ドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法
【課題】高い応答性をもってドップラ周波数を検出できると共に、被計測物体Ｗの移動方向を確実に知ることのできる速度計及び速度計測方法を提供する。
【解決手段】本発明のドップラ速度計１には、第１の周波数を有するように送信波を発生する第１発振部２と、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部５と、受信波と比較波との周波数差に含まれるドップラ周波数を基に、被計測物体Ｗの移動速度を算出する速度算出部８と、第１の周波数と第２の周波数との周波数差を、ドップラ周波数より大きく且つ第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように第２発振部５を制御する周波数差維持部１６とが備えられている。
【解決手段】本発明のドップラ速度計１には、第１の周波数を有するように送信波を発生する第１発振部２と、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部５と、受信波と比較波との周波数差に含まれるドップラ周波数を基に、被計測物体Ｗの移動速度を算出する速度算出部８と、第１の周波数と第２の周波数との周波数差を、ドップラ周波数より大きく且つ第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように第２発振部５を制御する周波数差維持部１６とが備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する物体（被計測物体）の速度を遠隔で計測する際には、「ドップラ効果」を利用した速度計が用いられてきた。
例えば、特許文献１には、マイクロ波を用いて自動車等のスピードを測る交通監視用のスピード測定器に関する技術が開示されている。
また、特許文献２に記載された技術では、製鉄所内の連続鋳造ラインにおいて、被計測物体（鋳片）に電波を照射して、反射してくる電波のドップラ周波数を測定することにより、鋳片の引き抜き速度を測定している。この場合、ドップラ周波数は、鋳片に照射する電波の周波数や鋳片の速度に比例するものとなり、引き抜き速度が低速の場合、当該ドップラ周波数は低くなって、かかる速度を高分解能で測定することが困難となっていた。
【０００３】
具体的には、特許文献２では、送信波として周波数１０ＧＨｚ（特許文献２中の１ＧＨｚは誤り）の電波を使用し、速度ｖ＝２ｃｍ／ｓで移動する鋳片の速度を計測しており、従来からの計測方法では、ドップラ周波数ｆｄは１．３Ｈｚとなる。しかしながら、市販されている周波数測定器の測定レンジは約１Ｈｚ〜数ＭＨｚ程度であり、１Ｈｚ前後の周波数を測定した際には大きな誤差を伴うことが予想される。また、鋳片の速度が遅くなりドップラ周波数が１Ｈｚ以下になった場合、このような低い周波数を測定しようとすれば、測定時間が長くなり、応答性で不利な状況となる。
【０００４】
この状況を改善するためには、被計測物体へ発射する電波の周波数を高くしてドップラ周波数を上げればよく、特許文献２では、周波数５０ＧＨｚの電波を使用しドップラ周波数を約６．７Ｈｚに上げるようにしている。
一方、被計測物体の速度を高分解能で測定するために、レーザ光を照射するレーザドップラ速度計が既に商品化されている。レーザドップラ速度計は、電波に比べその周波数がはるかに高いレーザ光を被計測物体に照射するため、そのドップラ周波数は低速の物体でも高いものとなる(例えば、可視レーザ光６３２ｎｍ、ミリ波７６ＧＨｚとすると、その周波数比は６２００倍)。ゆえに、レーザドップラ速度計は非常に低速度からの測定が可能なものとなっている。特許文献３には、上述したようなレーザドップラ速度計を用いて、鋼線材の引き抜き速度を遠隔で計測することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１８９０８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４４５６０号公報
【特許文献３】特開２００４−７４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製鉄所に代表される悪環境下で、特許文献３に記載されたレーザドップラ速度計を用いた場合、レーザ光は少しの粉塵でも散乱され計測誤差が著しいものとなる。
特許文献１や特許文献２の如く、周波数の高い電波を用いたドップラ速度計を使用すると、粉塵による電波の散乱等がレーザ光に比して少なく正確な速度測定が可能となると考えられる。しかしながら、以下に述べる数々の問題もある。
つまり、図４に示すように、電波はその周波帯域により酸素分子や水蒸気（すなわち大気）に反射されたり吸収される。そのため、例えば、多量の水蒸気が充満する圧延機近傍での圧延材の移送速度の検出などには不向きである。仮に水蒸気が少ない環境下であっても、電波は、その周波数が極端に高くなると光と同様に伝搬路の粉塵粒子の影響を受けやすくなるため、高い周波数の電波はダスト環境下には適さない。
【０００６】
加えて、電波の使用には各国とも法的規制があり、極微弱な電波を除けば、用途毎に割り当てられている使用周波数が決まっている。例えば、移動体検知センサ用の特定小電力無線局に対しては、１０．５２５ＧＨｚ（室内）と２４．１５ＧＨｚ（室内外）とが使用に対して開放されているものの、他の周波数（例えば、５０ＧＨｚ）の無制限な使用は許されていない。
上記の制約を考慮して、電波の使用周波数を選択した場合、ドップラ速度計に使用できる電波の周波数は必ずしも高くできず、得られるドップラ周波数も通常の周波数計測機器で計測できる周波数レンジと比して非常に低いものとなる。ドップラ周波数が１Ｈｚ程度の場合、このような低い周波数を測定しようとすれば、測定時間が長くなり、応答性で不利な状況となる。
【０００７】
また、特許文献１〜３の技術を用い、被計測物体の速度を計測した場合、被計測物体が速度計より遠ざかる場合には、反射波に含まれるドップラ周波数は負の周波数となる。しかしながら、実際の測定器で計測されるドップラ周波数は、絶対値（正の値）となるため、被計測物体の速度の絶対値は判るものの、速度計から遠ざかっている／近づいていることを判別することは不可能である。言い換えるならば、現実の計測器では、負の周波数は観測できず正の周波数として観測されることになる。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、被計測物体へ向けて送信する送信波の周波数が低い場合であっても、高い応答性をもってドップラ周波数を検出できると共に、被計測物体の移動方向を確実に知ることのできるドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかるドップラ速度計は、送信波を被計測物体に向かって送信すると共に、前記送信波が被計測物体で反射された反射波を受信波として受信することにより前記被計測物体の移動速度を計測するものであって、第１の周波数を有するように前記送信波を発生する第１発振部と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部と、前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出する速度算出部と、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように、前記第２発振部を制御する周波数差維持部と、が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記周波数差維持部は、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を前記ドップラ周波数より大きい値に維持するように、前記第２発振部を制御するものであるとよい。
以下、ドップラ速度計の原理を述べる。図１は、ドップラ速度計の基本的な構成を示したブロック構成図である。
第１発振部２により作成された第１の周波数ｆ（例えば、ｆ＝１０ＧＨｚ）を有する送信波は、低速度ｖ（例えばｖ＝２ｍ／ｓ）で移動している被計測物体Ｗに照射される。被計測物体Ｗに当たった送信波は反射し受信波として受信される。受信波の周波数はｆ±ｆｄ（ｆｄはドップラ周波数、例えば、ｆ±ｆｄ＝１０ＧＨｚ±１Ｈｚ）となっている。
【００１０】
一方、第２発振部５により作成された比較波は、第２の周波数ｆ'（例えば、ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚ）を有している。この比較波と受信波とがミキサ６に入力され、その周波数差が求められ、ローパスフィルタ７を通過することで、受信波と比較波との周波数差であってドップラ周波数を含むものが検出される。この周波数差は、ｆ−ｆ'±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ±１Ｈｚ＝１００１Ｈｚ又は９９９Ｈｚとなっている。
このようなレンジの周波数差を速度算出部８で計測するにあたっては、通常の周波数測定器を用いたとしても、その応答性は十分早く且つ精度よい測定が可能である。さらに、被計測物体Ｗが速度計１へ速度ｖで近づいている場合のドップラ周波数は＋ｆｄであるため、検出される周波数差は、Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ＋１Ｈｚ＝１００１Ｈｚとなり、被計測物体Ｗが速度計１から速度ｖで遠ざかっている場合のドップラ周波数は−ｆｄであるため、検出される周波数差は、Δｆ−ｆｄ＝１０００Ｈｚ−１Ｈｚ＝９９９Ｈｚとなる。かかる周波数差により、被計測物体Ｗの速度のみならず移動方向までわかるようになる。
【００１１】
しかしながら、第１発振部２により作成された第１の周波数ｆと、第２発振部５により作成された第２の周波数ｆ'の比較波を用いて、被計測物体Ｗの速度ｖを検出するに際しては、第１の周波数ｆと第２の周波数ｆ'との周波数差Δｆ（Δｆ＝１０００Ｈｚ）を正確に一定値とすることが必要である。
そのためには、第１発振部２及び第２発振器５をそれぞれ基準測定機級の高精度な装置で構成することが考えられるが、コスト高に繋がると共にその取り扱いが非常に難しいものとなる。
【００１２】
そこで、本願発明においては、第２発振部を制御する周波数差維持部を設け、この周波数差維持部を用いて、第１の周波数ｆと第２の周波数ｆ'との周波数差Δｆを、第１の周波数自身及び第２の周波数自身より小さい一定値に維持している。
また、周波数差Δｆが被計測物体の移動速度に起因するドップラ周波数に近い（例えば、ドップラ周波数ｆｄ＝１Ｈｚ，Δｆ＝２Ｈｚ）場合、Δｆ＋ｆｄの値は非常に小さい（低い）ものとなって、かかる周波数を短時間に計測することができない（応答性が低い）状況となる。
【００１３】
本発明の周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との周波数差を、前記ドップラ周波数より大きくする（例えば、Δｆ＝１０００Ｈｚ）ように、第２発振部をフィードバック制御している。したがって、検出されるΔｆ＋ｆｄの値は比較的大きいものとなって、高精度で且つ高応答性を実現しつつ、Δｆ＋ｆｄを検出可能となる。
好ましくは、前記第１発振部は、基準となる周波数を発生する第１参照発振器と、該第１参照発振器が発生した周波数を基に前記第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器と、を備え、前記第２発振部は、基準となる周波数を発生する第２参照発振器と、該第２参照発振器が発生した周波数を基に前記第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振器と、を備え、前記周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部と、該周波数差検出部から得られた周波数差が一定値を維持するように前記第２参照発振器を制御する比較制御部と、を備えているとよい。
【００１４】
前記比較制御部は、第２参照発振器に設けられた発振周波数微調整回路に対して、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が一定値を維持するようにフィードバック制御するものであるとよい。
このような構成であると、周波数差維持部の比較制御部が、第２参照発振器に備えられた発振周波数微調整回路を制御することで、第１発振部で作成される第１の周波数と第２発振器で作成される第２の周波数との周波数差を常に一定の値に維持可能となる。
また、本発明にかかるドップラ効果を用いた速度計測方法は、第１の周波数を有する送信波と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波とを、両波の周波数差が前記第１の周波数及び第２の周波数より小さく且つ一定値となるように準備しておき、前記送信波を被計測物体に向かって送信し、前記送信波が前記被計測物体で反射された反射波を受信波として受信し、前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出することを特徴とする。
【００１５】
この速度測定方法を用いると、第１の周波数ｆ（例えば、ｆ＝１０ＧＨｚ）を有する送信波は、速度ｖで移動している被計測物体に照射され、この被計測物体で反射し反射波となって受信される。受信波の周波数はｆ±ｆｄ（ｆｄはドップラ周波数、例えば、ｆ±ｆｄ＝１０ＧＨｚ±１Ｈｚ）となっている。
この受信波と、第２の周波数ｆ'（例えば、ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚ）を有している比較波との周波数差を求めると、その周波数はｆ−ｆ'±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ±１Ｈｚ＝１００１Ｈｚ又は９９９Ｈｚとなっている。この周波数差により、被計測物体の速度のみならず移動方向までわかるようになる。
【００１６】
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差が前記ドップラ周波数より大きくなるように、前記第１の周波数及び第２の周波数を設定しておくとよい。
これにより、検出されるドップラ周波数を含む周波数差Δｆ＋ｆｄは比較的大きいものとなって、通常の周波数計測器を用いたとしても、高精度で且つ高応答性を実現しつつ周波数差Δｆ＋ｆを検出可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被計測物体へ向けて送信する送信波の周波数が低い場合であっても、高い応答性を持ってドップラ周波数を検出できると共に、被計測物体の移動方向を確実に知ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法を図を基にして説明する。
図２は、本発明にかかるドップラ速度計１のブロック構成図である。
ドップラ速度計１は、第１の周波数ｆの送信波を発生する第１発振部２と、この送信波を速度ｖで移動する被計測物体Ｗに向けて発射する送信部３と、被計測物体Ｗで反射された反射波を受信する受信部４とを有している。
加えて、第２の周波数ｆ'の比較波を発生する第２発振部５と、受信波と比較波と２つの入力信号の周波数の和と差とを出力する第１ミキサ６と、第１ミキサ６からの出力が入力されるローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７からの出力が入力される速度算出部８（信号処理部）とを備える。
【００１９】
詳しくは、被計測物体Ｗに送信される送信波は、マイクロ波等の電波であって、送信部３としては、マイクロ波を効率的に発射可能な送信用のホーンアンテナやパラボラアンテナなどが用いられている。同様に、受信部４としては、被計測物体Ｗで反射されたマイクロ波を効率的に受信可能な受信用のホーンアンテナやパラボラアンテナなどが使用される。
第１発振部２は、基準となる周波数を作成する第１参照発振器９と、この第１参照発振器９が作成した周波数を基に、第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器１０を備えている。
【００２０】
第１参照発振器９としては、高い周波数安定性を得ることができる水晶発振器を採用している。この水晶発振器は、恒温槽に入れられており外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)の影響を受けないようになっていて、短期的には１０-9を上回る安定度を有している。以上の構成を有する第１参照発振器９の安定度としては、１ｐｐｍのズレが生じるに数ヶ月以上かかることが明らかとなっている。
第１参照発振器９が発生した周波数は、適宜分周又は逓倍され、第１の周波数ｆのマイクロ波を発生する第１発振器１０へ入力される。第１発振器１０は電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、公知の技術に基づいた回路（ＬＣ共振回路、誘電体共振回路）から構成されている。
【００２１】
第２発振部５は、基準となる周波数を作成する第２参照発振器１１と、この第２参照発振器１１が作成した周波数を基に、第２の周波数を有する送信波を発生する第２発振器１２を備えている。
第２参照発振器１１としては、高い周波数安定性を得ることができる水晶発振器を採用している。この水晶発振器は、恒温槽に入れられており外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)の影響を受けないようになっていて、短期的には１０-9を上回る安定度を有している。さらに、第２参照発振器１１には、発生する周波数を微調整するための発振周波数微調整回路１３が設けられていて、かかる回路を用いることで数ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ程度の周波数の微調整ができる。以上の構成を有する第２参照発振器１１の安定度としては、１ｐｐｍのズレが生じるに数ヶ月以上かかることが明らかとなっている。
【００２２】
第２参照発振器１１が発生した周波数は、適宜分周又は逓倍され、第２の周波数ｆのマイクロ波を発生する第２発振器１２へ入力される。第２発振器１２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、公知の技術に基づいた回路（ＬＣ共振回路、誘電体共振回路）から構成されている。
さらに、本発明のドップラ速度計１は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部（第２ミキサ１４）と、この第２ミキサ１４から得られた周波数差が所定且つ一定の値を維持するように第２参照発振器１１を制御する比較制御部１５とを有している。周波数差検出部を構成する第２ミキサ１４としては、公知のマイクロ波用混合器が採用可能である。
【００２３】
比較制御部１５には、水晶発振器から構成される第３参照発振器１７が接続され、基準となる周波数が入力されるものとなっている。比較制御部１５は、第３参照発振器１７が発生した周波数を基に、第２ミキサ１４から入力された信号の周波数（第１の周波数と第２の周波数との周波数差）が所定つ一定の値であるか否かを判定する。
具体的な判定方法としては、第３参照発振器１７が発生した周波数を適宜分周又は逓倍し、それが第１の周波数と第２の周波数との周波数差と同じか否かを判別してもよいし、第３参照発振器１７が発生した周波数を基に基準時間（例えば１秒）を作りだし、かかる基準時間を基に、第２ミキサ１４の出力信号の周波数をカウントするようにしてもよい（カウンタ回路）。
【００２４】
このような判定により、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が所定且つ一定の値と異なっている場合は、第２参照発振器１１に備えられた発振周波数微調整回路１３に対して、フィードバック制御を行い、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が所定且つ一定の値を維持するようにする。
以上述べた第２ミキサ１４（周波数差検出部）と比較制御部１５と第３参照発振器１７とで周波数差維持部１６が構成されている。
次に、本実施形態のドップラ速度計１を用いて、被計測物体Ｗの移動速度を計測する際の信号の流れや計測態様について説明する。
【００２５】
本実施形態での被計測物体Ｗとしては、製鉄所内の連続鋳造ラインにおいて製造されるスラブや圧延ラインで製造される圧延材などを想定しており、その移動速度は、例えばｖ＝２ｃｍ／ｓと遅いものである。被計測物体Ｗに発射する送信波としてはマイクロ波を採用し、その周波数（第１の周波数）は、電波法等の規制を鑑み、ｆ＝１０ＧＨｚとしている。
第１の周波数ｆを有する送信波は、第１参照発振器９で発生された、例えば１００ＭＨｚの基準周波数を基に、第１発振器１０により作成される。
【００２６】
同様に、第２参照発振器１１で発生された、例えば１ｋＨｚの基準周波数を基に、第２発振部５により、周波数ｆ＝９．９９９９９９ＧＨｚのマイクロ波が発生され、これを第２の周波数ｆ'を有する比較波とする。
発生した送信波は送信部３より被計測物体Ｗに発射され、当該被計測物体Ｗで反射され戻ってきたマイクロ波は受信部４で受信され受信波となる。受信波は第１ミキサ６に入力されると共に、第１ミキサ６には比較波も入力されて、その出力として、入力された２波の和周波数及び差周波数、すなわち、（ｆ＋ｆ'）±ｆｄ＝２ｆ−Δｆ±ｆｄと、（ｆ−ｆ'）±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄの周波数を持つ信号が出力される。この出力はローパスフィルタ７を通って最終的にΔｆ±ｆｄのみが導出される。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態における被計測物体Ｗは、図中で右側方向（ドップラ速度計１に近づくよう）に速度ｖで移動している。したがって、受信波の周波数は、ドップラ周波数＋ｆｄを含んだｆ＋ｆｄとなっている。
ゆえに、ローパスフィルタ７から出力される周波数差はΔｆ＋ｆｄ＝１０００Ｈｚ＋１Ｈｚ＝１００１Ｈｚとなる。この周波数Δｆ＋ｆｄの信号は速度算出部８へ送られる。速度算出部８では、内蔵されている周波数測定回路でΔｆ＋ｆｄを高精度且つ短時間（高応答性）で計測すると共に、ｆｄ＝１Ｈｚを式（１）に入力することで被計測物体Ｗの速度を求める。前述した周波数差が１０００Ｈｚから増加していることから、ドップラ周波数が正の値を有していることがわかり、被計測物体Ｗがドップラ速度計１に近づいていることが明らかとなる。
【００２８】
【数１】
【００２９】
一方、被計測物体Ｗが、図２における左側方向（ドップラ速度計１から遠ざかるよう）に速度ｖで移動している場合は、受信波の周波数は、ドップラ周波数−ｆｄを含んだｆ−ｆｄとなる。
ゆえに、ローパスフィルタ７から出力される周波数差はΔｆ−ｆｄ＝１０００Ｈｚ−１Ｈｚ＝９９９Ｈｚとなる。この周波数差Δｆ−ｆｄの信号は速度算出部８へ送られる。速度算出部８では、内蔵されている周波数測定回路でΔｆ−ｆｄを高精度且つ短時間（高応答性）で計測すると共に、ｆｄ＝１Ｈｚを式（１）に入力することで被計測物体Ｗの速度を求める。前述した周波数差が１０００Ｈｚから減少していることから、ドップラ周波数が負の値を有していることがわかり、被計測物体Ｗがドップラ速度計１から遠ざかっていることが明らかとなる。
【００３０】
以上述べた計測態様において、第１の周波数と第２の周波数との周波数差（送信波と比較波との周波数差）Δfが、周囲温度の影響などの外乱を受けることなく、常に所定且つ一定の値を有していなければ、本ドップラ速度計１の計測結果は正しいものとはならない。そのため、周波数差維持部１６は以下のように動作している。
周波数差維持部１６において、比較制御部１５へは、第３参照発振器１７で発振された周波数（例えば、１２．８ＭＨｚ）を１／１２８００だけ分周して得られた正確な１０００Ｈｚが入力される。比較制御部１５では、この基準となる１０００Ｈｚと第２ミキサ１４の出力Δｆとが比較されて、例えば、Δｆ＝９９９．９Ｈｚとなった場合は、Δｆが０．１Ｈｚ増加するように、当該比較制御部１５は、第２参照発振器１１に備えられた発振周波数微調整回路１３をフィードバック制御する。
【００３１】
かかるフィードバック制御を行うことで、第１発振器１０や第２発振器１２が外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)により、所定の周波数ｆ＝１０ＧＨｚ，ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚを発生しなくなったとしても、両周波数の差Δｆは常に一定（Δｆ＝１０００Ｈｚ）となる。
以上述べたように、本発明に係るドップラ速度計１は、粉塵等の多い悪環境化に用いることができると共に、被計測物体Ｗの速度が低速の場合にも有効であって、製鉄所内の連続鋳造装置から引き出されるスラブ等の鋳片の速度測定に最適である。加えて、速度算出部８へ入力される信号の周波数は、ドップラ周波数にバイアスがかかった（ゲタを履かせた）形となっているため、被計測物体Ｗがドップラ速度計１に近づいているか遠ざかっているかを確実に知ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、実施形態で説明した第１参照発振器９と第３の参照発振器を１つにまとめ、同一の参照発振器でドップラ速度計１を構成してもよい。
また、図３に示すように、送信部３と受信部４とを同一のアンテナで構成し送受信部１８とすることも可能である。その場合、送信波と受信波とを分離するサーキュレータ１９を、当該送受信部１８と第１ミキサ６との間に設ける必要がある。
基準測定機級の高精度な発振器を２つ準備し、図１の如く、それぞれ第１発振部２と第２発振部５とすることも不可能ではない。その場合、両者の周波数差Δｆを常に一定値とするための比較制御部１５が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかるドップラ効果を用いた速度測定方法及びドップラ速度計は、様々な形状・速度を有する被計測物体の速度測定に用いることができる。特に、連続鋳造機から出てくる鋳片や伸線機から排出される線材、圧延設備での被圧延材に好適に実施できる。また、鉄鋼プロセスなど高温、多粉塵の悪環境下にある物体の移動速度を測定する用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】基本的なドップラ速度計のブロック構成図である。
【図２】本発明に係るドップラ速度計のブロック構成図である。
【図３】他の実施形態に係るドップラ速度計のブロック構成図である。
【図４】大気における電波の周波数−吸収係数の特徴を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ドップラ速度計
２ 第１発振部
３ 送信部
４ 受信部
５ 第２発振部
６ 第１ミキサ
７ ローパスフィルタ
８ 速度算出部
９ 第１参照発振器
１０ 第１発振器
１１ 第２参照発振器
１２ 第２発振器
１３ 発振周波数微調整回路
１４ 第２ミキサ（周波数差検出部）
１５ 比較制御部
１６ 周波数差維持部
１７ 第３参照発振器
Ｗ 被計測物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する物体（被計測物体）の速度を遠隔で計測する際には、「ドップラ効果」を利用した速度計が用いられてきた。
例えば、特許文献１には、マイクロ波を用いて自動車等のスピードを測る交通監視用のスピード測定器に関する技術が開示されている。
また、特許文献２に記載された技術では、製鉄所内の連続鋳造ラインにおいて、被計測物体（鋳片）に電波を照射して、反射してくる電波のドップラ周波数を測定することにより、鋳片の引き抜き速度を測定している。この場合、ドップラ周波数は、鋳片に照射する電波の周波数や鋳片の速度に比例するものとなり、引き抜き速度が低速の場合、当該ドップラ周波数は低くなって、かかる速度を高分解能で測定することが困難となっていた。
【０００３】
具体的には、特許文献２では、送信波として周波数１０ＧＨｚ（特許文献２中の１ＧＨｚは誤り）の電波を使用し、速度ｖ＝２ｃｍ／ｓで移動する鋳片の速度を計測しており、従来からの計測方法では、ドップラ周波数ｆｄは１．３Ｈｚとなる。しかしながら、市販されている周波数測定器の測定レンジは約１Ｈｚ〜数ＭＨｚ程度であり、１Ｈｚ前後の周波数を測定した際には大きな誤差を伴うことが予想される。また、鋳片の速度が遅くなりドップラ周波数が１Ｈｚ以下になった場合、このような低い周波数を測定しようとすれば、測定時間が長くなり、応答性で不利な状況となる。
【０００４】
この状況を改善するためには、被計測物体へ発射する電波の周波数を高くしてドップラ周波数を上げればよく、特許文献２では、周波数５０ＧＨｚの電波を使用しドップラ周波数を約６．７Ｈｚに上げるようにしている。
一方、被計測物体の速度を高分解能で測定するために、レーザ光を照射するレーザドップラ速度計が既に商品化されている。レーザドップラ速度計は、電波に比べその周波数がはるかに高いレーザ光を被計測物体に照射するため、そのドップラ周波数は低速の物体でも高いものとなる(例えば、可視レーザ光６３２ｎｍ、ミリ波７６ＧＨｚとすると、その周波数比は６２００倍)。ゆえに、レーザドップラ速度計は非常に低速度からの測定が可能なものとなっている。特許文献３には、上述したようなレーザドップラ速度計を用いて、鋼線材の引き抜き速度を遠隔で計測することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１８９０８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４４５６０号公報
【特許文献３】特開２００４−７４２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製鉄所に代表される悪環境下で、特許文献３に記載されたレーザドップラ速度計を用いた場合、レーザ光は少しの粉塵でも散乱され計測誤差が著しいものとなる。
特許文献１や特許文献２の如く、周波数の高い電波を用いたドップラ速度計を使用すると、粉塵による電波の散乱等がレーザ光に比して少なく正確な速度測定が可能となると考えられる。しかしながら、以下に述べる数々の問題もある。
つまり、図４に示すように、電波はその周波帯域により酸素分子や水蒸気（すなわち大気）に反射されたり吸収される。そのため、例えば、多量の水蒸気が充満する圧延機近傍での圧延材の移送速度の検出などには不向きである。仮に水蒸気が少ない環境下であっても、電波は、その周波数が極端に高くなると光と同様に伝搬路の粉塵粒子の影響を受けやすくなるため、高い周波数の電波はダスト環境下には適さない。
【０００６】
加えて、電波の使用には各国とも法的規制があり、極微弱な電波を除けば、用途毎に割り当てられている使用周波数が決まっている。例えば、移動体検知センサ用の特定小電力無線局に対しては、１０．５２５ＧＨｚ（室内）と２４．１５ＧＨｚ（室内外）とが使用に対して開放されているものの、他の周波数（例えば、５０ＧＨｚ）の無制限な使用は許されていない。
上記の制約を考慮して、電波の使用周波数を選択した場合、ドップラ速度計に使用できる電波の周波数は必ずしも高くできず、得られるドップラ周波数も通常の周波数計測機器で計測できる周波数レンジと比して非常に低いものとなる。ドップラ周波数が１Ｈｚ程度の場合、このような低い周波数を測定しようとすれば、測定時間が長くなり、応答性で不利な状況となる。
【０００７】
また、特許文献１〜３の技術を用い、被計測物体の速度を計測した場合、被計測物体が速度計より遠ざかる場合には、反射波に含まれるドップラ周波数は負の周波数となる。しかしながら、実際の測定器で計測されるドップラ周波数は、絶対値（正の値）となるため、被計測物体の速度の絶対値は判るものの、速度計から遠ざかっている／近づいていることを判別することは不可能である。言い換えるならば、現実の計測器では、負の周波数は観測できず正の周波数として観測されることになる。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、被計測物体へ向けて送信する送信波の周波数が低い場合であっても、高い応答性をもってドップラ周波数を検出できると共に、被計測物体の移動方向を確実に知ることのできるドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかるドップラ速度計は、送信波を被計測物体に向かって送信すると共に、前記送信波が被計測物体で反射された反射波を受信波として受信することにより前記被計測物体の移動速度を計測するものであって、第１の周波数を有するように前記送信波を発生する第１発振部と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部と、前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出する速度算出部と、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように、前記第２発振部を制御する周波数差維持部と、が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記周波数差維持部は、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を前記ドップラ周波数より大きい値に維持するように、前記第２発振部を制御するものであるとよい。
以下、ドップラ速度計の原理を述べる。図１は、ドップラ速度計の基本的な構成を示したブロック構成図である。
第１発振部２により作成された第１の周波数ｆ（例えば、ｆ＝１０ＧＨｚ）を有する送信波は、低速度ｖ（例えばｖ＝２ｍ／ｓ）で移動している被計測物体Ｗに照射される。被計測物体Ｗに当たった送信波は反射し受信波として受信される。受信波の周波数はｆ±ｆｄ（ｆｄはドップラ周波数、例えば、ｆ±ｆｄ＝１０ＧＨｚ±１Ｈｚ）となっている。
【００１０】
一方、第２発振部５により作成された比較波は、第２の周波数ｆ'（例えば、ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚ）を有している。この比較波と受信波とがミキサ６に入力され、その周波数差が求められ、ローパスフィルタ７を通過することで、受信波と比較波との周波数差であってドップラ周波数を含むものが検出される。この周波数差は、ｆ−ｆ'±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ±１Ｈｚ＝１００１Ｈｚ又は９９９Ｈｚとなっている。
このようなレンジの周波数差を速度算出部８で計測するにあたっては、通常の周波数測定器を用いたとしても、その応答性は十分早く且つ精度よい測定が可能である。さらに、被計測物体Ｗが速度計１へ速度ｖで近づいている場合のドップラ周波数は＋ｆｄであるため、検出される周波数差は、Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ＋１Ｈｚ＝１００１Ｈｚとなり、被計測物体Ｗが速度計１から速度ｖで遠ざかっている場合のドップラ周波数は−ｆｄであるため、検出される周波数差は、Δｆ−ｆｄ＝１０００Ｈｚ−１Ｈｚ＝９９９Ｈｚとなる。かかる周波数差により、被計測物体Ｗの速度のみならず移動方向までわかるようになる。
【００１１】
しかしながら、第１発振部２により作成された第１の周波数ｆと、第２発振部５により作成された第２の周波数ｆ'の比較波を用いて、被計測物体Ｗの速度ｖを検出するに際しては、第１の周波数ｆと第２の周波数ｆ'との周波数差Δｆ（Δｆ＝１０００Ｈｚ）を正確に一定値とすることが必要である。
そのためには、第１発振部２及び第２発振器５をそれぞれ基準測定機級の高精度な装置で構成することが考えられるが、コスト高に繋がると共にその取り扱いが非常に難しいものとなる。
【００１２】
そこで、本願発明においては、第２発振部を制御する周波数差維持部を設け、この周波数差維持部を用いて、第１の周波数ｆと第２の周波数ｆ'との周波数差Δｆを、第１の周波数自身及び第２の周波数自身より小さい一定値に維持している。
また、周波数差Δｆが被計測物体の移動速度に起因するドップラ周波数に近い（例えば、ドップラ周波数ｆｄ＝１Ｈｚ，Δｆ＝２Ｈｚ）場合、Δｆ＋ｆｄの値は非常に小さい（低い）ものとなって、かかる周波数を短時間に計測することができない（応答性が低い）状況となる。
【００１３】
本発明の周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との周波数差を、前記ドップラ周波数より大きくする（例えば、Δｆ＝１０００Ｈｚ）ように、第２発振部をフィードバック制御している。したがって、検出されるΔｆ＋ｆｄの値は比較的大きいものとなって、高精度で且つ高応答性を実現しつつ、Δｆ＋ｆｄを検出可能となる。
好ましくは、前記第１発振部は、基準となる周波数を発生する第１参照発振器と、該第１参照発振器が発生した周波数を基に前記第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器と、を備え、前記第２発振部は、基準となる周波数を発生する第２参照発振器と、該第２参照発振器が発生した周波数を基に前記第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振器と、を備え、前記周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部と、該周波数差検出部から得られた周波数差が一定値を維持するように前記第２参照発振器を制御する比較制御部と、を備えているとよい。
【００１４】
前記比較制御部は、第２参照発振器に設けられた発振周波数微調整回路に対して、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が一定値を維持するようにフィードバック制御するものであるとよい。
このような構成であると、周波数差維持部の比較制御部が、第２参照発振器に備えられた発振周波数微調整回路を制御することで、第１発振部で作成される第１の周波数と第２発振器で作成される第２の周波数との周波数差を常に一定の値に維持可能となる。
また、本発明にかかるドップラ効果を用いた速度計測方法は、第１の周波数を有する送信波と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波とを、両波の周波数差が前記第１の周波数及び第２の周波数より小さく且つ一定値となるように準備しておき、前記送信波を被計測物体に向かって送信し、前記送信波が前記被計測物体で反射された反射波を受信波として受信し、前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出することを特徴とする。
【００１５】
この速度測定方法を用いると、第１の周波数ｆ（例えば、ｆ＝１０ＧＨｚ）を有する送信波は、速度ｖで移動している被計測物体に照射され、この被計測物体で反射し反射波となって受信される。受信波の周波数はｆ±ｆｄ（ｆｄはドップラ周波数、例えば、ｆ±ｆｄ＝１０ＧＨｚ±１Ｈｚ）となっている。
この受信波と、第２の周波数ｆ'（例えば、ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚ）を有している比較波との周波数差を求めると、その周波数はｆ−ｆ'±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄ＝１０００Ｈｚ±１Ｈｚ＝１００１Ｈｚ又は９９９Ｈｚとなっている。この周波数差により、被計測物体の速度のみならず移動方向までわかるようになる。
【００１６】
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差が前記ドップラ周波数より大きくなるように、前記第１の周波数及び第２の周波数を設定しておくとよい。
これにより、検出されるドップラ周波数を含む周波数差Δｆ＋ｆｄは比較的大きいものとなって、通常の周波数計測器を用いたとしても、高精度で且つ高応答性を実現しつつ周波数差Δｆ＋ｆを検出可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被計測物体へ向けて送信する送信波の周波数が低い場合であっても、高い応答性を持ってドップラ周波数を検出できると共に、被計測物体の移動方向を確実に知ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるドップラ速度計及びドップラ効果を用いた速度計測方法を図を基にして説明する。
図２は、本発明にかかるドップラ速度計１のブロック構成図である。
ドップラ速度計１は、第１の周波数ｆの送信波を発生する第１発振部２と、この送信波を速度ｖで移動する被計測物体Ｗに向けて発射する送信部３と、被計測物体Ｗで反射された反射波を受信する受信部４とを有している。
加えて、第２の周波数ｆ'の比較波を発生する第２発振部５と、受信波と比較波と２つの入力信号の周波数の和と差とを出力する第１ミキサ６と、第１ミキサ６からの出力が入力されるローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７からの出力が入力される速度算出部８（信号処理部）とを備える。
【００１９】
詳しくは、被計測物体Ｗに送信される送信波は、マイクロ波等の電波であって、送信部３としては、マイクロ波を効率的に発射可能な送信用のホーンアンテナやパラボラアンテナなどが用いられている。同様に、受信部４としては、被計測物体Ｗで反射されたマイクロ波を効率的に受信可能な受信用のホーンアンテナやパラボラアンテナなどが使用される。
第１発振部２は、基準となる周波数を作成する第１参照発振器９と、この第１参照発振器９が作成した周波数を基に、第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器１０を備えている。
【００２０】
第１参照発振器９としては、高い周波数安定性を得ることができる水晶発振器を採用している。この水晶発振器は、恒温槽に入れられており外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)の影響を受けないようになっていて、短期的には１０-9を上回る安定度を有している。以上の構成を有する第１参照発振器９の安定度としては、１ｐｐｍのズレが生じるに数ヶ月以上かかることが明らかとなっている。
第１参照発振器９が発生した周波数は、適宜分周又は逓倍され、第１の周波数ｆのマイクロ波を発生する第１発振器１０へ入力される。第１発振器１０は電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、公知の技術に基づいた回路（ＬＣ共振回路、誘電体共振回路）から構成されている。
【００２１】
第２発振部５は、基準となる周波数を作成する第２参照発振器１１と、この第２参照発振器１１が作成した周波数を基に、第２の周波数を有する送信波を発生する第２発振器１２を備えている。
第２参照発振器１１としては、高い周波数安定性を得ることができる水晶発振器を採用している。この水晶発振器は、恒温槽に入れられており外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)の影響を受けないようになっていて、短期的には１０-9を上回る安定度を有している。さらに、第２参照発振器１１には、発生する周波数を微調整するための発振周波数微調整回路１３が設けられていて、かかる回路を用いることで数ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ程度の周波数の微調整ができる。以上の構成を有する第２参照発振器１１の安定度としては、１ｐｐｍのズレが生じるに数ヶ月以上かかることが明らかとなっている。
【００２２】
第２参照発振器１１が発生した周波数は、適宜分周又は逓倍され、第２の周波数ｆのマイクロ波を発生する第２発振器１２へ入力される。第２発振器１２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、公知の技術に基づいた回路（ＬＣ共振回路、誘電体共振回路）から構成されている。
さらに、本発明のドップラ速度計１は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部（第２ミキサ１４）と、この第２ミキサ１４から得られた周波数差が所定且つ一定の値を維持するように第２参照発振器１１を制御する比較制御部１５とを有している。周波数差検出部を構成する第２ミキサ１４としては、公知のマイクロ波用混合器が採用可能である。
【００２３】
比較制御部１５には、水晶発振器から構成される第３参照発振器１７が接続され、基準となる周波数が入力されるものとなっている。比較制御部１５は、第３参照発振器１７が発生した周波数を基に、第２ミキサ１４から入力された信号の周波数（第１の周波数と第２の周波数との周波数差）が所定つ一定の値であるか否かを判定する。
具体的な判定方法としては、第３参照発振器１７が発生した周波数を適宜分周又は逓倍し、それが第１の周波数と第２の周波数との周波数差と同じか否かを判別してもよいし、第３参照発振器１７が発生した周波数を基に基準時間（例えば１秒）を作りだし、かかる基準時間を基に、第２ミキサ１４の出力信号の周波数をカウントするようにしてもよい（カウンタ回路）。
【００２４】
このような判定により、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が所定且つ一定の値と異なっている場合は、第２参照発振器１１に備えられた発振周波数微調整回路１３に対して、フィードバック制御を行い、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が所定且つ一定の値を維持するようにする。
以上述べた第２ミキサ１４（周波数差検出部）と比較制御部１５と第３参照発振器１７とで周波数差維持部１６が構成されている。
次に、本実施形態のドップラ速度計１を用いて、被計測物体Ｗの移動速度を計測する際の信号の流れや計測態様について説明する。
【００２５】
本実施形態での被計測物体Ｗとしては、製鉄所内の連続鋳造ラインにおいて製造されるスラブや圧延ラインで製造される圧延材などを想定しており、その移動速度は、例えばｖ＝２ｃｍ／ｓと遅いものである。被計測物体Ｗに発射する送信波としてはマイクロ波を採用し、その周波数（第１の周波数）は、電波法等の規制を鑑み、ｆ＝１０ＧＨｚとしている。
第１の周波数ｆを有する送信波は、第１参照発振器９で発生された、例えば１００ＭＨｚの基準周波数を基に、第１発振器１０により作成される。
【００２６】
同様に、第２参照発振器１１で発生された、例えば１ｋＨｚの基準周波数を基に、第２発振部５により、周波数ｆ＝９．９９９９９９ＧＨｚのマイクロ波が発生され、これを第２の周波数ｆ'を有する比較波とする。
発生した送信波は送信部３より被計測物体Ｗに発射され、当該被計測物体Ｗで反射され戻ってきたマイクロ波は受信部４で受信され受信波となる。受信波は第１ミキサ６に入力されると共に、第１ミキサ６には比較波も入力されて、その出力として、入力された２波の和周波数及び差周波数、すなわち、（ｆ＋ｆ'）±ｆｄ＝２ｆ−Δｆ±ｆｄと、（ｆ−ｆ'）±ｆｄ＝Δｆ±ｆｄの周波数を持つ信号が出力される。この出力はローパスフィルタ７を通って最終的にΔｆ±ｆｄのみが導出される。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態における被計測物体Ｗは、図中で右側方向（ドップラ速度計１に近づくよう）に速度ｖで移動している。したがって、受信波の周波数は、ドップラ周波数＋ｆｄを含んだｆ＋ｆｄとなっている。
ゆえに、ローパスフィルタ７から出力される周波数差はΔｆ＋ｆｄ＝１０００Ｈｚ＋１Ｈｚ＝１００１Ｈｚとなる。この周波数Δｆ＋ｆｄの信号は速度算出部８へ送られる。速度算出部８では、内蔵されている周波数測定回路でΔｆ＋ｆｄを高精度且つ短時間（高応答性）で計測すると共に、ｆｄ＝１Ｈｚを式（１）に入力することで被計測物体Ｗの速度を求める。前述した周波数差が１０００Ｈｚから増加していることから、ドップラ周波数が正の値を有していることがわかり、被計測物体Ｗがドップラ速度計１に近づいていることが明らかとなる。
【００２８】
【数１】
【００２９】
一方、被計測物体Ｗが、図２における左側方向（ドップラ速度計１から遠ざかるよう）に速度ｖで移動している場合は、受信波の周波数は、ドップラ周波数−ｆｄを含んだｆ−ｆｄとなる。
ゆえに、ローパスフィルタ７から出力される周波数差はΔｆ−ｆｄ＝１０００Ｈｚ−１Ｈｚ＝９９９Ｈｚとなる。この周波数差Δｆ−ｆｄの信号は速度算出部８へ送られる。速度算出部８では、内蔵されている周波数測定回路でΔｆ−ｆｄを高精度且つ短時間（高応答性）で計測すると共に、ｆｄ＝１Ｈｚを式（１）に入力することで被計測物体Ｗの速度を求める。前述した周波数差が１０００Ｈｚから減少していることから、ドップラ周波数が負の値を有していることがわかり、被計測物体Ｗがドップラ速度計１から遠ざかっていることが明らかとなる。
【００３０】
以上述べた計測態様において、第１の周波数と第２の周波数との周波数差（送信波と比較波との周波数差）Δfが、周囲温度の影響などの外乱を受けることなく、常に所定且つ一定の値を有していなければ、本ドップラ速度計１の計測結果は正しいものとはならない。そのため、周波数差維持部１６は以下のように動作している。
周波数差維持部１６において、比較制御部１５へは、第３参照発振器１７で発振された周波数（例えば、１２．８ＭＨｚ）を１／１２８００だけ分周して得られた正確な１０００Ｈｚが入力される。比較制御部１５では、この基準となる１０００Ｈｚと第２ミキサ１４の出力Δｆとが比較されて、例えば、Δｆ＝９９９．９Ｈｚとなった場合は、Δｆが０．１Ｈｚ増加するように、当該比較制御部１５は、第２参照発振器１１に備えられた発振周波数微調整回路１３をフィードバック制御する。
【００３１】
かかるフィードバック制御を行うことで、第１発振器１０や第２発振器１２が外乱(周囲温度の変化、電源電圧の変化等)により、所定の周波数ｆ＝１０ＧＨｚ，ｆ'＝９．９９９９９９ＧＨｚを発生しなくなったとしても、両周波数の差Δｆは常に一定（Δｆ＝１０００Ｈｚ）となる。
以上述べたように、本発明に係るドップラ速度計１は、粉塵等の多い悪環境化に用いることができると共に、被計測物体Ｗの速度が低速の場合にも有効であって、製鉄所内の連続鋳造装置から引き出されるスラブ等の鋳片の速度測定に最適である。加えて、速度算出部８へ入力される信号の周波数は、ドップラ周波数にバイアスがかかった（ゲタを履かせた）形となっているため、被計測物体Ｗがドップラ速度計１に近づいているか遠ざかっているかを確実に知ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、実施形態で説明した第１参照発振器９と第３の参照発振器を１つにまとめ、同一の参照発振器でドップラ速度計１を構成してもよい。
また、図３に示すように、送信部３と受信部４とを同一のアンテナで構成し送受信部１８とすることも可能である。その場合、送信波と受信波とを分離するサーキュレータ１９を、当該送受信部１８と第１ミキサ６との間に設ける必要がある。
基準測定機級の高精度な発振器を２つ準備し、図１の如く、それぞれ第１発振部２と第２発振部５とすることも不可能ではない。その場合、両者の周波数差Δｆを常に一定値とするための比較制御部１５が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかるドップラ効果を用いた速度測定方法及びドップラ速度計は、様々な形状・速度を有する被計測物体の速度測定に用いることができる。特に、連続鋳造機から出てくる鋳片や伸線機から排出される線材、圧延設備での被圧延材に好適に実施できる。また、鉄鋼プロセスなど高温、多粉塵の悪環境下にある物体の移動速度を測定する用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】基本的なドップラ速度計のブロック構成図である。
【図２】本発明に係るドップラ速度計のブロック構成図である。
【図３】他の実施形態に係るドップラ速度計のブロック構成図である。
【図４】大気における電波の周波数−吸収係数の特徴を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ドップラ速度計
２ 第１発振部
３ 送信部
４ 受信部
５ 第２発振部
６ 第１ミキサ
７ ローパスフィルタ
８ 速度算出部
９ 第１参照発振器
１０ 第１発振器
１１ 第２参照発振器
１２ 第２発振器
１３ 発振周波数微調整回路
１４ 第２ミキサ（周波数差検出部）
１５ 比較制御部
１６ 周波数差維持部
１７ 第３参照発振器
Ｗ 被計測物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を被計測物体に向かって送信すると共に、前記送信波が被計測物体で反射された反射波を受信波として受信することにより前記被計測物体の移動速度を計測するドップラ速度計であって、
第１の周波数を有するように前記送信波を発生する第１発振部と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部と、
前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出する速度算出部と、
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように、前記第２発振部を制御する周波数差維持部と、
が備えられていることを特徴とするドップラ速度計。
【請求項２】
前記周波数差維持部は、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を前記ドップラ周波数より大きい値に維持するように、前記第２発振部を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のドップラ速度計。
【請求項３】
前記第１発振部は、基準となる周波数を発生する第１参照発振器と、該第１参照発振器が発生した周波数を基に前記第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器と、を備え、
前記第２発振部は、基準となる周波数を発生する第２参照発振器と、該第２参照発振器が発生した周波数を基に前記第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振器と、を備え、
前記周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部と、該周波数差検出部から得られた周波数差が一定値を維持するように前記第２参照発振器を制御する比較制御部と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドップラ速度計。
【請求項４】
前記比較制御部は、第２参照発振器に設けられた発振周波数微調整回路に対して、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が一定値を維持するようにフィードバック制御するものとなっていることを特徴とする請求項３に記載のドップラ速度計。
【請求項５】
第１の周波数を有する送信波と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波とを、両波の周波数差が前記第１の周波数及び第２の周波数より小さく且つ一定値となるように準備しておき、
前記送信波を被計測物体に向かって送信し、
前記送信波が前記被計測物体で反射された反射波を受信波として受信し、
前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出することを特徴とするドップラ効果を用いた速度計測方法。
【請求項６】
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差が前記ドップラ周波数より大きくなるように、前記第１の周波数及び第２の周波数を設定しておくことを特徴とする請求項５に記載のドップラ効果を用いた速度計測方法。
【請求項１】
送信波を被計測物体に向かって送信すると共に、前記送信波が被計測物体で反射された反射波を受信波として受信することにより前記被計測物体の移動速度を計測するドップラ速度計であって、
第１の周波数を有するように前記送信波を発生する第１発振部と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振部と、
前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出する速度算出部と、
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を第１の周波数及び第２の周波数より小さい一定値に維持するように、前記第２発振部を制御する周波数差維持部と、
が備えられていることを特徴とするドップラ速度計。
【請求項２】
前記周波数差維持部は、前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差を前記ドップラ周波数より大きい値に維持するように、前記第２発振部を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のドップラ速度計。
【請求項３】
前記第１発振部は、基準となる周波数を発生する第１参照発振器と、該第１参照発振器が発生した周波数を基に前記第１の周波数を有する送信波を発生する第１発振器と、を備え、
前記第２発振部は、基準となる周波数を発生する第２参照発振器と、該第２参照発振器が発生した周波数を基に前記第２の周波数を有する比較波を発生する第２発振器と、を備え、
前記周波数差維持部は、第１の周波数と第２の周波数との差を取る周波数差検出部と、該周波数差検出部から得られた周波数差が一定値を維持するように前記第２参照発振器を制御する比較制御部と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドップラ速度計。
【請求項４】
前記比較制御部は、第２参照発振器に設けられた発振周波数微調整回路に対して、第１の周波数と第２の周波数との周波数差が一定値を維持するようにフィードバック制御するものとなっていることを特徴とする請求項３に記載のドップラ速度計。
【請求項５】
第１の周波数を有する送信波と、該第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する比較波とを、両波の周波数差が前記第１の周波数及び第２の周波数より小さく且つ一定値となるように準備しておき、
前記送信波を被計測物体に向かって送信し、
前記送信波が前記被計測物体で反射された反射波を受信波として受信し、
前記受信波と比較波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記被計測物体の移動速度を算出することを特徴とするドップラ効果を用いた速度計測方法。
【請求項６】
前記第１の周波数と第２の周波数との周波数差が前記ドップラ周波数より大きくなるように、前記第１の周波数及び第２の周波数を設定しておくことを特徴とする請求項５に記載のドップラ効果を用いた速度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１３４１４６（Ｐ２００８−１３４１４６Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２０４１７（Ｐ２００６−３２０４１７）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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