JPH0355798B2 - - Google Patents
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- JPH0355798B2 JPH0355798B2 JP26783985A JP26783985A JPH0355798B2 JP H0355798 B2 JPH0355798 B2 JP H0355798B2 JP 26783985 A JP26783985 A JP 26783985A JP 26783985 A JP26783985 A JP 26783985A JP H0355798 B2 JPH0355798 B2 JP H0355798B2
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 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ｖ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、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
を基準として次式に与えられる。
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
を基準として次式に与えられる。
ε＝fd2−fd1／fd＝2V／λ・sin（／２−Δθ
）−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。
）−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。
定誤差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。
上記従来のレーザトツプラ速度計は、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、上記変位計の出力でもつて、測定距離ｌを基
準距離loに等しく保つサーボ機構を設けたもので
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、上記変位計の出力でもつて、測定距離ｌを基
準距離loに等しく保つサーボ機構を設けたもので
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、送信光学系５ａ，５
ｂ、受信光学系６と変位計を一体化したプローブ
と、上記変位計の出力でもつて、上記プローブの
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loに等しくなるよう制御することにより測
定距離変動に伴なう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Δlpを計測する変位計と、送信光学系５ａ，５
ｂ、受信光学系６と変位計を一体化したプローブ
と、上記変位計の出力でもつて、上記プローブの
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loに等しくなるよう制御することにより測
定距離変動に伴なう速度測定誤差を低減する。
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は上記変位計１１の出力と基準値Ａ
との差を増幅するサーボ増幅器、１４はサーボモ
ータ、１５はサーボモータ１４のロータに結合さ
れて回転するボールネジのスクリユウ、１６はプ
ローブ１２に固定されたボールネジのナツト、１
７はサーボモータ１４のステータを固定している
ケースである。
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は上記変位計１１の出力と基準値Ａ
との差を増幅するサーボ増幅器、１４はサーボモ
ータ、１５はサーボモータ１４のロータに結合さ
れて回転するボールネジのスクリユウ、１６はプ
ローブ１２に固定されたボールネジのナツト、１
７はサーボモータ１４のステータを固定している
ケースである。
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から変動するとサーボ増幅器１３は測
定距離ｌと基準距離loの差に比例した電圧を出力
しサーボモータ１４を駆動する。サーボモータ１
４のロータはサーボ増幅器の出力の正負に応じて
正逆回転し、サーボーモータ１４のロータに直結
されたボールネジのスクリユウ１５を回転させ、
プローブ１２に固定されたボールネジのナツト１
５を経由してプローブ１２を移動物体１方向に直
線運動させる。プローブ１２はリニアベアリング
を介して回転方向は抱束されて移動物体１の方向
には自由に摺動するようになつている。
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から変動するとサーボ増幅器１３は測
定距離ｌと基準距離loの差に比例した電圧を出力
しサーボモータ１４を駆動する。サーボモータ１
４のロータはサーボ増幅器の出力の正負に応じて
正逆回転し、サーボーモータ１４のロータに直結
されたボールネジのスクリユウ１５を回転させ、
プローブ１２に固定されたボールネジのナツト１
５を経由してプローブ１２を移動物体１方向に直
線運動させる。プローブ１２はリニアベアリング
を介して回転方向は抱束されて移動物体１の方向
には自由に摺動するようになつている。
今、測定距離ｌが基準距離loを大きくなつた場
合、プローブ１２が移動物体１に近づく方向に、
反対にｌ＜loの場合、プローブ１２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
１４の回転方向を定めることにより、移動物体１
がパスライン変動しても常に測定距離ｌを基準距
離loに等しく制御することができ、測定距離変動
に伴なう速度測定誤差を低減したレーザドツプラ
速度計となる。
合、プローブ１２が移動物体１に近づく方向に、
反対にｌ＜loの場合、プローブ１２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
１４の回転方向を定めることにより、移動物体１
がパスライン変動しても常に測定距離ｌを基準距
離loに等しく制御することができ、測定距離変動
に伴なう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ｌの基準距
離loからの変動量Δlpを計測する変位計と、送信
光学系５ａ，５ｂ，受信光学系６と変位計を一体
化したプローブと、上記変位計の出力でもつて上
記プローブ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lo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ｌの基準距
離loからの変動量Δlpを計測する変位計と、送信
光学系５ａ，５ｂ，受信光学系６と変位計を一体
化したプローブと、上記変位計の出力でもつて上
記プローブ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lo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
サーボ増幅器、１４はサーボモータ、１５はボー
ルネジのスクリユウ、１６はボールネジのナツ
ト、１７はケースである。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
サーボ増幅器、１４はサーボモータ、１５はボー
ルネジのスクリユウ、１６はボールネジのナツ
ト、１７はケースである。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距離変
動による速度測定誤差を低減させるために上記距
離を常に一定になるよう上記送信光学系の位置を
制御し得るサーボ機構を設け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 |
|---|---|---|---|
| JP26783985A JPS62127687A (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 |
|---|---|---|---|
| JP26783985A JPS62127687A (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | レ−ザドツプラ速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62127687A JPS62127687A (ja) | 1987-06-09 |
| JPH0355798B2 true JPH0355798B2 (ja) | 1991-08-26 |
Family
ID=17450334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26783985A Granted JPS62127687A (ja) | 1985-11-28 | 1985-11-28 | レ−ザドツプラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62127687A (ja) |
-
1985
- 1985-11-28 JP JP26783985A patent/JPS62127687A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62127687A (ja) | 1987-06-09 |
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