JPH0347559B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエコー式テレメータのエコー信号検出
方式に関する。

エコー式テレメータとは、被検出個体又は被計
測個体の計測ポイントに例えば水晶振動子のよう
な特定周波数で共振し、又は被計測事象によつて
定まる周波数で共振するセンサを取り付け、当該
センサにその共振周波数と等しいか、又はその近
傍の周波数を有する励振エネルギー（励振信号）
を外部から非接触に印加して当該センサを共振さ
せたとき、上記外部からの励振エネルギーを断つ
た後も当該センサが暫時減衰しながらその共振周
波数で振動を持続することを利用し、この減衰振
動を非接触に受信してその周波数から上記被検出
個体又は被計測個体に関するデータを得るように
したものであり、この方式のテレメータでは、移
動局（センサを具備し、検出又は計測データを送
出する局）に電池等の電力供給手段や能動素子を
必要とする発振回路等を必要とせず、また固定局
（前記励振エネルギーの放射及びエコー信号の受
信、分析等を行う局）と移動局との間を非接触に
できることから各分野（工業テレメータ、医療テ
レメータ等）で広く活用されている。

このエコー式テレメータではエコー信号が一般
には微弱な信号であることにより、雑音等、エコ
ー信号以外の信号と正規のエコー信号との識別、
すなわち、エコー信号に対するＳ／Ｎ比の向上が
重要な課題であり、本発明はこの課題を解決し、
上記Ｓ／Ｎ比の飛躍的な改善が実現できるエコー
信号の検出方式を提供するものである。

すなわち、本発明は上記課題の解決のためにセ
ンサの励振信号とセンサからの受信信号との比較
によつて得られた信号が設定範囲内にあることを
エコー信号の検出条件としたものである。

以下、図面により本発明の実施例を説明する。

第１図及び第２図は、本発明の第１及び第２の
実施例を示すブロツク図、第３図は当該第１及び
第２の実施例を説明するタイムチヤートである。

第１図及び第２図に示す構成各部について以下
に説明する。

１はパルス生成器であり、一定の周期で一定の
パルス巾を有するパルス信号を生成する。本実施
例ではこの部分にシステム全体の時間基準となる
信号を発生するクロツク発振器を流用している。

２は計数器であり、パルス生成器１から出力さ
れるパルスを計数し、１計数毎に計数出力信号を
出力する。実施例では２進計数器を使用してい
る。

３はデイジタル−アナログ変換器（以下、Ｄ／
Ａ変換器）であり、計数器２の出力（デイジタル
値）を、当該出力に対応したレベルの電圧（アナ
ログ値）に変換する。

４は電圧−周波数変換器（以下、Ｖ／Ｆ変換
器）であり、Ｄ／Ａ変換器３から出力された電圧
信号を、当該信号の電圧レベルに対応した周波数
の信号に変換する。

５は送信器であり、Ｖ／Ｆ変換器４から出力さ
れた周波数信号を搬送波に重畳し、電波とする。

６は送受信切換スイツチであり、パルス生成器
１から出力されるパルスを制御入力とし、当該パ
ルスの存在中は送信器TXの出力を後述のアンテ
ナ７に接続し、当該パルスの不存在中はアンテナ
７を受信器RXに接続する。

７はアンテナであり、後述のセンサ１６を励起
する励振信号（励振エネルギー）を放射し、セン
サ１６からのエコー信号を受信する。

８は受信器であり、アンテナ７を介して受信し
た電波を復調して周波数信号を出力するととも
に、受信電波の強さに対応した受信レベル信号を
も出力する。

９はレベル検出器であり、受信器８から出力さ
れる受信レベル信号が、設定レベル以上であると
き出力信号を生起する。

１０は周波数−電圧変換器（以下、Ｆ／Ｖ変換
器）であり、受信器８から出力された周波数信号
を、当該信号の周波数に対応したレベルの電圧の
信号に変換する。このＦ／Ｖ変換器１０は第２の
実施例（第２図）にのみ存在し、実施例では
PLL回路で構成した。

１１は比較器であり、第１の実施例（第１図）
ではＶ／Ｆ変換器４が出力する周波数信号と受信
器８が出力する周波数信号とを比較し、その差が
設定周波数範囲内のとき出力信号を生起する。ま
た、第２の実施例（第２図）ではＤ／Ａ変換器３
が出力する電圧信号とＦ／Ｖ変換器１０が出力す
る電圧信号とを比較し、その差が設定レベル範囲
内のとき出力信号を生起する。

１２はアンドゲートであり、比較器１１の出力
信号があること、パルス生成器１からパルスが出
力されていないこと、すなわちシステムが受信モ
ードにあること及びレベル検出器９の出力信号が
あることの３条件が満たされたとき書込みパルス
（第１の実施例の場合）又はホールドパルス（第
２の実施例の場合）を出力する。

１３はメモリーであり、アンドゲート１２から
書込みパルスが出力されたときに受信器RXが出
力している信号の周波数を記憶する。このメモリ
ー１３は第１の実施例（第１図）にのみ存在す
る。

１４はサンプルホールド回路であり、アンドゲ
ート１２からホールドパルスが出力されたときに
Ｆ／Ｖ変換器が出力している電圧信号を保持す
る。このサンプルホールド回路１４は第２の実施
例（第２図）にのみ存在する。また、このサンプ
ルホールド回路１４はホールドパルス入力時の入
力電圧（Ｆ／Ｖ変換器１０の出力電圧）を記憶す
ることからメモリーの範ちゆうに入るものであ
る。

１５は表示器であり、メモリー１３（第１の実
施例）又はサンプルホールド回路１４（第２の実
施例）に記憶された情報を受けて当該情報を分析
し、計測データ又は被検出個体の識別データ等を
表示する。

１６はセンサであり、被検出個体又は被計測個
体に装着される。エコー式テレメータのセンサに
は振動特性を有するものが使用されるが、エコー
信号放出のために蓄積エネルギーが多いことで、
当該センサとして水晶振動子が最適である。この
水晶振動子は結晶からの裁出角度の選定により温
度に敏感なもの（温度変化によつて共振周波数が
変化するもの）、圧力に敏感なもの（印加圧力変
化によつて共振周波数が変化するもの）、又は共
振周波数が環境変化（温度変化等）に左右されな
いもの等、種々の特性のものを得ることができ
る。

１７はアンテナで、センサ１６の励振信号を受
信し、センサ１６で生起するエコー信号を放射す
る。尚、固定局と移動局との間の結合が電磁誘導
方式でなされる場合にはアンテナ７及び１７は結
合コイルに置き換えられる。

次に第３図を参照して実施例の動作を説明す
る。

第３図は第１図及び第２図に付したＡ〜Ｎのポ
イントの信号形態（波形）を示している。

パルス生成器１は第３図Ａに示すようにＡ点に
一定周期のパルス信号を出力する。このパルス信
号は計数器２によつて計数され、第３図Ｂに示す
ようにＢ点に１計数毎の計数出力（デジタル値）
を出力する。

上記計数器２は計測又は検出対象物によつて
種々に設定されるが、以下の説明では最大計数値
が“５”（２進で表わして“0000”〜“0100”ま
で）であるものとして説明する。因みに実際には
例えば温度測定で−50℃〜＋150℃の範囲をカバ
ーしようとすれば200計数程度を必要とし、また
例えば1000個の個体識別を行なおうとすれば1000
計数を必要とする。

計数器２の最大計数値を上記のように“５”と
設定した場合、当該計数器２は“0000”から
“0100”までの計数値を出力し（但し、当該計数
器２が４ビツト２進計数器であるものとする。）、
“0101”に相当するパルス信号の入力で当該計数
器２がリセツトされて“0000”となるように回路
操作がなされる。

計数器２によつて出力された計数出力はＤ／Ａ
変換器３に入力され、第３図Ｃに示すようにそれ
ぞれの計数値“0000”〜“0100”に対応したレベ
ルの電圧信号e₁〜e₅に変換され、Ｃ点に出力され
る。この電圧信号の変化巾は全域にわたつて同一
とされる。すなわち、ｎ計数（ｎ≦５）での電圧
enは en＝e₁＋（ｎ−１）△ｅ である。但し、Δeは１計数で変化するレベル巾、
e₁は計数値“0000”に於ける電圧である。

以上のようにして生成された階段状にレベルが
変化する電圧信号e₁〜e₅はＶ／Ｆ変換器４に入力
され、第３図Ｄに示すように、それぞれの電圧レ
ベルe₁〜e₅に対応した周波数信号₁〜₅に変換さ
れＤ点に出力される。この周期数信号の変化巾は
全域にわたつて同一とされる。すなわち、前記電
圧enでの周波数信号の周波数nは n＝₁＋（ｎ−１）Δ である。但し、Δは電圧信号の変化巾Δeに対す
る周波数変化巾、₁は電圧e₁に於ける周波数信号
の周波数である。

前記−50℃〜＋150℃の範囲の温度変化の測定
に例えば共振周波数が28MHZ付近にあるLCカツ
トの水晶振動子をセンサとして使用すると、当該
センサの共振周波数は上記温度変化範囲で
28.15MHz〜28.35MHzの範囲で変化する。すなわ
ち、感度は1000Hz／℃である。この周期数の総変
化巾2000KHzを200ステツプでカバーしようとす
ると上記ステツプ毎の周波数の変化巾Δは1KHz
となる。本発明ではセンサ１６の周波数を受信側
で判定する方式であるので励振信号の周波数変化
巾Δを測定温度の精度に合わせる必要はなく、
上記1KHzの変化巾で最大0.001℃の精度で測定で
きる。

Ｄ点に出力された上記周波数信号₁〜₅は送信
器５で、センサ１６の共振周波数に近い周波数
F₁〜F₅の励振信号に変換され送受信切換スイツ
チ６によつてパルス生成器１からパルス信号が出
力されたとき、そのパルス巾の時間だけ上記励振
信号がアンテナ７に供給される。すなわち、第３
図Ｅに示すように上記アンテナ７からは周波数が
F₁〜F₅のように階段状に変化する励振信号が間
欠的に放射される。

以上のようにして放射された周波数F₁〜F₅の
励振信号はアンテナ１７を介してセンサ１６に順
次供給される。

センサ１６は、そのときのセンサ１６の共振周
波数Fxに最も近い周波数の励振信号の到来によ
り最大振幅で共振する。第３図Ｆはこの様子を示
しており、この例ではセンサ１６の共振周波数
Fxが周波数F₃に最も近い例を示している。

励振信号が途絶えている間にセンサ１６からは
エコー信号、すなわち共振周波数Fxで振動する
減衰信号がアンテナ１７を介して放射される。

励振信号が途絶えている間は送受信切換スイツ
チ６は受信器８側に切換つており、上記周波数が
Fxのエコー信号はアンテナ７及び送受信切換ス
イツチ６を介して第３図Ｇに示すようにＧ点に出
力される。

Ｇ点に出力された上記エコー信号は受信器８に
入力されて復調され、Ｉ点には第３図Ｉに示すよ
うに周波数がxの減衰信号が、Ｈ点には第３図
Ｈに示すように受信レベルに比例したレベル信号
er₁〜er₃がそれぞれ出力される。

Ｈ点に出力されたレベル信号er₁〜er₃は、レベ
ル検出器９に入力されてしきい値レベルeh₁と比
較される。ここで上記レベル信号er₁〜er₃が当該
しきい値レベルeh₁より高いレベルであるとき、
レベル検出器９は第３図Ｊに示すように、Ｊ点に
パルス信号を出力する。

第１の実施例（第１図）では、上記Ｉ点に出力
された周波数xの減衰信号はメモリー１３に入
力される。また、当該減衰信号と前記Ｖ／Ｆ変換
器４からＤ点に出力された周波数信号は比較器１
１に入力され、それぞれの信号の周波数が相互に
比較される。第３図に示した例では比較器１１
で、₂−x，₃−x及び₄−xの絶対値が演算さ
れ、当該差周波数の絶対値が設定周波数範囲内に
あるとき、比較器１１はＬ点に第３図Ｌに示すよ
うなパルス信号を出力する。今の場合、周波数₃
が周波数xに最も近いので｜₃−x｜が最小で
あり、この最小値｜₃−x｜のみが上記設定周波
数範囲内にあるものとすれば、Ｄ点の信号の周波
数が₃であるときの受信時間帯（Ａ点にパルス信
号が送出されていない時間帯）に於いてＬ点に上
記パルス信号が出力される。

また、第２の実施例（第２図）では、上記Ｉ点
に出力された周波数xの減衰信号はＦ／Ｖ変換
器１０に入力され、周波数xに対応の電圧信号
に変換され、Ｋ点に第３図Ｋに示すようにレベル
exの電圧信号が出力され当該電圧信号exはサン
プルホールド回路１４に入力される。また、当該
電圧信号exと、前記Ｄ／Ａ変換器３からＣ点に
出力された電圧信号は比較器１１に入力され、そ
れぞれの信号のレベルが相互に比較される。第３
図に示した例では比較器１１でe₂−ex、e₃−ex及
びe₄−exが演算され、そのレベル差が設定レベル
範囲内、すなわち±eh₂以内にあるとき、比較器
１１はＬ点に第３図Ｌに示すようなパルス信号を
出力する。今の場合、レベルe₃がレベルexに最も
近いので、差レベルe₃−ex（絶対値）が最小であ
り、この最小レベルe₃−exのみが上記設定レベル
範囲±eh₂以内にあるものとすれば、Ｃ点の電圧
信号のレベルがe₃であるときの受信時間帯に於い
てＬ点に上記パルス信号が出力される。

アンドゲート１２は上記Ｌ点に出力されたパル
ス信号及び前記Ａ点に出力されたパルス信号の反
対論理及び前記Ｊ点に出力されたパルス信号を入
力としており、これ等のパルス信号が全て揃つた
時点で第３図Ｍに示すようにＭ点にパルス信号を
出力する。第３図に示す例では、当該パルス信号
は計数器２で“0010”を計数した時期の受信時間
帯に出力される。このＭ点のパルス信号は第１の
実施例（第１図）ではメモリー１３の書込みパル
スとなり、当該メモリー１３には当該パルス信号
が出力されたときにＩ点に出力されている減衰信
号の周波数、すなわちxが記憶される。また、
第２の実施例（第２図）では上記Ｍ点のパルス信
号はサンプルホールド回路１４のホールドパルス
となり、当該サンプルホールド回路１３は当該パ
ルス信号が出力されたときにＫ点に出力されてい
る電圧信号のレベル、すなわちexを保持する。

以上の動作が終ると、第３図Ｎに示すようにＮ
点にはメモリー１３（第１の実施例の場合）又は
サンプルホールド回路１４（第２の実施例の場
合）によつてそれぞれ記憶又は保持された情報が
送出され、これ等の情報は表示器１５で分析され
て計測データ、個体識別データ等々が作成され、
当該表示器１５に表示される。

以上、詳細に説明したように、本発明では送信
信号（励振信号）と受信信号（エコー信号）とを
比較して、その差が設定範囲内であることにより
上記受信信号が上記送信信号によつてもたらされ
たものであることを確認しているので、真正なエ
コー信号のみを確実に受信でき、このように本発
明はＳ／Ｎ特性の極めて良好なエコー信号検出方
式を提供するものであつて、その効果は極めて著
しい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の第１及
び第２の実施例を示すブロツク図、第３図は実施
例の動作を示すタイムチヤートである。 （主な記号）、１……パルス生成器、２……計
数器、３……Ｄ／Ａ変換器、４……Ｖ／Ｆ変換
器、１０……Ｆ／Ｖ変換器、１１……比較器、１
２……アンドゲート、１３……メモリー、１４…
…サンプルホールド回路、１６……センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数が階段状に変化する励振信号を振動特
   性のセンサに間欠的に送出し、上記励振信号が断
   たれた瞬間から上記センサによつて放出されるエ
   コー信号を受信して物理事象を計測し、もしくは
   被検出個体を識別するようにしたエコー式テレメ
   ータに於いて、受信信号と上記励振信号とを比較
   し、その差が設定範囲にあることによつて上記受
   信信号が正規のエコー信号であると判断するよう
   にしたエコー式テレメータのエコー信号検出方
   式。 ２ 受信信号と励振信号との比較を、それぞれが
   周波数信号であるときに行うようにした特許請求
   の範囲第１項に記載のエコー式テレメータのエコ
   ー信号検出方式。 ３ 受信信号と励振信号との比較を、それぞれが
   電圧信号であるときに行うようにした特許請求の
   範囲第１項に記載のエコー式テレメータのエコー
   信号検出方式。