JPH087262B2 - レーザドップラ方式による被測定物の移動速度、長さ等の測定におけるドップラ信号同調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレ−ザドップラ方式によ
る被測定物の移動速度、長さ等の測定において、被測定
物で散乱される散乱光に基づいて生ずるドップラ信号の
同調方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザドップラ方式により被測定物の移
動速度や長さ等を測定することは本件発明者が先に開発
した。その測定原理は図１に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレ
−ザ等のレ−ザ光源２からのレ−ザ光ａをビ−ムスプリ
ッタ１１で二分し、その一方のレ−ザ光ａとミラ−１２
で反射されたレ−ザ光ａとを交差角φで被測定物（例え
ばロ−プ等の走行体）１に照射すると、被測定物１で散
乱される散乱光ｂが集光レンズ等の光学系１３を介して
センサ（光電変換器）３に受光されてヘテロダイン検波
され、同センサ３から図３のようにペデスタル信号Ｂに
ドップラ信号ｄが重畳されている電気信号Ａが出力され
るようにしたものである。

【０００３】このドップラ信号のドップラ周波数ｆD は
次式で表される。 ｆD ＝２ｖ／λ sinφ／２・cos Δθ ｆ_D ：ドップラ周波数 ｖ：被測定物の移動速度 λ：レ−ザ波長（６３２．８ｎｍ） φ：ビ−ム交差角 Δθ：ビ−ム法線と被測定物の直角からのずれ角 前記式のようにドップラ周波数ｆD は被測定物１の移動
速度ｖに比例するので、前記ドップラ信号ｄを取り出し
て処理部４で処理すれば、被測定物１の移動速度ｖを求
めることができるのは勿論、同速度ｖを時間積分すれば
被測定物１の長さを測定することもできる。

【０００４】ちなみに、前記ドップラ信号ｄの周波数は
被測定物１の表面の散乱状態にもよるが、ペデスタル信
号Ｂの周波数の１００〜５００倍もあり、また、ドップ
ラ信号ｄのレベルはペデスタル信号Ｂのレベルの１／１
０〜１／５０である。また、前記式から明らかなよう
に、ドップラ信号ｄの周波数は被測定物１の移動速度に
比例する。

【０００５】前記電気信号Ａから前記のような特性を有
するドップラ信号ｄを取り出すには、従来はバンドパス
フィルタ方式やＰＬＬ方式によりドップラ信号ｄと同調
を取っていた。

【０００６】バンドパスフィルタ方式には一つのバンド
パスフィルタを使用する方法と、通過周波数帯域の異な
るに二以上のバンドパスフィルタを使用する方法とがあ
る。前者の方法は、一つのバンドパスフィルタの通過帯
域を前記電気信号Ａの低い周波数帯から高い周波数帯ま
で変えて各帯域毎に電気信号を通過させ、その通過した
電気信号の全てをＣＰＵでスキャンして、周波数が所定
周波数以上で且つレベルが最大である信号に同調させて
ドップラ信号ｄを取り出すものである。後者の方法は、
各バンドパスフィルタを通過した電気信号Ａを、ＣＰＵ
でスキャンして、周波数が所定周波数以上で且つレベル
が最大である信号に同調させてドップラ信号ｄを取り出
すものである。

【０００７】ＰＬＬ方式は電気信号Ａに含まれるドップ
ラ信号ｄをル−プで追随してドップラ信号ｄに同調させ
てドップラ信号ｄを取り出すものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記した同調方法のう
ちバンドパスフィルタを使用する方法は次のような課題
があった。．バンドパスフィルタを通過した全ての電
気信号を一通りスキャンしなければ最大レベルの電気信
号を見つけることができないので、同調が取れるまでに
時間がかかり、応答速度が遅い。．周波数が所定周波
数以上で且つレベルが最大である信号に同調させるもの
であるため、ペデスタル信号Ｂの周波数が処理部４の動
作周波数帯域より低い場合はそのペデスタル信号Ｂに同
調することはないが、被測定物１の移動速度が速くなっ
てペデスタル信号Ｂの周波数も高くなり、その周波数が
処理部４の動作周波数帯域に入ると、レベルが大きく且
つ周波数の高いペデスタル信号Ｂに同調することがあ
り、ドップラ信号ｄを取り出すことができなくなる。

【０００９】．前記の課題を解決するため、従来
は、ペデスタル信号Ｂの周波数が被測定物１の移動速度
に比例して高くなることを見越して、高くなった周波数
のペデスタル信号Ｂを除去するためのハイパスフィルタ
を測定部４に入れていた。しかしこれでは被測定物１の
移動速度が速い場合はよいが、移動速度が急激に下がっ
てドップラ信号Ｂの周波数も下がると、周波数の下がっ
たドップラ信号Ｂも前記ハイパスフィルタで除去されて
しまい、ドップラ信号ｄの同調がとれないという新たな
課題が発生する。

【００１０】前記ＰＬＬ方式はドップラ信号ｄに同調し
てル−プが定常状態になるまでに時間がかかるため、応
答速度が遅い。

【００１１】

【発明の目的】本発明の目的はドップラ信号への応答速
度が速く、迅速に同調できるドップラ信号同調方法を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は図１のように、
被測定物１にレ−ザ光源２からレ−ザ光ａを照射し、同
被測定物１からの散乱光ｂをセンサ３により受光して、
同センサ３から図３に示すような電気信号Ａを出力し、
処理部４においてその電気信号Ａの中からドップラ信号
ｄを取り出し、そのドップラ信号ｄを処理して被測定物
１の移動速度、長さ等を測定するようにしたレ−ザドッ
プラ方式による被測定物の移動速度、長さ等の測定にお
いて、前記電気信号Ａを図２に示す通過周波数帯域の異
なる二以上のバンドパスフィルタ５を通し、各フィルタ
５を通過した個々の電気信号Ａのレベルを図２のコンパ
レ−タ６においてしきい値と比較して、そのしきい値以
上の電気信号Ａだけを出力し、このしきい値以上の電気
信号Ａの中から図２のプライオリティエンコ−ダ７にお
いて周波数が最も高い電気信号Ａを判定し、前記バンド
パスフィルタ５を通過した電気信号Ａの中から、この判
定された電気信号Ａと同じ周波数の電気信号Ａをドップ
ラ信号ｄとして取り出すようにしたものである。

【００１３】

【作用】本発明では通過周波数帯域の異なる二以上のバ
ンドパスフィルタ５を通過した周波数帯の異なる個々の
電気信号Ａの出力レベルをしきい値と比較して、そのし
きい値以上の電気信号Ａだけを取り出す。

【００１４】次に、プライオリティエンコ−ダ７におい
て、そのしきい値以上の電気信号Ａの中から周波数が最
も高い電気信号Ａが判定されるので、ここで判定される
電気信号Ａはしきい値以上のレベルで且つペデスタル信
号Ｂの周波数から最も離れた周波数帯の電気信号とな
る。

【００１５】更に、プライオリティエンコ−ダ７から出
力される制御信号により電子式切換回路８が切換えられ
て、バンドパスフィルタ５を通過した電気信号Ａの中か
らプライオリティエンコ−ダ７で判定された電気信号Ａ
と同じ周波数の電気信号Ａがドップラ信号ｄとして取り
出される。このため、レベルが大きく且つ周波数が高い
ペデスタル信号Ｂがあっても、また、所定レベル以上の
ドップラ信号ｄが二以上あっても、そのペデスタル信号
Ｂに関係なく、また、二以上のドップラ信号ｄのうち所
定のしきい値以上のレベルで且つ周波数が最も高いドッ
プラ信号ｄが確実に、しかも迅速に選択される。

【００１６】

【実施例】図１はレ−ザドップラ方式による被測定物の
移動速度や長さ等の測定方法の原理図である。この測定
方法は半導体レ−ザ等のレ−ザ光源２から出力されるレ
−ザ光ａをビ−ムスプリッタ１１を通して被測定物１に
照射すると共に、ビ−ムスプリッタ１１で分岐されてミ
ラ−１２により反射されたレ−ザ光ａを被測定物１に交
差角φで照射する。

【００１７】被測定物１から散乱される散乱光ｂを図２
のように集光レンズ１０を通してセンサ３で受光し、同
センサ３から受光レベルに応じたレベルの図３の電気信
号Ａが出力される。この電気信号Ａにはペデスタル信号
Ｂにドップラ信号ｄが重畳されている。この電気信号Ａ
を図２の増幅器９で増幅して処理部４に入力し、処理部
４においてその電気信号Ａの中からドップラ信号ｄを取
り出し、そのドップラ信号ｄを処理して被測定物１の移
動速度ｖを求めたり、この速度ｖに基づいて被測定物１
の長さを求めたりする。

【００１８】本発明において前記電気信号Ａの中からド
ップラ信号ｄを同調選択するには図２のように、増幅器
９で増幅された電気信号Ａを通過周波数帯域が異なるバ
ンドパスフィルタ５を通して、夫々の周波数帯域の電気
信号Ａを取り出す。取り出した個々の電気信号Ａをコン
パレ−タ５において、予め設定してあるしきい値と比較
して、そのしきい値よりレベルの高い電気信号Ａだけを
コンパレ−タ５から出力する。

【００１９】その出力された電気信号Ａをプライオリテ
ィエンコ−ダ７に入力して、重みの最も大きい（本発明
では周波数が最も高い）入力信号を判定し、判定された
電気信号に応じてプライオリティエンコ−ダ７から制御
信号ｅを出力する。

【００２０】この制御信号ｅを図２の電子式の切換回路
８に入力して、各バンドパスフィルタから同切換回路８
に入力されている電気信号Ａのうち、プライオリティエ
ンコ−ダ７で判定された電気信号Ａと同じ周波数の電気
信号Ａをドップラ信号ｄとして同切換回路８から出力す
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明によればドップラ信号ｄを取り出
すときに、バンドパスフィルタ５を通過した周波数帯の
異なる多数の電気信号Ａを全てスキャンしてレベルの大
きな電気信号を探す必要がないので、同調の応答速度が
速くなり、ドップラ信号ｄを迅速に選択することができ
る。ちなみに、従来は同調をとるまでの時間が１００ｍ
ｓｅｃ程度であったが、本発明によれば１０μｓｅｃ程
度となる。また、処理部４にハイパスフィルタを入れる
必要がないので、ハイパスフィルタを入れた場合の課題
が一掃される。

【図面の簡単な説明】

【図１】レ−ザドップラ方式による被測定物の移動速
度、長さ等の測定方法の原理図である。

【図２】本発明の同調方法の一例を示す説明図である。

【図３】本発明におけるドップラ信号の説明図である。

【符号の説明】

１ 被測定物 ２ レ−ザ光源 ３ センサ ４ 処理部 ５ バンドパスフィルタ ａ レ−ザ光 ｂ 散乱光 ｄ ドップラ信号 Ａ 電気信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物１にレ−ザ光源２からレ−ザ光ａ
   を照射し、同被測定物１からの散乱光ｂをセンサ３によ
   り受光して、同センサ３から電気信号Ａを出力し、処理
   部４においてその電気信号Ａの中からドップラ信号ｄを
   取り出し、そのドップラ信号ｄを処理して被測定物１の
   移動速度、長さ等を測定するようにしたレ−ザドップラ
   方式による被測定物の移動速度、長さ等の測定におい
   て、前記電気信号Ａを通過周波数帯域の異なる二以上の
   バンドパスフィルタ５を通し、各フィルタ５を通過した
   個々の電気信号Ａのレベルをしきい値と比較してそのし
   きい値以上の電気信号Ａだけを出力し、そのしきい値以
   上の電気信号Ａのうち周波数が最も高い電気信号Ａを判
   定し、前記バンドパスフィルタ５を通過した電気信号Ａ
   の中から、この判定された電気信号Ａと同じ周波数の電
   気信号をドップラ信号ｄとして取り出すようにしたこと
   を特徴とするレ−ザドップラ方式による速度、長さ等の
   測定におけるドップラ信号同調方法。