JPS6148783A - レ−ザドツプラ速度計 - Google Patents
レ−ザドツプラ速度計Info
- Publication number
- JPS6148783A JPS6148783A JP59170580A JP17058084A JPS6148783A JP S6148783 A JPS6148783 A JP S6148783A JP 59170580 A JP59170580 A JP 59170580A JP 17058084 A JP17058084 A JP 17058084A JP S6148783 A JPS6148783 A JP S6148783A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- doppler
- signal
- speed
- moving object
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
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。
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1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1図において、(1)は
移動物体、(2)はレーザ、(3)はビームスピリツタ
、 (4a)(4b)は送信光学系、(5)は受信光
学系、(G)は光検出器、(7)は周波数追跡器である
。第1図に示すごとく、移動物体(11にレーザ(2)
から発信したレーザ光をビームスプリッタ(3)で2分
割し、各々の光を送信光学系(4a) (4b)で互い
に反対方向から移動物体+11上に交叉させて照射する
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viC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(5)で受信
し、光検出器(6)で電気信号に変換すると、こめ電気
信号の中に第(11式に示すドツプラ周波数frlの交
流信号(以下ドツプラ信号という)が存在する。
測定するには、第1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1図において、(1)は
移動物体、(2)はレーザ、(3)はビームスピリツタ
、 (4a)(4b)は送信光学系、(5)は受信光
学系、(G)は光検出器、(7)は周波数追跡器である
。第1図に示すごとく、移動物体(11にレーザ(2)
から発信したレーザ光をビームスプリッタ(3)で2分
割し、各々の光を送信光学系(4a) (4b)で互い
に反対方向から移動物体+11上に交叉させて照射する
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viC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(5)で受信
し、光検出器(6)で電気信号に変換すると、こめ電気
信号の中に第(11式に示すドツプラ周波数frlの交
流信号(以下ドツプラ信号という)が存在する。
2°7 “7 ・・・(1)fcj=
、 °s+n了 ここに。
、 °s+n了 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叉角
光検出器(6)の出力であるドツプラ信号を周波数追跡
器(7)でドツプラ周波数fdを計測することにより、
移動物体+11の速度Vを求めることができる。
器(7)でドツプラ周波数fdを計測することにより、
移動物体+11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。光検出器(6)の出力
のドツプラ信号は、2条の送光ビームの拡がυ。
のドツプラ信号は、2条の送光ビームの拡がυ。
有限々ビーム径をもつ几めに、ドツプラ周波数fdを中
心に周波数の拡がったスペクトラムをもつ。
心に周波数の拡がったスペクトラムをもつ。
第2図は、ドツプラ信号のスペクトラムの1例を示すも
ので、横軸は周波数、縦軸はパワースペクトラム密度を
示す。
ので、横軸は周波数、縦軸はパワースペクトラム密度を
示す。
第2図においてスペクトラムは、ドツプラ周波数fdで
最大値を示し、最大値から3dB下がつ几周波数の拡が
り幅Δf1/!を半値幅という。ドツプラ周波数fdを
半値幅Δf1/!で除した値を信号のQという指数で定
義し、ドツプラ信号性状の評価に一般的に使われる。
最大値を示し、最大値から3dB下がつ几周波数の拡が
り幅Δf1/!を半値幅という。ドツプラ周波数fdを
半値幅Δf1/!で除した値を信号のQという指数で定
義し、ドツプラ信号性状の評価に一般的に使われる。
Q=fd/Δf 1/2 ・・・(
2)通常、レーザドツプラ速度計のドツプラ信号のQは
、10〜30程度かつ信号S/Nは、10〜30 dB
程度で(f帯性状が悪く、このドツプラ信号からドツプ
ラ周波数fdを周波数追跡器(7)で精度良く計測する
ことが、レーザドツプラ速度計の性能を左右する。
2)通常、レーザドツプラ速度計のドツプラ信号のQは
、10〜30程度かつ信号S/Nは、10〜30 dB
程度で(f帯性状が悪く、このドツプラ信号からドツプ
ラ周波数fdを周波数追跡器(7)で精度良く計測する
ことが、レーザドツプラ速度計の性能を左右する。
第3図は、従来、レーザドツプラ速度計に使われている
周波数追跡器(7)の実施例を示す。図中。
周波数追跡器(7)の実施例を示す。図中。
(7a)はドツプラ信号イと電圧制御発振器(以下VC
Oという。) (7e)の出力とを掛算するミキサ、
(7b)はミキサ(7a)出力の特定周波数成分のみ
増幅する中間周波増幅器(以下工F増幅器という。)、
(7c)は工F増幅器(7b)の出力周波数を電圧
に変換するディスクリミネータ、 (7d)は績分器
、 (7f)は工p増幅器(7b)の中心周波数に等
しい周波数で発振する発振器、 (7g)は上記V
CO(7o)と発振器(7f)の出力同志を掛算するミ
キサ、 (7h)は、ミキサ(7g)出力のうちv
c o (7o)と発振器(7f)の差の周波数のみを
取り出す低域フィルタ、 (71)は工F増幅器(7
b)の信号レベルを検出してロック判別を行うロック検
出器、 (7j)はロック検出器(71)のロック判
別信号を受けて、スイープ発生器(7k)と周波数追跡
ループを切替えるスイープ切替器である。
Oという。) (7e)の出力とを掛算するミキサ、
(7b)はミキサ(7a)出力の特定周波数成分のみ
増幅する中間周波増幅器(以下工F増幅器という。)、
(7c)は工F増幅器(7b)の出力周波数を電圧
に変換するディスクリミネータ、 (7d)は績分器
、 (7f)は工p増幅器(7b)の中心周波数に等
しい周波数で発振する発振器、 (7g)は上記V
CO(7o)と発振器(7f)の出力同志を掛算するミ
キサ、 (7h)は、ミキサ(7g)出力のうちv
c o (7o)と発振器(7f)の差の周波数のみを
取り出す低域フィルタ、 (71)は工F増幅器(7
b)の信号レベルを検出してロック判別を行うロック検
出器、 (7j)はロック検出器(71)のロック判
別信号を受けて、スイープ発生器(7k)と周波数追跡
ループを切替えるスイープ切替器である。
以上の構成の周波数追跡器(7)において、ドツプラ周
波数fdをもつドツプラ信号イが入力されると、’VC
O(7e)の発振周波数ft、とミキサ(7b)で周波
数混合され、ミキサ(7a)出力には、ドツプラ周波数
fdとv a o (7e)の発振周波数fLとの和及
び差の周波数が混在することとなる。今。
波数fdをもつドツプラ信号イが入力されると、’VC
O(7e)の発振周波数ft、とミキサ(7b)で周波
数混合され、ミキサ(7a)出力には、ドツプラ周波数
fdとv a o (7e)の発振周波数fLとの和及
び差の周波数が混在することとなる。今。
工F増幅器(7b)の中心周波数foと、ディスクリミ
ネータ(7c)の周波数−電圧変換の零出力する周波数
を一致させてかっ、工F増幅器(7b)の中心周波数f
oを入力ドツプラ周波数fdより高く設定すると V
OO(7e)の出力周波数fLは。
ネータ(7c)の周波数−電圧変換の零出力する周波数
を一致させてかっ、工F増幅器(7b)の中心周波数f
oを入力ドツプラ周波数fdより高く設定すると V
OO(7e)の出力周波数fLは。
次の関係式で入力ドツプラ周波数fdに追尾して周波数
変化する。
変化する。
fL ”: fO+ fd ・・・+
31すなわち、入力ドツプラ周波数fdが変化すると、
ディスクリミネータ(7C)の入力周波数が変化し、こ
の周波数変化に応じ出力電圧に正負の誤差電圧が生じ、
この誤差電圧が零になる方向にVCO(7e)の出力周
波数fl、が変化するために。
31すなわち、入力ドツプラ周波数fdが変化すると、
ディスクリミネータ(7C)の入力周波数が変化し、こ
の周波数変化に応じ出力電圧に正負の誤差電圧が生じ、
この誤差電圧が零になる方向にVCO(7e)の出力周
波数fl、が変化するために。
第(3)式で示す関係式でvCO(7e)の出力周波数
は、入力ドツプラ周波数に追尾することとなる。
は、入力ドツプラ周波数に追尾することとなる。
又、この実MQ例ではvCO(7e)の出力周波数fL
と発振器(7f)の発振周波数fOとの差の周波数をミ
キサ(7g)と低域フィルタ(7h)で得ることで入力
ドツプラ周波数fdと等しい周波数が出力されることに
なる。
と発振器(7f)の発振周波数fOとの差の周波数をミ
キサ(7g)と低域フィルタ(7h)で得ることで入力
ドツプラ周波数fdと等しい周波数が出力されることに
なる。
以上の説明では、あらかじめ入力ドツプラ周波数fa
K対して、VOO(7e)の発掘周波数flが、あらか
じめディスクリミネータ(7c)のリニアゾーン(fL
#fo+fd) 内にあると仮定して論る。実際の系
では、ディスクリミネータ(7c)のリニアゾーンは精
度上の問題からV OO(7e)の周波数範囲に比較し
てかなり狭くする必要があり、そのため通常ドツプラ信
号が入力してもVCO(7θ)の周波数は、ディスクリ
ミネータ(7c)のリニアゾーン外となるため周波数追
尾ループは機能せず、何らかの方法でV OO(7e)
の周波数を、全周波数範囲に渡り強制的にスイープして
。
K対して、VOO(7e)の発掘周波数flが、あらか
じめディスクリミネータ(7c)のリニアゾーン(fL
#fo+fd) 内にあると仮定して論る。実際の系
では、ディスクリミネータ(7c)のリニアゾーンは精
度上の問題からV OO(7e)の周波数範囲に比較し
てかなり狭くする必要があり、そのため通常ドツプラ信
号が入力してもVCO(7θ)の周波数は、ディスクリ
ミネータ(7c)のリニアゾーン外となるため周波数追
尾ループは機能せず、何らかの方法でV OO(7e)
の周波数を、全周波数範囲に渡り強制的にスイープして
。
ディスクリミネータ(7C)のリニアゾーン内に入ハる
必要がある。第3図のロック検出器(7i) 。
必要がある。第3図のロック検出器(7i) 。
スイープ切替器(7j) 、 スィーブ発生器(7k
)はVCO(7e)の周波数をディスクリミネータ(7
C)のリニアゾーン内に入れるようスィーブ回路である
。動作は、工F増幅器(7b)の信号レベルを検出して
ロックオン信号を発生するロック検出器(71)で、ス
イープの0N10FFを行っているOVC○(7e)の
全周波数範囲のスイープ時間は。
)はVCO(7e)の周波数をディスクリミネータ(7
C)のリニアゾーン内に入れるようスィーブ回路である
。動作は、工F増幅器(7b)の信号レベルを検出して
ロックオン信号を発生するロック検出器(71)で、ス
イープの0N10FFを行っているOVC○(7e)の
全周波数範囲のスイープ時間は。
周波数追跡ループの応答周波数に依存して決定されるが
通常0.1秒〜数秒である。
通常0.1秒〜数秒である。
従って、移動物体がレーザドツプラ速度計上を突入して
ドツプラ信置を受信してから周波数追跡器(7)がロッ
クオンしてドツプラ周波数を出力するまでの時間遅れは
、上記スイープ時間分遅れることになる、 今、移動物体の速度がt200m/分で2時間遅れが1
秒とすると20mの速度欠測となり、特に鉄鋼等圧延う
インでこの欠測時間は重大な問題となる。
ドツプラ信置を受信してから周波数追跡器(7)がロッ
クオンしてドツプラ周波数を出力するまでの時間遅れは
、上記スイープ時間分遅れることになる、 今、移動物体の速度がt200m/分で2時間遅れが1
秒とすると20mの速度欠測となり、特に鉄鋼等圧延う
インでこの欠測時間は重大な問題となる。
この発明は1以上のような従来の周波数追跡器(7)の
スイープ時間に伴う移動物体突入後の速度捕捉時間遅れ
を、あらかじめ外部から移動物体の参照速度を入力する
ことで、上記速度捕捉時間を短縮したレーザドツプラ速
度計を提供するものである。
スイープ時間に伴う移動物体突入後の速度捕捉時間遅れ
を、あらかじめ外部から移動物体の参照速度を入力する
ことで、上記速度捕捉時間を短縮したレーザドツプラ速
度計を提供するものである。
第4図は、この発咀によるレーザドツプラ速度計の一実
施例を示す図であり2図中、 (71)は周波数追跡
器(7)の出力周波数をアナログ信号に変換するD/A
変換器、 (7m)は上記D/A変換器(71)の出
力信号と、外部からの移動物体の参照速度信号V、との
大小を比較する比較器、 (7n)は比l咬器(7m
)からの誤差電圧信号を増幅する誤差増幅器、 (7
0)は外部からの測定開始指令Sを受けて、ループ切替
を行うループ切替器である。
施例を示す図であり2図中、 (71)は周波数追跡
器(7)の出力周波数をアナログ信号に変換するD/A
変換器、 (7m)は上記D/A変換器(71)の出
力信号と、外部からの移動物体の参照速度信号V、との
大小を比較する比較器、 (7n)は比l咬器(7m
)からの誤差電圧信号を増幅する誤差増幅器、 (7
0)は外部からの測定開始指令Sを受けて、ループ切替
を行うループ切替器である。
この発明の実施例によれば、測定開始指令Sを受ける前
は2周波数追跡器(7)のループ切替器(70)はトッ
プう信号入力側は切られ参照速度信号Veを入力とする
ループが閉じている。このループでは V CO(7θ
)の周波数は、外部からの移動物体の参照速度に等しく
なるよう動作している。測定開始指令Sが入力されると
ループ切替器(70)は、ドツプラ信号側が閉じて、参
照速度仰は切らhる。今 D/A変換器(7e)のスケ
ールファクタを参照速度信号Vθとドツプラ周波数とが
等しくなるように設定すれば、測定開始指令Sが入力さ
れる直前のV OO(7e)の発振周波数は、ディスク
リミネータ(7C)のリニアゾーン内に入ることになり
、ループを切替えると同時にスイープ回路が作動するこ
となく周波数追跡器(7)は、入カドツブ→周波数にロ
ックオンすることになシ、速度測定が時間遅れなく可能
となる。
は2周波数追跡器(7)のループ切替器(70)はトッ
プう信号入力側は切られ参照速度信号Veを入力とする
ループが閉じている。このループでは V CO(7θ
)の周波数は、外部からの移動物体の参照速度に等しく
なるよう動作している。測定開始指令Sが入力されると
ループ切替器(70)は、ドツプラ信号側が閉じて、参
照速度仰は切らhる。今 D/A変換器(7e)のスケ
ールファクタを参照速度信号Vθとドツプラ周波数とが
等しくなるように設定すれば、測定開始指令Sが入力さ
れる直前のV OO(7e)の発振周波数は、ディスク
リミネータ(7C)のリニアゾーン内に入ることになり
、ループを切替えると同時にスイープ回路が作動するこ
となく周波数追跡器(7)は、入カドツブ→周波数にロ
ックオンすることになシ、速度測定が時間遅れなく可能
となる。
鉄鋼等の圧延ラインでは、圧延ローラの回転速度とロー
ラ径から、上記参照速度信号は容易に得られる。通常参
照速度信号の精度は、ディスクリミネータ(7C)のリ
ニアゾーンに入る程度の誤差を許容できるオーダで充分
である、 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によhば、移動物体の参照速度
を測定開始前に外部から受信することにより、測定開始
後の周波数追跡器(7)のスイープ時間による速度捕捉
時間の遅れを短縮したレーザドツプラ速度計を提供でき
る。
ラ径から、上記参照速度信号は容易に得られる。通常参
照速度信号の精度は、ディスクリミネータ(7C)のリ
ニアゾーンに入る程度の誤差を許容できるオーダで充分
である、 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によhば、移動物体の参照速度
を測定開始前に外部から受信することにより、測定開始
後の周波数追跡器(7)のスイープ時間による速度捕捉
時間の遅れを短縮したレーザドツプラ速度計を提供でき
る。
@1図は、一般的なレーザドツプラ速度計の構成図、第
2図はドツプラ信号の特性を示す図、第3図はレーザド
ツプラ速度計の周波数追跡器の構成を示す図、第4図は
この発明の一実施例を示す図である。 図において、(6)は光検出器、(7)は周波数追跡器
。 (7a)はミキサ、 (7b)は工F増幅器、 (
7c)はディスクリミネータ、 (7d)は積分器、
(7e)はvco、 (7r)は発振器、 (
7g)はミキサ、 (7h)は低域フィルタ、 (
7i)はロック検出器、 (7j)はスイープ切替器
、 C,7−59はスイープ発生器。 (71)はD/A変換器、 (7m)は比較器、
(7n)は誤差増幅器、 (7o)はループ切替器で
ある。 なj、−1中同−あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。
2図はドツプラ信号の特性を示す図、第3図はレーザド
ツプラ速度計の周波数追跡器の構成を示す図、第4図は
この発明の一実施例を示す図である。 図において、(6)は光検出器、(7)は周波数追跡器
。 (7a)はミキサ、 (7b)は工F増幅器、 (
7c)はディスクリミネータ、 (7d)は積分器、
(7e)はvco、 (7r)は発振器、 (
7g)はミキサ、 (7h)は低域フィルタ、 (
7i)はロック検出器、 (7j)はスイープ切替器
、 C,7−59はスイープ発生器。 (71)はD/A変換器、 (7m)は比較器、
(7n)は誤差増幅器、 (7o)はループ切替器で
ある。 なj、−1中同−あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。
Claims (1)
- 移動物体にレーザ光を照射する手段と、上記移動物体か
らの散乱光から移動物体の速度に応じたドップラ信号を
検出する手段と、上記ドップラ信号からドップラ周波数
を追尾し出力する周波数追跡器と、外部から上記ドップ
ラ周波数に対応する参照速度信号を受信する手段と、測
定開始前に上記周波数追跡器を上記参照速度信号に追尾
させ、測定開始と同時に上記ドップラ信号に追尾し得え
るループ切替器とを備えたことを特徴とするレーザドッ
プラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59170580A JPS6148783A (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | レ−ザドツプラ速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59170580A JPS6148783A (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | レ−ザドツプラ速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6148783A true JPS6148783A (ja) | 1986-03-10 |
Family
ID=15907466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59170580A Pending JPS6148783A (ja) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | レ−ザドツプラ速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6148783A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58131820A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Nec Corp | 位相同期回路 |
| JPS59139729A (ja) * | 1984-01-20 | 1984-08-10 | Hitachi Ltd | 位相同期回路 |
-
1984
- 1984-08-16 JP JP59170580A patent/JPS6148783A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58131820A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Nec Corp | 位相同期回路 |
| JPS59139729A (ja) * | 1984-01-20 | 1984-08-10 | Hitachi Ltd | 位相同期回路 |
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