JP2010078560A - Device and method for measuring oscillation frequency - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動する物体の振動周波数を計測する振動周波数計測装置および振動周波数計測方法に関するものである。 The present invention relates to a vibration frequency measuring device and a vibration frequency measuring method for measuring a vibration frequency of a vibrating object.
従来より、半導体レーザを用いて、振動する物体を解析する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示された計測装置では、発振周波数が固定された半導体レーザから物体にレーザ光を照射し、物体からのドップラ周波数偏移した反射光の一部を半導体レーザに戻り光として帰還させ、自己混合効果を発生させる。そして、物体の振動に関係して生ずる半導体レーザの出力の変化をフォトダイオードで検出している。
Conventionally, a technique for analyzing a vibrating object using a semiconductor laser has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the measurement apparatus disclosed in
このとき、フォトダイオードの出力に現れるドップラビート波は自己混合効果により物体の変位の方向に応じて傾きが逆転するので、ドップラビート波の傾きから物体の変位の方向を判別することができる。そして、物体の変位の方向を判別することができれば、変位の周期から物体の振動周波数を求めることが可能である。
図22(A)は特許文献1に開示された計測装置においてフォトダイオードの出力に現れるドップラビート波の1例を示し、図22(B)はドップラビート波の傾きから物体の変位の方向を判別する方向判別回路の出力電圧の1例を示している。
At this time, the Doppler beat wave appearing in the output of the photodiode reverses the inclination according to the direction of the displacement of the object due to the self-mixing effect, and therefore the direction of the displacement of the object can be determined from the inclination of the Doppler beat wave. If the direction of displacement of the object can be determined, the vibration frequency of the object can be obtained from the period of displacement.
FIG. 22A shows an example of a Doppler beat wave that appears in the output of the photodiode in the measuring device disclosed in
特許文献1に開示された計測装置では、実際にはドップラビート波にノイズが存在するため、ドップラビート波の傾きの判定が非常に困難な場合があり、また物体の振動の加速度が小さいとき(例えば振動周波数が低いとき)には振動振幅の最大点付近で物体の速度が遅いので、非対称性がほとんど生じない。ドップラビート波の実際の波形は、時間に関してほとんど対称な三角形である。物体の変位の速度が小さいと、ドップラビート波が小さくなり、ドップラビート波の強度が増大するときの傾きと強度が減少するときの傾きとは絶対値が同じになり、物体の変位の方向を判別することができなくなる。その結果、特許文献1に開示された計測装置では、振動周波数計測の誤差が非常に大きいという問題点があった。
In the measurement device disclosed in
一方、発明者は、半導体レーザの自己結合効果を用いた波長変調型のレーザ計測器を提案した(特許文献2参照)。このレーザ計測器の構成を図23に示す。図23のレーザ計測器は、物体210にレーザ光を放射する半導体レーザ201と、半導体レーザ201の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード202と、半導体レーザ201からの光を集光して物体210に照射すると共に、物体210からの戻り光を集光して半導体レーザ201に入射させるレンズ203と、半導体レーザ201に発振波長が連続的に増加する第1の発振期間と発振波長が連続的に減少する第2の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ204と、フォトダイオード202の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器205と、電流−電圧変換増幅器205の出力電圧を2回微分する信号抽出回路206と、信号抽出回路206の出力電圧に含まれるMHPの数を数える計数回路207と、物体210との距離及び物体210の速度を算出する演算装置208と、演算装置208の算出結果を表示する表示装置209とを有する。
On the other hand, the inventor has proposed a wavelength modulation type laser measuring instrument using the self-coupling effect of a semiconductor laser (see Patent Document 2). The configuration of this laser measuring instrument is shown in FIG. 23 includes a
レーザドライバ204は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ201に供給する。これにより、半導体レーザ201は、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第1の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第2の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図24は、半導体レーザ201の発振波長の時間変化を示す図である。図24において、P1は第1の発振期間、P2は第2の発振期間、λaは各期間における発振波長の最小値、λbは各期間における発振波長の最大値、Ttは三角波の周期である。
The
半導体レーザ201から出射したレーザ光は、レンズ203によって集光され、物体210に入射する。物体210で反射された光は、レンズ203によって集光され、半導体レーザ201に入射する。フォトダイオード202は、半導体レーザ201の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅器205は、フォトダイオード202の出力電流を電圧に変換して増幅し、信号抽出回路206は、電流−電圧変換増幅器205の出力電圧を2回微分する。計数回路207は、信号抽出回路206の出力電圧に含まれるモードポップパルス(MHP)の数を第1の発振期間P1と第2の発振期間P2の各々について数える。演算装置208は、半導体レーザ1の最小発振波長λaと最大発振波長λbと第1の発振期間P1におけるMHPの数と第2の発振期間P2におけるMHPの数に基づいて、物体210との距離及び物体210の速度を算出する。このような自己結合型のレーザ計測器の技術を利用して、MHPの数を測定すれば、このMHPの数から物体の振動周波数を算出することが可能である。
Laser light emitted from the
特許文献2に開示された自己結合型のレーザ計測器によれば、特許文献1に開示された計測装置に比べて、物体の振動周波数の測定精度を向上させることができる。
しかしながら、特許文献2に開示されたレーザ計測器では、MHPの個数を計測するために半導体レーザの波長変調の搬送波の半周期(図24の三角波の半周期)以上の時間にわたって信号処理が必要になり、さらに物体の振動周波数を算出するために、物体の振動1周期あたり最低10点のMHPの個数の計測データが必要になる。このため、物体の振動周波数が低くなり、振動周期が長くなると、10点の計測データを得るために要する時間が長くなり、莫大なメモリ容量が必要になるという問題点があった。
According to the self-coupled laser measuring instrument disclosed in
However, in the laser measuring instrument disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、メモリ容量を増大させることなく、対応可能な振動周波数を低減することができる振動周波数計測装置および振動周波数計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a vibration frequency measuring device and a vibration frequency measuring method that can reduce the vibration frequency that can be handled without increasing the memory capacity. And
本発明の振動周波数計測装置は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、この信号抽出手段の計数結果に基づいて前記測定対象の振動周波数を求める周波数計測手段と、前記干渉波形の数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例は、さらに、前記干渉波形のデータが得られる度に前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とが処理を実行する逐次処理と、前記干渉波形のデータを前記信号抽出手段が蓄積しておき、データ量が所定量に達した時点で前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とが処理を実行するバッチ処理のいずれか一方に切り換えることが可能な処理切換手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記休止期間設定手段は、外部から入力される休止期間設定指示信号に応じて前記休止期間を設定することを特徴とするものである。
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記処理切換手段は、外部から入力される処理切換指示信号に応じて前記逐次処理と前記バッチ処理とを切り換えることを特徴とするものである。
The vibration frequency measuring apparatus of the present invention includes a semiconductor laser that emits laser light to a measurement target, a first oscillation period that includes at least a period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously, and a period in which the oscillation wavelength continuously decreases monotonously. Oscillation wavelength modulation means for operating the semiconductor laser such that at least second oscillation periods including at least alternately exist, and self-coupling effect of laser light emitted from the semiconductor laser and return light from the measurement target Detecting means for detecting an electric signal including an interference waveform generated by the signal, and signal extraction for counting the number of the interference waveforms included in the output signal of the detecting means for each of the first oscillation period and the second oscillation period Between the measuring means, the frequency measuring means for obtaining the vibration frequency of the measurement object based on the counting result of the signal extracting means, and the respective measurement points for measuring the number of the interference waveforms. Is characterized in further comprising an idle period setting means capable of setting the stop period.
In addition, one configuration example of the vibration frequency measurement device according to the present invention further includes a sequential process in which the signal extraction unit and the frequency measurement unit execute a process each time the interference waveform data is obtained; A process in which data is accumulated by the signal extraction means, and can be switched to one of batch processes in which the signal extraction means and the frequency measurement means execute processing when the data amount reaches a predetermined amount It is characterized by comprising switching means.
Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device according to the present invention, the pause period setting means sets the pause period in accordance with a pause period setting instruction signal input from the outside.
Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device according to the present invention, the process switching means switches between the sequential process and the batch process in accordance with a process switching instruction signal input from the outside. is there.
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記周波数計測手段は、時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手段と、この2値化手段から出力された2値化出力の周期を測定する2値化出力周期測定手段と、この2値化出力周期測定手段の測定結果から一定時間における2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手段と、前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、前記2値化出力周期度数分布作成手段が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手段と、前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記2値化出力計数手段の計数結果を補正する補正手段と、この補正手段で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手段とからなることを特徴とするものである。 Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device of the present invention, the frequency measuring means compares the count results of the first and second oscillation periods that are temporally adjacent to each other, and calculates the count results. Binarization means for binarization, binarization output period measurement means for measuring the period of the binarization output outputted from the binarization means, and constant from the measurement result of the binarization output period measurement means This is a representative value of the binarized output cycle frequency distribution creating means for creating the binarized output cycle frequency distribution in time and the binarized output cycle distribution from the binarized output cycle frequency distribution. A reference period calculating means for calculating a reference period, and a binary value for counting the number of pulses of the binarized output in a period of the same fixed period as the period for which the binarized output period frequency distribution creating means is a target of the frequency distribution creation A binarized output counting means and the binarized output From the frequency distribution of the period, the sum Ns of the frequencies of the class that is less than the first predetermined number of times of the reference period and the sum Nw of the frequencies of the class that are more than the second predetermined number of times of the reference period are obtained, The correction means for correcting the counting result of the binarized output counting means based on the frequencies Ns and Nw, and the vibration frequency of the measuring object is calculated based on the counting result corrected by the correcting means and the predetermined time. It comprises a frequency calculation means.
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記周波数計測手段は、時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手段と、この2値化手段から出力された一定個数の2値化出力のパルスについて周期を測定する2値化出力周期測定手段と、前記2値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記2値化出力周期測定手段の測定結果から前記2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手段と、前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、前記2値化出力周期測定手段の測定結果から前記2値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手段と、前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記一定個数を補正する補正手段と、この補正手段で補正された値と前記周期和算出手段で算出された周期の総和に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手段とからなることを特徴とするものである。 Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device of the present invention, the frequency measuring means compares the count results of the first and second oscillation periods that are temporally adjacent to each other, and calculates the count results. Binarization means for binarization, binarization output period measurement means for measuring the period of a predetermined number of pulses of the binarization output outputted from the binarization means, and a fixed number of the binarization outputs A binarized output period frequency distribution creating means for creating a frequency distribution of the binarized output period from the measurement result of the binarized output period measuring means performed on the pulse, and a binarized output period A reference period calculating means for calculating a reference period which is a representative value of the distribution of the binarized output periods from the frequency distribution, and a sum of the periods of the binarized outputs from the measurement result of the binarized output period measuring means. Periodic sum calculation means for calculating and the binary value From the frequency distribution of the output period, a sum Ns of class frequencies that is not more than a first predetermined number of times of the reference period and a sum Nw of class frequencies that are not less than a second predetermined number of times of the reference period are obtained. A correcting means for correcting the fixed number based on the frequencies Ns and Nw, a vibration frequency of the measurement object based on a sum corrected by a value corrected by the correcting means and a period calculated by the period sum calculating means. It is characterized by comprising frequency calculating means for calculating.
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記休止期間設定手段は、前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とで処理可能なデータ容量の中で、前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータを処理できない場合に、前記休止期間を設定し、前記データ容量の中に前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータが含まれるように前記休止期間の長さを設定する休止期間増加設定手段と、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれるように前記休止期間を短くする休止期間減少設定手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の振動周波数計測装置の1構成例において、前記処理切換手段は、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記逐次処理からバッチ処理に切り換えることを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device of the present invention, the pause period setting means includes a predetermined number of the binarized outputs in the data capacity that can be processed by the signal extracting means and the frequency measuring means. When the data of the interference waveform corresponding to the pulse of the number cannot be processed, the pause period is set so that the data capacity includes the data of the interference waveform corresponding to the predetermined number of pulses of the binarized output. A pause period increase setting means for setting the length of the pause period, and the binarized output when the minimum required number of counting results of the interference waveform are not included in one cycle of the binarized output The period is a pause period reduction setting means for shortening the pause period so that the minimum necessary number of counting results of the interference waveform are included in one cycle.
Further, in one configuration example of the vibration frequency measuring device according to the present invention, the processing switching means may include a counting result of the minimum necessary number of the interference waveforms in one cycle of the binarized output. The sequential processing is switched to batch processing.
また、本発明の振動周波数計測方法は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、この信号抽出手順で得られた計数結果に基づいて前記測定対象の振動周波数を求める周波数計測手順と、前記干渉波形の数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定手順とを備えることを特徴とするものである。 The vibration frequency measurement method of the present invention includes a first oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously and a second oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously decreases monotonously. Oscillation procedure for operating the semiconductor laser to be alternately present, and detection for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the laser light emitted from the semiconductor laser and the return light from the measurement target And a signal extraction procedure for counting the number of the interference waveforms included in the output signal obtained by the detection procedure for each of the first oscillation period and the second oscillation period, and the signal extraction procedure. It is possible to set a pause period between the frequency measurement procedure for obtaining the vibration frequency of the measurement object based on the counted result and each measurement point for measuring the number of the interference waveforms It is characterized in further comprising a stop period setting procedure.
本発明によれば、干渉波形の数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定手段を設けることにより、測定対象の振動周波数が低い場合でも、測定対象の振動の1周期以上の時間にわたって信号処理することが可能になり、振動周波数を算出することが可能になる。その結果、本発明では、メモリ容量を増大させることなく、対応可能な振動周波数を低減することができる。 According to the present invention, by providing a pause period setting means capable of setting a pause period between each measurement point for measuring the number of interference waveforms, even when the vibration frequency of the measurement object is low, It becomes possible to perform signal processing over a period of one or more periods of vibration, and to calculate the vibration frequency. As a result, according to the present invention, the vibration frequency that can be dealt with can be reduced without increasing the memory capacity.
また、本発明では、逐次処理とバッチ処理のいずれか一方に切り換えることが可能な処理切換手段を設けることにより、測定対象の振動周波数が高い場合でも、振動周波数を算出することが可能になる。 Further, in the present invention, the vibration frequency can be calculated even when the vibration frequency of the measurement target is high by providing the process switching means capable of switching to either the sequential process or the batch process.
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る振動周波数計測装置の構成を示すブロック図である。
図1の振動周波数計測装置は、測定対象の物体11にレーザ光を放射する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード2と、半導体レーザ1からの光を集光して放射すると共に、物体11からの戻り光を集光して半導体レーザ1に入射させるレンズ3と、半導体レーザ1を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ4と、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部5と、電流−電圧変換増幅部5の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部6と、フィルタ部6の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス(以下、MHPとする)の数を数える信号抽出部7と、信号抽出部7の計数結果に基づいて物体11の振動周波数を求める周波数計測部8と、周波数計測部8の計測結果を表示する表示部9と、MHPの数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定部10とを有する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the vibration frequency measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The vibration frequency measuring device in FIG. 1 collects light from a
フォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5とは、検出手段を構成している。以下、説明容易にするために、半導体レーザ1には、モードホッピング現象を持たない型(VCSEL型、DFBレーザ型)のものが用いられているものと想定する。
The
レーザドライバ4は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ1に供給する。これにより、半導体レーザ1は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第1の発振期間P1と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第2の発振期間P2とを交互に繰り返すように駆動される。このときの半導体レーザ1の発振波長の時間変化は、図24に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λb及び発振波長の最小値λaはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λb−λaも常に一定になされている。
The
半導体レーザ1から出射したレーザ光は、レンズ3によって集光され、物体11に入射する。物体11で反射された光は、レンズ3によって集光され、半導体レーザ1に入射する。ただし、レンズ3による集光は必須ではない。フォトダイオード2は、半導体レーザ1の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ1の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部5は、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅する。
Laser light emitted from the
フィルタ部6は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図2(A)は電流−電圧変換増幅部5の出力電圧波形を模式的に示す図、図2(B)はフィルタ部6の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード2の出力に相当する図2(A)の波形(変調波)から、図2の半導体レーザ1の発振波形(搬送波)を除去して、図2(B)のMHP波形(干渉波形)を抽出する過程を表している。
The
次に、信号抽出部7と周波数計測部8の動作について説明する。図3は信号抽出部7と周波数計測部8の動作を示すフローチャートである。
信号抽出部7は、フィルタ部6の出力電圧に含まれるMHPの数を第1の発振期間P1と第2の発振期間P2の各々について数える(図3ステップS1)。信号抽出部7は、MHPの波形をサンプリングクロックでサンプリングしてMHPの数を数えるカウンタからなるものでもよいし、FFT(Fast Fourier Transform)を利用してMHPのサンプリングデータからMHPの周波数(すなわち単位時間あたりのMHPの数)を計測するものでもよい。サンプリングクロックの周波数は、MHPの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
Next, operations of the
The
ここで、自己結合信号であるMHPについて説明する。図4に示すように、ミラー層1013から物体11までの距離をL、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、物体11からの戻り光と半導体レーザ1の光共振器内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
L=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、qは整数である。この現象は、物体11からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ1の共振器内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。
Here, the MHP that is a self-coupled signal will be described. As shown in FIG. 4, when the distance from the
L = qλ / 2 (1)
In Formula (1), q is an integer. This phenomenon can be sufficiently observed even if the scattered light from the
図5は、半導体レーザ1の発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード2の出力波形との関係を示す図である。式(1)に示したL=qλ/2を満足したときに、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が0°(同位相)になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も強め合い、L=qλ/2+λ/4のときに、位相差が180°(逆位相)になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ1の発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力をフォトダイオード2で検出すると、図5に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。この階段状の波形、すなわち干渉縞の1つ1つがMHPである。前記のとおり、ある一定時間において半導体レーザ1の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してMHPの数は変化する。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the oscillation wavelength and the output waveform of the
次に、周波数計測部8は、信号抽出部7が数えたMHPの数に基づいて物体11の振動周波数を算出する。図6は周波数計測部8の構成の1例を示すブロック図である。周波数計測部8は、信号抽出部7の計数結果等を記憶する記憶部80と、信号抽出部7の計数結果を2値化する2値化部81と、2値化部81から出力された2値化出力の周期を測定する周期測定部82と、2値化出力の周期の度数分布を作成する度数分布作成部83と、2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出部84と、2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手段となるカウンタ85と、カウンタ85の計数結果を補正する補正部86と、補正された計数結果に基づいて物体11の振動周波数を算出する周波数算出部87とから構成される。
Next, the
信号抽出部7の計数結果は、周波数計測部8の記憶部80に格納される。周波数計測部8の2値化部81は、記憶部80に格納された、信号抽出部7の計数結果を2値化する(図3ステップS2)。図7は2値化部81の動作を説明するための図であり、図7(A)は半導体レーザ1の発振波長の時間変化を示す図、図7(B)は信号抽出部7の計数結果の時間変化を示す図、図7(C)は2値化部81の出力D(t)を示す図である。図7(B)において、Nuは第1の発振期間P1の計数結果、Ndは第2の発振期間P2の計数結果である。
The counting result of the
2値化部81は、時間的に隣接する2つの発振期間P1,P2の計数結果NuとNdの大小を比較して、これらの計数結果を2値化する。2値化部81は、具体的には以下の式を実行する。
If Nu(t)≧Nd(t−1) then D(t)=1 ・・・(2)
If Nu(t)<Nd(t−1) then D(t)=0 ・・・(3)
If Nd(t)≦Nu(t−1) then D(t)=1 ・・・(4)
If Nd(t)>Nu(t−1) then D(t)=0 ・・・(5)
The
If Nu (t) ≧ Nd (t−1) then D (t) = 1 (2)
If Nu (t) <Nd (t-1) then D (t) = 0 (3)
If Nd (t) ≦ Nu (t−1) then D (t) = 1 (4)
If Nd (t)> Nu (t-1) then D (t) = 0 (5)
式(2)〜式(5)において、(t)は現時刻tにおいて計測されたMHPの数であることを表し、(t−1)は現時刻tの1回前に計測されたMHPの数であることを表している。式(2)、式(3)は、現時刻tの計数結果が第1の発振期間P1の計数結果Nuで、1回前の計数結果が第2の発振期間P2の計数結果Ndの場合である。この場合、2値化部81は、現時刻tの計数結果Nu(t)が1回前の計数結果Nd(t−1)以上であれば、現時刻tの出力D(t)を「1」(ハイレベル)とし、現時刻tの計数結果Nu(t)が1回前の計数結果Nd(t−1)より小さい場合は、現時刻tの出力D(t)を「0」(ローレベル)とする。
In Expressions (2) to (5), (t) represents the number of MHPs measured at the current time t, and (t−1) represents the MHP measured one time before the current time t. It represents a number. Equations (2) and (3) are obtained when the count result at the current time t is the count result Nu of the first oscillation period P1 and the previous count result is the count result Nd of the second oscillation period P2. is there. In this case, the
式(4)、式(5)は、現時刻tの計数結果が第2の発振期間P2の計数結果Ndで、1回前の計数結果が第1の発振期間P1の計数結果Nuの場合である。この場合、2値化部81は、現時刻tの計数結果Nd(t)が1回前の計数結果Nu(t−1)以下であれば、現時刻tの出力D(t)を「1」とし、現時刻tの計数結果Nd(t)が1回前の計数結果Nu(t−1)より大きい場合は、現時刻tの出力D(t)を「0」とする。
Equations (4) and (5) are obtained when the count result at the current time t is the count result Nd of the second oscillation period P2, and the previous count result is the count result Nu of the first oscillation period P1. is there. In this case, the
こうして、信号抽出部7の計数結果は2値化される。2値化部81の出力D(t)は記憶部80に格納される。2値化部81は、以上のような2値化処理を、信号抽出部7によってMHPの数が測定される時刻毎(発振期間毎)に行う。
Thus, the counting result of the
信号抽出部7の計数結果を2値化することは、物体11の変位の方向を判別することを意味する。つまり、半導体レーザ1の発振波長が増加しているときの計数結果Nuが、発振波長が減少しているときの計数結果Nd以上の場合(D(t)=1)、物体11の移動方向は半導体レーザ1に接近する方向であり、計数結果Nuが計数結果Ndより小さい場合(D(t)=0)、物体11の移動方向は半導体レーザ1から遠ざかる方向である。したがって、基本的には図7(C)に示した2値化出力の周期を求めることができれば、物体11の振動周波数を算出することができる。
Binarizing the counting result of the
周期測定部82は、記憶部80に格納された2値化出力D(t)の周期を測定する(図3ステップS3)。図8は周期測定部82の動作を説明するための図である。図8において、H1は2値化出力D(t)の立ち上がりを検出するためのしきい値、H2は2値化出力D(t)の立ち下がりを検出するためのしきい値である。
The
周期測定部82は、記憶部80に格納された2値化出力D(t)をしきい値H1と比較することにより、2値化出力D(t)の立ち上がりを検出し、2値化出力D(t)の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間tuuを測定することにより、2値化出力D(t)の周期を測定する。周期測定部82は、このような測定を2値化出力D(t)に立ち上がりエッジが発生する度に行う。
The
あるいは、周期測定部82は、記憶部80に格納された2値化出力D(t)をしきい値H2と比較することにより、2値化出力D(t)の立ち下がりを検出し、2値化出力D(t)の立ち下がりから次の立ち下がりまでの時間tddを測定することにより、2値化出力D(t)の周期を測定してもよい。周期測定部82は、このような測定を2値化出力D(t)に立ち下がりエッジが発生する度に行う。
Alternatively, the
周期測定部82の測定結果は記憶部80に格納される。次に、度数分布作成部83は、周期測定部82の測定結果から、一定時間T(T>Ttであり、例えば100×Tt、すなわち三角波100個分の時間)における周期の度数分布を作成する(図3ステップS4)。図9は度数分布の1例を示す図である。度数分布作成部83が作成した度数分布は、記憶部80に格納される。度数分布作成部83は、このような度数分布の作成をT時間毎に行う。
The measurement result of the
続いて、基準周期算出部84は、度数分布作成部83が作成した度数分布から、2値化出力D(t)の周期の代表値である基準周期T0を算出する(図3ステップS5)。一般に、周期の代表値は最頻値や中央値であるが、本実施の形態においては、最頻値や中央値が周期の代表値として適していない。そこで、基準周期算出部84は、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期T0とする。表1に、度数分布の数値例およびこの数値例における階級値と度数との積を示す。
Subsequently, the reference
表1の例では、度数が最大である最頻値(階級値)は1である。これに対して、階級値と度数との積が最大となる階級値は6であり、最頻値とは異なる値になっている。階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期T0とする理由については後述する。算出された基準周期T0の値は、記憶部80に格納される。基準周期算出部84は、このような基準周期T0の算出を、度数分布作成部83によって度数分布が作成される度に行う。
In the example of Table 1, the mode value (class value) having the maximum frequency is 1. On the other hand, the class value that maximizes the product of the class value and the frequency is 6, which is different from the mode value. The reason why the class value that maximizes the product of the class value and the frequency is set as the reference period T0 will be described later. The calculated value of the reference period T0 is stored in the
一方、カウンタ85は、周期測定部82および度数分布作成部83と並行して動作し、度数分布作成部83が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間Tの期間において、2値化出力D(t)の立ち上がりエッジの数N(すなわち、2値化出力D(t)の「1」のパルスの数)を数える(図3ステップS6)。カウンタ85の計数結果Nは、記憶部80に格納される。カウンタ85は、このような2値化出力D(t)の計数をT時間毎に行う。
On the other hand, the
補正部86は、度数分布作成部83が作成した度数分布から、基準周期T0の0.5倍以下である階級の度数の総和Nsと、基準周期T0の1.5倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、カウンタ85の計数結果Nを次式のように補正する(図3ステップS7)。
N’=N−Ns+Nw ・・・(6)
式(6)において、N’は補正後の計数結果である。この補正後の計数結果N’は、記憶部80に格納される。補正部86は、このような補正をT時間毎に行う。
From the frequency distribution created by the frequency
N ′ = N−Ns + Nw (6)
In Equation (6), N ′ is the corrected count result. The corrected count result N ′ is stored in the
図10は度数の総和NsとNwを模式的に表す図である。図10において、Tsは基準周期T0の0.5倍の階級値、Twは基準周期T0の1.5倍の階級値である。図10における階級が、周期の代表値であることは言うまでもない。なお、図10では記載を簡略化するため、基準周期T0とTsとの間、及び基準周期T0とTwとの間の度数分布を省略している。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the total number Ns and Nw of frequencies. In FIG. 10, Ts is a class value 0.5 times the reference period T0, and Tw is a class value 1.5 times the reference period T0. Needless to say, the class in FIG. 10 is a representative value of the period. In FIG. 10, the frequency distribution between the reference periods T0 and Ts and between the reference periods T0 and Tw is omitted in order to simplify the description.
図11はカウンタ85の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図11(A)は2値化出力D(t)を示す図、図11(B)は図11(A)に対応するカウンタ85の計数結果を示す図である。
本来、2値化出力D(t)の周期は物体11の振動周波数によって異なるが、物体11の振動周波数が不変であれば、2値化出力D(t)のパルスは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、MHPの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、結果として2値化出力D(t)の波形にも欠落や信号として数えるべきでない波形が生じ、2値化出力D(t)のパルスの計数結果に誤差が生じる。
11A and 11B are diagrams for explaining the correction principle of the counting result of the
Originally, the cycle of the binarized output D (t) varies depending on the vibration frequency of the
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所での2値化出力D(t)の周期Twは、本来の周期のおよそ2倍になる。つまり、2値化出力D(t)の周期が基準周期T0のおよそ2倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Tw以上の階級の度数の総和Nwを信号が欠落した回数と見なし、このNwをカウンタ85の計数結果Nに加算することで、信号の欠落を補正することができる。
When signal loss occurs, the cycle Tw of the binarized output D (t) at the location where the loss occurs is approximately twice the original cycle. That is, when the period of the binarized output D (t) is approximately twice or more than the reference period T0, it can be determined that the signal is missing. Therefore, the total frequency Nw of the periods equal to or higher than the period Tw is regarded as the number of missing signals, and this missing signal can be corrected by adding this Nw to the count result N of the
また、スパイクノイズなどによって本来の信号が分割された箇所での2値化出力D(t)の周期Tsは、本来の周期と比較して0.5倍よりも短い信号と0.5倍よりも長い信号の2つになる。つまり、2値化出力D(t)の周期が基準周期T0のおよそ0.5倍以下の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ts以下の階級の度数の総和Nsを信号を過剰に数えた回数と見なし、このNsをカウンタ85の計数結果Nから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。以上が、式(6)に示した計数結果の補正原理である。
Further, the cycle Ts of the binarized output D (t) at the portion where the original signal is divided by spike noise or the like is shorter than 0.5 times the signal shorter than the original cycle and 0.5 times. Becomes two of the long signals. That is, when the period of the binarized output D (t) is approximately 0.5 times or less of the reference period T0, it can be determined that the signals are excessively counted. Therefore, the sum Ns of the frequencies of the class having the period Ts or less is regarded as the number of times that the signal is excessively counted, and the Ns is subtracted from the count result N of the
周波数算出部87は、補正部86が計算した補正後の計数結果N’に基づいて、物体11の振動周波数fsigを次式のように算出する(図3ステップS8)。
fsig=N’/T ・・・(7)
表示部9は、周波数計測部8が算出した振動周波数fsigの値を表示する。
The
fsig = N ′ / T (7)
The
以上のように、本実施の形態では、時間的に隣接する第1、第2の発振期間P1,P2の計数結果の大小を比較してMHPの計数結果を2値化し、2値化出力D(t)の周期を測定して一定時間Tにおける周期の度数分布を作成し、周期の度数分布から2値化出力D(t)の周期の分布の代表値である基準周期T0を算出し、一定時間Tの期間において2値化出力D(t)のパルスの数を数え、度数分布から、基準周期T0の0.5倍以下である階級の度数の総和Nsと基準周期T0の1.5倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて2値化出力D(t)のパルスの計数結果を補正することにより、2値化出力D(t)の計数誤差を補正することができるので、物体11の振動周波数の測定精度を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the count results of the first and second oscillation periods P1 and P2 that are temporally adjacent to each other are compared to binarize the MHP count result, and the binarized output D The period of (t) is measured to create a frequency distribution of periods at a fixed time T, and a reference period T0 that is a representative value of the distribution of periods of the binarized output D (t) is calculated from the frequency distribution of periods. The number of pulses of the binarized output D (t) is counted in the period of the fixed time T. From the frequency distribution, the sum Ns of the frequencies of the class that is 0.5 times or less of the reference period T0 and 1.5 of the reference period T0. A binarized output D (t) is obtained by obtaining the sum Nw of the frequencies of the class that is more than twice and correcting the count result of the pulses of the binarized output D (t) based on these frequencies Ns and Nw. The measurement error of the vibration frequency of the
次に、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期T0とする理由について説明する。
波長変調(本実施の形態では三角波変調)を用いた自己結合型のレーザ計測装置においては、各計数期間におけるMHPの数は、物体11との距離に比例したMHPの数と計数期間における物体11の変位(速度)に比例したMHPの数との和もしくは差になる。物体11の振動の最大速度と物体11との距離の比と、半導体レーザ1の波長変化率の大小関係によって、計測装置で得られる信号の状況を以下の2通りに分けることができる。
Next, the reason why the class value that maximizes the product of the class value and the frequency is set as the reference period T0 will be described.
In a self-coupled laser measuring apparatus using wavelength modulation (triangular wave modulation in this embodiment), the number of MHPs in each counting period is the number of MHPs proportional to the distance from the
まず、物体11の振動の最大速度と物体11との距離の比が、半導体レーザ1の波長変化率よりも小さい場合について説明する。図12は、この場合に本実施の形態の振動周波数計測装置で得られる信号を説明するための図であり、図12(A)は物体11との距離の時間変化を示す図、図12(B)は物体11の速度の時間変化を示す図、図12(C)は信号抽出部7の計数結果の時間変化を示す図、図12(D)は2値化部81による2値化出力D(t)を示す図である。図12(B)において,130は速度が小さい箇所を示し、131は物体11の移動方向が半導体レーザ1に接近する方向であることを示し、132は物体11の移動方向が半導体レーザ1から遠ざかる方向であることを示している。
First, the case where the ratio of the maximum speed of vibration of the
物体11の振動の最大速度と物体11との距離の比が半導体レーザ1の波長変化率よりも小さい場合は、物体11との距離に比例したMHPの数が、計数期間における物体11の変位(速度)に比例したMHPの数よりも常に大きいため、半導体レーザ1の発振波長が増加しているときの計数結果Nuと発振波長が減少しているときの計数結果Ndとの差の絶対値が2つの計数期間(本実施の形態では発振期間P1とP2)における物体11の変位に常に比例することになる。この場合、Nu−Ndを時系列でプロットすると、半導体レーザ1への接近方向を正とした振動の速度を示す。そのため、Nu−Ndの符号が物体11の運動方向を示すことになり、この符号によって物体11の変位を2値化することができる。
When the ratio of the maximum speed of vibration of the
このとき、度数分布作成部83によって作成される周期の度数分布は、図13のようになる。
図12(C)に示すように物体11の速度が小さい箇所133において、例えば外乱光などに起因するホワイトノイズが加わると、計数結果NuとNdの大小関係が本来の関係と反転する場合がある。その結果、図12(D)に示すように、2値化出力D(t)の符号が切り替わる箇所134において、2値化出力D(t)の符号が本来の値と逆の値になることがある。
また、例えば外乱光などに起因するスパイクノイズが加わると、図12(D)に示すように箇所135において2値化出力D(t)の符号が局所的に反転する。
At this time, the frequency distribution of the period created by the frequency
As shown in FIG. 12C, when white noise due to, for example, ambient light is added at a
Further, for example, when spike noise caused by disturbance light or the like is added, the sign of the binarized output D (t) is locally inverted at a
その結果、度数分布作成部83によって作成される周期の度数分布は、図13に示すように、基準周期T0を中心とした正規分布140と、スパイクノイズに起因する符号反転による度数141と、ホワイトノイズに起因する符号逆転による度数142との和になる。また、2値化を実施したときの信号の欠落の度数143は、大きな速度を持った低周波ノイズが混入しない限り生じないことが多い。
As a result, as shown in FIG. 13, the frequency distribution of the period created by the frequency
次に、物体11の振動の最大速度と物体11との距離の比が、半導体レーザ1の波長変化率よりも大きい場合について説明する。図14は、この場合に本実施の形態の振動周波数計測装置で得られる信号を説明するための図であり、図14(A)は物体11との距離の時間変化を示す図、図14(B)は物体11の速度の時間変化を示す図、図14(C)は信号抽出部7の計数結果の時間変化を示す図、図14(D)は2値化部81による2値化出力D(t)を示す図である。図14(B)において,150は速度が小さい箇所を示し、151は物体11の移動方向が半導体レーザ1に接近する方向であることを示し、152は物体11の移動方向が半導体レーザ1から遠ざかる方向であることを示している。
Next, a case where the ratio of the maximum speed of vibration of the
物体11の振動の最大速度と物体11との距離の比が、半導体レーザ1の波長変化率よりも大きい場合は、物体11の最大速度付近で、物体11との距離に比例したMHPの数が、計数期間における物体11の変位(速度)に比例したMHPの数よりも小さくなるため、半導体レーザ1の発振波長が増加しているときの計数結果Nuと発振波長が減少しているときの計数結果Ndとの差が2つの計数期間(本実施の形態では発振期間P1とP2)における物体11の変位に比例する期間と、計数結果Nuと計数結果Ndとの和が2つの計数期間における物体11の変位に比例する期間とが存在する。
When the ratio of the maximum speed of vibration of the
この場合、物体11の振動の速度は、図14(B)のようにNu−NdとNu+Ndを時系列でプロットしたグラフの合成で表現することができる。ただし、速度の方向は常にNuとNdとの大小関係と一致するため、Nu−Ndの符号が物体11の運動方向を示すことになり、この符号によって物体11の変位方向(速度の方向、あるいは運動方向)を2値化することができる。このとき、度数分布作成部83によって作成される周期の度数分布は、図13と同様である。
In this case, the vibration speed of the
後述する実施の形態のように、MHPの計数結果を補正する場合には、MHPが小さいときの低周波ノイズによるMHPの波形の欠落の補正が重要であるが、本実施の形態のように物体11の変位を2値化した2値化出力D(t)を補正する場合においては、高周波ノイズの補正が重要になる。 When correcting the MHP counting result as in the embodiment described later, it is important to correct the loss of the MHP waveform due to low-frequency noise when the MHP is small. In the case of correcting the binarized output D (t) obtained by binarizing 11 displacements, it is important to correct high-frequency noise.
高周波ノイズによる短い周期での符号の変化は物体11の本来の振動の周期の度数を上回ることがあり、周期の代表値として最頻値や中央値などを用いた場合、誤って振動周期よりも短いノイズの周期を基準として補正を掛けてしまう懸念がある。そのため、振動周波数を算出するための一定時間Tの期間において、ある階級の信号が占める割合、つまり階級値と度数との積が最も大きい階級値を基準周期T0として、カウンタ85の計数結果の補正を実施する。以上が、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期T0とする理由である。
The change of the sign in a short period due to the high frequency noise may exceed the frequency of the original vibration period of the
次に、本実施の形態の休止期間設定部10の動作について説明する。物体11の振動周波数を算出するためには、信号抽出部7にメモリ(不図示)が必要であり、周波数計測部8にもメモリ(記憶部80)が必要である。上記で説明したように、基本的には2値化出力D(t)の周期を求めることができれば、物体11の振動周波数を算出することができるが、物体11の振動周波数が低く、振動周期が長くなると、2値化出力D(t)の周期を求めるために延々と処理を行うことになり、莫大なメモリ容量が必要になる。
Next, the operation of the suspension
そこで、本実施の形態の休止期間設定部10は、例えばオペレータから入力される休止期間設定指示信号に応じて、MHPの数を計測する各計測点の間(計数結果Nuの計測点と次の計数結果Ndの計測点との間、および計数結果Ndの計測点と次の計数結果Nuの計測点との間)に一定の休止期間を設けるように信号抽出部7と周波数計測部8を制御し、MHPの数の計測と振動周波数の算出に必要な処理とを間引くようにする。休止期間は、例えば搬送波(三角波)の周期Ttの整数倍の時間であればよい。つまり、本来の計測間隔である搬送波の半周期よりも間隔を空けてMHPの数を計測する。
Therefore, the suspension
計測に休止期間を設けることにより、同様に周波数計測部8の2値化部81においても本来の処理間隔である搬送波の半周期よりも間隔を空けて2値化処理が行われることになる。また、周波数計測部8で用いる一定時間Tは休止期間に応じて延長される。つまり、本来の一定時間Tで想定している計測点の間に挿入される休止期間の分だけ一定時間Tを延長すればよい。例えば本来の一定時間Tを100×Ttとし、休止期間を搬送波の1周期分の時間Ttとすると、100回の計測と99回の休止期間が必要になるので、一定時間Tは199×Ttに延長される。
By providing a pause period for measurement, similarly, the
以上のように、計測を間引くことにより、物体11の振動周波数が低い場合でも、物体11の振動の1周期以上の時間にわたって信号処理することが可能になり、振動周波数を算出することが可能になる。例えば搬送波の周波数を10[kHz]、振動周波数計測装置で処理可能なMHPの最高周波数を1[MHz]、MHPの数および2値化出力D(t)の周期を測定するために使用されるサンプリングクロックの周波数を2[MHz]、メモリ容量を20000点(搬送波100周期分に相当)、搬送波1周期分の信号処理に要する時間を10[ms]とすると、休止期間を設けない場合、対応可能な最低の振動周波数は10[kHz]/100[個]=100[Hz]である。
As described above, by thinning out the measurement, even when the vibration frequency of the
一方、搬送波のm周期分(ここではm=1)の休止期間を設けるとすると、100回の計測と99回の休止期間の時間だけ信号処理することが可能になるので、対応可能な最低の振動周波数は1/(99×m×0.1[ms]+100×0.1[ms])=50Hzとなり、休止期間を設けない場合よりも低い振動周波数に対応できることが分かる。 On the other hand, if a pause period of m periods (here, m = 1) of the carrier wave is provided, signal processing can be performed only for the time of 100 measurements and 99 pause periods. The vibration frequency is 1 / (99 × m × 0.1 [ms] + 100 × 0.1 [ms]) = 50 Hz, and it can be seen that the vibration frequency can be dealt with lower than when no pause period is provided.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、2値化出力D(t)の周期を第1の実施の形態と異なる方法で測定するものである。本実施の形態においても、振動周波数計測装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図6の符号を用いて説明する。図15は本実施の形態の周期測定部82の動作を説明するための図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the period of the binarized output D (t) is measured by a method different from that in the first embodiment. Also in the present embodiment, the configuration of the vibration frequency measuring device is the same as that of the first embodiment, and therefore, description will be made using the reference numerals in FIGS. 1 and 6. FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the
本実施の形態の周期測定部82は、記憶部80に格納された2値化出力D(t)が「0」から「1」に変化するときを2値化出力D(t)の立ち上がりとし、2値化出力D(t)が「1」から「0」に変化するときを2値化出力D(t)の立ち下がりとする。そして、周期測定部82は、2値化出力D(t)の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間tudを測定すると共に、2値化出力D(t)の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間tduを測定することにより、2値化出力D(t)の周期を測定する。周期測定部82は、このような測定を2値化出力D(t)の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
The
以上のようにして、2値化出力D(t)の周期、より正確には半周期を測定することができる。2値化出力D(t)の半周期を測定することにより、基準周期算出部84が算出するT0も周期ではなく、正確には基準半周期T0となる。他の構成は第1の実施の形態と同様である。
As described above, the cycle of the binarized output D (t), more precisely, the half cycle can be measured. By measuring the half cycle of the binarized output D (t), T0 calculated by the reference
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、2値化出力D(t)の周期を第1、第2の実施の形態と異なる方法で測定するものである。本実施の形態においても、振動周波数計測装置の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図6の符号を用いて説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the period of the binarized output D (t) is measured by a method different from that in the first and second embodiments. Also in the present embodiment, the configuration of the vibration frequency measuring device is the same as that of the first embodiment, and therefore, description will be made using the reference numerals in FIGS. 1 and 6.
本実施の形態の周期測定部82は、2値化出力D(t)の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間tuuを測定することにより、2値化出力D(t)の周期を測定すると共に、2値化出力D(t)の立ち下がりから次の立ち下がりまでの時間tddを測定することにより、2値化出力D(t)の周期を測定する。周期測定部82は、このような測定を2値化出力D(t)の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
以上のようにして、2値化出力D(t)の周期を測定することができる。他の構成は第1の実施の形態と同様である。
The
As described above, the cycle of the binarized output D (t) can be measured. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第1〜第3の実施の形態では、2値化出力D(t)の周期の度数分布と2値化出力D(t)のパルスの数とを求める時間を一定時間Tとしたが、この時間を可変長にしてもよい。
図16は本実施の形態の周波数計測部8aの構成の1例を示すブロック図である。周波数計測部8aは、記憶部80と、2値化部81と、周期測定部82aと、度数分布作成部83aと、基準周期算出部84と、補正部86aと、周波数算出部87aと、周期和算出部88とから構成される。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the first to third embodiments, the time for obtaining the frequency distribution of the cycle of the binarized output D (t) and the number of pulses of the binarized output D (t) is set to a certain time T. The time may be variable.
FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of the frequency measurement unit 8a of the present embodiment. The frequency measurement unit 8a includes a
図17は本実施の形態の信号抽出部7と周波数計測部8aの動作を示すフローチャートである。半導体レーザ1、フォトダイオード2、レーザドライバ4、電流−電圧変換増幅部5、フィルタ部6、信号抽出部7、および周波数計測部8aの記憶部80と2値化部81の動作は、第1の実施の形態と同じである。
FIG. 17 is a flowchart showing operations of the
周期測定部82aは、記憶部80に格納された2値化出力D(t)の一定個数N(Nは2以上の自然数で、例えば100)個のパルスについて、周期を測定する(図17ステップS9)。2値化出力D(t)の周期の測定方法は、第1〜第3の実施の形態のいずれの方法を用いてもよい。周期測定部82aの測定結果は記憶部80に格納される。周期測定部82aは、このような測定を2値化出力D(t)の「1」のパルスがN個発生する度に行う。
The
度数分布作成部83aは、2値化出力D(t)の一定個数N個のパルスについて実施された周期測定部82aの測定結果から、周期の度数分布を作成する(図17ステップS10)。度数分布作成部83aが作成した度数分布は、記憶部80に格納される。度数分布作成部83aは、このような度数分布の作成を2値化出力D(t)の「1」のパルスがN個発生する度に行う。
基準周期算出部84の動作は、第1の実施の形態と同様である(図17ステップS5)。
The frequency
The operation of the reference
周期和算出部88は、記憶部80に格納された周期測定部82aの測定結果から、2値化出力D(t)の一定個数N個のパルスについて測定された周期の総和Tを算出する(図17ステップS11)。算出された周期の総和Tは、記憶部80に格納される。
ただし、2値化出力D(t)の周期の測定方法として、第3の実施の形態の方法を用いる場合には、算出した値の1/2を周期の総和Tとする。
The period
However, when the method of the third embodiment is used as the method of measuring the period of the binarized output D (t), 1/2 of the calculated value is set as the total sum T of the periods.
補正部86aは、度数分布作成部83aが作成した度数分布から、基準周期T0の0.5倍以下である階級の度数の総和Nsと、基準周期T0の1.5倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、一定個数Nを式(6)のように補正する(図17ステップS12)。補正後の値N’は、記憶部80に格納される。補正部86aは、このような補正を2値化出力D(t)の「1」のパルスがN個発生する度に行う。
Based on the frequency distribution created by the frequency
周波数算出部87aは、補正部86aが算出した補正後の値N’と周期和算出部88が算出した周期の総和Tに基づいて、物体11の振動周波数fsigを式(7)のように算出する(図17ステップS13)。
The
その他の構成は、第1の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態のように、周波数計測部8の代わりに周波数計測部8aを用いる場合においても、物体11の振動周波数の測定精度を向上させることができる。
なお、第1の実施の形態では、休止期間に応じて一定時間Tを延長する必要があったが、本実施の形態では、2値化出力D(t)の一定個数N個のパルスの周期の総和で時間Tが決まるので、休止期間に応じて時間Tを延長する必要はない。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Thus, even when the frequency measurement unit 8a is used instead of the
In the first embodiment, it is necessary to extend the fixed time T according to the pause period. However, in the present embodiment, a cycle of a fixed number N pulses of the binarized output D (t). Therefore, it is not necessary to extend the time T according to the suspension period.
第1の実施の形態では、2値化出力D(t)の周期の度数分布と2値化出力D(t)のパルスの数とを求める時間が一定時間Tで固定されているため、周期の総和が一定時間Tと一致しない場合がある。このため、第1の実施の形態では、物体11の振動周波数に測定誤差が生じる可能性がある。
In the first embodiment, since the time for obtaining the frequency distribution of the period of the binarized output D (t) and the number of pulses of the binarized output D (t) is fixed at a certain time T, the period May not coincide with the fixed time T. For this reason, in the first embodiment, a measurement error may occur in the vibration frequency of the
これに対して、本実施の形態では、周期和算出部88で算出される周期の総和が式(7)で用いる時間Tと等しくなるようにしたので、第1の実施の形態と同様の効果が得られるだけでなく、振動周波数の測定精度をさらに向上させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the total sum of the cycles calculated by the cycle
なお、物体11の振動周波数fsigを求める際の母集団のTについて、母集団の境目に前記のNsに該当するパルスがあると、図18(B)、図18(C)のように凹凸両方のノイズの可能性が考えられるが、凹のノイズなのか凸のノイズなのか判断できないためNsの短いパルスが本来Tに含まれるものか否かを判断することが困難であるため、Tに誤差が生じる可能性がある。図18(A)はノイズがない場合、図18(B)はNsに該当する凹のノイズ190が存在する場合、図18(C)はNsに該当する凸のノイズ191が存在する場合を示している。そこで、図18(B)、図18(C)のような場合には、Tの境目の前後にNsのパルスがないようにTを選択すると良い。
In addition, regarding the T of the population when obtaining the vibration frequency fsig of the
[第5の実施の形態]
第1〜第4の実施の形態では、休止期間設定部10が例えばオペレータからの指示により手動で休止期間を設けていたが、休止期間の設定の要否および休止期間の必要な長さを自動的に判定するようにしてもよい。
図19は本実施の形態の休止期間設定部10aの構成の1例を示すブロック図である。休止期間設定部10aは、休止期間増加設定部100と、休止期間減少設定部101とから構成される。
[Fifth Embodiment]
In the first to fourth embodiments, the suspension
FIG. 19 is a block diagram showing an example of the configuration of the suspension period setting unit 10a of the present embodiment. The suspension period setting unit 10 a includes a suspension period
休止期間増加設定部100は、信号抽出部7と周波数計測部8,8aとで処理可能なデータ容量の中で、2値化出力D(t)の所定個数(例えば100個)のパルスに相当するサンプリングデータを処理できる場合、休止期間を設ける必要はないと判定する。ここで、サンプリングデータとは、信号抽出部7においてMHPの波形をサンプリングクロックでサンプリングしたデータのことである。
The pause period
また、休止期間増加設定部100は、信号抽出部7と周波数計測部8,8aとで処理可能なデータ容量の中で、2値化出力D(t)の所定個数のパルスに相当するサンプリングデータを処理できない場合に、物体11の振動が遅いと判定し、休止期間を設定して、処理可能なデータ容量の中に2値化出力D(t)の所定個数のパルスに相当するサンプリングデータが含まれるように休止期間の長さを設定する。
In addition, the pause period
一方、休止期間減少設定部101は、2値化出力D(t)の1周期の中にMHPの最低必要個数(例えば10個)の計数結果が含まれていない場合、物体11の振動が早いと判定し、2値化出力D(t)の1周期の中にMHPの最低必要個数の計数結果が含まれるように休止期間を短くする。休止期間減少設定部101の判定は、2値化部81の入出力に基づいて行うことが可能である。
On the other hand, when the period of the binarized output D (t) does not include the minimum required number of MHPs (for example, 10), the pause period
その他の構成は、第1〜第4の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態では、休止期間の設定の要否および休止期間の必要な長さを自動的に判定することができる。
搬送波の周波数を10[kHz]、振動周波数計測装置で処理可能なMHPの最高周波数を1[MHz]、MHPの数および2値化出力D(t)の周期を測定するために使用されるサンプリングクロックの周波数を2[MHz]、メモリ容量を20000点(搬送波100周期分に相当)、搬送波1周期分の信号処理に要する時間を10[ms]とすると、搬送波のm周期分(ここではm=1)の休止期間を設けるとすると、2値化出力D(t)の1周期の中に最低10個の計数結果と9回の休止期間とが必要になるので、対応可能な最高の振動周波数は1/(9×m×0.1[ms]+10×0.1[ms])=526Hzとなる。
Other configurations are the same as those of the first to fourth embodiments. In this way, in the present embodiment, it is possible to automatically determine whether or not the suspension period needs to be set and the necessary length of the suspension period.
Sampling used to measure the frequency of the carrier wave 10 [kHz], the maximum frequency of MHP that can be processed by the vibration frequency measuring device 1 [MHz], the number of MHPs, and the period of the binarized output D (t) Assuming that the clock frequency is 2 [MHz], the memory capacity is 20000 points (corresponding to 100 carrier cycles), and the time required for signal processing for one carrier cycle is 10 [ms] (here m = 1) If a pause period of 1) is provided, at least 10 counting results and 9 pause periods are required in one cycle of the binarized output D (t). The frequency is 1 / (9 × m × 0.1 [ms] + 10 × 0.1 [ms]) = 526 Hz.
一方、休止期間減少設定部101の機能により、休止期間を0にした場合には、対応可能な最高の振動周波数は10[kHz]/10=1kHzとなり、休止期間を設ける場合よりも高い振動周波数に対応できることが分かる。
On the other hand, when the rest period is set to 0 by the function of the rest period
[第6の実施の形態]
第1〜第5の実施の形態では、信号抽出部7と周波数計測部8,8aとはMHPのサンプリングデータが得られる度に処理を実行する逐次処理を行っているが、物体11の振動が早い場合には、休止期間をなくしたとしても処理が追いつかないことがある。そこで、このような場合には、MHPのサンプリングデータを信号抽出部7のメモリ(不図示)に蓄積しておき、信号抽出部7のデータ量が所定量に達した時点で信号抽出部7と周波数計測部8,8aとが処理を実行するバッチ処理を行うことが好ましい。
[Sixth Embodiment]
In the first to fifth embodiments, the
図20は本発明の第6の実施の形態に係る振動周波数計測装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の振動周波数計測装置は、第1の実施の形態の振動周波数計測装置に処理切換部12を追加したものである。
処理切換部12は、例えばオペレータから入力される処理切換指示信号に応じて、逐次処理からバッチ処理、あるいはバッチ処理から逐次処理に切り換えるよう信号抽出部7と周波数計測部8に指示する。
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a vibration frequency measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The vibration frequency measuring device according to the present embodiment is obtained by adding a
The
こうして、本実施の形態では、逐次処理からバッチ処理に切り換えることにより、物体11の振動周波数が高い場合でも、信号処理することが可能になり、振動周波数を算出することが可能になる。
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、他の第2〜第5の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。
Thus, in this embodiment, by switching from sequential processing to batch processing, signal processing can be performed even when the vibration frequency of the
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the first embodiment has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other second to fifth embodiments. Yes.
[第7の実施の形態]
第6の実施の形態では、処理切換部12が例えばオペレータからの指示により手動で逐次処理とバッチ処理を切り換えていたが、処理の切り換えを自動的に行うようにしてもよい。
すなわち、処理切換部12は、2値化出力D(t)の1周期の中にMHPの最低必要個数(例えば10個)の計数結果が含まれていない場合には、物体11の振動が早いと判定し、逐次処理からバッチ処理に切り換えるようにすればよい。
[Seventh Embodiment]
In the sixth embodiment, the
That is, the
なお、バッチ処理から逐次処理への切り換えは、自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。自動で切り換える場合、処理切換部12は、2値化出力D(t)の1周期の中にMHPの最低必要個数の計数結果が含まれるようになったときに、物体11の振動が遅くなったと判定し、バッチ処理から逐次処理に切り換えるようにすればよい。
Note that switching from batch processing to sequential processing may be performed automatically or manually. In the case of automatic switching, the
[第8の実施の形態]
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。第1〜第7の実施の形態では、MHP波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することも可能である。図21は本発明の第8の実施の形態に係る振動周波数計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の振動周波数計測装置は、第1〜第7の実施の形態のフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5の代わりに、検出手段として電圧検出回路13を用いるものである。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the first to seventh embodiments, the
電圧検出回路13は、半導体レーザ1の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ1から放射されたレーザ光と物体11からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ1の端子間電圧には、MHP波形が現れる。したがって、半導体レーザ1の端子間電圧からMHP波形を抽出することが可能である。
The
フィルタ部6は、電圧検出回路13の出力電圧から搬送波を除去する。振動周波数計測装置のその他の構成は、第1〜第7の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態では、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することができ、第1〜第7の実施の形態と比較して振動周波数計測装置の部品を削減することができ、振動周波数計測装置のコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
The
Thus, in this embodiment, the MHP waveform can be extracted without using a photodiode, and the parts of the vibration frequency measuring device can be reduced as compared with the first to seventh embodiments. The cost of the vibration frequency measuring device can be reduced. In this embodiment, since no photodiode is used, the influence of disturbance light can be eliminated.
本実施の形態では、レーザドライバ4から半導体レーザ1に供給する駆動電流をレーザ発振のしきい値電流付近に制御することが好ましい。これにより、半導体レーザ1の端子間電圧からMHPを抽出することが容易になる。
In the present embodiment, it is preferable that the drive current supplied from the
なお、第1〜第8の実施の形態において少なくとも信号抽出部7と周波数計測部8,8aと休止期間設定部10,10aと処理切換部12とは、例えばCPU、メモリおよびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。CPUは、メモリに格納されたプログラムに従って第1〜第8の実施の形態で説明した処理を実行する。
In the first to eighth embodiments, at least the
本発明は、レーザを用いて物体の振動周波数を計測する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for measuring the vibration frequency of an object using a laser.
1…半導体レーザ、2…フォトダイオード、3…レンズ、4…レーザドライバ、5…電流−電圧変換増幅部、6…フィルタ部、7…信号抽出部、8,8a…周波数計測部、9…表示部、10,10a…休止期間設定部、11…物体、12…処理切換部、13…電圧検出回路、80…記憶部、81…2値化部、82,82a…周期測定部、83,83a…度数分布作成部、84…基準周期算出部、85…カウンタ、86,86a…補正部、87,87a…周波数算出部、88…周期和算出部、100…休止期間増加設定部、101…休止期間減少設定部。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、
この信号抽出手段の計数結果に基づいて前記測定対象の振動周波数を求める周波数計測手段と、
前記干渉波形の数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定手段とを備えることを特徴とする振動周波数計測装置。 A semiconductor laser that emits laser light to the object to be measured;
The semiconductor laser is operated so that a first oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonically and a second oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously decreases monotonously exist. Oscillation wavelength modulation means
Detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform generated by a self-coupling effect between the laser light emitted from the semiconductor laser and the return light from the measurement object;
Signal extraction means for counting the number of interference waveforms included in the output signal of the detection means for each of the first oscillation period and the second oscillation period;
A frequency measuring means for obtaining a vibration frequency of the measurement object based on a counting result of the signal extracting means;
A vibration frequency measuring device comprising: a pause period setting means capable of setting a pause period between each measurement point for measuring the number of interference waveforms.
さらに、前記干渉波形のデータが得られる度に前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とが処理を実行する逐次処理と、前記干渉波形のデータを前記信号抽出手段が蓄積しておき、データ量が所定量に達した時点で前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とが処理を実行するバッチ処理のいずれか一方に切り換えることが可能な処理切換手段を備えることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 1,
Further, every time the interference waveform data is obtained, the signal extraction means and the frequency measurement means perform processing, and the interference waveform data is accumulated by the signal extraction means, so that the data amount is A vibration frequency measuring apparatus comprising a process switching means capable of switching to either one of batch processes in which the signal extracting means and the frequency measuring means execute processing when a predetermined amount is reached.
前記休止期間設定手段は、外部から入力される休止期間設定指示信号に応じて前記休止期間を設定することを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 1,
The suspension period setting means sets the suspension period in accordance with a suspension period setting instruction signal input from the outside.
前記処理切換手段は、外部から入力される処理切換指示信号に応じて前記逐次処理と前記バッチ処理とを切り換えることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 2,
The process switching means switches between the sequential process and the batch process according to a process switching instruction signal input from the outside.
前記周波数計測手段は、
時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手段と、
この2値化手段から出力された2値化出力の周期を測定する2値化出力周期測定手段と、
この2値化出力周期測定手段の測定結果から一定時間における2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、
前記2値化出力周期度数分布作成手段が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記2値化出力計数手段の計数結果を補正する補正手段と、
この補正手段で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手段とからなることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 1,
The frequency measuring means includes
Binarization means for comparing the count results of the first and second oscillation periods adjacent in time and binarizing these count results;
A binarized output period measuring means for measuring the period of the binarized output outputted from the binarizing means;
A binarized output period frequency distribution creating means for creating a frequency distribution of the period of the binarized output in a fixed time from the measurement result of the binarized output period measuring means;
A reference period calculating means for calculating a reference period that is a representative value of the distribution of the binarized output period from the frequency distribution of the period of the binarized output;
A binarized output counting unit that counts the number of pulses of the binarized output in a period of a fixed time that is the same as a period for which the binarized output cycle frequency distribution generating unit is a target of frequency distribution generation;
From the frequency distribution of the period of the binarized output, the sum Ns of the frequencies of the class that is less than or equal to the first predetermined number of times of the reference period and the sum of the frequencies of the class that is greater than or equal to the second predetermined number of times of the reference period Nw and a correction means for correcting the counting result of the binarized output counting means based on these frequencies Ns and Nw;
A vibration frequency measuring apparatus comprising: a counting result corrected by the correcting means; and a frequency calculating means for calculating a vibration frequency of the measurement object based on the predetermined time.
前記周波数計測手段は、
時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手段と、
この2値化手段から出力された一定個数の2値化出力のパルスについて周期を測定する2値化出力周期測定手段と、
前記2値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記2値化出力周期測定手段の測定結果から前記2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、
前記2値化出力周期測定手段の測定結果から前記2値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記一定個数を補正する補正手段と、
この補正手段で補正された値と前記周期和算出手段で算出された周期の総和に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手段とからなることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 1,
The frequency measuring means includes
Binarization means for comparing the count results of the first and second oscillation periods adjacent in time and binarizing these count results;
Binarized output period measuring means for measuring the period of a certain number of binarized output pulses output from the binarizing means;
Binarized output period frequency distribution creating means for creating a frequency distribution of the binarized output period from the measurement result of the binarized output period measuring means implemented for a fixed number of pulses of the binarized output;
A reference period calculating means for calculating a reference period that is a representative value of the distribution of the binarized output period from the frequency distribution of the period of the binarized output;
A period sum calculating means for calculating a total sum of the periods of the binarized output from the measurement result of the binarized output period measuring means;
From the frequency distribution of the period of the binarized output, the sum Ns of the frequencies of the class that is less than or equal to the first predetermined number of times of the reference period and the sum of the frequencies of the class that is greater than or equal to the second predetermined number of times of the reference period Nw and a correction means for correcting the fixed number based on these frequencies Ns and Nw;
A vibration frequency measuring apparatus comprising: a frequency calculating means for calculating a vibration frequency of the measurement object based on a value corrected by the correcting means and a total sum of periods calculated by the period sum calculating means.
前記休止期間設定手段は、
前記信号抽出手段と前記周波数計測手段とで処理可能なデータ容量の中で、前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータを処理できない場合に、前記休止期間を設定し、前記データ容量の中に前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータが含まれるように前記休止期間の長さを設定する休止期間増加設定手段と、
前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれるように前記休止期間を短くする休止期間減少設定手段とからなることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 5 or 6,
The suspension period setting means includes:
When the data of the interference waveform corresponding to the predetermined number of pulses of the binarized output cannot be processed in the data capacity that can be processed by the signal extraction unit and the frequency measurement unit, the pause period is set, A pause period increase setting means for setting the length of the pause period so that interference waveform data corresponding to a predetermined number of pulses of the binarized output is included in the data capacity;
When the minimum required number of interference waveform count results are not included in one cycle of the binarized output, the minimum required number count result of the interference waveform is included in one cycle of the binarized output. The vibration frequency measuring device is characterized by comprising a pause period decrease setting means for shortening the pause period so as to be included.
前記処理切換手段は、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記逐次処理からバッチ処理に切り換えることを特徴とする振動周波数計測装置。 In the vibration frequency measuring device according to claim 5 or 6,
The process switching means switches from the sequential process to the batch process when the minimum required number of the interference waveform count results are not included in one cycle of the binarized output. Measuring device.
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第2の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、
この信号抽出手順で得られた計数結果に基づいて前記測定対象の振動周波数を求める周波数計測手順と、
前記干渉波形の数を計測する各計測点の間に休止期間を設定することが可能な休止期間設定手順とを備えることを特徴とする振動周波数計測方法。 In a vibration frequency measurement method for measuring a vibration frequency of a measurement object using a semiconductor laser,
The semiconductor laser is operated so that a first oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonically and a second oscillation period including at least a period in which the oscillation wavelength continuously decreases monotonously exist. Oscillation procedure
A detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the laser light emitted from the semiconductor laser and the return light from the measurement object;
A signal extraction procedure for counting the number of the interference waveforms included in the output signal obtained by the detection procedure for each of the first oscillation period and the second oscillation period;
A frequency measurement procedure for obtaining a vibration frequency of the measurement object based on a counting result obtained by the signal extraction procedure;
A vibration frequency measurement method comprising: a pause period setting procedure capable of setting a pause period between each measurement point for measuring the number of interference waveforms.
さらに、前記干渉波形のデータが得られる度に前記信号抽出手順と前記周波数計測手順とを実行する逐次処理と、前記干渉波形のデータを蓄積しておき、データ量が所定量に達した時点で前記信号抽出手順と前記周波数計測手順とを実行するバッチ処理のいずれか一方に切り換えることが可能な処理切換手順を備えることを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 9, wherein
Further, each time the interference waveform data is obtained, a sequential process for executing the signal extraction procedure and the frequency measurement procedure, and the interference waveform data are accumulated, and when the data amount reaches a predetermined amount. A vibration frequency measurement method comprising a process switching procedure capable of switching to either one of batch processes for executing the signal extraction procedure and the frequency measurement procedure.
前記休止期間設定手順は、外部から入力される休止期間設定指示信号に応じて前記休止期間を設定することを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 9, wherein
In the suspension period setting procedure, the suspension period is set according to a suspension period setting instruction signal input from the outside.
前記処理切換手順は、外部から入力される処理切換指示信号に応じて前記逐次処理とバッチ処理を切り換えることを特徴とする振動周波数計測方法。 In the vibration frequency measuring method according to claim 10,
In the process switching procedure, the sequential process and the batch process are switched in accordance with a process switching instruction signal input from the outside.
前記周波数計測手順は、
時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手順と、
この2値化手順で得られた2値化出力の周期を測定する2値化出力周期測定手順と、
この2値化出力周期測定手順の測定結果から一定時間における2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手順と、
前記2値化出力周期度数分布作成手順が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記2値化出力計数手順の計数結果を補正する補正手順と、
この補正手順で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手順とからなることを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 9, wherein
The frequency measurement procedure includes:
A binarization procedure for comparing the count results of the first and second oscillation periods that are temporally adjacent and binarizing these count results;
A binarized output cycle measuring procedure for measuring the binarized output cycle obtained by the binarizing procedure;
A binarized output cycle frequency distribution creating procedure for creating a binarized output cycle frequency distribution in a predetermined time from the measurement result of the binarized output cycle measuring procedure;
A reference period calculation procedure for calculating a reference period that is a representative value of the distribution of the binarized output period from the frequency distribution of the period of the binarized output;
A binarized output counting procedure for counting the number of pulses of the binarized output in a period of a fixed time that is the same as the period for which the binarized output period frequency distribution generating procedure is a target of frequency distribution generation;
From the frequency distribution of the period of the binarized output, the sum Ns of the frequencies of the class that is less than or equal to the first predetermined number of times of the reference period and the sum of the frequencies of the class that is greater than or equal to the second predetermined number of times of the reference period Nw and a correction procedure for correcting the counting result of the binarized output counting procedure based on these frequencies Ns and Nw;
A vibration frequency measurement method comprising: a counting result corrected by the correction procedure; and a frequency calculation procedure for calculating a vibration frequency of the measurement object based on the predetermined time.
前記周波数計測手順は、
時間的に隣接する前記第1、第2の発振期間の計数結果の大小を比較して、これらの計数結果を2値化する2値化手順と、
この2値化手順で得られた一定個数の2値化出力のパルスについて周期を測定する2値化出力周期測定手順と、
前記2値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記2値化出力周期測定手順の測定結果から前記2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手順と、
前記2値化出力周期測定手順の測定結果から前記2値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記基準周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記一定個数を補正する補正手順と、
この補正手順で補正された値と前記周期和算出手順で算出された周期の総和に基づいて前記測定対象の振動周波数を算出する周波数算出手順とからなることを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 9, wherein
The frequency measurement procedure includes:
A binarization procedure for comparing the count results of the first and second oscillation periods that are temporally adjacent and binarizing these count results;
A binarized output period measuring procedure for measuring the period of a certain number of binarized output pulses obtained by the binarizing procedure;
A binarized output cycle frequency distribution creating procedure for creating a frequency distribution of the binarized output cycle from the measurement result of the binarized output cycle measuring procedure performed for a certain number of pulses of the binarized output;
A reference period calculation procedure for calculating a reference period that is a representative value of the distribution of the binarized output period from the frequency distribution of the period of the binarized output;
A cycle sum calculation procedure for calculating a sum of cycles of the binarized output from a measurement result of the binarized output cycle measurement procedure;
From the frequency distribution of the period of the binarized output, the sum Ns of the frequencies of the class that is less than or equal to the first predetermined number of times of the reference period and the sum of the frequencies of the class that is greater than or equal to the second predetermined number of times of the reference period Nw and a correction procedure for correcting the fixed number based on these frequencies Ns and Nw;
A vibration frequency measurement method comprising: a frequency calculation procedure for calculating a vibration frequency of the measurement object based on a value corrected by the correction procedure and a total sum of the cycles calculated by the cycle sum calculation procedure.
前記休止期間設定手順は、
前記信号抽出手順と前記周波数計測手順とで処理可能なデータ容量の中で、前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータを処理できない場合に、前記休止期間を設定し、前記データ容量の中に前記2値化出力の所定個数のパルスに相当する干渉波形のデータが含まれるように前記休止期間の長さを設定する休止期間増加設定手順と、
前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれるように前記休止期間を短くする休止期間減少設定手順とからなることを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 13 or 14,
The suspension period setting procedure includes:
In the data capacity that can be processed by the signal extraction procedure and the frequency measurement procedure, when the interference waveform data corresponding to a predetermined number of pulses of the binarized output cannot be processed, the pause period is set, A pause period increase setting procedure for setting the length of the pause period so that interference waveform data corresponding to a predetermined number of pulses of the binarized output is included in the data capacity;
When the minimum required number of interference waveform count results are not included in one cycle of the binarized output, the minimum required number count result of the interference waveform is included in one cycle of the binarized output. A vibration frequency measurement method comprising: a pause period decrease setting procedure for shortening the pause period so as to be included.
前記処理切換手順は、前記2値化出力の1周期の中に前記干渉波形の最低必要個数の計数結果が含まれていない場合に、前記逐次処理から前記バッチ処理に切り換えることを特徴とする振動周波数計測方法。 The vibration frequency measurement method according to claim 13 or 14,
The vibration is characterized in that the processing switching procedure switches from the sequential processing to the batch processing when the minimum required number of the interference waveform count results are not included in one cycle of the binarized output. Frequency measurement method.
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
EP2402782A2 (en) | 2010-06-30 | 2012-01-04 | Yamatake Corporation | Signal evaluating device and signal evaluating method |
EP2405282A2 (en) | 2010-07-07 | 2012-01-11 | Yamatake Corporation | Signal evaluating device and signal evaluating method |
JP2012068880A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Fujitsu Ltd | Management program, management device and management method |
JP2014222324A (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 株式会社Ihi | Noise reduction device and noise reduction method |
JP2015145877A (en) * | 2015-03-31 | 2015-08-13 | アズビル株式会社 | Counter, physical quantity sensor, and counting method and physical quantity measuring method |
-
2008
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2402782A2 (en) | 2010-06-30 | 2012-01-04 | Yamatake Corporation | Signal evaluating device and signal evaluating method |
JP2012013488A (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Yamatake Corp | Signal determination device and signal determination method |
EP2405282A2 (en) | 2010-07-07 | 2012-01-11 | Yamatake Corporation | Signal evaluating device and signal evaluating method |
JP2012018026A (en) * | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Yamatake Corp | Signal determination device and method |
JP2012068880A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Fujitsu Ltd | Management program, management device and management method |
JP2014222324A (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 株式会社Ihi | Noise reduction device and noise reduction method |
JP2015145877A (en) * | 2015-03-31 | 2015-08-13 | アズビル株式会社 | Counter, physical quantity sensor, and counting method and physical quantity measuring method |
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