JPH0458580B2 - - Google Patents
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- JPH0458580B2 JPH0458580B2 JP59054045A JP5404584A JPH0458580B2 JP H0458580 B2 JPH0458580 B2 JP H0458580B2 JP 59054045 A JP59054045 A JP 59054045A JP 5404584 A JP5404584 A JP 5404584A JP H0458580 B2 JPH0458580 B2 JP H0458580B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 発明の分野
この発明は、移動する連続固体物体を対象に、
非接触で速度を測定する場合等に使用されるレー
ザスペツクル速度計に関する。[Detailed Description of the Invention] (a) Field of the Invention This invention targets a moving continuous solid object.
This invention relates to a laser speckle velocimeter used for non-contact speed measurement.
(ロ) 従来技術とその問題点
一般に、物体にレーザ光を照射すると、物体を
透過又は反射された光は拡散光となり、空間に広
がる。そして、この拡散光はレーザ光のコヒーレ
ンズ性により明暗の鮮明なスペツクルパターンを
呈するし、対象物体が移動するとスペツクルパタ
ーンも同時に移動する。(b) Prior art and its problems Generally, when an object is irradiated with laser light, the light transmitted or reflected by the object becomes diffused light and spreads in space. This diffused light exhibits a clear speckle pattern of brightness and darkness due to the coherence lens property of the laser beam, and when the target object moves, the speckle pattern also moves at the same time.
この性質を応用して移動物体の速度を測定する
方法が、雑誌「レーザ研究」(レーザ学会刊行)
第8巻・第2号(昭和55年3月)の第37頁から第
45頁まで、及び同誌第8巻・第3号(昭和55年5
月)の第3頁から第10頁までに記載されている。 A method of measuring the speed of a moving object by applying this property is published in the magazine "Laser Research" (published by the Laser Society of Japan).
Volume 8, No. 2 (March 1980), pages 37 to 37
Up to page 45, and Volume 8, No. 3 of the same magazine (May 1980)
It is described on pages 3 to 10 of the month).
この記載によれば、第1図に示すように、レー
ザビーム光1を移動している物体2に照射し、そ
の透過光を物体2の移動方向に並設された受光素
子3,4で受光すると、この2点で検出したスペ
ツクルパターン強度の相互相関ピークの時間遅れ
τdは、次式に示すように移動物体vとの間に相
関がある。 According to this description, as shown in FIG. 1, a moving object 2 is irradiated with a laser beam 1, and the transmitted light is received by light receiving elements 3 and 4 arranged in parallel in the moving direction of the object 2. Then, the time delay τd of the cross-correlation peak of the speckle pattern intensity detected at these two points has a correlation with the moving object v as shown in the following equation.
|v|=x/τd・σ/(Δx2/ω2+σ2) σ=R/ρ+1 ただし、 x:受光素子3,4間の距離、 ω:照明領域曲率、Δx:スペツクルサイズ、 ρ:照明光曲率、 R:対象物体から受光素子までの距離。 |v|=x/τd・σ/(Δx 2 /ω 2 +σ 2 ) σ=R/ρ+1 However, x: distance between light receiving elements 3 and 4, ω: illumination area curvature, Δx: speckle size, ρ : Illumination light curvature, R: Distance from the target object to the light receiving element.
ここで、x,Δx,ρ,Rは、光学系が決まれ
ば一定となるものである。したがつて、相互相関
ピークの時間遅れτdを求めれば、移動物体の速
度が測定できることがわかる。 Here, x, Δx, ρ, and R become constant once the optical system is determined. Therefore, it can be seen that the speed of a moving object can be measured by finding the time delay τd of the cross-correlation peak.
しかし、この相互相関法による速度測定方法で
は、物体の移動方向が不定の場合、方向検出がで
きないので、物体の正しい移動速度を測定するこ
とができなかつた。 However, with this speed measuring method using the cross-correlation method, if the moving direction of the object is uncertain, direction detection cannot be performed, and therefore the correct moving speed of the object cannot be measured.
また、レーザ光源よりのレーザビーム光を直接
移動物体に照射するものであるから、測定できる
範囲に限界があり、例えば被測定物体がシリンダ
内面や水や潤滑油等の液体中にある場合には、測
定することができなかつた。 In addition, since the laser beam from the laser light source is directly irradiated onto a moving object, there is a limit to the range that can be measured.For example, when the object to be measured is inside a cylinder or inside a liquid such as water or lubricating oil, , could not be measured.
(ハ) 発明の目的
上記に鑑み、この発明の目的は、移動方向が不
定の場合でも、その方向とともに移動速度を測定
し得、かつ測定可能範囲の広い、種々の条件下で
測定し得るレーザスペツクル速度計を提供するこ
とである。(c) Purpose of the Invention In view of the above, the purpose of the present invention is to provide a laser that can measure the direction and speed of movement even when the direction of movement is undefined, has a wide measurable range, and can perform measurements under various conditions. An object of the present invention is to provide a speckle velocimeter.
(ニ) 発明の構成と効果
上記目的を達成するために、この発明のレーザ
スペツクル速度計は、動作環境の温度を一定化す
る手段及び発光強度を安定化する手段を備え、コ
ヒーレント光を発生する光源と、この光源よりの
コヒーレント光を被測定物体に導く第1の光フア
イバと、各々が2個を1組として各対の入射端距
離が等しくかつ方向が異なるように配置され、
各々が被測定物体に照射されて生じるスペツクル
パターンを形成する拡散反射光を導出する複数本
の第2の光フアイバと、これら複数本の第2の光
フアイバに対応して設けられ、各々がスペツクル
パターンの変化を電気信号に変換する複数個の光
電変換素子と、これら光電変換素子よりの出力信
号を受け、前記第2の光フアイバの2個1組に対
応する信号の相互相関関数を算出する手段と、算
出された相互相関関数に相関ピークが存在すれ
ば、相関ピーク値とその時間遅れとを、該当する
前記第2の光フアイバ対に関連させて記憶する記
憶手段と、この記憶手段中で相関ピーク値の最大
値を検索して、最大相関ピークに対応する前記第
2の光フアイバ対を抽出する手段と、抽出された
前記第2の光フアイバ対の位置及び相関ピークの
時間遅れに基づいて、被測定物体の移動方向及び
移動速度を算出する手段とを備えている。(d) Structure and Effects of the Invention In order to achieve the above object, the laser speckle velocimeter of the present invention is equipped with means for stabilizing the temperature of the operating environment and means for stabilizing the emission intensity, and generates coherent light. a first optical fiber that guides the coherent light from the light source to the object to be measured, each of which is arranged in pairs so that the distance between the incident ends of each pair is equal and the directions are different;
A plurality of second optical fibers are provided corresponding to the plurality of second optical fibers, and each of the second optical fibers is provided correspondingly to A plurality of photoelectric conversion elements that convert changes in speckle patterns into electrical signals, and receiving output signals from these photoelectric conversion elements, and calculating a cross-correlation function of signals corresponding to each pair of second optical fibers. storage means for storing the correlation peak value and its time delay in association with the corresponding second optical fiber pair if a correlation peak exists in the calculated cross-correlation function; means for searching for the maximum value of correlation peak values in means and extracting the second optical fiber pair corresponding to the maximum correlation peak; the position of the extracted second optical fiber pair and the time of the correlation peak; and means for calculating the moving direction and moving speed of the object to be measured based on the delay.
この発明のレーザスペツクル速度計によれば、
移動方向不定でも速度が測定できる上、コヒーレ
ント光の被測定物体への照射及び被測定物体より
信号処理部へのスペツクルパターンの導出を光フ
アイバを用いて行つているので、シリンダ内面等
通常のレンズ光学系では測定できない場所や、水
中、潤滑油中等でも用意に測定できる。 According to the laser speckle velocimeter of this invention,
In addition to being able to measure speed even if the direction of movement is uncertain, optical fibers are used to irradiate the object to be measured with coherent light and derive the speckle pattern from the object to the signal processing unit, so it is possible to measure the speed even when the direction of movement is uncertain. It can be easily measured in places where lens optical systems cannot measure, underwater, lubricating oil, etc.
また、光フアイバは低損失で誘導雑音を受けな
いから、レーザ光源、光電変換素子と被測定物体
の間の距離を大きくしても、雑音の小さい信号が
得られる。それゆえにまた、レーザ光源等と被測
定物体との間の距離を大きくできるので、レーザ
光源、光電変換素子を装置本体内に組込むことが
でき、装置構成が簡素化される。さらにまた、被
測定物体の置かれる現場が劣悪な環境下でも、レ
ーザ光源、光電変換素子を保護できる等の利点が
ある。 Furthermore, since optical fibers have low loss and are not affected by induced noise, signals with low noise can be obtained even if the distance between the laser light source, photoelectric conversion element, and the object to be measured is increased. Therefore, since the distance between the laser light source, etc. and the object to be measured can be increased, the laser light source and the photoelectric conversion element can be incorporated into the apparatus main body, and the apparatus configuration is simplified. Furthermore, there is an advantage that the laser light source and the photoelectric conversion element can be protected even under a poor environment at the site where the object to be measured is placed.
また、2個1組の受光用フアイバ(第2のフア
イバ)の組数を増やせば、増やした分だけ被測定
物体の移動方向・速度の測定精度が幾らかでも高
めることができる。更に、光源には、動作環境の
温度を一定化する手段と発光強度を安定化する手
段とが備えられているので、周囲温度など光源の
動作環境が例え変化しても安定なコヒーレント光
を照射することができ、この点からも速度測定に
おける測定精度が高い。 Furthermore, by increasing the number of sets of two light-receiving fibers (second fibers), the accuracy of measuring the moving direction and speed of the object to be measured can be increased by the increased number. Furthermore, since the light source is equipped with a means for stabilizing the temperature of the operating environment and a means for stabilizing the emission intensity, stable coherent light can be emitted even if the operating environment of the light source, such as the ambient temperature, changes. From this point of view as well, the measurement accuracy in speed measurement is high.
(ホ) 実施例の説明
以下、実施例により、この発明をさらに詳細に
説明する。(e) Description of Examples The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples.
第2図は、この発明の1実施例を示すレーザス
ペツクル速度計の概略図である。同図において、
10はレーザビーム光を発生するレーザダイオー
ドであり、温度条件を一定にして安定なレーザ発
振を行わせるための温度制御ブロツク11に実装
されている。温度制御ブロツク11に、吸発熱に
よりレーザダイオード10の周囲温度を一定に保
つペルチエ素子が設けられている。12はレーザ
ダイオード10の周囲温度を検出する温度セン
サ、13は温度制御回路である。温度制御回路1
3は、温度センサ12により検出される温度に応
じて温度制御ブロツク11内のペルチエ素子の吸
発熱を制御、レーザダイオード10の周囲温度を
一定に保つようになつている。 FIG. 2 is a schematic diagram of a laser speckle velocimeter showing one embodiment of the present invention. In the same figure,
Reference numeral 10 denotes a laser diode that generates a laser beam, and is mounted in a temperature control block 11 to keep temperature conditions constant and perform stable laser oscillation. The temperature control block 11 is provided with a Peltier element that maintains the ambient temperature of the laser diode 10 constant by absorbing and absorbing heat. 12 is a temperature sensor that detects the ambient temperature of the laser diode 10, and 13 is a temperature control circuit. Temperature control circuit 1
3 controls the heat absorption and absorption of the Peltier element in the temperature control block 11 according to the temperature detected by the temperature sensor 12, and keeps the ambient temperature of the laser diode 10 constant.
14はレーザダイオード10の発光強度を安定
化するための自動パワー制御(APC)回路であ
る。 14 is an automatic power control (APC) circuit for stabilizing the emission intensity of the laser diode 10.
15は被測定物体、16は光フアイバ束であ
る。光フアイバ束16は、1本の投光用の光フア
イバ17とn本の受光用の光フアイバ18a,1
8b,18c……18nとから構成されている。
19a,19b,19c……19nは、光フアイ
バ18a,18b,18c……18nに対応して
設けられるホトダイオード、20は信号処理部で
ある。 15 is an object to be measured, and 16 is an optical fiber bundle. The optical fiber bundle 16 includes one light emitting optical fiber 17 and n light receiving optical fibers 18a, 1.
8b, 18c...18n.
19a, 19b, 19c...19n are photodiodes provided corresponding to the optical fibers 18a, 18b, 18c...18n, and 20 is a signal processing section.
レーザダイオード10と被測定物体15の近傍
に投光用の光フアイバ17が配置され、レーザダ
イオード10からのコヒーレント光を被測定物体
15に導き、照射するようになつている。また、
被測定物体15の近傍とホトダイオード19a,
19b,19c……19n間には、受光用の光フ
アイバ18a,18b,18c……18nが配置
され、被測定物体15の表面からの拡散反射光が
スペツクルパターンを形成して入射されるのをホ
トダイオード19a,19b,19c……19n
まで導くようになつている。これら受光用の光フ
アイバ18a,18b,18c……18nは、光
の入射端面のパターンが、第3図に示すように同
心円状となるように並設されている。 An optical fiber 17 for light projection is arranged near the laser diode 10 and the object to be measured 15, and is adapted to guide and irradiate the coherent light from the laser diode 10 to the object to be measured 15. Also,
Near the object to be measured 15 and the photodiode 19a,
Optical fibers 18a, 18b, 18c...18n for receiving light are arranged between 19b, 19c...19n, and diffuse reflected light from the surface of the object to be measured 15 forms a speckle pattern and is incident thereon. The photodiodes 19a, 19b, 19c...19n
It's designed to lead you up to the point. These light-receiving optical fibers 18a, 18b, 18c, . . . , 18n are arranged in parallel so that the pattern of the light incident end face is concentric as shown in FIG.
ホトダイオード19a,19b,19c……1
9nは、スペツクルパターンを電気信号に変換
し、その変換したスペツクルパターンのゆらぎ信
号を信号処理部20に与えられるようになつてい
る。 Photodiodes 19a, 19b, 19c...1
9n converts the speckle pattern into an electrical signal and provides a fluctuation signal of the converted speckle pattern to the signal processing section 20.
信号処理部20は、第4図に示すように、ホト
ダイオード19a,19b,19c……19nに
対応する入力端子21a,21b,21c……2
1n、サンプル・アンド・ホールド回路22a,
22b,22c……22n、A/D変換器23
a,23b,23c……23、CPU(中央処理装
置)24及び出力回路25とから構成されてお
り、CPU24にはマイクロプロセツサや波形デ
ータ記憶用メモリなどを含んでいる。 As shown in FIG. 4, the signal processing section 20 has input terminals 21a, 21b, 21c...2 corresponding to the photodiodes 19a, 19b, 19c...19n.
1n, sample and hold circuit 22a,
22b, 22c...22n, A/D converter 23
a, 23b, 23c...23, a CPU (central processing unit) 24, and an output circuit 25, and the CPU 24 includes a microprocessor, a memory for storing waveform data, and the like.
次に、以上のように構成されるレーザスペツク
ル速度計の動作について説明する。 Next, the operation of the laser speckle velocimeter configured as described above will be explained.
電源がオンされると、レーザダイオード10よ
りコヒーレント(レーザ)光が出力されるが、温
度制御ブロツク11によつて温度が一定に保持さ
れ、かつまた自動パワー制御回路14でパワー制
御がなされるので、常に安定したコヒーレント光
が出力される。 When the power is turned on, coherent (laser) light is output from the laser diode 10, but the temperature is kept constant by the temperature control block 11, and the power is controlled by the automatic power control circuit 14. , stable coherent light is always output.
レーザダイオード10からのコヒーレント光は
光フアイバ17を介して移動中の被測定物体15
の表面に照射される。被測定物体15の表面から
生じた拡散反射光はスペツクルパターンを形成
し、その一部が光フアイバ18a,18b,18
c……18nに入射され、ホトダイオード19
a,19b,19c……19nまで送られる。そ
してホトダイオード19a,19b,19c……
19nによりスペツクルパターンの光強度分布が
電気信号に変換され、信号処理部20に入力され
る。 Coherent light from the laser diode 10 is transmitted to the moving object 15 via the optical fiber 17.
irradiated onto the surface of The diffusely reflected light generated from the surface of the object to be measured 15 forms a speckle pattern, a part of which is reflected by the optical fibers 18a, 18b, 18.
c...18n, photodiode 19
a, 19b, 19c... up to 19n are sent. And photodiodes 19a, 19b, 19c...
19n converts the light intensity distribution of the speckle pattern into an electrical signal and inputs it to the signal processing section 20.
信号処理部20に各入力端子21a,21b,
21c……21nに与えられる信号は、サンプ
ル・アンド・ホールド回路22a,22b,22
c……22nでサンプリングされ、A/D変換器
23a,23b,23c……23nでデジタル信
号に変換され、CPU24に入力される。 The signal processing unit 20 has input terminals 21a, 21b,
The signals given to 21c...21n are sample-and-hold circuits 22a, 22b, 22
c...22n, converted into digital signals by A/D converters 23a, 23b, 23c...23n, and input to the CPU 24.
CPU24は、入力された各スペツクルパター
ンの強度波形のデジタルデータをメモリに格納す
る。そして、これらのデータから同心円状に配置
される各光フアイバの直径上に位置する一対の光
フアイバを選び、相互相関関数を求める。光フア
イバ18a,18b,18c……18nが16本で
あり、これら16本の光フアイバをF1,F1′と
F2,F2′……F8,F8′で表示すると、第3
図に示すように、直径上配置されるF1,F1′,
F2とF2′……F8とF8′がそれぞれ一対とし
て相互相関関数が求められる。物体の移動方向に
位置する一対の光フアイバよりの信号に相関ピー
ク値が現れるので、各対の相互相関関数の中より
ピーク値を抽出し、対応する光フアイバ対より移
動方向を知る。また、相関ピーク値の時間遅れは
被測定物体15の速度の大きさに逆比例するの
で、相関ピーク値の時間遅れより移動速度を知
る。 The CPU 24 stores the input digital data of the intensity waveform of each speckle pattern in the memory. Then, from these data, a pair of optical fibers located on the diameter of each optical fiber arranged concentrically is selected, and a cross-correlation function is determined. There are 16 optical fibers 18a, 18b, 18c...18n, and if these 16 optical fibers are expressed as F1, F1' and F2, F2'...F8, F8', the third
As shown in the figure, F1, F1', which are arranged diametrically,
A cross-correlation function is obtained for each pair of F2 and F2'...F8 and F8'. Since a correlation peak value appears in the signals from a pair of optical fibers located in the direction of movement of the object, the peak value is extracted from the cross-correlation function of each pair, and the direction of movement is determined from the corresponding pair of optical fibers. Furthermore, since the time delay of the correlation peak value is inversely proportional to the magnitude of the velocity of the object to be measured 15, the moving speed can be determined from the time delay of the correlation peak value.
CPU24における相関ピーク値及び相関ピー
ク値の時間遅れの測定フローを第5図に示してい
る。 FIG. 5 shows a measurement flow of the correlation peak value and the time delay of the correlation peak value in the CPU 24.
ステツプST(以下STと略す)1で各スペツク
ルパターンの強度波形のデジタルデータがメモリ
に格納されると、続いてカウンタNENDに最後
のデータNo(ホトダイオードが8対の場合は
NEND=8とする)を格納する(ST2)。そして
NEND個(8個)の配列記憶領域の各々に、相
互相関ピークの大きさを記憶するP領域と、相関
ピークの時間遅れを記憶するT領域を用意する
(ST3)。 When the digital data of the intensity waveform of each speckle pattern is stored in the memory in step ST (hereinafter abbreviated as ST) 1, the last data number (if there are 8 pairs of photodiodes) is then stored in the counter NEND.
NEND=8) is stored (ST2). and
A P area for storing the magnitude of the cross-correlation peak and a T area for storing the time delay of the correlation peak are prepared in each of the NEND (eight) array storage areas (ST3).
次に、ST4でデータNoをN=1とし、No1と
No1′の波形データすなわち光フアイバF1,F
1′の波形データによりその相互相関関数を求め
(ST5)、相互相関関数のピーク有無を判定する
(ST6)。相互相関関数のピークがなければST7に
移るが、相互相関関数ピークが有すれば、ST9で
そのピーク値をP1領域に、そのピーク値の遅れ
時間をT1領域にそれぞれ格納し、ST7に移る。
ST7では“N≧NENDか”判定されるが、当初
は判定NOであり、ST8に移り“N≧N+1”
(N=2)の処理を行い、ST5に戻る。ST5では、
今度は光フアイバF2,F2′の対についての波
形データにより相互相関関数を求め、相互相関関
数のピークがあれば、ST9でそのピーク値をP2
領域に、そのピーク値の遅れ時間をT2領域にそ
れぞれ格納し、ST7に移る。 Next, in ST4, set the data No. to N=1, and set No.1 to
No. 1' waveform data, that is, optical fibers F1, F
The cross-correlation function is obtained from the waveform data of 1' (ST5), and the presence or absence of a peak in the cross-correlation function is determined (ST6). If there is no cross-correlation function peak, the process moves to ST7, but if there is a cross-correlation function peak, the peak value is stored in the P1 area and the delay time of the peak value is stored in the T1 area in ST9, and the process moves to ST7.
In ST7, it is judged whether “N≧NEND”, but initially the judgment is NO, and then it moves to ST8 and “N≧N+1”
(N=2) and returns to ST5. In ST5,
Next, the cross-correlation function is determined using the waveform data for the pair of optical fibers F2 and F2', and if there is a peak in the cross-correlation function, the peak value is set to P2 in ST9.
The delay time of the peak value is stored in the T2 area, and the process moves to ST7.
以上のようにして、データNoが8となるまで
ST5〜ST9の処理を繰り返し、P1〜P8領域に
相互相関数のピーク値を、T1〜T8領域に相互
ピークの遅れをそれぞれ格納する。 In the above manner, until the data number reaches 8
The processes of ST5 to ST9 are repeated, and the peak values of the cross-correlation numbers are stored in the P1 to P8 areas, and the delays of the mutual peaks are stored in the T1 to T8 areas, respectively.
データNoがN=8になると、ST7の判定が
YESとなり、ST10に移る。そしてP1〜P8領
域を参照して、相互相関関数値が最大となるデー
タNoを領域Mに格納する(ST10)。続いてP
(M)領域の相関ピーク値PMとT(M)領域の相
関ピーク値の時間遅れTMを読み出す(ST11)。
そして、この相関ピーク値の時間遅れTMより速
度vを算出するとともに、データNoMと速度の
正負より物体の移動方向を求める(ST12)。例え
ばM=3の場合には、第3図の光フアイバF3/
F3′の矢印のいずれかが物体の移動方向となる。
いずれであるかは速度の正負により区別される。 When the data number becomes N=8, the judgment of ST7 is
YES and move on to ST10. Then, with reference to areas P1 to P8, the data number having the maximum cross-correlation function value is stored in area M (ST10). followed by P
The time delay TM between the correlation peak value PM in the (M) region and the correlation peak value in the T(M) region is read out (ST11).
Then, the velocity v is calculated from the time delay TM of this correlation peak value, and the moving direction of the object is determined from the data NoM and the sign/minus of the velocity (ST12). For example, in the case of M=3, the optical fiber F3/
One of the arrows F3' is the moving direction of the object.
Which one it is is determined by the sign of the speed.
出力回路25は、CPU24によつて算出され
た被測定物体の速度の大きさをデイスプレイ用の
信号、アナログ信号など必要とされる形式の信号
に変換して出力する。 The output circuit 25 converts the velocity of the object to be measured calculated by the CPU 24 into a signal of a required format, such as a display signal or an analog signal, and outputs the signal.
なお、上記実施例において、各相互相関関数の
算出は、次のアルゴリズムによりなされる。すな
わち、1対のサンプル・アンド・ホールド回路で
サンプルされた1対の入力信号f(g)とg(k)
をそれぞれFET(高速フーリエ変換)処理して周
波数スペクトルF(n)、G(n)を得、さらに、
これら周波数スペクトルF(n)、G(n)の積Φ
(n)を得て、これらを逆FETすることにより、
相互相関関数
φgk(l)=N-1
〓k-1
g(k)f(k−l)
を得る。 In addition, in the above embodiment, each cross-correlation function is calculated by the following algorithm. That is, a pair of input signals f(g) and g(k) sampled by a pair of sample-and-hold circuits.
are processed by FET (fast Fourier transform) to obtain frequency spectra F(n) and G(n), respectively, and further,
The product Φ of these frequency spectra F(n) and G(n)
By obtaining (n) and performing inverse FET on these,
Obtain the cross-correlation function φgk(l)= N-1 〓 k-1 g(k)f(k-l).
なお、上記実施例において光フアイバ18a,
18b,18c……18nの配置は、第3図に示
すように円状にしているが、第6図に示すよう
に、円の中心点にも1個受光用の光フアイバを配
置し、この光フアイバと円状に配置される各光フ
アイバの組合わせで1対のデータを得るようにし
てもよい。 In addition, in the above embodiment, the optical fibers 18a,
The arrangement of 18b, 18c...18n is circular as shown in Fig. 3, but as shown in Fig. 6, one optical fiber for receiving light is also arranged at the center of the circle. A pair of data may be obtained by combining an optical fiber and each optical fiber arranged in a circular shape.
またさらに、光フアイバの端面の配置を、第7
図に示すように、円の中心点の1個の光フアイバ
と周辺の半円状に配置される光フアイバの組合わ
せで1対のデータを得、双方向に相互相関関数を
求めるようにすれば、取込むデータ量を半分にし
て、第6図に示すものと同じ効果を得ることがで
きる。 Furthermore, the arrangement of the end face of the optical fiber is
As shown in the figure, a pair of data is obtained by combining one optical fiber at the center of the circle and optical fibers arranged in a semicircle around the circle, and the cross-correlation function is determined in both directions. For example, the same effect as shown in FIG. 6 can be obtained by halving the amount of data to be captured.
第1図はこの発明の前提となる測定原理を説明
するための図、第2図はこの発明の1実施例を示
すレーザスペツクル速度計の概略図、第3図は同
レーザスペツクル速度計の受光用の光フアイバの
入射端面の配置パターンを示す図、第4図は同レ
ーザスペツクル速度計の信号処理部を具体的に示
したブロツク図、第5図は同信号処理部の動作を
説明するためのフロー図、第6図、第7図は上記
実施例レーザスペツクル速度計の光フアイバの他
の配置パターン例を示す図である。
10……レーザダイオード、15……被測定物
体、17……投光用の光フアイバ、18a,18
b,18c……18n……受光用の光フアイバ、
19a,19b,19c……19n……ホトダイ
オード、22a,22b,22c……22n……
サンプル・アンド・ホールド回路、24……
CPU。
Fig. 1 is a diagram for explaining the measurement principle that is the premise of this invention, Fig. 2 is a schematic diagram of a laser speckle velocimeter showing one embodiment of the invention, and Fig. 3 is a diagram of the same laser speckle velocimeter. Fig. 4 is a block diagram specifically showing the signal processing section of the laser speckle velocimeter, and Fig. 5 shows the operation of the signal processing section. Flowcharts for explanation, FIGS. 6 and 7 are diagrams showing other examples of arrangement patterns of optical fibers in the laser speckle velocimeter of the above embodiment. 10... Laser diode, 15... Object to be measured, 17... Optical fiber for light projection, 18a, 18
b, 18c...18n... optical fiber for light reception,
19a, 19b, 19c...19n...photodiode, 22a, 22b, 22c...22n...
Sample and hold circuit, 24...
CPU.
Claims (1)
度を安定化する手段を備え、コヒーレント光を発
生する光源と、この光源よりのコヒーレント光を
被測定物体に導く第1の光フアイバと、各々が2
個を1組として各対の入射端距離が等しくかつ方
向が異なるように配置され、各々が被測定物体に
照射されて生じるスペツクルパターンを形成する
拡散反射光を導出する複数本の第2の光フアイバ
と、これら複数本の第2の光フアイバに対応して
設けられ、各々がスペツクルパターンの変化を電
気信号に変換する複数個の光電変換素子と、これ
ら光電変換素子よりの出力信号を受け、前記第2
の光フアイバの2個1組に対応する信号の相互相
関関数を算出する手段と、算出された相互相関関
数に相関ピークが存在すれば、相関ピーク値とそ
の時間遅れとを、該当する前記第2の光フアイバ
対に関連させて記憶する記憶手段と、この記憶手
段中で相関ピーク値の最大値を検索して、最大相
関ピークに対応する前記第2の光フアイバ対を抽
出する手段と、抽出された前記第2の光フアイバ
対の位置及び相関ピークの時間遅れに基づいて、
被測定物体の移動方向及び移動速度を算出する手
段とを備えることを特徴とするレーザスペツクル
速度計。1. A light source that generates coherent light and is equipped with a means for constantizing the temperature of the operating environment and a means for stabilizing the emission intensity, and a first optical fiber that guides the coherent light from this light source to the object to be measured. 2
A plurality of second lights are arranged such that the distance between the incident ends of each pair is equal and the directions are different, and each pair is arranged so that the distance between the incident ends is equal and the direction is different, and each pair is irradiated onto the object to be measured to derive diffuse reflected light that forms a speckle pattern. an optical fiber, a plurality of photoelectric conversion elements provided corresponding to these plurality of second optical fibers, each converting a change in a speckle pattern into an electrical signal, and an output signal from these photoelectric conversion elements. receiving, said second
means for calculating a cross-correlation function of a signal corresponding to a pair of optical fibers; and if a correlation peak exists in the calculated cross-correlation function, the correlation peak value and its time delay are storage means for storing the second optical fiber pair in association with the second optical fiber pair; and means for searching for the maximum value of the correlation peak value in the storage means and extracting the second optical fiber pair corresponding to the maximum correlation peak; Based on the extracted position of the second optical fiber pair and the time delay of the correlation peak,
A laser speckle velocimeter, comprising means for calculating the moving direction and moving speed of an object to be measured.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5404584A JPS60196676A (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Laser speckle speedometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5404584A JPS60196676A (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Laser speckle speedometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60196676A JPS60196676A (en) | 1985-10-05 |
| JPH0458580B2 true JPH0458580B2 (en) | 1992-09-17 |
Family
ID=12959627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5404584A Granted JPS60196676A (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Laser speckle speedometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60196676A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090027038A1 (en) | 2002-10-23 | 2009-01-29 | Elsa Garmire | Systems And Methods That Detect Changes In Incident Optical Radiation |
| US7423279B2 (en) | 2002-10-23 | 2008-09-09 | The Trustees Of Dartmouth College | Systems and methods that detect changes in incident optical radiation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58205858A (en) * | 1982-05-25 | 1983-11-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Apparatus for measuring speed |
-
1984
- 1984-03-19 JP JP5404584A patent/JPS60196676A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60196676A (en) | 1985-10-05 |
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