专利名称：计数装置、物理量传感器、计数方法以及物理量测量方法
技术领域：
本发明涉及一种对信号的数量进行计数的计数装置，以及一种使用计数装置测定 干涉波形的数量，并求出测定对象的物理量的干涉型物理量传感器。
背景技术：
原来，提出了一种使用半导体激光器的自混合效应的波长调制型激光测量器(参 照专利文献1)。该激光测量器的构成如图32所示。图32的激光测量器包括半导体激光 器201，其向物体210发射激光；光电二极管202，其将半导体激光器201的光输出变换为 电信号；透镜203，其将来自半导体激光器201的光聚光并照射到物体210，并将从物体210 返回的光聚光使其入射到半导体激光器201中；激光器驱动器204，其使半导体激光器201 的振荡波长连续地增加的第1振荡期间与振荡波长连续地减少的第2振荡期间交替反复； 电流-电压变换放大部205，其将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大；信号提取 电路206，其将电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分；计数装置207，其对信 号提取电路206的输出电压中所含有的跳模脉冲(以下，记为MHP)的数量计数；运算装置 208，其计算出与物体210的距离以及物体210的速度；以及，显示装置209，显示运算装置 208的算出结果。激光器驱动器204将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作 为注入电流提供给半导体激光器201。由此，半导体激光器201被驱动为振荡波长以一定的 变化率连续地增加的第1振荡期间与振荡波长以一定的变化率连续地减少的第2振荡期间 交替反复。图33是示出半导体激光器201的振荡波长随时间变化的图。在图33中，Pl是 第1振荡期间，P2是第2振荡期间，λ a是各期间的振荡波长的最小值，λ b是各期间的振 荡波长的最大值，Tt是三角波的周期。从半导体激光器201出射的激光通过透镜203被聚光之后入射到物体210中。由 物体210反射的光通过透镜203被聚光之后入射到半导体激光器201中。光电二极管202 将半导体激光器201的光输出变换为电流。电流-电压变换放大部205将光电二极管202 的输出电流变换为电压并放大，信号提取电路206对电流-电压变换放大部205的输出电 压进行2次微分。计数装置207对信号提取电路206的输出电压中所含有的MHP的数量分 别就第1振荡期间Pl和第2振荡期间P2进行计数。基于半导体激光器1的最小振荡波长 λ a、最大振荡波长λ b、第1振荡期间Pl的MHP的数量以及第2振荡期间P2的MHP的数 量，运算装置208计算出与物体210的距离以及物体210的速度。利用这样地自混合型的 激光测量器的技术对MHP的数量进行测定的话，能够基于该MHP数量计算出物体的振动频 率。采用上文所述的激光测量器的话，会将例如干扰光等的噪音作为MHP进行计数、 或者因为信号的缺失而导致MHP漏记，因此存在着计数装置所计数的MHP的数量产生误差， 所计算出的距离、振动频率等的物理量也产生误差这样的问题。鉴于此，发明者提出了一种计数装置，其测定计数期间中的MHP的周期，并基于测定结果生成计数期间中的周期的频数分布，基于频数分布计算出MHP的周期的代表值，基 于频数分布求出代表值的第1规定数倍以下的等级的频数的总和Ns和代表值的第2规定 数倍以上的等级的频数的总和Nw，基于这些频数Ns和Nw对MHP的计数结果进行校正，由此 可以除去计数时的缺漏和过剩的计数的影响(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1日本特开2006-313080号公报专利文献2日本特开2009-47676号公报

发明内容
发明所要解决的问题根据专利文献2所公开的计数装置，只是在SN(Signal to Noise ratio)没有极 端下降的情况下可以进行大致良好的校正。但是，采用专利文献2中所公开的计数装置的话，在短距离测定中，信号强度和滞 后宽度(t 7 f U〉7幅)相比非常强的情况下，由于频率高于MHP的噪音的影响，输入到 计数装置的信号会在二值化的阈值附近产生颤振(“夕夕’)，短周期的信号、MHP的 原来周期的一半左右的周期的信号会多有发生。此时，比MHP的原来的周期短的周期成为 周期的分布的代表值，因此，存在着不能对MHP的计数结果进行正确地校正，MHP的计数结 果是原来的值的例如数倍大这样的问题。本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供了一种计数装置及计 数方法，即使是在输入到计数装置的信号中连续地产生高频的噪音的情况下，也可以对计 数误差进行校正，还提供了 一种物理量传感器及物理量测量方法，可以对MHP的计数误差 进行校正，并提高物理量的测定精度。解决问题所用的技术手段本发明的计数装置，其在特定的物理量和信号的数量具有线性关系、且所述特定 的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数装置 包括信号计数单元，对一定的计数期间的输入信号的半周期的数量进行计数；信号半周 期测定单元，在每次输入半个周期的信号量时，对所述计数期间中的所述输入信号的半周 期进行测定；频数分布生成单元，基于该信号半周期测定单元的测定结果来生成所述计数 期间中的输入信号的半周期的频数分布；代表值算出单元，基于所述频数分布，计算出所述 输入信号的半周期的分布的代表值；和校正值算出单元，基于所述信号半周期测定单元的 测定结果，求出不足所述代表值的0. 5倍的半周期的数量的总和Ns、以及所述代表值的2η 倍以上且不足(2η+2)倍的半周期的数量的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信 号计数单元的计数结果进行校正，其中η是1以上的自然数。
本发明的计数装置的一个构成例中，将所述信号计数单元的计数结果设为N，将所 述代表值设为Τ0，将所述信号的半周期能取得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出单元 按照下式求出校正后的计数结果N’ 数式权利要求
一种计数装置，其在特定的物理量和信号的数量具有线性关系、且所述特定的物理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数装置包括信号计数单元，对一定的计数期间的输入信号的半周期的数量进行计数；信号半周期测定单元，在每次输入半个周期的信号量时，对所述计数期间中的所述输入信号的半周期进行测定；频数分布生成单元，基于该信号半周期测定单元的测定结果来生成所述计数期间中的输入信号的半周期的频数分布；代表值算出单元，基于所述频数分布，计算出所述输入信号的半周期的分布的代表值；和校正值算出单元，基于所述信号半周期测定单元的测定结果，求出不足所述代表值的0.5倍的半周期的数量的总和Ns、以及所述代表值的2n倍以上且不足(2n+2)倍的半周期的数量的总和Nwn，通过基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中n是1以上的自然数。
2.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，将所述信号计数单元的计数结果设为N，将所述代表值设为Τ0，将所述信号的半周期 能取得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出单元按照下式求出校正后的计数结果N’ 数式1
3.如权利要求1或2所述的计数装置，其特征在于，还包括信号结合单元，对于所述信号半周期测定单元的测定结果，将长度不足所述代表值的 0. 5倍的半周期与在其前后被测定的半周期中的至少一方相加后的周期作为结合后的半周 期，将周期相加后的信号波形作为1个信号的半个周期量的波形，所述信号计数单元对所述计数期间的所述信号结合单元的处理后的信号进行计数，由 此来替代对所述输入信号的数量进行计数。
4.如权利要求3所述的计数装置，其特征在于，所述信号结合单元，对于所述信号半周期测定单元的测定结果，将长度不足所述代表 值的0. 5倍的半周期与紧邻其后所测定的半周期相加后的周期作为结合后的半周期，将周 期相加后的信号波形作为1个信号的半个周期量的波形，这样的操作要一直进行直到结合 后的半周期达到所述代表值的0. 5倍以上。
5.如权利要求3所述的计数装置，其特征在于，对于所述信号半周期测定单元的测定结果，在长度不足所述代表值的0. 5倍的半周期 被夹在具有所述代表值的0. 5倍以上的长度的第m个半周期Tm和具有所述代表值的0. 5 倍以上的长度的第P个半周期Tp之间时，如果(m+p)是偶数，则所述信号结合单元将从半 周期Tm到半周期Tp相加后的周期作为结合后的半周期，如果(m+p)是奇数，则所述信号结 合单元将从半周期Tm到半周期Tp-I相加后的周期作为结合后的半周期，将周期相加后的信号波形作为第m个半个周期量的波形，其中m、ρ是自然数。
6.如权利要求1至3中的任意一项所述的计数装置，其特征在于，所述代表值是中央值、最频值、平均值、等级值和频数的积为最大时的等级值中的任何一个。
7.一种计数装置，其在特定的物理量和信号的数量具有线性关系、且所述特定的物理 量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数装置包括信号周期测定单元，在每次输入信号时，对一定的计数期间的输入信号的周期进行测定；频数分布生成单元，基于该信号周期测定单元的测定结果来生成所述计数期间中的输 入信号的周期的频数分布；代表值算出单元，基于该频数分布生成单元生成的频数分布，计算出所述输入信号的 周期的分布的代表值；信号结合单元，对于所述信号周期测定单元的测定结果，将长度不足所述代表值的0. 5 倍的周期与紧邻其后被测定的周期相加后的周期作为结合后的周期，周期相加后的信号波 形作为1个信号的1个周期的波形，这样的操作要一直进行直到结合后的周期达到所述代 表值的0.5倍以上；信号计数单元，对所述计数期间的所述信号结合单元的处理后的信号进行计数；和 校正值算出单元，基于所述信号结合单元的处理结果，求出不足所述代表值的0. 5倍 的周期的数量的总和Ns、以及所述代表值的(n+0. 5)倍以上且不足(n+1.5)倍的周期的数 量的总和Nwn，并基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数单元的计数结果进行校正，其中η 是1以上的自然数。
8.如权利要求7所述的计数装置，其特征在于，将所述信号计数单元的计数结果设为N，将所述代表值设为Τ0，将所述信号周期能取 得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出单元按照下式求出校正后的计数结果N’ 数式2
9.如权利要求7或8所述的计数装置，其特征在于，所述代表值是中央值、最频值、平均值、等级值和频数的积为最大时的等级值中的任何一个。
10.一种物理量传感器，其特征在于，包括 向测定对象发射激光的半导体激光器；振荡波长调制单元，其使所述半导体激光器动作，使得振荡波长连续地单调增加的第1 振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；检测单元，其对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激 光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；如权利要求1至9中的任意一项所述的计数装置，其输入所述检测单元的输出信号，并分别以所述第1振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，对所述干涉波形的数量进行计 数；和运算单元，基于所述计数装置的计数结果，求出所述测定对象的物理量。
11.一种计数方法，其在特定的物理量和信号的数量具有线性的关系、且所述特定的物 理量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，所述计数方法包 括信号计数步骤，对一定的计数期间的输入信号的半周期的数量进行计数；信号半周期测定步骤，在每次输入半个周期量的信号时，对所述计数期间中的所述输 入信号的半周期进行测定；频数分布生成步骤，基于该信号半周期测定步骤的测定结果来生成所述计数期间中的 输入信号的半周期的频数分布；代表值算出步骤，基于所述频数分布，求出所述输入信号的半周期的分布的代表值；和校正值算出步骤，基于所述信号半周期测定步骤的测定结果，求出不足所述代表值的 0. 5倍的半周期的数量的总和Ns、以及所述代表值的2η倍以上且不足(2η+2)倍的半周期 的数量的总和Nwn，并基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数步骤的计数结果进行校正，计 算出所述输入信号的数量，其中，η是1以上的自然数。
12.如权利要求11所述的计数方法，其特征在于，将所述信号计数步骤的计数结果设为N，将所述代表值设为Τ0，将所述信号的半周期 能取得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出步骤按照下式求出校正后的计数结果N’
13.如权利要求11或12所述的计数方法，其特征在于，还包括信号结合步骤，对于所述信号半周期测定步骤的测定结果，将长度不足所述代表值的 0. 5倍的半周期与在其前后被测定的半周期中的至少一方相加后的周期作为结合后的半周 期，周期相加后的信号波形作为1个信号的半个周期量的波形，所述信号计数步骤对所述计数期间的所述信号结合步骤的处理后的信号进行计数，由 此来替代对所述输入信号的数量进行计数。
14.如权利要求13所述的计数方法，其特征在于，所述信号结合步骤，对于所述信号半周期测定步骤的测定结果，将长度不足所述代表 值的0. 5倍的半周期与紧邻其后所测定的半周期相加后的周期作为结合后的半周期，将周 期相加后的信号波形作为1个信号的半个周期量的波形，这样的操作要一直进行直到结合 后的半周期达到所述代表值的0. 5倍以上。
15.如权利要求13所述的计数方法，其特征在于，所述信号结合步骤，对于所述信号半周期测定步骤的测定结果，在长度不足所述代表 值的0. 5倍的半周期被夹在具有所述代表值的0. 5倍以上的长度的第m个半周期Tm和具 有所述代表值的0. 5倍以上的长度的第ρ个半周期Tp之间时，如果(m+p)是偶数，则将从半周期Tm到半周期Tp相加后的周期作为结合后的半周期，如果(m+p)是奇数，则将从半周 期Tm到半周期Tp-I相加后的周期作为结合后的半周期，将周期相加后的信号波形作为第 m个半个周期量的波形，其中m、P是自然数。
16.如权利要求11至13中的任意一项所述的计数方法，其特征在于，所述代表值是中央值、最频值、平均值、等级值和频数的积为最大时的等级值中的任何 一个。
17.一种计数方法，其在特定的物理量和信号的数量具有线性关系、且所述特定的物理 量一定的情况下，对为大致单一频率的所述信号进行计数，其特征在于，该计数方法包括信号周期测定步骤，在每次输入信号时，对一定的计数期间的输入信号的周期进行测定；频数分布生成步骤，基于该信号周期测定步骤的测定结果来生成所述计数期间中的输 入信号的周期的频数分布；代表值算出步骤，基于该频数分布生成步骤生成的频数分布，计算出所述输入信号的 周期的分布的代表值；信号结合步骤，对于所述信号周期测定步骤的测定结果，将长度不足所述代表值的0. 5 倍的周期与紧邻其后被测定的周期相加后的周期作为结合后的周期，周期相加后的信号波 形作为1个信号的1个周期的波形，这样的操作要一直进行直到结合后的周期达到所述代 表值的0.5倍以上；信号计数步骤，对所述计数期间的所述信号结合步骤的处理后的信号进行计数；和 校正值算出步骤，基于所述信号结合步骤的处理结果，求出不足所述代表值的0. 5倍 的周期的数量的总和Ns、以及所述代表值的(n+0. 5)倍以上且不足(n+1.5)倍的周期的数 量的总和Nwn，并基于这些频数Ns和Nwn对所述信号计数步骤的计数结果进行校正，其中η 是1以上的自然数。
18.如权利要求17所述的计数方法，其特征在于，将所述信号计数步骤的计数结果设为N，将所述代表值设为Τ0，将所述信号周期能取 得的最大值设为Tmax时，所述校正值算出步骤按照下式求出校正后的计数结果N’ 数式4
19.如权利要求17或18所述的计数方法，其特征在于，所述代表值是中央值、最频值、平均值、等级值和频数的积为最大时的等级值中的任何一个。
20.一种物理量测量方法，其特征在于，包括振荡步骤，其使所述半导体激光器动作，使得振荡波长连续地单调增加的第1振荡期 间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间中的至少一个反复存在；检测步骤，其对含有干涉波形的电信号进行检测，该干涉波形是通过从所述半导体激 光器发射的激光和从所述测定对象返回的光的自混合效应而产生的；信号提取步骤，对在该检测步骤中所得到的输出信号中所含有的所述干涉波形的数 量，分别就所述第1振荡期间和所述第2振荡期间进行计数；和运算步骤，基于该信号提取步骤的计数结果，求出所述测定对象的物理量， 所述信号提取步骤，将所述检测步骤所得到的输出信号作为输入，并分别以所述第1 振荡期间和所述第2振荡期间为计数期间，进行权利要求11至19中的任意一项所述的各 步骤。
全文摘要
一种计数装置、物理量传感器、计数方法以及物理量测量方法，其可以对计数误差进行校正。计数装置(7)对一定的计数期间中的干涉波形的半周期的数量进行计数，对干涉波形的半周期进行测定，基于该测定结果生成计数期间中的干涉波形的半周期的频数分布，再基于该频数分布，计算出干涉波形的半周期的分布的代表值，求出不足代表值的0.5倍的半周期的数量的总和Ns、及在代表值的2n倍以上且不足(2n+2)倍的半周期的数量的总和Nwn，并基于这些频数Ns和Nwn校正计数结果。
文档编号G01J11/00GK101988851SQ20101024667
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年8月4日
发明者上野达也 申请人:株式会社山武