JPH0355797B2 - - Google Patents
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- JPH0355797B2 JPH0355797B2 JP26783885A JP26783885A JPH0355797B2 JP H0355797 B2 JPH0355797 B2 JP H0355797B2 JP 26783885 A JP26783885 A JP 26783885A JP 26783885 A JP26783885 A JP 26783885A JP H0355797 B2 JPH0355797 B2 JP H0355797B2
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 41
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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、非鉄鋼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度計に関する
ものである。
鋼、非鉄鋼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度計に関する
ものである。
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
図は例えば三菱電機技報vol.58・No.７・1984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、図において１は移動物体、２はレ
ーザ、３はレーザ光を２分割するビームスプリツ
タ、４ａ，４ｂはビームスプリツタ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
めの光フアイバケーブル、４ｃは後述する受信光
学系の受信光を伝送する光フアイバケーブル、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。
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
図は例えば三菱電機技報vol.58・No.７・1984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、図において１は移動物体、２はレ
ーザ、３はレーザ光を２分割するビームスプリツ
タ、４ａ，４ｂはビームスプリツタ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
めの光フアイバケーブル、４ｃは後述する受信光
学系の受信光を伝送する光フアイバケーブル、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。
第２図に示すごとく、移動物体１にレーザ２か
ら発信したレーザ光をビームスプリツタ３で２分
割し、各々の光を光フアイバケーブル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、光フアイバケーブル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。
ら発信したレーザ光をビームスプリツタ３で２分
割し、各々の光を光フアイバケーブル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、光フアイバケーブル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。
fd＝2v／λ・sinφ／２ ……(1)
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
光検出器７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、周波数
追跡器９でドツプラ周波数fdを計測し、第(1)式に
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の速度を求めることができる。このこと
は公知の事実である。
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でドツプラ周波数fdを計測し、第(1)式に
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、図中Ｄはビーム
径、Δθはビーム拡がり、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。
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。
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。
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。
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〜Ｃ点間）になければならない。
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〜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、このときの測定
距離lo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。
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、このときの測定
距離lo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、ドツプラ信
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。
しても、Ａ点、Ｃ点を越えなければ、ドツプラ信
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。
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であるためドツプラ周波数
fdは速度ｖに対して第(1)式で与えられる。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・Δθとなるため、ドツプラ周波数fd1は
次式で与えられる。
は、ビーム交差角はφ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。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・Δθとなるため、ドツプラ周波数fd1は
次式で与えられる。
fd1＝2v／λ・sin（φ1／２）
＝2v／λ・sin（φ／２＋Δθ） ……(2)
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
ツプラ周波数fd2は次式で与えられる。
合、ビーム交差角φ2はφ2＝φ−2Δθとなるためド
ツプラ周波数fd2は次式で与えられる。
fd2＝2v／λ・sin（φ2／２）
＝2v／λ・sin（φ／２−Δθ） ……(3)
第(1)式〜第(3)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(1)の
速度ｖに対して得られるドツプラ周波数は異つた
値となり、ドツ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。
(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ツプラ周波数は異つた
値となり、ドツ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、第(1)式〜第(3)式からパ
スラインがＢ点を通つ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。
たときの測定誤差率εは、第(1)式〜第(3)式からパ
スラインがＢ点を通つ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。
ε＝fd2−fd1／fd＝2V／λ・sin（／２−Δ
θ）−2V／λ・sin（／２＋Δθ）／2V／λ・sin（
／２）＝−２・sin（Δθ）／tan（／２）……(4) 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。
θ）−2V／λ・sin（／２＋Δθ）／2V／λ・sin（
／２）＝−２・sin（Δθ）／tan（／２）……(4) 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。
２・Δl＝Ｄ／sin（／２）（mm） ……(5)
従つてパスライン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。
誤差δは、第(4)、第(5)式から次式で与えられる。
δ＝ε／２・Δl＝−２・sin（Δθ）・cos（／２
）／Ｄ （１／mm） ……(6) 通常、ビーム拡がりΔθは数mrad以下、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、第(6)式は次式で近似 される。
）／Ｄ （１／mm） ……(6) 通常、ビーム拡がりΔθは数mrad以下、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、第(6)式は次式で近似 される。
δ＝−２・Δθ／Ｄ（１／mm） ……(7)
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 δ＝−２×３×10-3rad／4mm＝−1.5×10-3（１／ mm） ……(8) となり、パスラインＰ変動１mm当り約−0.15（％）
の測定誤差となる。ここで第(8)式の符号の（−）
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した測
定誤差を与える。
を4mmとしたときの測定誤差δは δ＝−２×３×10-3rad／4mm＝−1.5×10-3（１／ mm） ……(8) となり、パスラインＰ変動１mm当り約−0.15（％）
の測定誤差となる。ここで第(8)式の符号の（−）
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した測
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loからのパスライン変動量を
Δlpとすると、速度演算器１０の速度計測値v′は
次式で与えられる。
このときの測定距離loからのパスライン変動量を
Δlpとすると、速度演算器１０の速度計測値v′は
次式で与えられる。
v′＝ｖ（１＋δ・Δlp） ……(9)
パスライン変動量Δlpは、測定距離ｌが基準距
離loより長くなる方向を（＋）とし、反対に短く
なる方向を（−）とする。
離loより長くなる方向を（＋）とし、反対に短く
なる方向を（−）とする。
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。従つて、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。
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。従つて、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。
上記従来のレーザドツプラ速度計は、移動物体
１のパスライン変動に伴なう測定距離の基準距離
loからの変動量Δlpにほぼ比例した速度計測誤差
を生ずるという問題を有していた。
１のパスライン変動に伴なう測定距離の基準距離
loからの変動量Δlpにほぼ比例した速度計測誤差
を生ずるという問題を有していた。
この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されてたもので、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。
されてたもので、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。
この発明に係わるレーザドツプラ速度計は、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を計測する変位計
と、上記変位計の出力を用いて速度測定誤差を補
正する測定距離補正回路を設けたものである。
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を計測する変位計
と、上記変位計の出力を用いて速度測定誤差を補
正する測定距離補正回路を設けたものである。
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Δlpを計測する変位計と速度演算器１０の出力
端に測定距離補正回路を設けて、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１
０の速度出力を測定距離変動Δlpを計測する変位
計の出力でもつて測定誤差を低減するように補正
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Δlpを計測する変位計と速度演算器１０の出力
端に測定距離補正回路を設けて、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１
０の速度出力を測定距離変動Δlpを計測する変位
計の出力でもつて測定誤差を低減するように補正
する。
第１図は、この発明による一実施例を示すレー
ザドツプラ速度計のブロツク図であり、以下図面
に従い説明する。
ザドツプラ速度計のブロツク図であり、以下図面
に従い説明する。
図中、１〜１０は上記従来と同じものである。
１１は三角測量の原理を用いた光学変位計で代表
される非接触な変位計、１２は送信光学系５ａ，
５ｂ，受信光学系６と変位計１１を一体化したプ
ローブ、１３は速度演算器１０の出力を補正する
測定距離補正回路である。
１１は三角測量の原理を用いた光学変位計で代表
される非接触な変位計、１２は送信光学系５ａ，
５ｂ，受信光学系６と変位計１１を一体化したプ
ローブ、１３は速度演算器１０の出力を補正する
測定距離補正回路である。
以上の構成のレーザドツプラ速度計において、
変位計１１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を計
測し変位計１１の出力である変動量Δlpと速度演
算器１０の出力である速度計測値v′とはそれぞれ
測定距離補正回路１３に入力される。測定距離補
正回路１３では第(10)式に示す演算を行つている。
変位計１１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を計
測し変位計１１の出力である変動量Δlpと速度演
算器１０の出力である速度計測値v′とはそれぞれ
測定距離補正回路１３に入力される。測定距離補
正回路１３では第(10)式に示す演算を行つている。
v″＝v′／１＋ｋ・Δlp ……(10)
ｋ；比例定数
v″；測定距離補正回路１３の出力
今、第(10)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に等しくなるように
設定すれば、第(9)，第(10)式から測定距離補正回路
（13）の出力v″は、移動物体１の速度ｖと等しく
なり、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となる。
定距離変動当りの測定誤差δに等しくなるように
設定すれば、第(9)，第(10)式から測定距離補正回路
（13）の出力v″は、移動物体１の速度ｖと等しく
なり、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となる。
以上のように、この発明によれば、送信光学系
５ａ，５ｂと移動物体１間の測定距離変動量Δlp
を計測する変位計と、速度演算器１０の出力端に
測定距離補正回路１３を設けて、測定距離変動量
Δlpと速度演算器１０の出力である速度計測値
v′とを第(10)式に示す補正を行うことにより、測定
距離変動に伴う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。
５ａ，５ｂと移動物体１間の測定距離変動量Δlp
を計測する変位計と、速度演算器１０の出力端に
測定距離補正回路１３を設けて、測定距離変動量
Δlpと速度演算器１０の出力である速度計測値
v′とを第(10)式に示す補正を行うことにより、測定
距離変動に伴う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。
第１図はこの発明の一実施例を示すレーザドツ
プラ速度計の構成図、第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、１１は変位計、１２はプローブ、１３は
測定距離補正回路である。なお、図中同一符号は
同一または相当部分を示す。
プラ速度計の構成図、第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、１１は変位計、１２はプローブ、１３は
測定距離補正回路である。なお、図中同一符号は
同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 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ツタと、
上記２分割したレーザビームを伝送する光フアイ
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ツプ
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ツプラ信号
を含む散乱光を伝送する光フアイバケーブルと、
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ツ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
あるドツ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ツプラ速度計にお
いて、上記移動物体と上記送信光学系間の測定距
離変動量を検出する変位計と、上記測定距離変動
により速度測定誤差を生ずる上記速度演算器の出
力を上記変位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測定距離補正回路とを
具備したことを特徴とするレーザドツプラ速度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26783885A JPS62127686A (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | レ−ザドツプラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26783885A JPS62127686A (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | レ−ザドツプラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62127686A JPS62127686A (ja) | 1987-06-09 |
| JPH0355797B2 true JPH0355797B2 (ja) | 1991-08-26 |
Family
ID=17450323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26783885A Granted JPS62127686A (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | レ−ザドツプラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62127686A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003221167A1 (en) | 2003-03-20 | 2004-10-11 | Sony Computer Entertainment Inc. | Connection device, connector unit, connectors, and electronic equipment |
-
1985
- 1985-11-28 JP JP26783885A patent/JPS62127686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62127686A (ja) | 1987-06-09 |
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