1が基板５の端面で反射される。このような不要な反
射により、光検出素子21の出力信号中には、搬送波周波
数のスペクトルが強いレベルで現れる。このため、信号
処理回路30から得られる信号は、この搬送波周波数成分
による妨害を受ける。
このような不要な反射による妨害成分を除去するため
に、ゲインが任意に設定可能な可変アンプ31、180度位
相を変化させる位相回路32、減算回路33が設けられてい
る。
に、ゲインが任意に設定可能な可変アンプ31、180度位
相を変化させる位相回路32、減算回路33が設けられてい
る。
すなわち、駆動回路22から出力される鋸歯状波信号S1
の周波数に対応できる正弦波信号S1′が可変アンプ31及
び180度移相回路32を介される。これにより、信号処理
回路30からの出力信号中の不要な反射成分の振幅に対応
し、位相が180度異なった信号が得られる。この信号が
加算回路33に供給される。
の周波数に対応できる正弦波信号S1′が可変アンプ31及
び180度移相回路32を介される。これにより、信号処理
回路30からの出力信号中の不要な反射成分の振幅に対応
し、位相が180度異なった信号が得られる。この信号が
加算回路33に供給される。
加算回路33で、信号処理回路30の出力信号と、可変ア
ンプ31、移相回路32を介された駆動回路22の出力信号
S1′とが加算される。これにより、光検出素子21の出力
信号中に含まれる基板５の端面での不要反射に起因する
搬送波信号成分が除去される。このように、不要な反射
による搬送波成分が除去された信号がFM復調回路34に供
給される。このFM復調回路34の出力からスピーカ３の振
動面の変位を測定することができ、これに基づいて振動
面の振動速度を測定することができる。
ンプ31、移相回路32を介された駆動回路22の出力信号
S1′とが加算される。これにより、光検出素子21の出力
信号中に含まれる基板５の端面での不要反射に起因する
搬送波信号成分が除去される。このように、不要な反射
による搬送波成分が除去された信号がFM復調回路34に供
給される。このFM復調回路34の出力からスピーカ３の振
動面の変位を測定することができ、これに基づいて振動
面の振動速度を測定することができる。
第３図はこの発明の他の実施例を示すものである。第
３図に示す実施例において、前述の第１の実施例との対
応部分には同一符号が付されている。
３図に示す実施例において、前述の第１の実施例との対
応部分には同一符号が付されている。
この実施例では、光変調器12に印加する信号として、
鋸歯状波信号に代えて正弦波信号を用いるようにしてい
る。
鋸歯状波信号に代えて正弦波信号を用いるようにしてい
る。
すなわち、第３図において光変調器12を構成する電極
14が駆動回路22に接続される。この駆動回路22に供給さ
れる基準信号SCに基づいて、波高値を値Ｖ、角周波数を
値ω３とおいて、次式 V(t)＝Vsinω3t ……（４） の関係式で表される信号レベルV(t)の正弦波信号S2が、
光変調器12における電極14に印加されるようになされて
いる。
14が駆動回路22に接続される。この駆動回路22に供給さ
れる基準信号SCに基づいて、波高値を値Ｖ、角周波数を
値ω３とおいて、次式 V(t)＝Vsinω3t ……（４） の関係式で表される信号レベルV(t)の正弦波信号S2が、
光変調器12における電極14に印加されるようになされて
いる。
その結果光変調器12を介して得られる参照光ビームLA
3において、複素振幅E3(t)は、光ビームLA1の波長を値
λ、電極14の間隔及び長さをそれぞれ値ｄ及びＬ、基板
５の屈折率を値ｎ、電気光学定数を値ｒとおいて、次式 で表される値B1を用いるとともに初期位相を値φ３、振
幅値を値E3とおいて、次式 E3(t) ＝E3exp｛ｊ・（ω1t＋B1sinω3t＋φ３）｝……（６） の関係式で表すことができる。
3において、複素振幅E3(t)は、光ビームLA1の波長を値
λ、電極14の間隔及び長さをそれぞれ値ｄ及びＬ、基板
５の屈折率を値ｎ、電気光学定数を値ｒとおいて、次式 で表される値B1を用いるとともに初期位相を値φ３、振
幅値を値E3とおいて、次式 E3(t) ＝E3exp｛ｊ・（ω1t＋B1sinω3t＋φ３）｝……（６） の関係式で表すことができる。
すなわち、光変調器12に正弦波信号S2を印加すること
により、この正弦波信号S2の信号レベルに対応して、入
射光ビームLA1に対して周波数が正弦波状に偏移する参
照光ビームLA3を得ることができる。
により、この正弦波信号S2の信号レベルに対応して、入
射光ビームLA1に対して周波数が正弦波状に偏移する参
照光ビームLA3を得ることができる。
これに対して導波路10に導かれた光ビームLA1は、基
板５の端面に取り付けられたセルフォックマイクロレン
ズ23を介してスピーカ３の振動面に照射され、その結果
得られる反射光ビームLA4がセルフォックマイクロレン
ズ23、導波路10、分岐部９、導波路８、分岐部７を戻っ
た後、導波路20を介して光検出素子21に入射されるよう
になされている。
板５の端面に取り付けられたセルフォックマイクロレン
ズ23を介してスピーカ３の振動面に照射され、その結果
得られる反射光ビームLA4がセルフォックマイクロレン
ズ23、導波路10、分岐部９、導波路８、分岐部７を戻っ
た後、導波路20を介して光検出素子21に入射されるよう
になされている。
したがって、測定光ビームLA4の複素振幅E4(t)におい
ては、スピーカ３における振動面の変位A(t)を、振幅値
を値Ａ、角周波数を値ω４とおいて、次式 A(t)＝Asinω4t ……（７） の関係式で表すと、これに対応して、次式 ２πf4＝ω４ ……（９） の関係式で表される値A1を用いるとともに初期位相を値
φ４、振幅値を値E4とおいて、次式 E4(t) ＝E4exp｛ｊ・（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝……（10） の関係式で表すことができる。
ては、スピーカ３における振動面の変位A(t)を、振幅値
を値Ａ、角周波数を値ω４とおいて、次式 A(t)＝Asinω4t ……（７） の関係式で表すと、これに対応して、次式 ２πf4＝ω４ ……（９） の関係式で表される値A1を用いるとともに初期位相を値
φ４、振幅値を値E4とおいて、次式 E4(t) ＝E4exp｛ｊ・（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝……（10） の関係式で表すことができる。
したがってPINダイオードで構成された光検出素子21
で、参照光ビームLA3及び測定光ビームLA4を受光するこ
とにより、２乗検波した出力信号S0が得られ、（６）式
及び（10）式に基づいて、次式 S0(t) ＝|E3(t)＋E4(t)|2 ＝｛E3cos（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋E4cos（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝２ ＋｛E3sin（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋E4sin（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝２ ＝E3 2｛cos2（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋sin2（ω1t＋B1sinω3t＋φ３）｝ ＋E4 2｛cos2（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＋sin2（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝ ＋E3・E4cos（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ・cos（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＋E3・E4sin（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ・sin（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＝E3 2＋E4 2 ＋2E3・E4cos（B1sinω3t−A1sinω4t＋Δφ） ……（11） Δφ＝φ３−φ４ ……（12） の関係式で表される信号レベルS0(t)の出力信号S0を得
ることができる。
で、参照光ビームLA3及び測定光ビームLA4を受光するこ
とにより、２乗検波した出力信号S0が得られ、（６）式
及び（10）式に基づいて、次式 S0(t) ＝|E3(t)＋E4(t)|2 ＝｛E3cos（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋E4cos（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝２ ＋｛E3sin（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋E4sin（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝２ ＝E3 2｛cos2（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ＋sin2（ω1t＋B1sinω3t＋φ３）｝ ＋E4 2｛cos2（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＋sin2（ω1t＋A1sinω4t＋φ４）｝ ＋E3・E4cos（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ・cos（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＋E3・E4sin（ω1t＋B1sinω3t＋φ３） ・sin（ω1t＋A1sinω4t＋φ４） ＝E3 2＋E4 2 ＋2E3・E4cos（B1sinω3t−A1sinω4t＋Δφ） ……（11） Δφ＝φ３−φ４ ……（12） の関係式で表される信号レベルS0(t)の出力信号S0を得
ることができる。
このことは、振幅値E3及びE4の２乗和に比例した信号
レベルの直流成分（すなわち右辺第１項及び第２項でな
る）に右辺第３項の交流成分でなる信号成分が重畳され
て出力されることを意味する。
レベルの直流成分（すなわち右辺第１項及び第２項でな
る）に右辺第３項の交流成分でなる信号成分が重畳され
て出力されることを意味する。
したがって（13）式右辺第３項について余弦関数部分
だけを抽出して、次式 ω４≪ω３ ……（13） とおくと、次式 cos（B1sinω3t−A1sinω4t＋Δφ） ＝cos（B1sinω3t）・cos（A1sinω4t−Δφ） ＋sin（B1sinω3t・sin（A1sinω4t−Δφ）……（14） で表される関係式に展開することができる。したがって
（14）式は、ノイマンの公式に基づいて展開することが
でき、その結果この余弦関数部分は、次式 の関係式に展開することができる。
だけを抽出して、次式 ω４≪ω３ ……（13） とおくと、次式 cos（B1sinω3t−A1sinω4t＋Δφ） ＝cos（B1sinω3t）・cos（A1sinω4t−Δφ） ＋sin（B1sinω3t・sin（A1sinω4t−Δφ）……（14） で表される関係式に展開することができる。したがって
（14）式は、ノイマンの公式に基づいて展開することが
でき、その結果この余弦関数部分は、次式 の関係式に展開することができる。
すなわち、光検出素子21を介して得られる出力信号S0
においては、電極14に印加した正弦波信号S1の角周波数
ω３を基本周波数にして、その高調波成分が得られると
ともに、高調波成分のサイドバンドにスピーカ３におけ
る振動面の振動速度情報が含まれていることが解る。
においては、電極14に印加した正弦波信号S1の角周波数
ω３を基本周波数にして、その高調波成分が得られると
ともに、高調波成分のサイドバンドにスピーカ３におけ
る振動面の振動速度情報が含まれていることが解る。
この実施例においては、かかる出力信号S0から基本周
波数成分及びその２倍の周波数成分とを抽出して、振動
速度を測定するようになされている。
波数成分及びその２倍の周波数成分とを抽出して、振動
速度を測定するようになされている。
すなわちバンドパスフィルタ回路40は、光検出素子21
の出力信号S0を受ける中心周波数が正弦波信号S1の角周
波数ω３のバンドパスフィルタ回路で構成され、その結
果このバンドパスフィルタ回路40を介して、（11）式及
び（14）式から、次式 S3(t)＝2J1（B1）E3・E4sinω3t・sin（A1sinω4t−Δ
φ） ＝J1（B1）E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δ
φ）｝ −cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ……（16） の関係式で表される信号レベルS3(t)の出力信号S3を得
ることができる。
の出力信号S0を受ける中心周波数が正弦波信号S1の角周
波数ω３のバンドパスフィルタ回路で構成され、その結
果このバンドパスフィルタ回路40を介して、（11）式及
び（14）式から、次式 S3(t)＝2J1（B1）E3・E4sinω3t・sin（A1sinω4t−Δ
φ） ＝J1（B1）E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δ
φ）｝ −cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ……（16） の関係式で表される信号レベルS3(t)の出力信号S3を得
ることができる。
これに対してバンドパスフィルタ回路41は、光検出素
子21の出力信号S0を受ける中心周波数が正弦波信号S2の
角周波数ω３に対して２倍の角周波数２ω３のバンドパ
スフィルタ回路で構成され、その結果（11）式及び（1
4）式から、次式 S4(t) ＝2J2（B1）E3・E4cos2ω3t・cos（A1sinω4t−Δφ） ＝J2（B1）E3・E4・［cos｛２ω3t−（A1sinω4t−Δ
φ）｝ ＋cos｛２ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ……（17） の関係式で表される信号レベルS4(t)の出力信号S4を得
ることができる。
子21の出力信号S0を受ける中心周波数が正弦波信号S2の
角周波数ω３に対して２倍の角周波数２ω３のバンドパ
スフィルタ回路で構成され、その結果（11）式及び（1
4）式から、次式 S4(t) ＝2J2（B1）E3・E4cos2ω3t・cos（A1sinω4t−Δφ） ＝J2（B1）E3・E4・［cos｛２ω3t−（A1sinω4t−Δ
φ）｝ ＋cos｛２ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ……（17） の関係式で表される信号レベルS4(t)の出力信号S4を得
ることができる。
乗算回路42は、基準信号SCとともに出力信号S4を受
け、その乗算出力信号を中心周波数が正弦波信号S1の角
周波数ω３に設定されたバンドパスフィルタ回路33を介
して出力する。
け、その乗算出力信号を中心周波数が正弦波信号S1の角
周波数ω３に設定されたバンドパスフィルタ回路33を介
して出力する。
したがって、バンドパスフィルタ回路43を介して（1
7）式で表される中心周波数が正弦波信号の２倍の角周
波数２ω３でなる信号成分が、角周波数ω３に低周波変
換されて、次式 の関係式で表される信号レベルS5(t)の出力信号S5を得
ることができる。
7）式で表される中心周波数が正弦波信号の２倍の角周
波数２ω３でなる信号成分が、角周波数ω３に低周波変
換されて、次式 の関係式で表される信号レベルS5(t)の出力信号S5を得
ることができる。
増幅回路45及び位相回路46と、増幅回路47及び位相回
路48は、それぞれバンドパスフィルタ回路40及び43の出
力信号S3及びS5の信号レベルが等しくなるように、この
出力信号S3及びS5を増幅した後、位相合わせして加算回
路49に出力する。
路48は、それぞれバンドパスフィルタ回路40及び43の出
力信号S3及びS5の信号レベルが等しくなるように、この
出力信号S3及びS5を増幅した後、位相合わせして加算回
路49に出力する。
その結果、加算回路49を介して、定数Ｃ及びC1（C1＝
2C）を用いて、（16）式及び（18）式から、次式 S6(t) ＝Ｃ・E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ −cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ＋Ｃ・E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ ＋cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ＝C1・E3・E4・cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ ……（19） の関係式で表される信号レベルS6(t)の出力信号S6を得
ることができる。
2C）を用いて、（16）式及び（18）式から、次式 S6(t) ＝Ｃ・E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ −cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ＋Ｃ・E3・E4・［cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ ＋cos｛ω3t＋（A1sinω4t−Δφ）｝］ ＝C1・E3・E4・cos｛ω3t−（A1sinω4t−Δφ）｝ ……（19） の関係式で表される信号レベルS6(t)の出力信号S6を得
ることができる。
かくして（19）式から、出力信号S6においては、正弦
波信号S2の角周波数ω３を中心周波数にして、スピーカ
３の変位に応じて周波数が偏移した周波数変調信号が得
られる。
波信号S2の角周波数ω３を中心周波数にして、スピーカ
３の変位に応じて周波数が偏移した周波数変調信号が得
られる。
この周波数変調信号中には、不要な反射により搬送波
周波数ω３のスペクトルが強いレベルで現れる。このよ
うな妨害成分を除去するために、可変アンプ31、移相回
路32、減算回路33が設けられている。
周波数ω３のスペクトルが強いレベルで現れる。このよ
うな妨害成分を除去するために、可変アンプ31、移相回
路32、減算回路33が設けられている。
駆動回路22から出力される正弦波信号S2が可変アンプ
31及び180度移相回路32を介される。これにより、信号
処理回路30からの出力信号中の不要な反射成分の振幅に
対応し、位相が180度異なった信号が得られる。この信
号が加算回路33に供給される。
31及び180度移相回路32を介される。これにより、信号
処理回路30からの出力信号中の不要な反射成分の振幅に
対応し、位相が180度異なった信号が得られる。この信
号が加算回路33に供給される。
加算回路33で、信号処理回路30の出力信号と可変アン
プ31、移相回路32を介された駆動回路22の出力信号S2と
が加算される。これにより、光検出素子21の出力信号中
に含まれる基板５の端面での不要反射に起因する搬送波
信号成分ω３が除去される。このように、不要な反射に
よる搬送波成分が除去された信号がFM復調回路34に供給
される。このFM復調信号34の出力からスピーカ３の振動
面の変位を測定することができ、これに基づいて振動面
の振動速度を測定することができる。
プ31、移相回路32を介された駆動回路22の出力信号S2と
が加算される。これにより、光検出素子21の出力信号中
に含まれる基板５の端面での不要反射に起因する搬送波
信号成分ω３が除去される。このように、不要な反射に
よる搬送波成分が除去された信号がFM復調回路34に供給
される。このFM復調信号34の出力からスピーカ３の振動
面の変位を測定することができ、これに基づいて振動面
の振動速度を測定することができる。
なお上述の実施例においては、光検出素子の出力信号
から正弦波信号の角周波数でなる信号成分と、その２倍
の角周波数でなる信号成分とを抽出して信号処理する場
合について述べたが、２倍の角周波数の信号成分と３倍
の角周波数の信号成分とを抽出して信号処理しても良
く、要は正弦波信号の角周波数に対して奇数倍の角周波
数でなる信号成分と偶数倍の周波数でなる信号成分とを
併せて信号処理すれば良い。
から正弦波信号の角周波数でなる信号成分と、その２倍
の角周波数でなる信号成分とを抽出して信号処理する場
合について述べたが、２倍の角周波数の信号成分と３倍
の角周波数の信号成分とを抽出して信号処理しても良
く、要は正弦波信号の角周波数に対して奇数倍の角周波
数でなる信号成分と偶数倍の周波数でなる信号成分とを
併せて信号処理すれば良い。
この場合、得られる周波数変調信号の中心周波数が、
1.5ω３或いは２ω３、2.5ω３、３ω３、…となるの
で、駆動回路22の出力信号をこれに対応して逓倍した信
号の振幅及び位相を適宜制御し、これを得られる周波数
変調信号に加算することで、不要な反射成分による影響
が除去できる。
1.5ω３或いは２ω３、2.5ω３、３ω３、…となるの
で、駆動回路22の出力信号をこれに対応して逓倍した信
号の振幅及び位相を適宜制御し、これを得られる周波数
変調信号に加算することで、不要な反射成分による影響
が除去できる。
この発明によれば、光変調器に供給する信号に対応す
る信号の振幅と位相を制御し、復調前の信号と加算する
ことにより、復調前の信号中に含まれる不要な周波数成
分を取り除くことができる。このため、被測定対象の速
度を正確に測定することができる。
る信号の振幅と位相を制御し、復調前の信号と加算する
ことにより、復調前の信号中に含まれる不要な周波数成
分を取り除くことができる。このため、被測定対象の速
度を正確に測定することができる。
第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はこ
の発明の一実施例の説明に用いる波形図、第３図はこの
発明の他の実施例のブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:レーザードップラー速度計、3:スピーカ、 4:レーザー光源、5:基板、 6,8,10,11,13,20:導波路、 7,9:分岐部、12:光変調器、 21:光検出素子、31:可変アンプ、 32:移相回路、33:加算回路、 34:FM復調回路。
の発明の一実施例の説明に用いる波形図、第３図はこの
発明の他の実施例のブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:レーザードップラー速度計、3:スピーカ、 4:レーザー光源、5:基板、 6,8,10,11,13,20:導波路、 7,9:分岐部、12:光変調器、 21:光検出素子、31:可変アンプ、 32:移相回路、33:加算回路、 34:FM復調回路。
Claims (1)
- 【請求項１】レーザー光源から射出された光ビームを被
測定対象に照射してその反射光ビームを得るとともに、
上記光ビームを光変調器に入射して参照光ビームを得、
上記参照光ビーム及び反射光ビームに基づいて、上記被
測定対象の速度を測定するようになされたレーザードッ
プラー速度計において、 上記光変調器に供給される変調信号に対応する信号の振
幅と位相を制御して、上記参照光ビーム及び反射光ビー
ムに基づいて形成された信号から上記振幅と位相を制御
した上記光変調器に供給される変調信号に対応する信号
を減算して不要成分を除去するようにしたレーザードッ
プラー速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18919688A JP2689503B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | レーザードップラー速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18919688A JP2689503B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | レーザードップラー速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0238889A JPH0238889A (ja) | 1990-02-08 |
| JP2689503B2 true JP2689503B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=16237129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18919688A Expired - Fee Related JP2689503B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | レーザードップラー速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689503B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3605881B2 (ja) * | 1995-04-21 | 2004-12-22 | ソニー株式会社 | 速度センサヘッド及び速度計測装置 |
| JP3605894B2 (ja) * | 1995-08-18 | 2004-12-22 | ソニー株式会社 | レーザドップラー速度計 |
| JPH09269428A (ja) * | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Nec Corp | 反射戻り光補償回路 |
| JP6157735B2 (ja) * | 2014-06-10 | 2017-07-05 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| JP2020165700A (ja) | 2019-03-28 | 2020-10-08 | セイコーエプソン株式会社 | 周波数シフター型光変調器及びレーザードップラー計測装置 |
| JP2022038157A (ja) | 2020-08-26 | 2022-03-10 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
| JP7459724B2 (ja) | 2020-08-26 | 2024-04-02 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
| JP2022038678A (ja) | 2020-08-27 | 2022-03-10 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
| JP2022131026A (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-07 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
| JP2022182132A (ja) | 2021-05-27 | 2022-12-08 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
| JP2023112864A (ja) * | 2022-02-02 | 2023-08-15 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
-
1988
- 1988-07-28 JP JP18919688A patent/JP2689503B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0238889A (ja) | 1990-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |