JP2934066B2 - レーザドップラ速度計 - Google Patents
レーザドップラ速度計Info
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- JP2934066B2 JP2934066B2 JP3198127A JP19812791A JP2934066B2 JP 2934066 B2 JP2934066 B2 JP 2934066B2 JP 3198127 A JP3198127 A JP 3198127A JP 19812791 A JP19812791 A JP 19812791A JP 2934066 B2 JP2934066 B2 JP 2934066B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光のドップラ効果を
利用して鉄鋼、非鉄金属等製造ラインの移動物体の速度
を非接触で測定するレーザドップラ速度計に関するもの
である。
利用して鉄鋼、非鉄金属等製造ラインの移動物体の速度
を非接触で測定するレーザドップラ速度計に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、移動物体の速度を光のドップラ
効果を利用して測定するには、図５に示すような構成の
レーザドップラ速度計が用いられていた。。図５は例え
ば三菱電機技報Ｖｏｌ．５８・Ｎｏ．７・１９８４，第
３４頁〜第３８頁に記載の光ファイバセンサーレーザ干
渉計−に示された従来のレーザドップラ速度計の構成図
であり、図において１は移動物体、２はレーザ発生手
段、３はレーザ光を２分割するビームスプリッタ、４
ａ、４ｂはビームスプリッタ３で２分割されたレーザ光
を送信光学系５ａ、５ｂに導びくための光ファイバケー
ブル、４ｃは後述する受信光学系の受信光を伝送する光
ファイバケーブル、６は移動物体１から散乱された光を
受信するための受信光学系、７は受信光を電気信号に変
換する光検出器、８は増幅器、９は周波数追跡器、１０
は速度演算器である。
効果を利用して測定するには、図５に示すような構成の
レーザドップラ速度計が用いられていた。。図５は例え
ば三菱電機技報Ｖｏｌ．５８・Ｎｏ．７・１９８４，第
３４頁〜第３８頁に記載の光ファイバセンサーレーザ干
渉計−に示された従来のレーザドップラ速度計の構成図
であり、図において１は移動物体、２はレーザ発生手
段、３はレーザ光を２分割するビームスプリッタ、４
ａ、４ｂはビームスプリッタ３で２分割されたレーザ光
を送信光学系５ａ、５ｂに導びくための光ファイバケー
ブル、４ｃは後述する受信光学系の受信光を伝送する光
ファイバケーブル、６は移動物体１から散乱された光を
受信するための受信光学系、７は受信光を電気信号に変
換する光検出器、８は増幅器、９は周波数追跡器、１０
は速度演算器である。
【０００３】図５に示すごとく、移動物体１にレーザ発
生手段２から発信したレーザ光をビームスプリッタ３で
２分割し、各々の光を光ファイバケーブル４ａ、４ｂと
送信光学系５ａ、５ｂで、互いに反対方向から移動物体
１上に交差させて照射すると、各々の送光ビームに対応
した移動物体１の散乱光の波長は、移動物体１の速度ｖ
に応じて、いわゆる正負のドップラシフトを起こす。こ
の２つの正負のドップラシフトを受けた散乱光を受信光
学系６で受信し、光ファイバケーブル４ｃで光検出器７
に導びき電気信号に変換すると、この電気信号の中には
受信光の強さに比例する直流信号と式（１）に示すドッ
プラ周波数ｆd の交流信号（以下ドップラ信号という）
が存在する。
生手段２から発信したレーザ光をビームスプリッタ３で
２分割し、各々の光を光ファイバケーブル４ａ、４ｂと
送信光学系５ａ、５ｂで、互いに反対方向から移動物体
１上に交差させて照射すると、各々の送光ビームに対応
した移動物体１の散乱光の波長は、移動物体１の速度ｖ
に応じて、いわゆる正負のドップラシフトを起こす。こ
の２つの正負のドップラシフトを受けた散乱光を受信光
学系６で受信し、光ファイバケーブル４ｃで光検出器７
に導びき電気信号に変換すると、この電気信号の中には
受信光の強さに比例する直流信号と式（１）に示すドッ
プラ周波数ｆd の交流信号（以下ドップラ信号という）
が存在する。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここに ｖ：移動物体の速度 λ：レーザ光の波長 φ：２つの送光ビームの交差角
【０００６】光検出器７で電気信号に変換されたドップ
ラ信号は微弱なため増幅器８で増幅された後、周波数追
跡器９でドップラ周波数ｆd を計測し、式（１）により
速度演算器１０で速度演算することにより移動物体１の
速度ｖを求めることができる。このことは公知の事実で
ある。
ラ信号は微弱なため増幅器８で増幅された後、周波数追
跡器９でドップラ周波数ｆd を計測し、式（１）により
速度演算器１０で速度演算することにより移動物体１の
速度ｖを求めることができる。このことは公知の事実で
ある。
【０００７】図６は、送信光学系５ａ、５ｂからの２条
のビームの交差部を示す図であり、図中Ｄはビーム径、
Δθはビーム拡がり、Ａ、Ｂ、Ｃは２条のビームの交差
点を示すもので、それぞれ、ビームの下限、中央、上限
の交差点を示す。ｌは、送信光学系５ａ、５ｂから移動
物体１までの測定距離、２・Δｌは、２条のビームの交
差点Ａ、Ｃ間の距離、φはＢ点でのビーム交差角、φ1
はＡ点でのビーム交差角、φ2 はＣ点でのビーム交差角
である。
のビームの交差部を示す図であり、図中Ｄはビーム径、
Δθはビーム拡がり、Ａ、Ｂ、Ｃは２条のビームの交差
点を示すもので、それぞれ、ビームの下限、中央、上限
の交差点を示す。ｌは、送信光学系５ａ、５ｂから移動
物体１までの測定距離、２・Δｌは、２条のビームの交
差点Ａ、Ｃ間の距離、φはＢ点でのビーム交差角、φ1
はＡ点でのビーム交差角、φ2 はＣ点でのビーム交差角
である。
【０００８】レーザドップラ速度計では、２条のビーム
各々のドップラシフトを受けた散乱光を受信してドップ
ラ信号を得るため、移動物体１は図６のビーム交差部
（Ａ〜Ｃ点間）になければならない。通常、移動物体１
の走行ラインＰ（以下パスラインという）が２条のビー
ムの交差点Ｂを通り２条ビームの交差する中心線に垂直
になるように送信光学系５ａ、５ｂを配置し、この時の
測定距離ｌ 0 を基準距離とし、速度演算器１０の速度計
測値ｖ′を移動物体１の速度ｖに等しくなるように校正
する。この場合、移動物体１のパスラインＰが平行移動
しても、Ａ点、Ｃ点を越えなければドップラ信号が得ら
れ移動物体１の速度ｖの計測が可能となる。すなわち、
ビーム交差部の長さ２・Δｌが、移動物体１の速度計測
可能な許容パスラインＰ変動範囲を示す。
各々のドップラシフトを受けた散乱光を受信してドップ
ラ信号を得るため、移動物体１は図６のビーム交差部
（Ａ〜Ｃ点間）になければならない。通常、移動物体１
の走行ラインＰ（以下パスラインという）が２条のビー
ムの交差点Ｂを通り２条ビームの交差する中心線に垂直
になるように送信光学系５ａ、５ｂを配置し、この時の
測定距離ｌ 0 を基準距離とし、速度演算器１０の速度計
測値ｖ′を移動物体１の速度ｖに等しくなるように校正
する。この場合、移動物体１のパスラインＰが平行移動
しても、Ａ点、Ｃ点を越えなければドップラ信号が得ら
れ移動物体１の速度ｖの計測が可能となる。すなわち、
ビーム交差部の長さ２・Δｌが、移動物体１の速度計測
可能な許容パスラインＰ変動範囲を示す。
【０００９】移動物体１のパスラインＰが、Ｂ点を通る
場合は、ビーム交差角はφであるためドップラ周波数ｆ
d は速度ｖに対して、式（１）で与えられる。しかしな
がら、パスラインＰが変動してＡ点を通る場合、ビーム
拡がりΔθによりビーム交差角φ1 はφ1 ＝φ＋２・Δ
θとなるため、ドップラ周波数ｆd1は式（２）で与えら
れる。
場合は、ビーム交差角はφであるためドップラ周波数ｆ
d は速度ｖに対して、式（１）で与えられる。しかしな
がら、パスラインＰが変動してＡ点を通る場合、ビーム
拡がりΔθによりビーム交差角φ1 はφ1 ＝φ＋２・Δ
θとなるため、ドップラ周波数ｆd1は式（２）で与えら
れる。
【００１０】
【数２】
【００１１】同様にパスラインＰが変動してＣ点を通る
場合、ビーム交差角φ2 はφ2 ＝φ−２Δθとなるため
ドップラ周波数ｆd2は式（３）で与えられる。
場合、ビーム交差角φ2 はφ2 ＝φ−２Δθとなるため
ドップラ周波数ｆd2は式（３）で与えられる。
【００１２】
【数３】
【００１３】式（１）〜式（３）で明らかなように、移
動物体１がパスラインＰ変動を起こすと、移動物体１の
速度ｖに対して得られるドップラ周波数は異った値とな
り、ドップラ周波数から移動物体１の速度ｖを算出する
速度演算器１０の速度計測値ｖ´は誤差を含むこととな
る。今、パスラインＰが、Ａ点からＣ点まで変動したと
きの測定誤差率εは、式（１）〜式（３）からパスライ
ンがＢ点を通ったときのドップラ周波数ｆd を基準とし
て式（４）与えられる。
動物体１がパスラインＰ変動を起こすと、移動物体１の
速度ｖに対して得られるドップラ周波数は異った値とな
り、ドップラ周波数から移動物体１の速度ｖを算出する
速度演算器１０の速度計測値ｖ´は誤差を含むこととな
る。今、パスラインＰが、Ａ点からＣ点まで変動したと
きの測定誤差率εは、式（１）〜式（３）からパスライ
ンがＢ点を通ったときのドップラ周波数ｆd を基準とし
て式（４）与えられる。
【００１４】
【数４】
【００１５】ビーム交差部の長さ２・Δｌは、ビーム径
Ｄとビーム交差角φからほぼ次式で近似できる。
Ｄとビーム交差角φからほぼ次式で近似できる。
【００１６】
【数５】
【００１７】従って、パスラインＰの単位距離変動当り
の測定誤差δは式（４）、式（５）から式（６）で与え
られる。
の測定誤差δは式（４）、式（５）から式（６）で与え
られる。
【００１８】
【数６】
【００１９】通常、ビーム拡がりΔθは数ｍｒａｄ以下
の、ビーム交差角φは、１０゜以下に設計されるので、
ｓｉｎΔθ≒Δθ、ｃｏｓ（φ／２）≒１となり、式
（６）は式（７）で近似される。
の、ビーム交差角φは、１０゜以下に設計されるので、
ｓｉｎΔθ≒Δθ、ｃｏｓ（φ／２）≒１となり、式
（６）は式（７）で近似される。
【００２０】
【数７】
【００２１】例えば、ビーム拡がりΔθを３mrad、ビー
ム径Ｄを４ｍｍとしたときの測定誤差δは、式（８）と
なる。
ム径Ｄを４ｍｍとしたときの測定誤差δは、式（８）と
なる。
【００２２】
【数８】
【００２３】従って、パスラインＰ変動１ｍｍ当り約−
０．１５（％）の測定誤差となる。ここで式（８）の符
号の（−）は、パスラインＰが測定距離ｌとして長くな
る方向に変動した時に負の測定誤差を与えることを示す
ものであり、測定距離変動にほぼ比例した測定誤差を与
える。図６のＢ点を通るパスラインＰを基準としてこの
ときの測定距離ｌ 0 からのパスライン変動量をΔｌ p と
すると、速度演算器１０の速度計測値ｖ′は、式（９）
で与えられる。
０．１５（％）の測定誤差となる。ここで式（８）の符
号の（−）は、パスラインＰが測定距離ｌとして長くな
る方向に変動した時に負の測定誤差を与えることを示す
ものであり、測定距離変動にほぼ比例した測定誤差を与
える。図６のＢ点を通るパスラインＰを基準としてこの
ときの測定距離ｌ 0 からのパスライン変動量をΔｌ p と
すると、速度演算器１０の速度計測値ｖ′は、式（９）
で与えられる。
【００２４】
【数９】
【００２５】パスライン変動量をΔｌ p は、測定距離ｌ
が基準距離ｌ 0 より長くなる方向を（＋）とし、反対に
短くなる方向を（−）とする。
が基準距離ｌ 0 より長くなる方向を（＋）とし、反対に
短くなる方向を（−）とする。
【００２６】一般的に、鉄鋼ライン等の移動物体１のパ
スラインＰは、通板時の板のバタツキにより数ｍｍ〜数
１０ｍｍ変動する。従って、送信光学系５ａ、５ｂと移
動物体１間の測定距離が変化することとなり、速度計測
値に誤差を生ずる。
スラインＰは、通板時の板のバタツキにより数ｍｍ〜数
１０ｍｍ変動する。従って、送信光学系５ａ、５ｂと移
動物体１間の測定距離が変化することとなり、速度計測
値に誤差を生ずる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザドッ
プラ速度系は、移動物体１のパスライン変動に伴なう測
定不能状態や測定距離の基準距離ｌ 0 からの変動量Δｌ
p にほぼ比例した速度計測誤差を生ずるという課題を有
していた。
プラ速度系は、移動物体１のパスライン変動に伴なう測
定不能状態や測定距離の基準距離ｌ 0 からの変動量Δｌ
p にほぼ比例した速度計測誤差を生ずるという課題を有
していた。
【００２８】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、、測定距離変動に伴う欠測、速度計測
誤差を低減したレーザドップラ速度計を得ることを目的
としたものである。
なされたもので、、測定距離変動に伴う欠測、速度計測
誤差を低減したレーザドップラ速度計を得ることを目的
としたものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】この発明に係わるレーザ
ドップラ速度計は、送信光学系５ａ、５ｂと移動物体１
間の測定距離の基準距離ｌo からの変動量Δｌp を検出
する変位検出光学系をレーザドップラ速度計の送受信光
学系を共用し上記変位検出光学系から得られる変位検出
信号でもって、測定距離ｌを基準距離ｌ0 に等しく保つ
倣いサーボ機構を設けたものである。
ドップラ速度計は、送信光学系５ａ、５ｂと移動物体１
間の測定距離の基準距離ｌo からの変動量Δｌp を検出
する変位検出光学系をレーザドップラ速度計の送受信光
学系を共用し上記変位検出光学系から得られる変位検出
信号でもって、測定距離ｌを基準距離ｌ0 に等しく保つ
倣いサーボ機構を設けたものである。
【００３０】
【作用】この発明においては、送信光学系５ａ、５ｂと
移動物体１間の測定距離の基準距離ｌo からの変動量Δ
ｌp を検出する変位検出光学系と、従来のレーザドップ
ラ速度計の送受信光学系とを共用化し上記変位検出光学
系から得られる変位検出信号でもって、上記光学系の位
置を制御するサーボ機構を設けて、移動物体１のパスラ
イン変動に応じて、常に測定距離ｌが基準距離ｌ0 に等
しくなるように倣い制御することにより測定距離変動に
伴なう欠測、速度測定誤差を低減する。
移動物体１間の測定距離の基準距離ｌo からの変動量Δ
ｌp を検出する変位検出光学系と、従来のレーザドップ
ラ速度計の送受信光学系とを共用化し上記変位検出光学
系から得られる変位検出信号でもって、上記光学系の位
置を制御するサーボ機構を設けて、移動物体１のパスラ
イン変動に応じて、常に測定距離ｌが基準距離ｌ0 に等
しくなるように倣い制御することにより測定距離変動に
伴なう欠測、速度測定誤差を低減する。
【００３１】
実施例１．図１は、この発明による一実施例を示すレー
ザドップラ速度計の構成図であり、以下図面に従い説明
する。図中、１、３、７〜１０は上記従来と同じもので
ある。２ａは移動物体１の速度測定に使用する第１のレ
ーザ（以下レーザＡという。）、２ｂは移動物体１の距
離測定に使用するレーザ２ａと波長の異なる第２のレー
ザ（以下レーザＢという。）、１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄはレーザＡ２ａから発信されたレーザ光をビ
ームスプリッタ３で２分割された各々のレーザ光の方向
を変えるミラー、１２ａ、１２ｂはレーザＡ２ａのレー
ザ光を完全反射させレーザＢ２ｂのレーザ光を完全透過
させるコールドミラー（熱線透過ミラー）であり、この
ミラーは可視光線を反射させ、赤外線を透過させるもの
である。１３ａ、１３ｂは移動物体１からの散乱光を集
光する第１、第２のレンズであり、第１のレンズ１３ａ
は散乱光を平行光にし、第２のレンズ１３ｂは第１のレ
ンズ１３ａの平行光を集光するものである。１４はレン
ズ１３ａ、１３ｂで集光された受信光のうちコールドミ
ラー１２ｂでレーザＢ２ｂの波長のレーザ光を受けてそ
のスポット位置に対応した２つの光電流Ｉ1 、Ｉ2 を出
力する位置検出器、１５はレーザＡ２ａ、レーザＢ２
ｂ、ビームスプリッタ３、光検出器７、ミラー１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、コールドミラー１２ａ、１２
ｂ、レンズ１３ａ、１３ｂ、位置検出器１４を固定する
光学ベース、１６は位置検出器１４の２つの光電流出力
I1 、Ｉ2を加算する加算器、１７は位置検出器１４の２
つの光電流Ｉ1 ，Ｉ2 を引算する引算器、１８は引算器
１７の出力を加算器１６の出力で割算する割算器、１９
はサーボ増幅器、２０はサーボモータ、２１はサーボモ
ータ２０のロータに結合されて回転するボールネジのス
クリュウ、２２は光学ベース１５に固定されたボールネ
ジのナット、２３はサーボモータ２０のステータを固定
しているケース、２４はケース２３に両端固定され、そ
の上を光学ベース１５が自由に直線運動するよう光学ベ
ース１５を支持するガイドである。
ザドップラ速度計の構成図であり、以下図面に従い説明
する。図中、１、３、７〜１０は上記従来と同じもので
ある。２ａは移動物体１の速度測定に使用する第１のレ
ーザ（以下レーザＡという。）、２ｂは移動物体１の距
離測定に使用するレーザ２ａと波長の異なる第２のレー
ザ（以下レーザＢという。）、１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄはレーザＡ２ａから発信されたレーザ光をビ
ームスプリッタ３で２分割された各々のレーザ光の方向
を変えるミラー、１２ａ、１２ｂはレーザＡ２ａのレー
ザ光を完全反射させレーザＢ２ｂのレーザ光を完全透過
させるコールドミラー（熱線透過ミラー）であり、この
ミラーは可視光線を反射させ、赤外線を透過させるもの
である。１３ａ、１３ｂは移動物体１からの散乱光を集
光する第１、第２のレンズであり、第１のレンズ１３ａ
は散乱光を平行光にし、第２のレンズ１３ｂは第１のレ
ンズ１３ａの平行光を集光するものである。１４はレン
ズ１３ａ、１３ｂで集光された受信光のうちコールドミ
ラー１２ｂでレーザＢ２ｂの波長のレーザ光を受けてそ
のスポット位置に対応した２つの光電流Ｉ1 、Ｉ2 を出
力する位置検出器、１５はレーザＡ２ａ、レーザＢ２
ｂ、ビームスプリッタ３、光検出器７、ミラー１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、コールドミラー１２ａ、１２
ｂ、レンズ１３ａ、１３ｂ、位置検出器１４を固定する
光学ベース、１６は位置検出器１４の２つの光電流出力
I1 、Ｉ2を加算する加算器、１７は位置検出器１４の２
つの光電流Ｉ1 ，Ｉ2 を引算する引算器、１８は引算器
１７の出力を加算器１６の出力で割算する割算器、１９
はサーボ増幅器、２０はサーボモータ、２１はサーボモ
ータ２０のロータに結合されて回転するボールネジのス
クリュウ、２２は光学ベース１５に固定されたボールネ
ジのナット、２３はサーボモータ２０のステータを固定
しているケース、２４はケース２３に両端固定され、そ
の上を光学ベース１５が自由に直線運動するよう光学ベ
ース１５を支持するガイドである。
【００３２】以上の構成のレーザドップラ速度計におい
て、レーザＡ２ａはＨｅ−Ｎｅレーザ等可視光レーザ、
レーザＢ２ｂは赤外半導体レーザを使用している。ビー
ムスプリッタ３で２分割されたレーザＡ２ａのレーザ光
の一方は、ミラー１１ａ、１１ｂを経由し、又、他方の
レーザ光は、コールドミラー１２ａで完全反射された後
ミラー１１ｃ、１１ｄを経由し移動物体１上に互いに反
対方向から交差させて照射されている。移動物体１で散
乱されたレーザ光はレンズ１３ａ、１３ｂで集光されコ
ールドミラー１２ｂで完全反射し光検出器７で電気変換
される。光検出器７で電気変換された信号には、式
（１）で示したドップラ周波数ｆd を含んでいるため、
従来のレーザドップラ速度計同様増幅器８、周波数追跡
器９を経由し速度演算器１０で速度演算することにより
移動物体１の速度ｖを求めることができる。
て、レーザＡ２ａはＨｅ−Ｎｅレーザ等可視光レーザ、
レーザＢ２ｂは赤外半導体レーザを使用している。ビー
ムスプリッタ３で２分割されたレーザＡ２ａのレーザ光
の一方は、ミラー１１ａ、１１ｂを経由し、又、他方の
レーザ光は、コールドミラー１２ａで完全反射された後
ミラー１１ｃ、１１ｄを経由し移動物体１上に互いに反
対方向から交差させて照射されている。移動物体１で散
乱されたレーザ光はレンズ１３ａ、１３ｂで集光されコ
ールドミラー１２ｂで完全反射し光検出器７で電気変換
される。光検出器７で電気変換された信号には、式
（１）で示したドップラ周波数ｆd を含んでいるため、
従来のレーザドップラ速度計同様増幅器８、周波数追跡
器９を経由し速度演算器１０で速度演算することにより
移動物体１の速度ｖを求めることができる。
【００３３】レーザＢ２ｂから発信されたレーザ光はコ
ールドミラー１２を完全透過し、レーザＡ２ａから発信
されたレーザ光のうちコールドミラー１２ａで完全反射
されたビームと重畳されミラー１１ｃ、１１ｄを経由し
移動物体１上に照射される。移動物体１で散乱されたレ
ーザ光には、レーザＡ２ａとレーザＢ２ｂの各々の波長
の光が含まれており、レンズ１３ａ、１３ｂで集光され
コールドミラー１２ｂでレーザＢ２ｂのレーザ光波長の
み分離透過され位置検出器１４の受光面に結像される。
ールドミラー１２を完全透過し、レーザＡ２ａから発信
されたレーザ光のうちコールドミラー１２ａで完全反射
されたビームと重畳されミラー１１ｃ、１１ｄを経由し
移動物体１上に照射される。移動物体１で散乱されたレ
ーザ光には、レーザＡ２ａとレーザＢ２ｂの各々の波長
の光が含まれており、レンズ１３ａ、１３ｂで集光され
コールドミラー１２ｂでレーザＢ２ｂのレーザ光波長の
み分離透過され位置検出器１４の受光面に結像される。
【００３４】図２は、三角測量方式による距離測定の原
理図であり、図中、１、１１ｄ、１３ａ、１３ｂ、１４
は図１と同じものである。位置検出器１４は、シリコン
フォトダイオードを応用した光スポットの入射位置検出
器であり、光スポットの入射位置に対応した２つの光源
流Ｉ1 、Ｉ2 を取り出す電極を有している。今、電極間
の距離を２Ｌ、入射光に比例した光電流をＩ0 ＝Ｉ1 ＋
Ｉ2 、光スポットの入射位置と電極間中心から距離をｘ
とすると式（１０）の関係がある。
理図であり、図中、１、１１ｄ、１３ａ、１３ｂ、１４
は図１と同じものである。位置検出器１４は、シリコン
フォトダイオードを応用した光スポットの入射位置検出
器であり、光スポットの入射位置に対応した２つの光源
流Ｉ1 、Ｉ2 を取り出す電極を有している。今、電極間
の距離を２Ｌ、入射光に比例した光電流をＩ0 ＝Ｉ1 ＋
Ｉ2 、光スポットの入射位置と電極間中心から距離をｘ
とすると式（１０）の関係がある。
【００３５】
【数１０】
【００３６】図２において、ミラー１１ｄでの移動物体
１の表面に斜めにレーザ光を照射した場合、測定距離ｌ
が基準距離ｌo の位置すなわち移動物体１のＰ点の散乱
光はレンズ１３ａ、１３ｂで集光され位置検出器１４の
電極間中心位置Ｐ´に結像される。移動物体１の反射面
が＋Ｘだけ遠ざかると移動物体１のＱ点の散乱光は位置
検出器１４のＱ´点に、又、移動物体１の反射面が−Ｘ
だけ近づくと移動物体１のＲ点の散乱光は位置検出器１
４のＲ´点に結像される。すなわち、移動物体１の基準
距離ｌo に対する測定距離変動±Ｘは、位置検出器１４
の受光面上の位置変動±ｘとして検出でき、位置検出器
１４の２電極の光電流出力Ｉ1 、Ｉ2 を加算器１６、引
算器１７、割算器１８で式（１０）の演算をすることに
より基準距離ｌo を０点とした移動物体１の距離変動±
Ｘに比例した変位検出信号が得られる。
１の表面に斜めにレーザ光を照射した場合、測定距離ｌ
が基準距離ｌo の位置すなわち移動物体１のＰ点の散乱
光はレンズ１３ａ、１３ｂで集光され位置検出器１４の
電極間中心位置Ｐ´に結像される。移動物体１の反射面
が＋Ｘだけ遠ざかると移動物体１のＱ点の散乱光は位置
検出器１４のＱ´点に、又、移動物体１の反射面が−Ｘ
だけ近づくと移動物体１のＲ点の散乱光は位置検出器１
４のＲ´点に結像される。すなわち、移動物体１の基準
距離ｌo に対する測定距離変動±Ｘは、位置検出器１４
の受光面上の位置変動±ｘとして検出でき、位置検出器
１４の２電極の光電流出力Ｉ1 、Ｉ2 を加算器１６、引
算器１７、割算器１８で式（１０）の演算をすることに
より基準距離ｌo を０点とした移動物体１の距離変動±
Ｘに比例した変位検出信号が得られる。
【００３７】移動物体１のパスライン変動により測定距
離ｌが基準距離ｌo から変動すると上記変位検出信号は
測定距離ｌと基準距離ｌo の差に比例した正負の電圧を
発生しサーボ増幅器１９に入力されたのちサーボモータ
２０を駆動する。サーボモータ２０のロータはサーボ増
幅器１９の出力の正負に応じて正逆回転し、サーボモー
タ２０のロータに直結されたボールネジのスクリュウ２
１を回転させ、光学ベース１５に固定されたボールネジ
のナット２２を経由して光学ベース１５を移動物体１の
方向に直線運動させる。光学ベース１５はガイド２４を
介して回転方向は拘束されて移動物体１の方向のみ自由
に摺動するようになっている。
離ｌが基準距離ｌo から変動すると上記変位検出信号は
測定距離ｌと基準距離ｌo の差に比例した正負の電圧を
発生しサーボ増幅器１９に入力されたのちサーボモータ
２０を駆動する。サーボモータ２０のロータはサーボ増
幅器１９の出力の正負に応じて正逆回転し、サーボモー
タ２０のロータに直結されたボールネジのスクリュウ２
１を回転させ、光学ベース１５に固定されたボールネジ
のナット２２を経由して光学ベース１５を移動物体１の
方向に直線運動させる。光学ベース１５はガイド２４を
介して回転方向は拘束されて移動物体１の方向のみ自由
に摺動するようになっている。
【００３８】今、測定距離ｌが基準距離ｌo より大きく
なった場合、光学ベース１５が移動物体１に近づく方向
に、反対にｌ＜ｌo の場合、光学ベース１５が移動物体
１から遠ざかる方向に摺動するようにサーボモータ１９
の回転方向を定めることにより、移動物体１がパスライ
ンを変動しても常に測定距離ｌが基準距離ｌo に等しく
倣い制御でき、測定距離変動に伴なう欠測、速度測定誤
差を低減したレーザドップラ速度計となる。
なった場合、光学ベース１５が移動物体１に近づく方向
に、反対にｌ＜ｌo の場合、光学ベース１５が移動物体
１から遠ざかる方向に摺動するようにサーボモータ１９
の回転方向を定めることにより、移動物体１がパスライ
ンを変動しても常に測定距離ｌが基準距離ｌo に等しく
倣い制御でき、測定距離変動に伴なう欠測、速度測定誤
差を低減したレーザドップラ速度計となる。
【００３９】実施例２．図３は、移動物体１の距離変動
に追従して可動する光学ベース１５を可動部と固定部に
分離した場合の他の実施態様を示すもので、１５ａは可
動光学ベースでミラー１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、レンズ１３ａを固定している。１５ｂはレーザＡ２
ａ、レーザＢ２ｂ、ビームスプリッタ３、光検出器７、
コールドミラー１２ａ、１２ｂ、位置検出器１４を固定
する固定光学ベースである。この図３によれば、図１に
示した光学ベース１５全体を可動することがないため、
可動部の小型、軽量化が実現できるとともに信頼性も高
くなる。
に追従して可動する光学ベース１５を可動部と固定部に
分離した場合の他の実施態様を示すもので、１５ａは可
動光学ベースでミラー１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、レンズ１３ａを固定している。１５ｂはレーザＡ２
ａ、レーザＢ２ｂ、ビームスプリッタ３、光検出器７、
コールドミラー１２ａ、１２ｂ、位置検出器１４を固定
する固定光学ベースである。この図３によれば、図１に
示した光学ベース１５全体を可動することがないため、
可動部の小型、軽量化が実現できるとともに信頼性も高
くなる。
【００４０】実施例３．図４は、速度測定用のレーザＡ
２ａを外部に分離配置した場合の他の実施態様を示すも
ので、レーザＡ２ａを外部に設け発信したレーザ光を光
ファイバケーブル４で光学系に導き、光ファイバケーブ
ル４の出側にファイバコリメータ２５を付加し平行ビー
ムを出射しビームスプリッタ３に入射している。この図
４によれば図１に示したレーザＡ２ａを光学ベース１５
から外したため、光学系の小型、軽量化が実現できると
ともに保守調整が容易となっている。
２ａを外部に分離配置した場合の他の実施態様を示すも
ので、レーザＡ２ａを外部に設け発信したレーザ光を光
ファイバケーブル４で光学系に導き、光ファイバケーブ
ル４の出側にファイバコリメータ２５を付加し平行ビー
ムを出射しビームスプリッタ３に入射している。この図
４によれば図１に示したレーザＡ２ａを光学ベース１５
から外したため、光学系の小型、軽量化が実現できると
ともに保守調整が容易となっている。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、レー
ザドップラ速度計の光学系と移動物体１までの測定距離
ｌの基準距離ｌo からの変動量Δｌp を検出する変位検
出光学系を光学ベース上に共用一体化し、上記変位検出
光学系から得られる変位検出信号でもって上記光学ベー
スの位置を制御するサーボ機構を設けて、移動物体１の
パスライン変動に応じて、常に測定距離ｌが基準距離ｌ
o に等しくなるように制御することで測定距離変動に伴
なう欠測、速度測定誤差を低減したレーザドップラ速度
計が提供できる。
ザドップラ速度計の光学系と移動物体１までの測定距離
ｌの基準距離ｌo からの変動量Δｌp を検出する変位検
出光学系を光学ベース上に共用一体化し、上記変位検出
光学系から得られる変位検出信号でもって上記光学ベー
スの位置を制御するサーボ機構を設けて、移動物体１の
パスライン変動に応じて、常に測定距離ｌが基準距離ｌ
o に等しくなるように制御することで測定距離変動に伴
なう欠測、速度測定誤差を低減したレーザドップラ速度
計が提供できる。
【図１】この発明の実施例１を示すレーザドップラ速度
計の構成図である。
計の構成図である。
【図２】光学系の距離測定の原理図である。
【図３】この発明の実施例２を示すレーザドップラ速度
計の構成図である。
計の構成図である。
【図４】この発明の実施例３を示すレーザドップラ速度
計の構成図である。
計の構成図である。
【図５】従来のレーザドップラ速度計の構成図である。
【図６】送信光学系のビーム交差部を示す図である。
２ａ レーザＡ ２ｂ レーザＢ ４ 光ファイバケーブル １１ａ ミラー １１ｂ ミラー １１ｃ ミラー １１ｄ ミラー １２ａ コールドミラー １２ｂ コールドミラー １３ａ レンズ １３ｂ レンズ １４ 位置検出器 １５ 光学ベース １５ａ 可動光学ベース １５ｂ 固定光学ベース １６ 加算器 １７ 引算器 １８ 割算器 １９ サーボ増幅器 ２０ サーボモータ ２１ ボールネジのスクリュウ ２２ ボールネジのナット ２３ ケース ２４ ガイド ２５ ファイバコリメータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 敦美 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会 社 鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 平４−230886（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−127687（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01B 11/00 - 11/30
Claims (4)
- 【請求項１】 特定の波長の光を出力する第１のレーザ
と、上記レーザの出力ビームを２分割するビームスプリ
ッタと、上記２分割したレーザビームの方向を移動物体
上に交差させて照射し得るための複数のミラーと、上記
二つの照射ビームの各々について移動物体の速度に応じ
たドップラシフトを起した散乱光を集光し、平行光とす
る第１のレンズ、この第１のレンズからの平行光を集光
する第２のレンズとを有するレンズ系と、上記レンズ系
で受信したドップラ信号を含む散乱光を電気変換する光
検出器と、上記全ての構成品を収納する光学ベースと、
上記光検出器の出力を増幅する増幅器と、上記増幅器で
増幅された信号からドップラ周波数を検出する手段と、
上記ドップラ周波数検出手段の出力信号であるドップラ
周波数から移動物体の速度を演算する速度演算器とを備
えたレーザドップラ速度計において、上記第１のレーザ
の波長と異なる波長の光を出力する第２のレーザと、上
記第１のレーザから出力された光を２分割して移動物体
上に交差させて照射するレーザビームの片側ビームに上
記第２のレーザの出力ビームを重畳させる手段と、移動
物体から散乱光を集光する上記レンズ系の結像点に設け
られ、上記第２のレーザの移動物体からの散乱光を受光
し上記移動物体と上記光学ベースまでの距離変動を検出
する位置検出器と、上記位置検出器の距離変動検出信号
から上記移動物体と上記光学ベース間の距離が常に一定
になるよう制御する倣い制御手段とを具備したことを特
徴とするレーザドップラ速度計。 - 【請求項２】 上記第１のレーザ光を２分割した一方の
ビームを完全反射させ、上記第１のレーザの波長と異な
る光を出力する上記第２のレーザの出力ビームを完全透
過させて上記第１のレーザビームと上記第２のレーザビ
ームを重畳させるコールドミラーを備えたことを特徴と
する請求項第１項記載のレーザドップラ速度計。 - 【請求項３】 上記レンズ系で集光された移動物体から
の上記第１のレーザ散乱光と上記第２のレーザの散乱光
のうち上記第１のレーザの散乱光を反射させて上記光検
出器へ導入し、かつ上記第２のレーザ光の散乱光を透過
させて上記位置検出器へ導入させるコールドミラーを上
記レンズ系と位置検出器との間に備えたことを特徴とす
る請求項第１項記載のレーザドップラ速度計。 - 【請求項４】 上記光学ベースを可動光学ベースと固定
光学ベースに分離し、可動光学ベース上に上記複数のミ
ラーおよび第１のレンズのみを配置しこの可動光学ベー
スのみを摺動させ、上記移動物体と可動光学ベース間の
距離を常に一定に倣い制御し得ることを特徴する請求項
第１項記載のレーザドップラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3198127A JP2934066B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザドップラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3198127A JP2934066B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザドップラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0540176A JPH0540176A (ja) | 1993-02-19 |
| JP2934066B2 true JP2934066B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=16385903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3198127A Expired - Lifetime JP2934066B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザドップラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2934066B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821849A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-23 | Act Denshi Kk | レーザドップラ方式による高熱体の測定方法 |
| JP6474270B2 (ja) * | 2015-02-10 | 2019-02-27 | 株式会社小野測器 | レーザドップラ速度計 |
| JP6660347B2 (ja) * | 2017-06-29 | 2020-03-11 | 株式会社小野測器 | レーザドップラ速度計のアダプタ、及び、レーザドップラ速度計システム |
| JP6734886B2 (ja) * | 2018-04-17 | 2020-08-05 | 株式会社小野測器 | アダプタ、及び、レーザドップラ速度計システム |
| JP2019211237A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | キヤノン株式会社 | 計測器、及び加工装置 |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP3198127A patent/JP2934066B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0540176A (ja) | 1993-02-19 |
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