JPS62126378A - レ−ザドツプラ速度計 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光のドツ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
するレーザドツプラ速１１１′計に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、移動物体の速度を光のドツプラ効果を利用して
測定するには、第２図に示すような構成のレーザドツプ
ラ速度計が用いられていた。第２図は例えば三菱′６を
磯技報ｖｏｔ、　５　Ｂ　−Ｎｏ１１９８４第３４頁〜
第３８頁に記載の光フアイバセンサーレーザ干渉計−に
示された従来のレーザドツプラ速度計の構成図であり１
図におＡて（１）は移動物体。

（２）け特定の波長を出力するレーザ、（３）はレーザ
光を２分割するビームスプリッタ、　　（４ａ）、　（
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、（６１は移動
物体（１）から散乱された光を受信するだめの受信光学
系。

（７）は受信光を電気信号に変換する光検出器、（８１
は増幅器、（９１ｉｌＩ周波数追跡器、θＱは速度演算
器である。

第２図に示すごとく、移動物体１１１にレーザ（２）か
う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）（ｓｂｌ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（１１の散乱光の波長は。

移動物体（１）の速度Ｖに応じて、いわゆる正負のドツ
プラシフトを起こす。この２つの正負のドツプラシフト
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（７１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第（１）式に示すド
ツプラ周波数ｆｄの交流信号（以下ドツプラ信号という
）が存在する。

ここに Ｖ；移動物体の速度 λ：レーザ光の波長 ψ；２つの送光ビームの交差角 光検出器（７１で電気信号に変換されたドツプラ信号は
微弱なため増幅器（８）で増幅された後１周波数追跡器
（９）でドツプラ周波数ｆｄを計測し、第ｆｉ１式によ
多速度演算器αＱで速度演算することによシ移動物体（
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。

第３図は、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１図中りはビーム径、
Δθはビーム拡がシ、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点は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。

ｔは、送信光学系（５ａ）、　（５ｂｌから移動物体（
１）１での測定距離、２・Δｔは、　２条のビームの交
差点Ａ、Ｏ間の距離、ψはＢ点でのビーム交差角。

ψ１はＡ点でのビーム交差角、ψ２は０点でのビーム交
差角である。

レーザドツプラ速度計では、２条のビーム各々のドツプ
ラシフトを受けた散乱光を受信してドツプラ信号を得る
ため、移動物体（１）は第３図のビーム交差部（Ａ−０
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＃）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、このときの測定距離ｔｏを基
準距離とし、速度演算器α〔の速度計測値Ｖ′を移動物
体＋１１の速ｉｖに等しくなるように校正する。

この場合移動物体（１１のパスラインＰが平行移動して
も、Ａ点、０点を越えなければ、ドツプラ信号が得られ
移動物体（ＩＩ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・Δｔ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。

移動物体口）のパスラインＰが、Ｂ点を通る場合は、ビ
ーム交差角＃′ｉ９であるためドツプラ周波数ｆｄは速
度Ｖに対して第（１）式で与えられる。ＬかＬ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ψ１はψ１＝ψ＋２・Δθとな
るため、ドツプラ周波数ｆｄ１は次式で与えられる。

同様に、パスラインＰが変動【て０点を通る場合、ビー
ム交差角ψ２けψ２＝ψ−２Δθ　となるためドツプラ
周波数ｆｄ２は次式で与えられる。

第＋１１式〜第（３１式から明らかなように、移動物体
（＋１がパスラインＰ変動を起こすと、移動物体（１１
の速度Ｖに対して得られるドツプラ周波数は異った値と
なり、ドツプラ周波数から移動物体（１１の速度Ｖを算
出する速度演算器ｆｌｌ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０点まで変動したときの
測定誤差率εは、第（１）弐〜第（３）式からパスライ
ンがＢ、壱を通ったときのドツプラ周波数ｆｄを基準と
して次式で与えられる。

ビーム交差部の長さ２・Δｔは、ビーム径Ｄ２ビーム交
差角ψかちほぼ次式で近似できる。

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、第（４）、第（５）式から次式で与えられる。

・・−・・　（６） 通常、ビーム拡がりΔθは数ｍｒａａ以下、以下広ビー
ム交差角１０°以下に設計されるので、　ｓｉｎΔθζ
Δθ、。（−！−）＃１となり、第（６）式は次式で近
似される。

例えば、ビーム拡がりΔθを３ｍｒａｄ、　　ビームｒ
千りを４１１Ｍとしたときの測定誤差δは２　Ｘ　３　
Ｘ　１０　　　ｒａｄ ＝−１，５Ｘ１０　　　　　（−１・・・・・−・・　
　１１４１１諺 となシ、パスラインＰ変動１龍当プ約−０，１５（５）
の測定誤差となる。ここで第（８）式の符号の←）は。

パスラインＰが測定比Ｗｅｔとして長くなる方向に変動
したとき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Ｌｌ測定誤差を与える。

第３図の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ｔｏからのパスライン変動量をΔｔｐとする
と、速度演算器部の速度計側値Ｖ′は１次式で与えられ
る。

ｖ’＝ｖ（１＋δ・Δｔｐ　１　　　　　　・・・・・
・・・・　＋９１パスライン変動址Δｔｐは、　測定距
離ｔが基準距離Ｌｏより長くなる方向を（ト）とし９反
対に短くなる方向を（ハ）とする。

一般的に、鉄鋼ライン等の移動物体＋１１のパスライン
Ｐは、移動物体（１）の板厚により０．１〜数ＩＯＩ変
動する。従って、送信光学系（ｓａ）、　　（５ｂ）と
移動物体（ｌｌｒｉ！ｉ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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のレーザドツプラ速度計は、移動物体（１）の
板厚変化に伴なう測定距離の基準距離ｔ（Ｔからの変Ｍ
ＪＪＪ量Δｔｐにほぼ比例した速度計測誤差を生ずると
いう問題を櫓していた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、測定距離変動に伴なう速度計測誤差を低減したレ
ーザドツプラ速度計を得ることを目的とするものである
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明に係わるレーザドツプラ速度計は、移動物体ｆ
ｌ＋の板厚を計測する板厚計と、上記板厚計の出力を用
めで速度測定誤差を補正する板厚補正回路とを設けたも
のである。

〔作用〕

この発明におりでは、移動物体（１）の板厚を計測する
板厚計と、速度演算器α１の出力部に板厚補正回路を設
けて、板厚変化に伴なう測定距離変動にほぼ比例して速
度測定誤差を生ずる速度演算器部の速ｍ″出力を板厚計
の出力を用いて測定誤差を低減するように補正する。

〔実施例〕

第１図は、この発明による一実に例を示すレーザドツプ
ラ速度計のブロック図であり、以下図面に従い説明する
。

図中、（１）〜０Ｑは上記従来と同じものである。０υ
は１勝厚さ計等で代表される板厚計、０２け速度演算器
Ｈの出力を補正する板厚補正回路である。

以上の構成のレーザドツプラ速度計において。

移動物体（りの板厚が０の状態のとき測定距離が基準距
離１ｏになるように送信光学系（５ａ）、　（５ｂ）を
設定すると、板厚ｔの変化に応じて（ＩＩＩＪ足距離ｔ
けＬ　＝　ｔｏ　−ｔ　　と変化し、測定距離の基準距
離んからの変動量Δｔｐｉｌｔ移動物体（１）の板厚ｔ
として板厚計ａυで計測される。板厚計ａυの出力であ
る板厚ｔと速度演算器α１の出力である速度計側値Ｖ′
　とは、それぞれ板厚補正回路ａ３に入力される。

板厚補正回路α２では第０１式に示す演算を行っている
。

ｋ　；比例定数 Ｖ″；板厚補正回路（１３の出力 今、第０１式の比例定数ｋを第（８）式に示す単位測定
距離変動当りの測定誤差δに等りくなるように設定すれ
ば、第（９）、第ａ１式におりて板厚ｔ＝Δｔｐを考慮
すると、板厚補正回路α２の出力Ｖ′は、移動物体（り
の速度Ｖと等しくなり、＆４変化に伴なう測定距離変動
による速度測定誤Ｍｆ低減したレーザドツプラ速度計と
なる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、移動物体（１）の板
厚を計測する板厚計と、速度演算器０１の出力端に板厚
補正回路を設けて、移動物体（１）の板厚変化に伴なう
測定距離変動による速度測定誤差を低減したレーザドツ
プラ速度計が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例１を示すレーザドツプラ速
度計の構成図０ｗ、２図は従来のレーザドツプラ速度計
の構成図、第３図は送信光学系のビーム交差部を示す図
である。 図中、０１１は板厚計、α２は板厚補正回路である。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 特定の波長を出力するレーザと、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
   ーザビームを伝送する光ファイバケーブルと、上記伝送
   されたレーザビームを受けて移動物体上互いに反対方向
   から交差させて照射する二つの送信光学系と、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てド
   ップラシフトを起した散乱光を一緒に受信する受信光学
   系と、上記受信光学系で受信したドップラ信号を含む散
   乱光を伝送する光ファイバケーブルと、上記伝送された
   散乱光を電気変換する光検出器と、上記光検出器の出力
   を増幅する増幅器と、上記増幅された信号からドップラ
   周波数を検出する周波数追跡器と、上記周波数追跡器の
   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
   算する速度演算器を備えたレーザドップラ速度計におい
   て、上記移動物体の厚さを検出する厚さ計と、上記移動
   物体の厚さ変化により、速度測定誤差を生ずる上記速度
   演算器の出力を上記厚さ計の出力を用いて上記速度測定
   誤差を低減するように補正する厚さ補正回路とを具備し
   たことを特徴とするレーザドップラ速度計。