專利名稱：速度測(cè)量裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種速度測(cè)量裝置以及方法，其對(duì)作為通過輸送裝置從送出側(cè)輸送到 接收側(cè)輸送中的物體的卷筒材料的速度進(jìn)行測(cè)量。
背景技術(shù)：
對(duì)于從送出部不斷地輸送紙、膜、玻璃紙、金屬箔、橡膠等繞卷成輥狀的物體(以 下，稱為卷筒材料(々工^ ))，并對(duì)卷筒材料進(jìn)行規(guī)定的處理，再通過接收部繞卷處理后的 卷筒材料的輸送裝置來說，需要將卷筒材料的移動(dòng)速度控制為一定，并準(zhǔn)確地測(cè)量所輸送/ 繞卷的卷筒材料的長(zhǎng)度。以往，作為測(cè)量卷筒材料的速度的方法，已有專利文獻(xiàn)1所揭示的方法。圖21是 示出專利文獻(xiàn)1所揭示的以往的速度測(cè)量裝置的構(gòu)成的框圖。在該速度測(cè)量裝置中，通過 透鏡201將從激光器/ 二極管單元200射出的激光作為測(cè)定光束202會(huì)聚在例如紙片等的 卷筒材料205上。在測(cè)定光束202的路徑上具有卷筒材料205的情況下，該卷筒材料205 反射測(cè)定光束202，使其散射。該散射的測(cè)定光束202的發(fā)射的1部分沿著原來的路徑，通 過透鏡201會(huì)聚在激光器/ 二極管單元200的發(fā)射表面上，再次進(jìn)入激光器的光諧振器中。 其結(jié)果，激光發(fā)射的強(qiáng)度發(fā)生變化。該激光發(fā)射的強(qiáng)度的變化通過將發(fā)射的變化轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)的激光器/ 二極管單元200內(nèi)的光電二極管以及處理該電信號(hào)的電子電路203檢測(cè)出 來。電子電路203形成控制器204的一部分?？刂破?04控制輥?zhàn)?06的旋轉(zhuǎn)，因此也 控制卷筒材料205的移動(dòng)。卷筒材料205移動(dòng)時(shí)，通過卷筒材料205反射的返回光承受了 多普勒頻移。這意味著返回光的頻率變化或者產(chǎn)生頻率偏移。該頻率偏移由卷筒材料205 的移動(dòng)速度決定。再進(jìn)入激光器的光諧振器的返回光與在光諧振器中生成的激光相干涉。 該干涉意味著在光諧振器中發(fā)生自混合效應(yīng)。激光發(fā)射的強(qiáng)度由于該干涉被定期地增減。在這里，將相對(duì)于時(shí)間以一定的變化率反復(fù)增減的三角波驅(qū)動(dòng)電流作為注入電流 提供給激光器/ 二極管單元200的激光器，激光器被驅(qū)動(dòng)為振蕩波長(zhǎng)以一定的變化率連續(xù) 地增加的第1振蕩期間與振蕩波長(zhǎng)以一定的變化率連續(xù)地減少的第2振蕩期間交替反復(fù)。 在第1振蕩期間從光電二極管輸出的電信號(hào)所包含的脈沖的數(shù)量與在第2振蕩期間從光電 二極管輸出的電信號(hào)所包含的脈沖的數(shù)量之差，與卷筒材料205的速度成比例。因此，電子 電路203可以根據(jù)該脈沖的數(shù)量之差求出卷筒材料205的速度。但是，采用專利文獻(xiàn)1，在激光器和卷筒材料205之間的光學(xué)路徑的長(zhǎng)度比較短， 激光器的振蕩波長(zhǎng)調(diào)制的頻率以及振幅比較小，而在所要檢測(cè)的卷筒材料205的移動(dòng)比較 快時(shí)等某些一定的情況下，卷筒材料205的速度不與所述脈沖的數(shù)量之差成比例。這時(shí)，求 出在第1振蕩期間從光電二極管輸出的電信號(hào)所包含的脈沖的數(shù)量和在第2振蕩期間從光 電二極管輸出的電信號(hào)所包含的脈沖的數(shù)量的平均值，通過從該平均值減去一定的常數(shù)， 確定卷筒材料205的速度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第4180369號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題如上所述，對(duì)于專利文獻(xiàn)1所揭示的以往的速度測(cè)量裝置，是 以大致知道卷筒材料的速度、激光器與卷筒材料的距離為前提的，其根據(jù)卷筒材料的狀態(tài) 靈活使用速度的算出方法。但是，專利文獻(xiàn)1所揭示的以往的速度測(cè)量裝置還存在如下問 題在不知道卷筒材料的速度、與卷筒材料的距離時(shí)，就不能根據(jù)卷筒材料的狀態(tài)靈活運(yùn)用 速度的算出方法，不能正確算出卷筒材料的速度。本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種速度測(cè)量裝置以及 方法，其對(duì)于自混合(自己結(jié)合)型的速度測(cè)量裝置即便在不知道卷筒材料的速度、激光器 和卷筒材料的距離的情況下也能夠進(jìn)行應(yīng)對(duì)，而且能夠準(zhǔn)確地測(cè)量卷筒材料的速度。解決課題的手段本發(fā)明的速度測(cè)量裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器，其向卷筒材料發(fā)射激 光，所述卷筒材料是通過輸送裝置從送出側(cè)輸送到接收側(cè)的輸送中的物體；振蕩波長(zhǎng)調(diào)制 單元，其使所述半導(dǎo)體激光器動(dòng)作，以使得振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)增加的第1振蕩期間與振 蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)減少的第2振蕩期間交替存在；檢測(cè)單元，其檢測(cè)包含干涉波形的電信 號(hào)，所述干涉波形是由從所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光和從所述卷筒材料返回的返回光的 自混合效應(yīng)而產(chǎn)生的；信號(hào)提取單元，其分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包 含在該檢測(cè)單元的輸出信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；符號(hào)賦予單元，其對(duì)該信 號(hào)提取單元的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)；距離比例個(gè)數(shù)算出單元，其采用由該符號(hào) 賦予單元賦予了符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果算出所述干涉波形的數(shù)量的平均值，并由此求出距 離比例個(gè)數(shù)，所述距離比例個(gè)數(shù)是與所述半導(dǎo)體激光器和所述卷筒材料的平均距離成比例 的干涉波形的數(shù)量；以及速度算出單元，根據(jù)該距離比例個(gè)數(shù)算出單元所算出的距離比例 個(gè)數(shù)算出所述卷筒材料的速度，所述符號(hào)賦予單元根據(jù)所述信號(hào)提取單元的前一次的計(jì)數(shù) 結(jié)果與采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的所述距離比例個(gè)數(shù)的2倍的大小關(guān)系、所述 信號(hào)提取單元的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方向是否一致、或者計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值的變化，對(duì)所述信 號(hào)提取單元的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)。又，在本發(fā)明的速度測(cè)量裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，所述信號(hào)提取單元包括干涉波形 計(jì)數(shù)單元，其分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含在所述檢測(cè)單元的輸出 信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；干涉波形周期測(cè)定單元，在每次輸入干涉波形時(shí)， 對(duì)該干涉波形計(jì)數(shù)單元計(jì)算干涉波形的數(shù)量的計(jì)數(shù)期間中的所述干涉波形的周期進(jìn)行測(cè) 定；干涉波形周期頻數(shù)分布生成單元，基于該干涉波形周期測(cè)定單元的測(cè)定結(jié)果生成所述 計(jì)數(shù)期間中的干涉波形的周期的頻數(shù)分布；代表值算出單元，基于所述干涉波形的周期的 頻數(shù)分布，求出等級(jí)值(階級(jí)値)和頻數(shù)的積為最大時(shí)的等級(jí)值作為所述干涉波形的周期 的分布的代表值；校正值算出單元，基于所述干涉波形的周期的頻數(shù)分布，求出沒有達(dá)到所 述代表值的0. 5倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Ns、以及在所述代表值的(n+0. 5)倍以上且沒有達(dá) 到(n+1.5)倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Nwn，通過基于這些頻數(shù)Ns和Nwn對(duì)所述干涉波形計(jì)數(shù) 單元的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行校正，并輸出校正后的計(jì)數(shù)結(jié)果，其中，η是1以上的自然數(shù)。
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又，在本發(fā)明的速度測(cè)量裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，將所述干涉波形計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù) 結(jié)果設(shè)為Na，將所述代表值設(shè)為T0，將所述干涉波形的周期能取得的最大值設(shè)為Tmax時(shí)，所 述校正值算出單元按照下式數(shù)式1
？maxNa' 二 Na — Ns + Z (η χ Nwn)
η=1
_8] η畫S^L求出校正后的計(jì)數(shù)結(jié)果Na’。又，在本發(fā)明的速度測(cè)量方法，其特征在于，包括振蕩步驟，使向卷筒材料發(fā)射激 光的半導(dǎo)體激光器動(dòng)作，以使得振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)增加的第1振蕩期間與振蕩波長(zhǎng)連續(xù) 地單調(diào)減少的第2振蕩期間交替存在，所述卷筒材料是通過輸送裝置從送出側(cè)輸送到接收 側(cè)的輸送中的物體；檢測(cè)步驟，檢測(cè)包含干涉波形的電信號(hào)，所述干涉波形是由從所述半導(dǎo) 體激光器發(fā)射的激光和從所述卷筒材料返回的返回光的自混合效應(yīng)而產(chǎn)生的；信號(hào)提取步 驟，分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含在由檢測(cè)步驟得到的輸出信號(hào)中 的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；符號(hào)賦予步驟，對(duì)該信號(hào)提取步驟的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦 予正負(fù)的符號(hào)；距離比例個(gè)數(shù)算出步驟，采用由該符號(hào)賦予步驟賦予了符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù) 結(jié)果算出所述干涉波形的數(shù)量的平均值，由此求出距離比例個(gè)數(shù)，所述距離比例個(gè)數(shù)是與 所述半導(dǎo)體激光器和所述卷筒材料的平均距離成比例的干涉波形的數(shù)量；以及速度算出步 驟，根據(jù)在該距離比例個(gè)數(shù)算出步驟算出的距離比例個(gè)數(shù)算出所述卷筒材料的速度，所述 符號(hào)賦予步驟根據(jù)所述信號(hào)提取步驟的前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果與采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以前的計(jì)數(shù) 結(jié)果算出的所述距離比例個(gè)數(shù)的2倍的大小關(guān)系、所述信號(hào)提取步驟的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方 向是否一致、或者計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值的變化，對(duì)所述信號(hào)提取步驟的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予 正負(fù)的符號(hào)。發(fā)明效果采用本發(fā)明，通過設(shè)置符號(hào)賦予單元，根據(jù)所述信號(hào)提取單元的前一次的計(jì)數(shù)結(jié) 果與采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的所述距離比例個(gè)數(shù)的2倍的大小關(guān)系、所述信 號(hào)提取單元的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方向是否一致、或者計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值的變化，對(duì)所述信號(hào) 提取單元的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)，能夠判定卷筒材料是位移狀態(tài)還是微小位移 狀態(tài)，在卷筒材料為位移狀態(tài)的情況下，可以進(jìn)行對(duì)折回正側(cè)的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予負(fù)的符號(hào)的 校正，因此能夠正確算出距離比例個(gè)數(shù)，結(jié)果可以正確算出卷筒材料的速度。因此，本發(fā)明 即便在不知道卷筒材料的速度或半導(dǎo)體激光器和卷筒材料的距離的情況下，也能夠進(jìn)行對(duì) 應(yīng)。又，在本發(fā)明中，對(duì)計(jì)數(shù)期間中的干涉波形的周期進(jìn)行測(cè)定，并基于該測(cè)定結(jié)果生 成計(jì)數(shù)期間中的干涉波形的周期的頻數(shù)分布，并基于該頻數(shù)分布將等級(jí)值和頻數(shù)的積為最 大時(shí)的等級(jí)值作為干涉波形的周期的代表值，求出沒有達(dá)到代表值TO的0. 5倍的等級(jí)的頻 數(shù)的總和Ns、以及在代表值TO的(η+0. 5)倍以上且沒有達(dá)到(η+1. 5)倍的等級(jí)的頻數(shù)的總 和Nwn，通過基于這些頻數(shù)Ns和Nwn對(duì)干涉波形計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行校正，使得即使在 輸入到信號(hào)提取單元的信號(hào)中連續(xù)地產(chǎn)生頻率比干涉波形高的噪音的情況下，也可以高精度地校正干涉的計(jì)數(shù)誤差，從而可以提高卷筒材料的速度的測(cè)量精度。


圖1是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的速度測(cè)量裝置的構(gòu)成的框圖。圖2是示出適用了本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的速度測(cè)量裝置的卷筒材料輸送裝置的 構(gòu)成的框圖。圖3是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體激光器的振蕩波長(zhǎng)的時(shí)間變化的一個(gè) 實(shí)例的圖。圖4是示意性示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的電流-電壓變換放大部的輸出電壓波 形及濾波部的輸出電壓波形的波形圖。圖5是對(duì)模跳脈沖進(jìn)行說明的圖。圖6是示出半導(dǎo)體激光的振蕩波長(zhǎng)與光電二極管的輸出波形的關(guān)系的圖。圖7是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的框圖。圖8是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部的動(dòng)作的流程圖。圖9是對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的符號(hào)賦予部的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖。圖10是對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的符號(hào)賦予部的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖。圖11是對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的距離比例個(gè)數(shù)算出部的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖。圖12是示出本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部的動(dòng)作的流程圖。圖13是示出本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部的動(dòng)作的流程圖。圖14是示出本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的信號(hào)提取部的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的框圖。圖15是示出本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的計(jì)數(shù)結(jié)果校正部的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的框圖。圖16是對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的信號(hào)提取部的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖。圖17是示出模跳脈沖的周期的頻數(shù)分布的一個(gè)實(shí)例的圖。圖18是對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果的校正原理進(jìn)行說明的圖。圖19是示出本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的速度測(cè)量裝置的構(gòu)成的框圖。圖20是示出速度測(cè)量裝置的傳感器模塊的其它配置實(shí)例的圖。圖21是示出現(xiàn)有的速度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。符號(hào)說明1…半導(dǎo)體激光器、2…光電二極管、3…透鏡、4…激光驅(qū)動(dòng)器、5…電流-電壓變換 放大部、6…濾波部、7、7w信號(hào)提取部、8…運(yùn)算部、9…顯示部、10···傳感器模塊、11···卷筒 材料、12···電壓檢測(cè)部、71···二值化部、72···邏輯積運(yùn)算部、73···計(jì)數(shù)器、74···計(jì)數(shù)結(jié)果校正 部、75···存儲(chǔ)部、80…存儲(chǔ)部、81···距離比例個(gè)數(shù)算出部、82···速度算出部、83···符號(hào)賦予 部、100…送出側(cè)引導(dǎo)軸、101…接收側(cè)引導(dǎo)軸、102…送出側(cè)輥、103…接收側(cè)輥、104…控制 部、740…周期測(cè)定部、741…頻數(shù)分布生成部、742…代表值算出部、743…校正值算出部。
具體實(shí)施例方式(第1實(shí)施形態(tài))下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖1是示出本發(fā)明的第1實(shí)施形 態(tài)的速度測(cè)量裝置的構(gòu)成的框圖。圖1的速度測(cè)量裝置包括半導(dǎo)體激光1，其向作為測(cè)定對(duì)象的卷筒材料11發(fā)射激光；光電二極管2，其將半導(dǎo)體激光器1的光輸出變換為電信號(hào)； 透鏡3，其將來自半導(dǎo)體激光器1的光聚光并照射，同時(shí)，將從卷筒材料11返回的光聚光并 入射到半導(dǎo)體激光器1中；激光驅(qū)動(dòng)器4，其作為驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)調(diào)制單 元；電流-電壓變換放大部5，其將光電二極管2的輸出電流變換為電壓并放大；濾波部6， 其除去電流-電壓變換放大部5的輸出電壓中的載波；信號(hào)提取部7，其計(jì)算濾波部6的輸 出電壓中所含有的作為自混合信號(hào)的跳模脈沖(以下，稱為MHP)的數(shù)量；運(yùn)算部8，其基于 信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果算出卷筒材料11的速度；以及，顯示部9，其顯示運(yùn)算部8的測(cè)量 結(jié)果。半導(dǎo)體激光器1、光電二極管2和透鏡3構(gòu)成傳感器模塊10。又，光電二極管2和 電流-電壓變換放大部5構(gòu)成檢測(cè)單元。圖2是示出適用了本實(shí)施形態(tài)的速度測(cè)量裝置的卷筒材料輸送裝置的構(gòu)成的框 圖。卷筒材料輸送裝置具有送出側(cè)引導(dǎo)軸100、接收側(cè)引導(dǎo)軸101、安裝于送出側(cè)引導(dǎo)軸 100上的送出側(cè)輥102、安裝于接收側(cè)引導(dǎo)軸101上的接收側(cè)輥103、驅(qū)動(dòng)送出側(cè)引導(dǎo)軸100 使送出側(cè)輥102轉(zhuǎn)動(dòng)的送出側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部(未圖示)、驅(qū)動(dòng)接收側(cè)引導(dǎo)軸101使接收側(cè)輥 103轉(zhuǎn)動(dòng)的接收側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部(未圖示)、以及控制送出側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部和接收側(cè)電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)部的控制部104。送出側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部使送出側(cè)輥102轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷在送出側(cè)輥102上的卷筒材料11 被不斷送出。在接收側(cè)，接收側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部使接收側(cè)輥103轉(zhuǎn)動(dòng)，由此接收側(cè)輥103繞卷 卷筒材料11?？刂撇?04控制送出側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部和接收側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部，使得卷筒材料11的 速度為所希望的值。由半導(dǎo)體激光器1、光電二極管2和透鏡3構(gòu)成的傳感器模塊10如圖2所示配置 在送出側(cè)引導(dǎo)軸100和接收側(cè)引導(dǎo)軸101之間的卷筒材料11的上面，對(duì)卷筒材料11斜向 照射激光。斜向照射激光是用于測(cè)量卷筒材料11的速度。圖1的激光驅(qū)動(dòng)器4、電流-電壓轉(zhuǎn)換放大部5、濾波部6、信號(hào)提取部7、運(yùn)算部8 和顯示部9設(shè)置在控制部104的內(nèi)部。接下來，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的速度測(cè)量裝置的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說明。下面，為了易于說 明，假設(shè)半導(dǎo)體激光器1使用的是不具有模跳現(xiàn)象的類型(VCSEL型、DFB激光型)。激光驅(qū)動(dòng)器4將相對(duì)于時(shí)間以規(guī)定的變化率反復(fù)增減的三角波驅(qū)動(dòng)電流作為注 入電流提供給半導(dǎo)體激光器1。由此，半導(dǎo)體激光1被驅(qū)動(dòng)使得與注入電流的大小成比例的 振蕩波長(zhǎng)以一定的變化率連續(xù)地增加的第1振蕩期間與振蕩波長(zhǎng)以一定的變化率連續(xù)地 減少的第2振蕩期間交替反復(fù)。圖3是示出半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)的時(shí)間變化的圖。 在圖3中，Pl是第1振蕩期間，P2是第2振蕩期間，λ a是各期間的振蕩波長(zhǎng)的最小值，λ b 是各期間的振蕩波長(zhǎng)的最大值，Tt是三角波的周期。在本實(shí)施形態(tài)中，振蕩波長(zhǎng)的最大值 Ab及振蕩波長(zhǎng)的最小值λ a —般分別為恒定值，它們的差Xb-λ a也一般為恒定值。從半導(dǎo)體激光器1出射的激光通過透鏡3被聚光并入射到卷筒材料11上。由卷 筒材料11反射的光的一部分通過透鏡3被聚光并入射到半導(dǎo)體激光器1上。但是，并不是 一定要通過透鏡3聚光。光電二極管2配置于半導(dǎo)體激光器1的內(nèi)部或者其附近，將半導(dǎo) 體激光器1的光輸出變換為電流。電流-電壓變換放大部5將光電二極管2的輸出電流變換為電壓并放大。濾波部6具有從調(diào)制波提取疊加信號(hào)的功能。圖4(A)是示意性地示出電流-電 壓變換放大部5的輸出電壓波形的圖，圖4 (B)是示意性地示出濾波部6的輸出電壓波形的 圖。這些圖表示如下的過程，首先從與光電二極管2的輸出相當(dāng)?shù)膱D4(A)的波形(調(diào)制 波)中除去圖3的半導(dǎo)體激光器1的振蕩波形(載波)，再提取出圖4(B)的MHP波形(干 涉波形)。接著，信號(hào)提取裝置7就各個(gè)第1振蕩期間Pl和第2振蕩期間P2分別對(duì)濾波部 6的輸出電壓中所含有的MHP的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。信號(hào)提取部7也可以利用由邏輯門構(gòu)成的 計(jì)數(shù)器，也可以利用FFT(Fast Fourier Transform)對(duì)MHP的頻率(即每個(gè)單位時(shí)間的MHP 的數(shù)量)進(jìn)行測(cè)量。在這里，對(duì)作為自混合信號(hào)的MHP進(jìn)行說明。如圖5所示，假設(shè)鏡面層1013距卷 筒材料11的距離為L(zhǎng)、激光器的振蕩波長(zhǎng)為λ，在滿足下面的諧振條件時(shí)，從卷筒材料11 返回的光與半導(dǎo)體激光器1的光諧振器內(nèi)的激光強(qiáng)值疊加，激光器輸出略有增加。L = qA /2... (1)在式(1)中，q是整數(shù)。即使來自卷筒材料11的散射光非常微弱，通過增加半導(dǎo) 體激光器1的諧振器內(nèi)的表觀反射率，產(chǎn)生放大作用，也可以充分地觀測(cè)到該現(xiàn)象。另外， 在圖5中，1019是成為鏡面的電介質(zhì)多層膜。圖6是示出使半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)以一定的比例變化時(shí)、振蕩波長(zhǎng)與光 電二極管2的輸出波形的關(guān)系的圖。在滿足式(1)所示的L = qX/2時(shí)，返回光與光諧 振器內(nèi)的激光的相位差為0° (同相位)，返回光與光諧振器內(nèi)的激光為最強(qiáng)值疊加，L = qX/2+λ/4時(shí)，相位差為180° (逆相位)，返回光與光諧振器內(nèi)的激光為最弱值疊加。因 此，如果使半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)變化，激光器輸出變強(qiáng)的狀態(tài)與變?nèi)醯臓顟B(tài)交替反 復(fù)出現(xiàn)，如果通過光電二極管2檢測(cè)此時(shí)的激光器輸出，則可以得到如圖6所示的一定周期 的階梯狀的波形。這樣的波形一般被稱為干涉條紋。該階梯狀的波形，即各個(gè)干涉條紋就 是ΜΗΡ。如上所述，在某一定的時(shí)間內(nèi)使半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)變化時(shí)，MHP的數(shù)量與 測(cè)定距離成比例地變化。進(jìn)一步地，卷筒材料11具有速度時(shí)，根據(jù)多普勒效應(yīng)成分使得與 速度成比例的MHP的數(shù)量進(jìn)行增減。接下來，運(yùn)算部8根據(jù)信號(hào)提取部7所計(jì)算出的MHP的數(shù)量算出卷筒材料11的速 度。圖7是示出運(yùn)算部8的構(gòu)成的一個(gè)實(shí)例的框圖。運(yùn)算部8包括存儲(chǔ)信號(hào)提取部7的 計(jì)數(shù)結(jié)果等的存儲(chǔ)部80、求出與半導(dǎo)體激光器1和卷筒材料11的平均距離成比例的MHP的 數(shù)量(以下，稱為距離比例個(gè)數(shù))NL的距離比例個(gè)數(shù)算出部81、算出卷筒材料11的速度的 速度算出部82、根據(jù)信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方向的一致不一致對(duì)信號(hào)提取部7的 最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)符號(hào)的符號(hào)賦予部83。圖8是示出運(yùn)算部8的動(dòng)作的流程圖。信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果被儲(chǔ)存在運(yùn)算部 8的存儲(chǔ)部80中。運(yùn)算部8的符號(hào)賦予部83判定信號(hào)提取部7的第1振蕩期間Pl的計(jì)數(shù)結(jié)果和第 2振蕩期間Ρ2的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方向是否一致(圖8的步驟S100)，根據(jù)該判定結(jié)果對(duì)信 號(hào)提取部7的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)(圖8的步驟S101、S102)。圖9 (A)、圖9 (B)、圖10 (A)、圖10 (B)是用于對(duì)符號(hào)賦予部83的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖，圖9 (A)、圖10 (A)是示出半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)的時(shí)間變化的圖，圖9 (B)、圖10⑶ 是示出信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果的時(shí)間變化的圖。在圖9(B)、圖10(B)中，Nu是第1振蕩 期間Pl的計(jì)數(shù)結(jié)果，Nd是第2振蕩期間P2的計(jì)數(shù)結(jié)果，NL是距離比例個(gè)數(shù)。從圖3可知， 第1振蕩期間Pl和第2振蕩期間P2交替到來，計(jì)數(shù)結(jié)果Nu和計(jì)數(shù)結(jié)果Nd也交替出現(xiàn)。 另外，在圖9(B)、圖10(B)的實(shí)例中，示出計(jì)數(shù)結(jié)果Nu為從半導(dǎo)體激光器1的照射面來看， 在卷筒材料11與作為光源的半導(dǎo)體激光器1之間包含某規(guī)定的波數(shù)的波面的位置的位移 方向與卷筒材料11的速度方向相對(duì)時(shí)的計(jì)數(shù)結(jié)果Na的情形。對(duì)卷筒材料11施加張力時(shí)， 卷筒材料11以與張力對(duì)應(yīng)的固有的振動(dòng)頻率振動(dòng)。伴隨著卷筒材料11的振動(dòng)的半導(dǎo)體激 光器1和卷筒材料11的距離變化率比半導(dǎo)體激光器1的振蕩變化率小，卷筒材料11沿著 鉛垂方向簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，第1振蕩期間Pl的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的時(shí)間變化和第2振蕩期間P2的計(jì) 數(shù)結(jié)果Nd的時(shí)間變化如圖9 (B)所示成為互相的相位差為180度的正弦波形。在日本特開 2006-313080號(hào)公報(bào)中，將此時(shí)的卷筒材料11的狀態(tài)作為微小位移狀態(tài)。另一方面，半導(dǎo)體激光器1和卷筒材料11的距離變化率比半導(dǎo)體激光器1的振蕩 波長(zhǎng)變化率大時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的時(shí)間變化變?yōu)閳D10(B)的負(fù)側(cè)的波形250折回至正側(cè)的波 形251的形狀。在日本特開2006-313080號(hào)公報(bào)中，將該計(jì)數(shù)結(jié)果的產(chǎn)生折回的部分的卷 筒材料11的狀態(tài)作為位移狀態(tài)。另一方面，計(jì)數(shù)結(jié)果的未產(chǎn)生折回的部分的卷筒材料11 的狀態(tài)是所述的微小位移狀態(tài)。另外，在專利文獻(xiàn)1中，將位移狀態(tài)表現(xiàn)為激光器和卷筒材 料之間的光學(xué)路徑的長(zhǎng)度比較短，振蕩波長(zhǎng)調(diào)制的頻率以及振幅比較小，所檢測(cè)的卷筒材 料的移動(dòng)比較快的情形。對(duì)于計(jì)數(shù)結(jié)果的產(chǎn)生折回的部分，就這樣使用計(jì)數(shù)結(jié)果算出后述的距離比例個(gè)數(shù) NL時(shí)，距離比例個(gè)數(shù)NL是與本來的值不同的值。S卩，為了正確求出距離比例個(gè)數(shù)NL，判定卷筒材料11為位移狀態(tài)還是微小位移狀 態(tài)，在卷筒材料11為位移狀態(tài)的情況下，需要進(jìn)行對(duì)向正側(cè)折回的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予負(fù)的符號(hào) 的校正。因此，如圖9(B)所示，在計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的時(shí)間變化相對(duì)于計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的時(shí)間變化 為相反方向的情況下(圖8的步驟SlOO的否)，符號(hào)賦予部83判定卷筒材料11為微小位 移狀態(tài)，輸出對(duì)信號(hào)提取部7的現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)賦予了正的符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié) 果N’(t)(圖8的步驟S101)。如圖10(B)所示，在計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的時(shí)間變化相對(duì)于計(jì)數(shù)結(jié) 果Nu的時(shí)間變化為相同方向的情況下(圖8的步驟SlOO的是)，符號(hào)賦予部83判定卷筒 材料11為位移狀態(tài)，輸出對(duì)信號(hào)提取部7的現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)賦予了負(fù)的符號(hào)的 帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’(t)(圖8的步驟S102)。如果現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果為Nu，則計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的增減能夠通過現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì) 數(shù)結(jié)果Nu(t)和2次前的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu(t-2)的差Nu(t)-Nu(t-2)的符號(hào)來進(jìn)行辨別，計(jì) 數(shù)結(jié)果Nd的增減可以通過前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd(t-Ι)與3次前的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd(t-3)的 差Nd(t-l)-Nd(t-3)符號(hào)來進(jìn)行辨別。另一方面，如果現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果為Nd，則計(jì)數(shù) 結(jié)果Nu的增減能夠通過前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu(t-Ι)和3次前的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu(t-3)的差 Nu(t-l)-Nu(t-3)的符號(hào)來進(jìn)行辨別，計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的增減可以通過現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果 Nd(t)與2次前的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd (t-2)的差Nd (t)-Nd (t-2)符號(hào)來進(jìn)行辨別。這樣的增減的辨別結(jié)果，在計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd共同增加時(shí)或者共同減少時(shí)，可以判斷計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的時(shí)間變化相對(duì)于計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的時(shí)間變化為相同的方向，卷筒材料11為位 移狀態(tài)。又，在計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的某一方增加而另一方減少的情況下，可以判斷計(jì)數(shù)結(jié)果Nd 的時(shí)間變化相對(duì)于計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的時(shí)間變化為相反的方向，卷筒材料11為微小位移狀態(tài)。帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)部80中。在每次通過信號(hào)提取部7進(jìn)行MHP 的數(shù)量的測(cè)定時(shí)(每個(gè)振蕩期間)，符號(hào)賦予部83都進(jìn)行如上所述的符號(hào)賦予處理。接下來，運(yùn)算部8的距離比例個(gè)數(shù)算出部81根據(jù)由符號(hào)賦予部83賦予了符號(hào)的 帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果求出距離比例個(gè)數(shù)NL(圖8的步驟S103)。圖11 (A)、圖11 (B)是用于對(duì)距 離比例個(gè)數(shù)算出部81的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖，圖Il(A)是示出半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)的 時(shí)間變化的圖，圖Il(B)是示出信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果的時(shí)間變化的圖。從圖11 (A)可知，第1振蕩期間Pl和第2振蕩期間P2交替到來，計(jì)數(shù)結(jié)果Nu和 計(jì)數(shù)結(jié)果Nd也交替出現(xiàn)。計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd是距離比例個(gè)數(shù)NL和與卷筒材料11的位移成 比例的MHP的數(shù)量(以下，稱為位移比例個(gè)數(shù))NV兩者的和或差。距離比例個(gè)數(shù)NL與計(jì)數(shù) 結(jié)果Nu和Nd的平均值相當(dāng)。又，計(jì)數(shù)結(jié)果Nu或者Nd與距離比例個(gè)數(shù)NL的差相當(dāng)于位移 比例個(gè)數(shù)NV。距離比例個(gè)數(shù)算出部81如以下公式所示采用現(xiàn)時(shí)刻t以前的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果算 出距離比例個(gè)數(shù)NL。NL = (Nu，+Nd，)/2......(式 2)在式O)中，Nu’是對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果Nu施行了符號(hào)賦予處理之后的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果， Nd’是對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果Nd施行了符號(hào)賦予處理之后的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果。另外，在速度的測(cè)量開始初期時(shí)，得不到用來判定信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd 的增減方向是否一致的足夠個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd。因此，符號(hào)賦予部83不能判定信號(hào)提 取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的增減方向是否一致，不能輸出帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果。因此，在測(cè)量開 始初期時(shí)，距離比例個(gè)數(shù)算出部81利用使用計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的下式來替代式(2)，由此算 出距離比例個(gè)數(shù)NL。NL = (Nu+Nd) /2...(3)S卩，距離比例個(gè)數(shù)算出部81在測(cè)量開始初期時(shí)采用式(3)算出距離比例個(gè)數(shù)NL， 在通過符號(hào)賦予部83算出距離比例個(gè)數(shù)NL的算出所需的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果，之后，采用式 ⑵算出距離比例個(gè)數(shù)NL。距離比例個(gè)數(shù)算出部81所計(jì)算出的比例個(gè)數(shù)NL被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)部80中。在每次 通過信號(hào)提取部7進(jìn)行MHP的數(shù)量的測(cè)定時(shí)(每個(gè)振蕩期間)，距離比例個(gè)數(shù)算出部81都 進(jìn)行以上那樣的距離比例個(gè)數(shù)NL的算出處理。另外，本實(shí)施形態(tài)中，采用2次的計(jì)數(shù)結(jié)果 算出距離比例個(gè)數(shù)NL，但是也可以采用an(m是正的整數(shù))次的計(jì)數(shù)結(jié)果算出距離比例個(gè)數(shù) NL。接下來，運(yùn)算部8的速度算出部82根據(jù)距離比例個(gè)數(shù)NL算出卷筒材料11的速度 V (圖8的步驟S104)。信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果N (即Nu或者Nd)與距離比例個(gè)數(shù)NL的 差與卷筒材料11的速度V成比例，因此每個(gè)半導(dǎo)體激光器1的振蕩波長(zhǎng)調(diào)制的載波(三角 波)的半周期的卷筒材料11的前進(jìn)方向的位移D能夠通過下式算出。D= λ /2 X IN-NL | X cos θ...⑷在式中，λ是半導(dǎo)體激光器1的振蕩平均波長(zhǎng)，θ如圖2所示是來自半導(dǎo)體
12激光器1的激光的光軸與卷筒材料11所成的角度。將載波的頻率設(shè)為f時(shí)，基于式，卷 筒材料11的速度V能夠通過下式算出。V= λ XfX IN-NLI Xcos θ— (5)在每次通過信號(hào)提取部7進(jìn)行MHP的數(shù)量的測(cè)定時(shí)(每個(gè)振蕩期間)，速度算出部 82都進(jìn)行基于式(5)的速度V的算出處理。顯示部9顯示速度算出部82所算出的卷筒材 料11的速度V。卷筒材料輸送裝置的控制部104根據(jù)速度算出部82的算出結(jié)果，控制送出側(cè)電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)部和接收側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部，使得卷筒材料11的速度V為所希望的值。另外，求出卷 筒材料11的張力的單元由于不是本發(fā)明的構(gòu)成要件，因此沒有記載，當(dāng)然也可以通過周知 的技術(shù)測(cè)量卷筒材料11的張力，并通過控制送出側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部和接收側(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部， 使得卷筒材料11的張力達(dá)到所希望的值。如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，通過設(shè)置符號(hào)賦予部83，能夠判定卷筒材料11是位 移狀態(tài)還是微小位移狀態(tài)，在卷筒材料11為位移狀態(tài)的情況下，可以進(jìn)行對(duì)折回正側(cè)的計(jì) 數(shù)結(jié)果賦予負(fù)的符號(hào)的校正，因此能夠正確算出距離比例個(gè)數(shù)，結(jié)果可以正確算出卷筒材 料11的速度。因此，在本實(shí)施形態(tài)中，即便在不知道卷筒材料11的速度、半導(dǎo)體激光器1 和卷筒材料11的距離的情況下，也能夠進(jìn)行對(duì)應(yīng)，從而可以準(zhǔn)確算出卷筒材料11速度。(第2實(shí)施形態(tài))在第1實(shí)施形態(tài)中，是根據(jù)信號(hào)提取部7的計(jì)數(shù)結(jié)果的增減方向是否一致來對(duì)信 號(hào)提取部7的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)，但是也可以根據(jù)信號(hào)提取部7的前一次的 計(jì)數(shù)結(jié)果和采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的距離比例個(gè)數(shù)NL的2倍數(shù)的大小關(guān)系， 對(duì)信號(hào)提取部7的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)。在本實(shí)施形態(tài)中，速度測(cè)量裝置的構(gòu) 成與第1實(shí)施形態(tài)相同，因此采用圖1、圖7的符號(hào)進(jìn)行說明。圖12是示出本實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部8的動(dòng)作的流程圖，對(duì)與第1實(shí)施形態(tài)相同的處 理附加與圖8相同的符號(hào)。本實(shí)施形態(tài)的符號(hào)賦予部83判定現(xiàn)時(shí)刻t的前一次所測(cè)量的計(jì)數(shù)結(jié)果N (t-Ι)和 采用該計(jì)數(shù)結(jié)果N(t-l)之前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的距離比例個(gè)數(shù)NL的2倍的2NL的大小關(guān)系 (圖12的步驟S105)，根據(jù)該大小關(guān)系對(duì)信號(hào)提取部7的現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N (t)賦予正 負(fù)的符號(hào)(圖12的步驟S106、S107)。如果現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)是第1振蕩期間Pl的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu，則前一次的計(jì) 數(shù)結(jié)果N(t-l)是第2振蕩期間P2的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd。相反，如果現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)是 第2振蕩期間P2的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd，則前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t-l)是第1振蕩期間Pl的計(jì)數(shù)結(jié) 果Nu。符號(hào)賦予部83具體地說執(zhí)行以下式子。如果N(t-l)彡 2NL 則 N，(t) — _N(t)... (6)如果N(t-l) < 2NL 則 N，(t) — +N(t)…(7)式(6)、式(7)是用來判定卷筒材料11是位移狀態(tài)還是微小位移狀態(tài)的式子。在產(chǎn) 生計(jì)數(shù)結(jié)果的折回的位移狀態(tài)下，N(t-l)彡2NL成立。因此，如式(6)所示，在N(t-l)彡2NL 成立時(shí)(圖12的步驟S105中的是)，符號(hào)賦予部83將對(duì)信號(hào)提取部7的現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù) 結(jié)果N(t)賦予了負(fù)的符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)輸出(圖12的步驟S107)。另一方面，在未產(chǎn)生計(jì)數(shù)結(jié)果的折回的微小位移狀態(tài)下，N(t-l) < 2NL成立。因此，如式(7)所示，在N(t-l) <2NL成立時(shí)(圖12的步驟S105中的否)，符號(hào)賦予部83將 對(duì)信號(hào)提取部7的現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)賦予了正的符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)輸 出(圖12的步驟S106)。帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)部80中。在每次通過信號(hào)提取部7進(jìn)行MHP 的數(shù)量的測(cè)定時(shí)(每個(gè)振蕩期間)，符號(hào)賦予部81都進(jìn)行以上那樣的符號(hào)賦予處理。另外，也可以將式(6)的成立條件設(shè)為N(t-l) > 2NL，將式(7)的成立條件設(shè)為 N(t-l)彡 2NL。與第1實(shí)施形態(tài)相同，由于在速度的測(cè)量開始初期時(shí)，得不到計(jì)數(shù)結(jié)果N(t-l)和 采用該計(jì)數(shù)結(jié)果N(t-l)以前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的距離比例個(gè)數(shù)NL的2倍2NL的大小關(guān)系， 因此符號(hào)賦予部83無法判定大小關(guān)系，故不能輸出帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果。因此，距離比例個(gè)數(shù) 算出部81在測(cè)量開始初期時(shí)采用式(3)算出距離比例個(gè)數(shù)NL，在通過符號(hào)賦予部83算出 距離比例個(gè)數(shù)NL的算出所需的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果之后，采用式(2)算出距離比例個(gè)數(shù)NL。速度測(cè)量裝置的其他構(gòu)成與第1實(shí)施形態(tài)相同。這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，可以獲得 與第1實(shí)施形態(tài)相同的效果。(第3實(shí)施形態(tài))下面，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。產(chǎn)生圖10(B)所說明的那樣的計(jì)數(shù)結(jié) 果時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的平均值發(fā)生變化。因此，符號(hào)賦予部83也可以根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、 Nd的平均值的變化對(duì)信號(hào)提取部7的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)。在本實(shí)施形態(tài)中， 速度測(cè)量裝置的構(gòu)成與第1實(shí)施形態(tài)相同，因此采用圖1、圖7的符號(hào)進(jìn)行說明。圖13是示出本實(shí)施形態(tài)的運(yùn)算部8的動(dòng)作的流程圖，對(duì)與第1實(shí)施形態(tài)相同的處 理附加與圖8相同的符號(hào)。在本實(shí)施形態(tài)中，在現(xiàn)時(shí)刻t以前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的最新的平均值相對(duì)于該 值之前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的平均值在規(guī)定的閾值以內(nèi)、且現(xiàn)時(shí)刻t以前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果 Nd的最新的平均值相對(duì)于該值之前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的平均值在規(guī)定的閾值以內(nèi)的情況 下，判斷計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的各自的平均值沒有變化(圖13的步驟S108中的否)，符號(hào)賦予 部83輸出對(duì)現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)賦予了正的符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)(圖13的 步驟S109)。又，在現(xiàn)時(shí)刻t以前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的最新的平均值相對(duì)于該值之前求出 的計(jì)數(shù)結(jié)果Nu的平均值超過了規(guī)定的閾值、或者現(xiàn)時(shí)刻t以前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的最新 的平均值相對(duì)于該值之前求出的計(jì)數(shù)結(jié)果Nd的平均值超過了規(guī)定的閾值的情況下(圖13 的步驟S108中的是)，符號(hào)賦予部83輸出對(duì)現(xiàn)時(shí)刻t的計(jì)數(shù)結(jié)果N(t)賦予了負(fù)的符號(hào)的 帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)(圖13的步驟S110)。帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果N’ (t)被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)部80中。在每次通過信號(hào)提取部7進(jìn)行MHP 的數(shù)量的測(cè)定時(shí)(每個(gè)振蕩期間)，符號(hào)賦予部83都進(jìn)行以上那樣的符號(hào)賦予處理。與第1實(shí)施形態(tài)相同，在速度的測(cè)量開始初期時(shí)，由于不能檢測(cè)計(jì)數(shù)結(jié)果Nu、Nd的 平均值的變化，因此符號(hào)賦予部83不能輸出帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果。因此，距離比例個(gè)數(shù)算出部 81在測(cè)量開始初期時(shí)采用式(3)算出距離比例個(gè)數(shù)NL，在通過符號(hào)賦予部83算出距離比 例個(gè)數(shù)NL的算出所需的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果之后，采用式(2)算出距離比例個(gè)數(shù)NL。速度測(cè)量裝置的其他構(gòu)成與第1實(shí)施形態(tài)相同。這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，可以獲得 與第1實(shí)施形態(tài)相同的效果。
(第4實(shí)施形態(tài))下面，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。本實(shí)施形態(tài)示出信號(hào)提取部的其它的 構(gòu)成實(shí)例。圖14是示出本實(shí)施形態(tài)的信號(hào)提取部7a的構(gòu)成的一個(gè)實(shí)例的框圖。信號(hào)提取 部7a包括二值化部71、邏輯積運(yùn)算部(AND) 72、計(jì)數(shù)器73、計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74以及存儲(chǔ) 部75。二值化部71與AND72以及計(jì)數(shù)器73構(gòu)成干涉波形計(jì)數(shù)單元。圖15是示出計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74的構(gòu)成的一個(gè)實(shí)例的框圖。計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74 包括周期測(cè)定部740、頻數(shù)分布生成部741、代表值算出部742以及校正值算出部743。圖16(A) 圖16(F)是用于對(duì)信號(hào)提取部7a的動(dòng)作進(jìn)行說明的圖，圖16 (A)是濾 波部6的輸出電壓的波形，即示意性地示出MHP的波形的圖，圖16(B)是示出與圖16㈧對(duì) 應(yīng)的二值化部71的輸出的圖，圖16(C)是示出輸入到信號(hào)提取部7a中的門信號(hào)GS的圖， 圖16(D)是示出與圖16(B)對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器73的計(jì)數(shù)結(jié)果的圖，圖16(E)是示出輸入到信號(hào) 提取部7a中的時(shí)鐘信號(hào)CLK的圖，圖16(F)是示出與圖16(B)對(duì)應(yīng)的周期測(cè)定部740的測(cè) 定結(jié)果的圖。首先，信號(hào)提取部7a的二值化部71對(duì)圖16(A)所示的濾波部6的輸出電壓是高 電平(H)還是低電平(L)進(jìn)行判斷，并輸出如圖16(B)所示的判斷結(jié)果。這里，在濾波部6 的輸出電壓上升達(dá)到閾值THl以上時(shí)，二值化部71判斷該輸出電壓為高電平，在濾波部6 的輸出電壓下降達(dá)到閾值TH2 (TH2 < THl)以下時(shí)，二值化部71判斷該輸出電壓為低電平， 由此將濾波部6的輸出二值化。AND72輸出二值化部71的輸出與如圖16(C)所示的門信號(hào)GS的邏輯積運(yùn)算的結(jié) 果，計(jì)數(shù)器73對(duì)AND72的輸出的上升邊進(jìn)行計(jì)數(shù)(圖16(D))。這里，門信號(hào)GS是在計(jì)數(shù)期 間(本實(shí)施形態(tài)的第1振蕩期間Pl或者第2振蕩期間P2)的起點(diǎn)上升、在計(jì)數(shù)期間的終點(diǎn) 下降的信號(hào)。因此，計(jì)數(shù)器73計(jì)算的是計(jì)數(shù)期間中的AND72的輸出的上升邊緣的數(shù)量(即， MHP的上升邊緣的數(shù)量)。另一方面，計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74的周期測(cè)定部740在每次產(chǎn)生上升邊緣時(shí)測(cè)定計(jì)數(shù) 期間中的AND72的輸出的上升邊緣的周期(即，MHP的周期)。此時(shí)，周期測(cè)定部740以圖 16(E)所示的時(shí)鐘信號(hào)CLK的周期作為一個(gè)單元進(jìn)行MHP的周期的測(cè)定。在圖16(F)的實(shí) 例中，周期測(cè)定部740依次測(cè)定Τα、Τβ、Τγ作為MHP的周期。根據(jù)圖16(Ε、)圖16(F)可 以清楚地看出，周期Τα、Τβ、Τγ的大小分別為5、4、2個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率 要充分高于MHP的取得的最高頻率。存儲(chǔ)部75存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器73的計(jì)數(shù)結(jié)果和周期測(cè)定部740的測(cè)定結(jié)果。門信號(hào)GS下降，計(jì)數(shù)期間結(jié)束之后，計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74的頻數(shù)分布生成部741基 于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部75中的測(cè)定結(jié)果生成計(jì)數(shù)期間中的MHP的周期的頻數(shù)分布。然后，計(jì)數(shù)結(jié)果校正部74的代表值算出部742基于頻數(shù)分布生成部741所生成的 頻數(shù)分布，計(jì)算出MHP的周期的代表值TO。雖然有使用最頻值、中央值作為MHP的周期的代 表值的方法，但是，在將輸入到信號(hào)提取部7a的信號(hào)由于頻率比MHP高的噪音而在二值化 的閾值附近連續(xù)地發(fā)生顫振的情況下，將最頻值、中央值作為MHP的周期的代表值就是不 合適的。因此，本實(shí)施形態(tài)的代表值算出部742將等級(jí)值和頻數(shù)的積為最大時(shí)的等級(jí)值作 為MHP的周期的代表值TO。表1示出頻數(shù)分布的數(shù)值例以及該數(shù)值例的等級(jí)值和頻數(shù)的積。表1頻數(shù)分布的數(shù)值例
權(quán)利要求
1.一種速度測(cè)量裝置，其特征在于，包括半導(dǎo)體激光器，其向卷筒材料發(fā)射激光，所述卷筒材料是通過輸送裝置從送出側(cè)輸送 到接收側(cè)的輸送中的物體；振蕩波長(zhǎng)調(diào)制單元，其使所述半導(dǎo)體激光器動(dòng)作，以使得振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)增加的 第1振蕩期間與振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)減少的第2振蕩期間交替存在；檢測(cè)單元，其檢測(cè)包含干涉波形的電信號(hào)，所述干涉波形是由從所述半導(dǎo)體激光器發(fā) 射的激光和從所述卷筒材料返回的返回光的自混合效應(yīng)而產(chǎn)生的；信號(hào)提取單元，其分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含在該檢測(cè)單元 的輸出信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；符號(hào)賦予單元，其對(duì)該信號(hào)提取單元的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)； 距離比例個(gè)數(shù)算出單元，其采用由該符號(hào)賦予單元賦予了符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果算出 所述干涉波形的數(shù)量的平均值，并由此求出距離比例個(gè)數(shù)，所述距離比例個(gè)數(shù)是與所述半 導(dǎo)體激光器和所述卷筒材料的平均距離成比例的干涉波形的數(shù)量；以及速度算出單元，根據(jù)該距離比例個(gè)數(shù)算出單元所算出的距離比例個(gè)數(shù)算出所述卷筒材 料的速度，所述符號(hào)賦予單元根據(jù)所述信號(hào)提取單元的前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果與采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以 前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的所述距離比例個(gè)數(shù)的2倍的大小關(guān)系、所述信號(hào)提取單元的計(jì)數(shù)結(jié)果 的增減方向是否一致、或者計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值的變化，對(duì)所述信號(hào)提取單元的最新的計(jì)數(shù) 結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的速度測(cè)量裝置，其特征在于， 所述信號(hào)提取單元包括 干涉波形計(jì)數(shù)單元，其分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含在所述檢 測(cè)單元的輸出信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；干涉波形周期測(cè)定單元，在每次輸入干涉波形時(shí)，對(duì)該干涉波形計(jì)數(shù)單元計(jì)算干涉波 形的數(shù)量的計(jì)數(shù)期間中的所述干涉波形的周期進(jìn)行測(cè)定；干涉波形周期頻數(shù)分布生成單元，基于該干涉波形周期測(cè)定單元的測(cè)定結(jié)果生成所述 計(jì)數(shù)期間中的干涉波形的周期的頻數(shù)分布；代表值算出單元，基于所述干涉波形的周期的頻數(shù)分布，求出等級(jí)值和頻數(shù)的積為最 大時(shí)的等級(jí)值作為所述干涉波形的周期的分布的代表值；校正值算出單元，基于所述干涉波形的周期的頻數(shù)分布，求出沒有達(dá)到所述代表值的 0.5倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Ns、以及在所述代表值的(n+0. 5)倍以上且沒有達(dá)到(n+1. 5) 倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Nwn，通過基于這些頻數(shù)Ns和Nwn對(duì)所述干涉波形計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù) 結(jié)果進(jìn)行校正，并輸出校正后的計(jì)數(shù)結(jié)果，其中，η是1以上的自然數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的速度測(cè)量裝置，其特征在于，將所述干涉波形計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)結(jié)果設(shè)為Na，將所述代表值設(shè)為Τ0，將所述干涉波形 的周期能取得的最大值設(shè)為Tmax時(shí)，所述校正值算出單元按照下式數(shù)式1Na' = Na - Ns + J] (η χ Nwn) η=1n < Tmax "max = rpQ求出校正后的計(jì)數(shù)結(jié)果Na’。
4.一種速度測(cè)量方法，其特征在于，包括振蕩步驟，使向卷筒材料發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器動(dòng)作，以使得振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào) 增加的第1振蕩期間與振蕩波長(zhǎng)連續(xù)地單調(diào)減少的第2振蕩期間交替存在，所述卷筒材料 是通過輸送裝置從送出側(cè)輸送到接收側(cè)的輸送中的物體；檢測(cè)步驟，檢測(cè)包含干涉波形的電信號(hào)，所述干涉波形是由從所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射 的激光和從所述卷筒材料返回的返回光的自混合效應(yīng)而產(chǎn)生的；信號(hào)提取步驟，分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含在由檢測(cè)步驟得 到的輸出信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；符號(hào)賦予步驟，對(duì)該信號(hào)提取步驟的最新的計(jì)數(shù)結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)； 距離比例個(gè)數(shù)算出步驟，采用由該符號(hào)賦予步驟賦予了符號(hào)的帶符號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果算出所 述干涉波形的數(shù)量的平均值，由此求出距離比例個(gè)數(shù)，所述距離比例個(gè)數(shù)是與所述半導(dǎo)體 激光器和所述卷筒材料的平均距離成比例的干涉波形的數(shù)量；以及速度算出步驟，根據(jù)在該距離比例個(gè)數(shù)算出步驟算出的距離比例個(gè)數(shù)算出所述卷筒材 料的速度，所述符號(hào)賦予步驟根據(jù)所述信號(hào)提取步驟的前一次的計(jì)數(shù)結(jié)果與采用該計(jì)數(shù)結(jié)果以 前的計(jì)數(shù)結(jié)果算出的所述距離比例個(gè)數(shù)的2倍的大小關(guān)系、所述信號(hào)提取步驟的計(jì)數(shù)結(jié)果 的增減方向是否一致、或者計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值的變化，對(duì)所述信號(hào)提取步驟的最新的計(jì)數(shù) 結(jié)果賦予正負(fù)的符號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的速度測(cè)量方法，其特征在于， 所述信號(hào)提取步驟包括干涉波形計(jì)數(shù)步驟，分別就所述第1振蕩期間和所述第2振蕩期間對(duì)包含于在所述檢 測(cè)步驟得到的輸出信號(hào)中的所述干涉波形的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；干涉波形周期測(cè)定步驟，在每次輸入干涉波形時(shí)，對(duì)通過該干涉波形計(jì)數(shù)步驟計(jì)算干 涉波形的數(shù)量的計(jì)數(shù)期間中的所述干涉波形的周期進(jìn)行測(cè)定；干涉波形周期頻數(shù)分布生成步驟，基于該干涉波形周期測(cè)定步驟的測(cè)定結(jié)果生成所述 計(jì)數(shù)期間中的干涉波形的周期的頻數(shù)分布；代表值算出步驟，基于所述干涉波形的周期的頻數(shù)分布，求出等級(jí)值和頻數(shù)的積為最 大時(shí)的等級(jí)值作為所述干涉波形的周期的分布的代表值；校正值算出步驟，基于所述干涉波形的周期的頻數(shù)分布，求出沒有達(dá)到所述代表值的 0.5倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Ns、以及在所述代表值的(n+0. 5)倍以上且沒有達(dá)到(n+1. 5) 倍的等級(jí)的頻數(shù)的總和Nwn，通過基于這些頻數(shù)Ns和Nwn對(duì)所述干涉波形計(jì)數(shù)步驟的計(jì)數(shù) 結(jié)果進(jìn)行校正，并輸出校正后的計(jì)數(shù)結(jié)果，其中，η是1以上的自然數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的速度測(cè)量方法，其特征在于，將所述干涉波形計(jì)數(shù)步驟的計(jì)數(shù)結(jié)果設(shè)為Na，將所述代表值設(shè)為Τ0，將所述干涉波形的周期能取得的最大值設(shè)為Tmax時(shí)，所述校正值算出步驟按照下式數(shù)式2
全文摘要
本發(fā)明的速度測(cè)量裝置以及方法能夠?qū)硗膊牧系乃俣冗M(jìn)行測(cè)量。速度測(cè)量裝置包括向作為測(cè)定對(duì)象的卷筒材料(11)發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光器(1)；將半導(dǎo)體激光器的光輸出變換為電信號(hào)的光電二極管(2)；透鏡(3)，將來自半導(dǎo)體激光器的光聚光并照射，同時(shí)將從卷筒材料返回的光聚光并入射到半導(dǎo)體激光器中；驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的激光驅(qū)動(dòng)器(4)；將光電二極管2的輸出電流變換為電壓并放大的電流-電壓變換放大部(5)；除去電流-電壓變換放大部的輸出電壓中的載波的濾波部(6)；計(jì)算濾波部的輸出電壓中所含有的干涉波形的數(shù)量的信號(hào)提取部(7)；基于信號(hào)提取部的計(jì)數(shù)結(jié)果算出卷筒材料的速度的運(yùn)算部(8)。
文檔編號(hào)G01P3/36GK102116775SQ201010583389
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者上野達(dá)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武