JPH06109843A - Measuring instrument by making use of doppler effect - Google Patents
Measuring instrument by making use of doppler effectInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はドップラ効果が加えられ
たレーザ光線と基準レーザ光線とから得られるビート周
波数を電圧信号に変換して測定を行う測定器に関するも
ので、特に複数の測定レンジを切り換えて使用する方式
のものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring instrument for converting a beat frequency obtained from a laser beam to which a Doppler effect has been applied and a reference laser beam into a voltage signal for measurement, and particularly to a measuring instrument having a plurality of measuring ranges. The present invention relates to a method of switching and using.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は従来技術を説明する図で、ドップ
ラ効果を利用した測定器の構成を示すブロック図であ
る。以下、この図を参照して従来技術を説明する。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a measuring instrument utilizing the Doppler effect, for explaining the conventional technique. The prior art will be described below with reference to this figure.
【0003】例示した装置は、レーザ光源11と、レー
ザ光源用の電源111と、第1および第2の偏光ビーム
スプリッタ(以下PBSという)12aおよび12b
と、波長板13と、レンズ系14と、音響光学素子(以
下AOMという)15と、このAOMを駆動するAOM
ドライバ151と、反射ミラー16と、ビームスプリッ
タ(以下BSという)17とからなる光学系1と光/電
気信号変換器(以下O/E変換器という)21と、周波
数変換回路22と、周波数/電圧変換器(以下F/V変
換器という)23と、このF/V変換回路23に接続さ
れF/V変換回路の出力レンジを切り換える切換スイッ
チ231と、補正手段ならびに補償電圧発生手段として
のオフセット回路3と、増幅器24とからなる電気系2
とを備えている。The illustrated apparatus includes a laser light source 11, a power source 111 for the laser light source, first and second polarization beam splitters (hereinafter referred to as PBS) 12a and 12b.
, A wave plate 13, a lens system 14, an acousto-optic device (hereinafter referred to as AOM) 15, and an AOM for driving this AOM.
An optical system 1 including a driver 151, a reflection mirror 16, and a beam splitter (hereinafter referred to as BS) 17, an optical / electrical signal converter (hereinafter referred to as O / E converter) 21, a frequency conversion circuit 22, and a frequency / A voltage converter (hereinafter referred to as F / V converter) 23, a changeover switch 231 connected to the F / V conversion circuit 23 for switching the output range of the F / V conversion circuit, and an offset as a correction means and a compensation voltage generation means. Electrical system 2 consisting of circuit 3 and amplifier 24
It has and.
【0004】レーザ光源11から出射されたレーザ光
は、第1のPBS12aにて測定用のレーザ光(以下測
定光という)と比較参照用のレーザ光に分光される。上
記比較参照用のレーザ光は、まずAOM15に入射され
る。ここで、このレーザ光の周波数は所定量シフトされ
て所望の周波数に調整される。この所定量は上記ドライ
バ151からの励起信号に基づいて定められるものであ
る。その後、レーザ光はBS17を介してO/E変換器
21に入射され、基準となる参照光として使用に供され
る。The laser light emitted from the laser light source 11 is split into laser light for measurement (hereinafter referred to as measurement light) and laser light for comparison reference by the first PBS 12a. The laser light for comparison and reference is first incident on the AOM 15. Here, the frequency of this laser light is shifted by a predetermined amount and adjusted to a desired frequency. This predetermined amount is determined based on the excitation signal from the driver 151. After that, the laser light is incident on the O / E converter 21 via the BS 17 and is used as reference light that serves as a reference.
【0005】また上記測定光は、第2のPBS12b、
波長板13およびレンズ系14を順次介して被測定物4
に照射される。被測定物4に照射された測定光は、被測
定物の移動速度に応じた影響(ドップラ効果)が加えら
れ、この影響に応じた分だけ測定光の周波数をシフトし
た状態で反射する。この反射したレーザ光(以下反射光
という)は、レンズ系14、波長板13、第2のPBS
12b、反射ミラー16およびBS17を順次介してO
/E変換器21に入射される。Further, the measurement light is transmitted to the second PBS 12b,
The DUT 4 through the wave plate 13 and the lens system 14 in order.
Is irradiated. The measurement light with which the DUT 4 is irradiated is affected by the moving speed of the DUT (Doppler effect), and is reflected in a state in which the frequency of the measurement light is shifted by the amount corresponding to this influence. This reflected laser light (hereinafter referred to as reflected light) is used for the lens system 14, the wave plate 13, and the second PBS.
12b, the reflecting mirror 16 and the BS 17 in order
The light enters the / E converter 21.
【0006】O/E変換器21では、これら入射された
2つの光を電気信号に変換する。ここで電気信号に変換
されるものは、2つのレーザ光のビート(うねり)成分
である。すなわち、これら2つの参照光と反射光との間
の周波数差がビート周波数として検出されて変換され
る。The O / E converter 21 converts these two incident lights into electric signals. What is converted into an electric signal here is the beat (swell) component of the two laser beams. That is, the frequency difference between these two reference lights and the reflected light is detected and converted as a beat frequency.
【0007】今、被測定物4が静止した状態にあるなら
ば、上述したAOM15での周波数のシフト量が上記反
射光と測定光との周波数の差となり、この差がビート周
波数として変換される。一方、被測定物4が移動してい
る状態ならば、このビート周波数は、反射光と測定光と
の差に加えてドップラ効果によるシフト量が重畳された
周波数となる。この変換された電気信号は、さらに周波
数変換回路22にて、電気信号として扱い易い比較的低
周波域の信号に変換される。この信号をF/V変換器2
3にて周波数に応じた電圧信号に変換し、さらに増幅器
24で増幅し、所定処理を行い被測定物4の移動速度や
振動周波数を求める。If the DUT 4 is in a stationary state, the frequency shift amount in the AOM 15 described above becomes a difference in frequency between the reflected light and the measurement light, and this difference is converted as a beat frequency. . On the other hand, when the DUT 4 is in the moving state, the beat frequency is a frequency in which the shift amount due to the Doppler effect is superimposed in addition to the difference between the reflected light and the measurement light. The converted electric signal is further converted by the frequency conversion circuit 22 into a signal in a relatively low frequency range that is easy to handle as an electric signal. This signal is converted to F / V converter 2
At 3, the voltage signal is converted into a voltage signal according to the frequency, further amplified by the amplifier 24, and subjected to predetermined processing to obtain the moving speed and vibration frequency of the DUT 4.
【0008】このように構成されたドップラ効果を利用
した測定器では、高精度な測定を行うため、被測定物4
の移動速度(振動周波数)に応じて検出感度を切り換え
る構成となっており、これは上記周波数変換回路22の
レンジの切り換えとともにF/V変換回路23の周波数
/電圧変換のレンジを切り換えることでなされていた。
例えば、周波数変換回路22からの出力信号の周波数
が、ある基準周波数f1に近い場合にはレンジ切り換え
スイッチ231をレンジ1側に、同様に別の基準周波数
f2に近い場合にはレンジ切り換えスイッチ231をレ
ンジ2側に接続する。そして、両測定においても、F/
V変換回路23は、基準周波数信号が到来したときに所
定の電圧を出力するように構成されていた。しかしなが
ら、これらの出力電圧には何らかの要因により所期の値
とずれることがあり得るので、このような装置において
はF/V変換器23と増幅器24との間に図4に示す補
償用のオフセット回路3’を配し、この差を校正するこ
とがなされていた。ここで、従来のオフセット回路を
3’としたのは、従来のオフセット回路と本発明により
開示されるオフセット回路とを区別するためである。以
下、’を付して示したものは、従来のオフセット回路の
構成を示すものとする。In the measuring instrument using the Doppler effect configured as described above, the object to be measured 4 is measured in order to perform highly accurate measurement.
The detection sensitivity is switched according to the moving speed (vibration frequency) of the F / V conversion circuit 23 as well as the range of the frequency conversion circuit 22 is switched. Was there.
For example, when the frequency of the output signal from the frequency conversion circuit 22 is close to a certain reference frequency f1, the range change switch 231 is set to the range 1 side, and when it is close to another reference frequency f2, the range change switch 231 is set. Connect to Range 2 side. And in both measurements, F /
The V conversion circuit 23 is configured to output a predetermined voltage when the reference frequency signal arrives. However, since these output voltages may deviate from the expected values due to some factors, the offset for compensation shown in FIG. 4 is provided between the F / V converter 23 and the amplifier 24 in such a device. The circuit 3'was arranged and this difference was calibrated. Here, the conventional offset circuit is set to 3'to distinguish the conventional offset circuit from the offset circuit disclosed by the present invention. In the following, what is shown with a suffix "'" indicates the configuration of the conventional offset circuit.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】オフセット回路3’
は、補正手段としての第1の増幅器31’と、この増幅
器31’の負側入力端子に接続された補償電圧発生手段
としての電源回路32’とを有している。さらに、この
電源回路32’は、適当な値を有する補償用の電圧e
1’およびe2’を上記切換スイッチ231に対応して
動作する切換スイッチSW1’により切り換えている。
なお、増幅器31’の正側入力端子に上記F/V変換回
路23の出力が接続され、増幅器31’の出力には上記
増幅器24に接続されている。Offset circuit 3 '
Has a first amplifier 31 'as a correction means and a power supply circuit 32' as a compensation voltage generation means connected to the negative side input terminal of the amplifier 31 '. Further, the power supply circuit 32 'has a voltage e for compensation having an appropriate value.
1'and e2 'are switched by a changeover switch SW1' which operates corresponding to the changeover switch 231.
The output of the F / V conversion circuit 23 is connected to the positive input terminal of the amplifier 31 ', and the output of the amplifier 31' is connected to the amplifier 24.
【0010】このように構成されたオフセット回路3’
では、補償用の電圧e1’およびe2’が所定の値に定
められ、上記基準周波数を有する信号が入力されたとき
に第1の増幅器31’から0[V]の信号を出力する構
成となっている。従って、周囲温度の変化等の不正要因
によりF/V変換回路23の変換率が変化した際には、
この変化分が上記第1の増幅器31’により増幅された
形で出力されてしまうので、校正の精度が悪くなってし
まうといった問題点があった。本発明はこの点に対して
なされたものであり、その目的とするところは、不正要
因が生じた際においても正確、かつ、高精度な校正がで
きるドップラ効果を利用した測定器を提供することにあ
る。The offset circuit 3'constituted in this way
In the configuration, the compensating voltages e1 ′ and e2 ′ are set to predetermined values, and a signal of 0 [V] is output from the first amplifier 31 ′ when a signal having the reference frequency is input. ing. Therefore, when the conversion rate of the F / V conversion circuit 23 changes due to an illegal factor such as a change in ambient temperature,
Since this variation is output in the form of being amplified by the first amplifier 31 ', there is a problem that the accuracy of the calibration is deteriorated. The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a measuring instrument using the Doppler effect, which can perform accurate and highly accurate calibration even when an incorrect factor occurs. It is in.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】このため本発明のドップ
ラ効果を利用した測定器は、運動する被測定物体のドッ
プラ効果が加えられた反射レーザ光と、基準レーザ光と
の周波数の差をO/E変換器により測定周波数信号とし
て取り出し、該測定周波数信号に基づき、上記物体の振
動、速度等の物理量を測定するドップラ効果を利用した
測定器であって、上記測定周波数信号を測定電圧信号に
変換する周波数/電圧変換手段と、該周波数/電圧変換
手段から出力された測定電圧信号の適正値からのずれを
補償する補償電圧を発生する補償電圧発生手段とを少な
くとも有したドップラ効果を利用した測定器において、
測定レンジ切り換え時あるいは操作者の指示または所定
のタイミングにより、装置の測定モードと校正モードと
を切り換えるモード切り換え手段を有し、上記校正モー
ド時においては、基準周波数源から発生された校正用の
基準周波数信号を上記測定周波数信号に代えて上記周波
数/電圧変換手段に入力させ、該周波数/電圧変換手段
の出力の適正値からのズレに応じた補償電圧を発生する
よう上記補償電圧発生手段を設定することを特徴とす
る。For this reason, the measuring apparatus utilizing the Doppler effect of the present invention makes the difference in frequency between the reflected laser light to which the Doppler effect of the moving object to be measured is added and the reference laser light O / E converter is used as a measurement frequency signal, and based on the measurement frequency signal, a measuring instrument utilizing the Doppler effect for measuring physical quantities such as vibration and velocity of the object, wherein the measurement frequency signal is converted into a measurement voltage signal. A Doppler effect having at least a frequency / voltage converting means for converting and a compensating voltage generating means for generating a compensating voltage for compensating a deviation from a proper value of the measured voltage signal outputted from the frequency / voltage converting means is utilized. In the measuring instrument,
It has a mode switching means for switching between the measurement mode and the calibration mode of the device when switching the measurement range, or according to an operator's instruction or predetermined timing, and in the calibration mode, a reference for calibration generated from the reference frequency source. The frequency signal is input to the frequency / voltage converting means instead of the measured frequency signal, and the compensating voltage generating means is set so as to generate a compensating voltage according to a deviation of the output of the frequency / voltage converting means from an appropriate value. It is characterized by doing.
【0012】[0012]
【作用】校正は、測定レンジの切り換え時に自動的に行
われる。また、操作者の指示により任意のタイミングで
行うこともできる。校正時において、基準周波数電圧源
からの基準周波数電圧が測定周波数電圧に代えて周波数
/電圧変換手段に入力される。そしてこのときの周波数
/電圧変換手段の出力に適正値からのズレが生じている
場合には、このズレを補償する補償電圧を発生するよう
補償電圧発生手段を校正する。この段階で校正モードが
終了し、自動的に測定モードに切り換えられる。前述の
周波数/電圧変換手段の測定信号に関する出力電圧に上
記補償電圧が付加される。従って、上記不正要因により
周波数/電圧変換手段からの出力が変化したときでも適
宜校正動作が行われるので、この変化に対応することが
可能となり、高精度の校正ができる。Function: The calibration is automatically performed when the measurement range is switched. It can also be performed at any timing according to an instruction from the operator. During calibration, the reference frequency voltage from the reference frequency voltage source is input to the frequency / voltage conversion means instead of the measured frequency voltage. If the output of the frequency / voltage converting means at this time deviates from the proper value, the compensating voltage generating means is calibrated so as to generate a compensating voltage for compensating for this deviation. At this stage, the calibration mode ends and the measurement mode is automatically switched to. The above-mentioned compensation voltage is added to the output voltage related to the measurement signal of the aforementioned frequency / voltage conversion means. Therefore, even when the output from the frequency / voltage conversion means changes due to the above-mentioned incorrect factors, the calibration operation is appropriately performed, so that it is possible to cope with this change and highly accurate calibration can be performed.
【0013】[0013]
【実施例】図1は本発明のドップラ効果を利用した測定
器における、オフセット回路3を中心とする主要部の第
1の回路構成を示すブロック図である。本発明における
他の構成は、従来技術にて示したものと同様であるの
で、ここでは重複を避けるためその説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing a first circuit configuration of a main part centering on an offset circuit 3 in a measuring instrument utilizing the Doppler effect of the present invention. Other configurations in the present invention are the same as those shown in the prior art, and therefore the description thereof is omitted here to avoid duplication.
【0014】図1において、オフセット回路3は、上記
補正手段として第1の増幅器A1を有し、一方、上記補
償電圧発生手段として、第1の発信器31、コントロー
ラ32、第2の発信器33、第1のゲート回路34、D
/A変換器35、アップダウン(U/D)カウンタ3
6、第2のゲート回路37、補償電圧発生回路38、第
2の増幅器A2および比較器A3等を有している。In FIG. 1, the offset circuit 3 has a first amplifier A1 as the correction means, while a first oscillator 31, a controller 32, and a second oscillator 33 as the compensation voltage generation means. , The first gate circuit 34, D
/ A converter 35, up-down (U / D) counter 3
6, a second gate circuit 37, a compensation voltage generating circuit 38, a second amplifier A2, a comparator A3 and the like.
【0015】図1に示した装置は、測定モードと校正モ
ードとを有している。測定モード状態においては先に説
明したと同様に、光学系1からの光信号がO/E変換器
21に入力され、F/V変換回路23、第1の増幅器A
1、および増幅器4を経て目的の出力信号を生成する。The apparatus shown in FIG. 1 has a measurement mode and a calibration mode. In the measurement mode state, as described above, the optical signal from the optical system 1 is input to the O / E converter 21, the F / V conversion circuit 23, and the first amplifier A are input.
1 and the desired output signal via the amplifier 4.
【0016】校正モードは、例えば測定レンジを変更す
るときに行われるもので、当該レンジでのオフセット値
の所期設定を行うものである。まず、レンジ選択スイッ
チSW3aでレンジを選択する。このレンジ選択スイッ
チSW3aはレンジ切り換えスイッチ231および上記
第1の発信器31の出力周波数に連動している。このレ
ンジ選択スイッチSW3aで選択されたレンジに応じ
て、レンジ切り換えスイッチ231は目的のレンジ(例
えばレンジ2)に切り替わり、また上記発信器31が発
する基準周波数はそれに対応する周波数(例えばf2)
に切り替わる。この時点でコントローラ32は信号tc
を発し、SW1を上記第1の発信器31側(CAL)に
接続するとともに第1のゲート回路34のゲートを開き
周波数f3の信号を第2のゲート回路37に対して印加
する。また、この校正動作を操作者が任意のタイミング
で行うときは、校正スイッチSW3bを接続する。この
際、測定レンジおよび発信器31の出力周波数はスイッ
チ押下時の状態を維持したまま、先と同様に、SW1を
上記第1の発信器31側に接続し、かつ、第1のゲート
回路34のゲートを開いて周波数f3の信号を後述する
第2のゲート回路に対して印加する。The calibration mode is performed, for example, when the measurement range is changed, and is intended to set the offset value in the range. First, the range is selected by the range selection switch SW3a. The range selection switch SW3a is linked to the output frequencies of the range changeover switch 231 and the first oscillator 31. According to the range selected by the range selection switch SW3a, the range changeover switch 231 is switched to the target range (for example, range 2), and the reference frequency emitted by the oscillator 31 is the corresponding frequency (for example, f2).
Switch to. At this point, the controller 32 sends the signal tc
To connect SW1 to the side of the first oscillator 31 (CAL) and open the gate of the first gate circuit 34 to apply a signal of frequency f3 to the second gate circuit 37. Further, when the operator performs this calibration operation at an arbitrary timing, the calibration switch SW3b is connected. At this time, similarly to the above, SW1 is connected to the first oscillator 31 side while the measurement range and the output frequency of the oscillator 31 are maintained in the state when the switch is pressed down, and the first gate circuit 34 is used. And the signal of frequency f3 is applied to the second gate circuit described later.
【0017】校正モードにおいて、上記第1の発信器3
1から発せられた基準周波数信号は上記F/V変換回路
23に入力される。このF/V変換回路23では、変換
レンジおよび入力周波数に応じて所定値の基準電圧信号
を出力する。なお、実施例装置においては、説明を容易
にするために2レンジの装置を示してあるが、これより
多くのレンジを有する場合がある。In the calibration mode, the first oscillator 3
The reference frequency signal emitted from the No. 1 is input to the F / V conversion circuit 23. The F / V conversion circuit 23 outputs a reference voltage signal having a predetermined value according to the conversion range and the input frequency. In the apparatus of the embodiment, a device having two ranges is shown for ease of explanation, but there are cases where the device has more ranges.
【0018】上記第1の増幅器A1は、その正側入力端
子に上記F/V変換回路23の出力が、負側入力端子に
は後述する補償電圧が入力され、これら2つの入力電圧
の差分値を1〜10倍程度の増幅率で増幅し、上記増幅
器24に対して出力する。また、第2の増幅器A2の正
負の入力端子にはそれぞれ上記第1の増幅器A1と同一
の信号が入力され、これら2つの入力電圧の差分値を数
10〜数100倍程度の増幅率で増幅して出力する。The output of the F / V conversion circuit 23 is input to the positive side input terminal of the first amplifier A1 and the compensation voltage, which will be described later, is input to the negative side input terminal thereof, and the difference value between these two input voltages is input. Is amplified with an amplification factor of about 1 to 10 times and output to the amplifier 24. The same signal as that of the first amplifier A1 is input to the positive and negative input terminals of the second amplifier A2, and the difference value between these two input voltages is amplified by an amplification factor of about several tens to several hundreds. And output.
【0019】第2の増幅器A2の出力は比較器A3の正
側入力端子に入力される。この比較器A3の負側入力端
子にはグランドレベル(0[V])が入力されているの
で、比較器A3はゼロクロスコンパレータ、すなわち、
増幅器A2からの出力が0[V]以下の時はLレベルを
出力し、0[V]を越えたときはHレベルを出力する2
値化回路として動作する。従って、この比較器3の出力
端側にあるTP1での信号は、Lレベルでは0[V]、
Hレベルでは所定の電圧(例えば5[V])が出力さ
れ、接続されるデジタル回路とのマッチングが図られて
いる。The output of the second amplifier A2 is input to the positive input terminal of the comparator A3. Since the ground level (0 [V]) is input to the negative side input terminal of the comparator A3, the comparator A3 is a zero-cross comparator, that is,
When the output from the amplifier A2 is 0 [V] or less, the L level is output, and when the output exceeds 0 [V], the H level is output 2
Operates as a digitization circuit. Therefore, the signal at TP1 on the output end side of the comparator 3 is 0 [V] at L level,
A predetermined voltage (for example, 5 [V]) is output at the H level, and matching with a connected digital circuit is achieved.
【0020】この信号は第2のゲート回路37に入力さ
れる。この第2のゲート回路37はインバータ371、
第1のNANDゲート372および第2のNANDゲー
ト373から構成されている。ここで信号は2つに分岐
し、一方はインバータ371を介して第1のNANDゲ
ート372の正側入力端子に入力され、他方は第2のN
ANDゲート373の正側入力端子に直接入力されてい
る。また、これら両NANDゲートの負側入力端子に
は、第2の発信器33からの信号が入力される。この第
2の発信器33は、先に述べた様に、第2のゲート回路
37との間に配された第1のゲート回路34により、上
記校正時間tcの間、所定の周波数信号f3を出力する
ようになっている。従って、上記TP1での信号がHレ
ベルの時には、第2のNANDゲート373から、一
方、Lレベルの時には、第1のNANDゲート372か
らこの周波数f3に応じた電気信号が送出される。この
第1のNANDゲート372からの出力はUPクロック
f5として、第2のNANDゲート373からの出力は
DOWNクロックf4として、それぞれがU/Dカウン
タ36に入力される。This signal is input to the second gate circuit 37. The second gate circuit 37 is an inverter 371,
It is composed of a first NAND gate 372 and a second NAND gate 373. Here, the signal is branched into two, one is input to the positive side input terminal of the first NAND gate 372 via the inverter 371, and the other is input to the second N
It is directly input to the positive input terminal of the AND gate 373. A signal from the second oscillator 33 is input to the negative input terminals of both NAND gates. As described above, the second oscillator 33 outputs the predetermined frequency signal f3 during the calibration time tc by the first gate circuit 34 arranged between the second oscillator 33 and the second gate circuit 37. It is designed to output. Therefore, when the signal at TP1 is at H level, the second NAND gate 373 sends an electric signal, and when it is at L level, the first NAND gate 372 sends an electric signal corresponding to the frequency f3. The output from the first NAND gate 372 is input to the U / D counter 36 as the UP clock f5, and the output from the second NAND gate 373 is input to the DOWN clock f4.
【0021】U/Dカウンタ36では、これら2つのク
ロックに応じてその指示値を増減し、D/Aコンバータ
35にこの指示値を送出する。D/Aコンバータ35は
U/Dカウンタ36からの指示値に応じ、後述する補償
電圧発生回路38に対してアナログ値で電圧を出力する
が、この出力は抵抗R9およびR12により出力範囲を
制限されている。この範囲制限は、D/Aコンバータの
分解能を向上させるためになさたものである。仮に、こ
のD/Aコンバータ35が0〜6[V]の範囲を可変と
するものであった場合、抵抗R9、R12を適当値に設
定するにより、この可変範囲を0〜2[V]と制限する
ことができる。こうすると1クロック当たりの制御電圧
を1/3にできるので、実質的な分解能を3倍向上させ
ることができる。The U / D counter 36 increases or decreases the instruction value according to these two clocks and sends the instruction value to the D / A converter 35. The D / A converter 35 outputs a voltage with an analog value to a compensation voltage generating circuit 38 described later according to the instruction value from the U / D counter 36, but this output has its output range limited by resistors R9 and R12. ing. This range limitation is made to improve the resolution of the D / A converter. If the D / A converter 35 has a variable range of 0 to 6 [V], the variable range is set to 0 to 2 [V] by setting the resistors R9 and R12 to appropriate values. Can be restricted. In this way, the control voltage per clock can be reduced to 1/3, and the substantial resolution can be improved three times.
【0022】補償電圧発生回路38は、バッファアンプ
A5、差動アンプA4を備え、上記D/Aコンバータ3
5の出力アナログ電圧は、このバッファアンプA5を介
して差動アンプA4の負側入力端子に入力される。この
差動アンプA4の正側入力端子には補償基準電圧e1が
印加されている。従って、この差動アンプA4からは、
この補償基準電圧e1と上記アナログ電圧との差分が補
償電圧として出力される。The compensating voltage generating circuit 38 includes a buffer amplifier A5 and a differential amplifier A4, and the D / A converter 3 is provided.
The output analog voltage of 5 is input to the negative side input terminal of the differential amplifier A4 via the buffer amplifier A5. The compensation reference voltage e1 is applied to the positive input terminal of the differential amplifier A4. Therefore, from this differential amplifier A4,
The difference between the compensation reference voltage e1 and the analog voltage is output as the compensation voltage.
【0023】この補償電圧は、上記第2の増幅器A2の
負側入力端子および上記第1の増幅器A1の負側入力端
子の両者に対して入力される。従って、第2の増幅器A
2においては帰還ループを形成し、上記校正時間tcの
間、比較器A3の正側入力端子に入力される電圧が0
[V]となるまで上記U/Dカウンタ36の指示値を増
減して補償電圧を可変する。この補償電圧がこのように
して決定された段階で上記U/Dカウンタ36の指示値
が固定されコントローラ32による構成モードが終了す
る。なお、この第2の増幅器A2は数10〜数100倍
の増幅率を有しているので、入力されたF/V変換回路
23から出力された基準電圧と補償電圧との差分は増幅
され、より高精度での校正がなされる。また、第1の増
幅器A1においては、この高精度に校正された補償電圧
と上記F/V変換回路23から出力された基準電圧との
差分を1〜10倍程度の増幅率で増幅して上記増幅器2
4に出力する。要するに、この構成では、補償電圧は高
い増幅率を有する第2の増幅器により定められ、この補
償電圧は低い増幅率を有する第1の増幅器で利用される
ので、結果として高い校正精度が得られる。This compensation voltage is input to both the negative side input terminal of the second amplifier A2 and the negative side input terminal of the first amplifier A1. Therefore, the second amplifier A
2 forms a feedback loop, and the voltage input to the positive side input terminal of the comparator A3 is 0 during the calibration time tc.
The compensation voltage is varied by increasing or decreasing the indicated value of the U / D counter 36 until it becomes [V]. When the compensation voltage is determined in this way, the instruction value of the U / D counter 36 is fixed and the configuration mode by the controller 32 ends. Since the second amplifier A2 has an amplification factor of several tens to several hundreds, the difference between the reference voltage and the compensation voltage output from the input F / V conversion circuit 23 is amplified, Calibration with higher accuracy is performed. In the first amplifier A1, the difference between the compensation voltage calibrated with high accuracy and the reference voltage output from the F / V conversion circuit 23 is amplified by an amplification factor of about 1 to 10 times, and Amplifier 2
Output to 4. In short, in this configuration, the compensation voltage is determined by the second amplifier having a high amplification factor, and this compensation voltage is utilized by the first amplifier having a low amplification factor, resulting in high calibration accuracy.
【0024】図2は本発明における第2の回路構成を示
すブロック図である。上述した第1の回路構成との差異
は、次の点にある。 構成用の基準周波数信号をO/E変換器21の後段に
入力するようにした点。 第2の増幅器A2の正側入力を第1の増幅器A1の出
力とした点。 補償電圧発生回路38の差動増幅器A4の正側入力端
子に接続された補償基準電圧をF/V変換回路23のレ
ンジにあわせて切り換えた点。 差動増幅器A4の正側入力端子と出力端子の間にスイ
ッチSW5により接続自在に制御されるコンデンサC1
を配した点。FIG. 2 is a block diagram showing the second circuit configuration of the present invention. The difference from the above-described first circuit configuration is in the following points. A point that the reference frequency signal for configuration is input to the subsequent stage of the O / E converter 21. The positive input of the second amplifier A2 is the output of the first amplifier A1. The compensation reference voltage connected to the positive side input terminal of the differential amplifier A4 of the compensation voltage generation circuit 38 is switched according to the range of the F / V conversion circuit 23. A capacitor C1 is connected between a positive input terminal and an output terminal of the differential amplifier A4 and is controlled by a switch SW5.
Point.
【0025】上記は、周波数変換回路22の変動分も
合わせて補償可能に構成したものである。この第2の実
施例装置においてはO/E変換器21の後段にあるF/
V変換器23の回路構成を総称して 周波数/電圧変換
手段と呼ぶことにする。上記上記第1の増幅器A1自
身が有するオフセット電圧を補正するためになされたも
のである。この構成では、第1の増幅器A1の出力が基
準電圧となるので、第1の増幅器自身のオフセット電圧
を含めた形で補正される。上記は、より高精度での校
正をするためになされたもので、周波数/電圧変換手段
のレンジ切り換えに起因して生じる若干の出力差によ
り、D/A変換器35の制御範囲が広くなることに対し
てなされたものである。この構成によれば、レンジ切り
換えに時において、周波数/電圧変換手段からの出力に
対応して補償基準電圧を切り換えるので、D/A変換器
の制御範囲を狭めることができ、高精度の校正が可能と
なる。上記は、測定時のノイズ削減と校正時の応答性
向上を両立させるためになされたもので、校正時におい
てはSW5を切り放して応答性を向上させ、測定時にお
いてはSW5を接続して、高周波ノイズを低減させるも
のである。これら〜により、より高精度の校正を行
うことができる。The above is configured so that the variation of the frequency conversion circuit 22 can also be compensated. In the device of the second embodiment, the F / F in the latter stage of the O / E converter 21 is
The circuit configuration of the V converter 23 will be generically referred to as frequency / voltage conversion means. This is done to correct the offset voltage of the first amplifier A1 itself. In this configuration, since the output of the first amplifier A1 becomes the reference voltage, the output voltage is corrected including the offset voltage of the first amplifier itself. The above description is made to perform calibration with higher accuracy, and the control range of the D / A converter 35 is widened due to a slight output difference caused by the range switching of the frequency / voltage conversion means. It was made to. With this configuration, when the range is switched, the compensating reference voltage is switched according to the output from the frequency / voltage converting means, so that the control range of the D / A converter can be narrowed and highly accurate calibration can be performed. It will be possible. The above is made to reduce noise at the time of measurement and improve the response at the time of calibration. SW5 is cut off at the time of calibration to improve the response, and SW5 is connected at the time of measurement to increase the high frequency. It reduces noise. Due to these, it is possible to perform more accurate calibration.
【0026】なお、以上の実施例においては校正モード
に変更する場合を、測定レンジ切り換え時、使用者の操
作時に行う旨説明したが、予め装置内に校正モード実行
プログラムを設けるなどして測定開始時あるいは測定中
の所定のタイミングにおいて自動的に校正動作を実行さ
せることも可能である。In the above embodiment, the case where the calibration mode is changed is explained when the measurement range is switched and when the user operates. However, the calibration mode execution program is provided in the apparatus in advance to start the measurement. It is also possible to automatically execute the calibration operation at a certain time or at a predetermined timing during measurement.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のドップラ
効果を利用した測定器によれば、外的要因が変化した際
においても正確、かつ、高精度な校正ができるといった
利点を有する。As described above in detail, the measuring instrument utilizing the Doppler effect of the present invention has an advantage that accurate and highly accurate calibration can be performed even when external factors change.
【図1】本発明の第1実施例装置を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment device of the present invention.
【図2】本発明の第2実施例装置を示すブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment device of the present invention.
【図3】本発明が適用されるドップラ効果を利用した測
定器のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a measuring instrument using the Doppler effect to which the present invention is applied.
【図4】従来装置を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a conventional device.
21 O/E変換器 22 周波数変換回路 23 F/V変換回路 24 増幅器 3 オフセット回路 35 D/A変換器 36 U/Dカウンタ 37 第2のゲート回路 38 オフセット電圧発生回路 A1 第1の増幅器 21 O / E converter 22 Frequency conversion circuit 23 F / V conversion circuit 24 Amplifier 3 Offset circuit 35 D / A converter 36 U / D counter 37 Second gate circuit 38 Offset voltage generation circuit A1 First amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 卓之 神奈川県横浜市戸塚区品濃町503−10 グ ラフテック株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takuyuki Kobayashi 503-1 Shinanomachi, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Graftech Co., Ltd.
Claims (1)
えられた反射レーザ光と、基準レーザ光との周波数の差
をO/E変換器により測定周波数信号として取り出し、
該測定周波数信号に基づき、上記物体の振動、速度等の
物理量を測定するドップラ効果を利用した測定器であっ
て、 上記測定周波数信号を測定電圧信号に変換する周波数/
電圧変換手段と、該周波数/電圧変換手段から出力され
た測定電圧信号の適正値からのずれを補償する補償電圧
を発生する補償電圧発生手段とを少なくとも有したドッ
プラ効果を利用した測定器において、 測定レンジ切り換え時あるいは操作者の指示または所定
のタイミングにより、装置の測定モードと校正モードと
を切り換えるモード切り換え手段を有し、 上記校正モード時においては、基準周波数源から発生さ
れた校正用の基準周波数信号を上記測定周波数信号に代
えて上記周波数/電圧変換手段に入力させ、該周波数/
電圧変換手段の出力の適正値からのズレに応じた補償電
圧を発生するよう上記補償電圧発生手段を設定すること
を特徴とするドップラ効果を利用した測定器。1. A difference in frequency between a reflected laser beam to which the Doppler effect of a moving measured object is added and a reference laser beam is taken out as a measurement frequency signal by an O / E converter,
A measuring instrument utilizing the Doppler effect for measuring a physical quantity such as vibration or velocity of the object based on the measurement frequency signal, wherein a frequency / frequency for converting the measurement frequency signal into a measurement voltage signal
In a measuring instrument utilizing the Doppler effect, which has at least a voltage converting means and a compensating voltage generating means for generating a compensating voltage for compensating the deviation of the measured voltage signal output from the frequency / voltage converting means from an appropriate value, It has a mode switching means for switching between the measurement mode and the calibration mode of the device when switching the measurement range, or according to an operator's instruction or predetermined timing, and in the calibration mode, the reference for calibration generated from the reference frequency source. A frequency signal is input to the frequency / voltage conversion means instead of the measured frequency signal,
A measuring instrument utilizing the Doppler effect, characterized in that the compensating voltage generating means is set so as to generate a compensating voltage according to a deviation of the output of the voltage converting means from an appropriate value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5185583A JPH06109843A (en) | 1992-07-17 | 1993-06-29 | Measuring instrument by making use of doppler effect |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4-213282 | 1992-07-17 | ||
JP21328292 | 1992-07-17 | ||
JP5185583A JPH06109843A (en) | 1992-07-17 | 1993-06-29 | Measuring instrument by making use of doppler effect |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06109843A true JPH06109843A (en) | 1994-04-22 |
Family
ID=26503197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5185583A Pending JPH06109843A (en) | 1992-07-17 | 1993-06-29 | Measuring instrument by making use of doppler effect |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH06109843A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61272678A (en) * | 1985-05-29 | 1986-12-02 | Hitachi Ltd | Ion chamber type monitoring and calibrating device for radiation |
JPS6396584A (en) * | 1986-10-13 | 1988-04-27 | Mitsubishi Electric Corp | Rotation variance measuring instrument |
JPS63191988A (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-09 | Mitsubishi Electric Corp | Laser doppler speedometer |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5185583A patent/JPH06109843A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61272678A (en) * | 1985-05-29 | 1986-12-02 | Hitachi Ltd | Ion chamber type monitoring and calibrating device for radiation |
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