JPH049687A - レーザドップラ速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業−Ｌの利用夕）野］ この発明は、鉄鋼等の製造ラインにおける移動物体の速
度（速さと方向）を非接触て測定゛４−るレーザドツプ
ラ速度計に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、光のドツプラ効果を利用した移動物体の速度の
測定には、２光鼓によるヘアロタイン王渉法が使われで
いる。それには、参照光（シンタルビーム）方式、差動
（タブルビー・ム）方式等の方法があり、参照光と散乱
光２２種類の散乱光等の２光波か必要である。そのため
に、従来の技術としては５例文ば、特開昭６２−１２７
６８７号公報にノｉ＜されているように、差動（タブル
ビ・−ム）方式では、移動物体のパスライン変動し゛よ
り速度測定誤差な生４”るので、その速度測定誤差を低
減するためには、移動物体と速度計の距離を制御する等
の機構が必要てあった。

［発明か解決しようとする課題１ このように従来のレー・ザトツブラ速度Ｈは、ヘデロダ
イン干渉法を用いで、２光波からドツプラ周波数偏移仝
″求めることによって、移動物体の速度を測定している
ために、移動物体のパスライン変動により、速度測定誤
差を生ずるので、その速度測定誤差を低減するためには
、移動物体と速度計の距離を制御する等の機構が必要で
あるという問題かあった。

この発明は、Ｊ光波からドツプラ周波数偏移を測定し、
このことにより、１ヘツブラ周波数偏移の測定を移動物
体と速度計の距離に影響されないようにし′Ｃ１移動物
体と速度計の距離を制ｗする等の機構を不隻にし、同時
に散乱方向の異る２種類の散乱光のドツプラ周波数偏移
？測定し、また、測定されたそれらのドツプラ周波数偏
移から移動物体のパスライン変動により生ずる速度測定
誤差を補１１−するこ°とかできるレーザドップシ速度
工１を得るごとをｌ］的とするものである。

［課題な解決するためのｆ段］ この発明にかかわるレー・ザトツブラ速度計は、レーザ
光の周波数に対し゛で、非常に低いｌ・ツブラ周波数偏
移を測定するための１光波による多重−ｆ渉法を用いた
掃引型共焦点ファブリペロ干渉計と、移動物体と速度計
の距離に影響されることなく移動物体からの散乱光を検
出するための光学レンズと、光ファイバと、同時に散乱
方向の異なる２種類の散乱光のドツプラ周波数偏移を測
定するために２それら２種類の散乱光の偏光面をＷいに
垂直にする偏光素ｒとを備え、また、測定された２種類
の散乱光のドツプラ周波数偏移から移動物体のパスライ
ン変動により生ずる速度測定誤差を補正することかてき
ることを特徴とする。

［作用］ レーザから発せられるレーザ光は、光チョッパにより約
１ｏＯｋ、Ｈ２以上の周波数の交流信号にされた後、移
動物体に照射され、移動物体から散乱される。この散乱
光はドツプラ周波数偏移を示し、移動物体の速さを３０
　ｍ　／　ｓ、とすると、ドツプラ周波数偏移はレーザ
より発明られるレーザ光の周波数に対して２ｘｌＯ−’
以下である。

この散乱光は、光学レンズ、光ファイバ、光ｉγレンズ
、偏光素子、光カブラな順に通り、掃引型共焦点ファブ
リペロ干渉計に入用される。

光ファイバの出射側に置かれる光学レンズは、焦点距離
のできるたけ短い凸レンズを使用し、その凸レンズを光
ファイバの出射側から、その凸レンズの焦点距離のとこ
ろに置くことにより、掃引型共焦点ファブリペロ干渉計
の中心付近に１・分に平行で、且つ、集光された散乱光
を入射さセるごとかできる。散乱光か入射しだ掃引型共
焦点ファブリペロ干渉計を約１０ＯＨ，て掃引して、掃
引型共焦点ファブリペロ干渉計からの光強度出力の変化
を光検出器′Ｃ検出する。

散乱光には雑音か多く含まれているのて、その雑音を取
り除くために、光検出器からの電気信号なレーザ光のチ
ョッピング周波数と同期させてロックイン増幅を行・う
。ロックイン増幅器からの増幅信号と掃引型共焦点ファ
ブリペロ干渉計からの掃引信号から、移動物体の速度（
速さ及び方向）を求めることができる。

このときの移動物体からの散乱光は、光学レンズと光フ
ァイバにより検出する。

光学レンズは凸レンズを使用し／、散乱光を検出する方
向に散乱光に対して垂直になるように置くことにより、
たとえパスラインか、Ｌ下に変動しても、検出したい方
向の散乱光は常にその凸レンズの焦点の位置を通過する
ので、その位置に光ファイバを置くことによ−Ｚ〉て、
はぼ同じ方向に散乱される散乱光のみを検出することか
できる。

但し、この凸レンズは、変動するパスライン１４の移動
物体からのすべての散乱光を検出できるように、その直
径がパスラインの変動量とほぼ同程爪具」−′Ｃ１［Ｊ
、パ〕、Ｊの凸レンズから光ソアイハへの散乱光か必ず
光ファイバに入射できる程瓜以」−に焦点距離か反いも
のＣある必要がある。

また、１つの掃引型共焦点ファソリベロ丁ツリて、同時
に２種類の散乱光のドツプラ周波数偏移を測定するため
に、］二記の光学レンズと光ソア・イハと光学レンズか
らなる受信光学系？測定゛４る異なる散乱方向に２組置
き、各々の受信Ｘ７学系を各々の散乱光か通過した後に
、各々の散乱光の偏光面かη−いに垂直になるように、
各偏光未了を通過させ、偏光面かＩＪ−いに垂直になっ
た２つの散乱光を光カブラにより結合さｆ、掃引型共焦
点°ノ１ブリベロ（ツリに１つになった２種類の散乱光
を入射さゼる。

この２種類の散乱光のドツプラ周波数偏移から、パスラ
イン変動による速度測定誤差な補止」”ることがＣきる
。

［実施例］ この発すＪの・実施例にがかるし・−ザトツブラ速度計
は、第１図に示すように構成され”ζ、いる。

１はレーザ、２は光−５：Ｉツバ、３４．！凸レンズ。

４は光ファイバ９５は凸レンズ、６は偏光素ｆ−９７は
光カブラ、８は掃引型共焦点ファブリペロ干渉計１，９
は光検出器、ｌＯは【１ツク・イン増幅器９１１は速度
演算器、１２は移動物体゛ζ、ある。９の光検出器どし
ては、光電子増倍管等を用いる。

次にこの装置の動作につい′Ｃ説明′Ｊる。

レーザ１て発生したし・〜ザ光は、光ヂ籠つバ２によっ
て約１００ｋＨ，以」−の周波数の交流信号にされた後
、移動物体１２に照射され、散乱される。このとき、レ
ーザ光は移動物体１２の速度と散乱方向に応し”Ｃトッ
プ９周波数偏ｓり′する。このドツプラ周波数偏移をし
た散乱光は、２つの異る散乱方向に垂直に置かれた各々
の凸レンズ３により、これらの凸１／ンズ３の焦点の位
とにむかれた各々の光ファイバ４に集光され、入射され
る。

入射された各々の散乱光は、各々の光ファイバ４によっ
て伝送さ第１、出射され、品々の出射光は各々の光ファ
イバ４から、各々の凸レンズ５の焦点距離た藝づ離れた
位置にある、各々の凸レンズ５によって集光される。各
々の凸レンズ５によっ゛【集光された各々の散乱光は、
各々の偏光素ｆ６により、グいの偏光面か垂直になるよ
うに偏光される。これらの偏光された散乱光は、光力ブ
ラフにより結合され、掃引型共焦点ファブリペロ−１渉
語８に入射される。この掃引型共焦点ファブリペロ干渉
計８の掃引周波数は、約１００）１．である。

そし・て、掃引型共焦点ファブリペロ干渉計８からの光
強度出力を光検出器９で検出し、その電気上旬な光チョ
ッパ２からの参照値を号を用いて、ロウフィン増幅器ｌ
Ｏて増幅し、その増幅信号・と掃引型共焦点ファブリペ
ロ干渉計８からの掃引信号から、速度演算器１１によっ
て移動物体の速度（速さと方向）か求められる。

［発明の効果］ この発明のレーザドツプラ速度計によれば、レーザ光の
周波数に対して、非常に低いドツプラ周波数偏移な、１
光波の多重ｆ＃を利用した帰り型共焦点ファブリペロ干
渉計を用いることにＪ、って検出できる。

この検出力法では、移動物体と速度ス−１の距離の影響
を受けないので、その距離を制御する等の機構を設ける
必要かなく、また、同時に１つの掃引型共焦点ノアツリ
ベロー１゛渉計で、散乱方向の異る２種類の散乱光のト
ウブラ周波数偏移な測定することかできるので、測定さ
れた２種類の散乱光のドツプラ周波数偏移から移動物体
のパスライン変動により生ずる速度測定誤差を補正する
ことか可使である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるレーザドツプラ速度計の実施例
を力、１模式図゛Ｃある。 図中 １、レーザ ２：光−ｊミ１ツバ ３．５＝凸レンズ（光学レンズ） ４：光ファイバ ６：偏光未了 ７：光カブラ ８：掃引型共焦点ファブリペロ干渉；Ｉ９：光検出器 ｌＯ・ロックイン増＃Ａ器 ・速度演／Ｂ器 １３：移動物体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １つのレーザと、このレーザから発せられるレーザ光を
   一定の周波数の交流信号にするための光チョッパと、こ
   の光チョッパによって一定の周波数の交流信号になった
   レーザ光を移動物体に照射することによって、前記移動
   物体から散乱される散乱光を２つの異なる方向で検出す
   るための２つの光学レンズと、前記各々の光学レンズに
   よって検出される散乱光を伝送するための２つの光ファ
   イバと、前記各々の光ファイバによって伝送され、前記
   各々の光ファイバから出射される散乱光を集めるための
   さらに２つの光学レンズと、前記各々の光学レンズによ
   って集められる散乱光の偏光面が互いに垂直になるよう
   にするための２つの偏光素子と、前記各々の偏光素子に
   よって偏光面が互いに垂直になっている散乱光を結合す
   るための光カプラと、光周波数測定器としての掃引型共
   焦点ファブリペロ干渉計と、前記掃引型共焦点ファブリ
   ペロ干渉計からの光強度出力を測定する光検出器と、前
   記光検出器からの電気信号を、前記光チョッパからの参
   照信号によりロックイン増幅するロックイン増幅器と、
   前記ロックイン増幅器からの増幅信号と、前記掃引型共
   焦点ファブリペロ干渉計からの掃引信号を前記移動物体
   の速度に変換する速度演算器とからなることを特徴とす
   るレーザドップラ速度計。