JPH0684986B2 - 移動位置測定装置 - Google Patents
移動位置測定装置Info
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- JPH0684986B2 JPH0684986B2 JP15663785A JP15663785A JPH0684986B2 JP H0684986 B2 JPH0684986 B2 JP H0684986B2 JP 15663785 A JP15663785 A JP 15663785A JP 15663785 A JP15663785 A JP 15663785A JP H0684986 B2 JPH0684986 B2 JP H0684986B2
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
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Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を利用して人体又は物体等の各部の移
動位置を３次元的（又は２次元）的に測定する移動位置
測定装置に関するものである。
動位置を３次元的（又は２次元）的に測定する移動位置
測定装置に関するものである。
超音波を利用した位置測定装置は、例えば、人間や動物
の歩行軌跡又は頭、手、足等の各部の動きや位置を測定
する手段として広い応用分野がある。しかも、最近では
より高い精度と高分解能が要求される様になつてきた。
しかし、現在使用されている方式は、パルス状の超音波
を用い、距離に対応した送受波器間の伝播遅延時間の計
測により、対象とする位置を算出し決定するものであ
る。この為、次の様な不都合点があつた。
の歩行軌跡又は頭、手、足等の各部の動きや位置を測定
する手段として広い応用分野がある。しかも、最近では
より高い精度と高分解能が要求される様になつてきた。
しかし、現在使用されている方式は、パルス状の超音波
を用い、距離に対応した送受波器間の伝播遅延時間の計
測により、対象とする位置を算出し決定するものであ
る。この為、次の様な不都合点があつた。
（イ）パルス波を用いているので送受波器や増幅器に広
帯域特性のものが必要で、外部雑音が混入し易く、誤測
定の原因となつていた。
帯域特性のものが必要で、外部雑音が混入し易く、誤測
定の原因となつていた。
（ロ）パルス波の遅延時間の計測では、受信波形および
受信レベルの変動の影響が大きいので、測定精度が低か
つた。
受信レベルの変動の影響が大きいので、測定精度が低か
つた。
（ハ）パルス波の繰り返し周期内では送波器の動きを検
知できないので、送波器の移動に対する分解能が悪く、
連続的な測定が不可能であつた。
知できないので、送波器の移動に対する分解能が悪く、
連続的な測定が不可能であつた。
したがつて、本発明は、送波器からパルス波ではなく、
一定周波数の連続した超音波を送信することにより、移
動体の移動位置の測定を可能にすると共に、高い測定精
度と高分解能を有する移動位置測定装置を提供しようと
するものである。
一定周波数の連続した超音波を送信することにより、移
動体の移動位置の測定を可能にすると共に、高い測定精
度と高分解能を有する移動位置測定装置を提供しようと
するものである。
本発明による移動位置測定装置は、３次元（又は２次
元）空間を移動可能とされた移動体に取付けられた超音
波の連続波信号を送信する単一の送波器（３）と、その
送波器（３）を駆動する一定周波数の発振器（１）と、
その送波器（３）より送信された超音波の連続波信号を
受信するように３次元（又は２次元）空間内の予め設定
された異なる位置にそれぞれ配された３個（又は２個）
の受波器（４），（５），（６）と、送波器（３）が基
準点に位置するときのその送波器（３）及び３個（又は
２個）の受波器（４），（５），（６）との各位置座標
の初期値並びにその送波器（３）及びその３個（又は２
個）の受波器（４），（５），（６）と間の距離の初期
値を設定する初期値設定手段と、３個（又は２個）の受
波器（４），（５），（６）とよりの受信信号に基づく
信号及び発振器（１）よりの発振信号に基づく信号間の
各位相差の変化量を検出し、その検出された各位相差の
変化量及び超音波の連続波信号の伝播速度に基づく速度
値から、３個（又は２個）の受波器（４），（５），
（６）とそれぞれに対する送波器（３）の相対距離変化
量を測定する相対距離変化量測定手段（７），（８），
（９）と、初期値設定手段によって設定された各位置座
標の初期値及び距離の初期値並びに相対距離変化量測定
手段（７），（８），（９）によって測定された各相対
距離変化量とに基づいて、送波器（３）の移動位置座標
を算出する移動位置演算手段（11）とを有し、その移動
位置演算手段（11）の演算結果に基づいて移動体の移動
位置を測定する。
元）空間を移動可能とされた移動体に取付けられた超音
波の連続波信号を送信する単一の送波器（３）と、その
送波器（３）を駆動する一定周波数の発振器（１）と、
その送波器（３）より送信された超音波の連続波信号を
受信するように３次元（又は２次元）空間内の予め設定
された異なる位置にそれぞれ配された３個（又は２個）
の受波器（４），（５），（６）と、送波器（３）が基
準点に位置するときのその送波器（３）及び３個（又は
２個）の受波器（４），（５），（６）との各位置座標
の初期値並びにその送波器（３）及びその３個（又は２
個）の受波器（４），（５），（６）と間の距離の初期
値を設定する初期値設定手段と、３個（又は２個）の受
波器（４），（５），（６）とよりの受信信号に基づく
信号及び発振器（１）よりの発振信号に基づく信号間の
各位相差の変化量を検出し、その検出された各位相差の
変化量及び超音波の連続波信号の伝播速度に基づく速度
値から、３個（又は２個）の受波器（４），（５），
（６）とそれぞれに対する送波器（３）の相対距離変化
量を測定する相対距離変化量測定手段（７），（８），
（９）と、初期値設定手段によって設定された各位置座
標の初期値及び距離の初期値並びに相対距離変化量測定
手段（７），（８），（９）によって測定された各相対
距離変化量とに基づいて、送波器（３）の移動位置座標
を算出する移動位置演算手段（11）とを有し、その移動
位置演算手段（11）の演算結果に基づいて移動体の移動
位置を測定する。
又、本発明は、かかる移動位置測定装置において、受信
信号に基づく信号はその受信信号のＮ（２以上の整数）
てい倍の信号であり、発振信号に基づく信号はその発振
信号のＮてい倍の信号であり、且つ、超音波の連続波信
号の速度に基づく速度値は、その超音波の連続波信号の
速度の1/N倍にそれぞれ設定される。
信号に基づく信号はその受信信号のＮ（２以上の整数）
てい倍の信号であり、発振信号に基づく信号はその発振
信号のＮてい倍の信号であり、且つ、超音波の連続波信
号の速度に基づく速度値は、その超音波の連続波信号の
速度の1/N倍にそれぞれ設定される。
本発明では、３次元（又は２次元）空間を移動可能とさ
れた移動体に超音波の連続波信号を送信する単一の送波
器（３）を取り付ける。その送波器（３）は一定周波数
の発振器（１）によって駆動される。その送波器（３）
より送信された超音波の連続波信号を受信するように３
次元（又は２次元）空間内の予め設定された異なる位置
にそれぞれ３個（又は２個）の受波器（４），（５），
（６）を配する。送波器（３）が基準点に位置するとき
のその送波器（３）及び３個（又は２個）の受波器
（４），（５），（６）との各位置座標の初期値並びに
その送波器（３）及びその３個（又は２個）の受波器
（４），（５），（６）と間の距離の初期値を初期値設
定手段によって設定する。
れた移動体に超音波の連続波信号を送信する単一の送波
器（３）を取り付ける。その送波器（３）は一定周波数
の発振器（１）によって駆動される。その送波器（３）
より送信された超音波の連続波信号を受信するように３
次元（又は２次元）空間内の予め設定された異なる位置
にそれぞれ３個（又は２個）の受波器（４），（５），
（６）を配する。送波器（３）が基準点に位置するとき
のその送波器（３）及び３個（又は２個）の受波器
（４），（５），（６）との各位置座標の初期値並びに
その送波器（３）及びその３個（又は２個）の受波器
（４），（５），（６）と間の距離の初期値を初期値設
定手段によって設定する。
相対距離変化量測定手段（７），（８），（９）によっ
て、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
よりの受信信号に基づく信号及び発振器（１）よりの発
振信号に基づく信号間の各位相差の変化量を検出し、そ
の検出された各位相差の変化量及び超音波の連続波信号
の伝播速度に基づく速度値から、３個（又は２個）の受
波器（４），（５），（６）とそれぞれに対する送波器
（３）の相対距離変化量を測定する。
て、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
よりの受信信号に基づく信号及び発振器（１）よりの発
振信号に基づく信号間の各位相差の変化量を検出し、そ
の検出された各位相差の変化量及び超音波の連続波信号
の伝播速度に基づく速度値から、３個（又は２個）の受
波器（４），（５），（６）とそれぞれに対する送波器
（３）の相対距離変化量を測定する。
移動位置演算手段（11）によって、初期値設定手段によ
って設定された各位置座標の初期値及び距離の初期値並
びに相対距離変化量測定手段（７），（８），（９）に
よって測定された各相対距離変化量に基づいて、送波器
（３）の移動位置座標を算出する。その移動位置演算手
段（11）の演算結果に基づいて移動体の移動位置が測定
される。
って設定された各位置座標の初期値及び距離の初期値並
びに相対距離変化量測定手段（７），（８），（９）に
よって測定された各相対距離変化量に基づいて、送波器
（３）の移動位置座標を算出する。その移動位置演算手
段（11）の演算結果に基づいて移動体の移動位置が測定
される。
又、本発明では、かかる移動位置測定装置において、相
対距離変化量測定手段（７），（８），（９）によっ
て、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
よりの受信信号のＮ（２以上の整数）てい倍の信号及び
発振器（１）よりの発振信号のＮてい倍の信号の各位相
差の変化量を検出し、その検出された各位相差の変化量
及び超音波の連続波信号の伝播速度に基づく速度値か
ら、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
とそれぞれに対する送波器（３）の相対距離変化量を測
定する。
対距離変化量測定手段（７），（８），（９）によっ
て、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
よりの受信信号のＮ（２以上の整数）てい倍の信号及び
発振器（１）よりの発振信号のＮてい倍の信号の各位相
差の変化量を検出し、その検出された各位相差の変化量
及び超音波の連続波信号の伝播速度に基づく速度値か
ら、３個（又は２個）の受波器（４），（５），（６）
とそれぞれに対する送波器（３）の相対距離変化量を測
定する。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の全体を示す構成図である。（１）は、
例えば周波数40kHzの連続波信号を発生する発振器で、
伝送線路（２）を介して３次元の位置Ｚにある送波器
（３）に接続され、前記連続波信号は送波器（３）より
超音波として空中に送信される。この超音波は、夫々予
め任意の位置に設定された３つの受波器（４），
（５），（６）で受信され、リード線を介して夫夫対応
する相対距離変化測定回路（７），（８），（９）に接
続されている。ここで、送波器（３）と各受波器
（４），（５），（６）の位置及び座標値は図の様な関
係に設定しておくものとする。Z0は送波器（３）の基準
点を示すものである。前記３つの相対距離変化測定回路
（７），（８），（９）は、前記発振器（１）の連続波
信号を基準として前記３つの受波器で受信された音波に
対応した各電気信号の位相変化量を検出することによ
り、送波器（３）と受波器（４），（５），（６）との
間の相対距離変化量r1，r2，r3を算出するものである。
（10）はリセツト回路で、送波器（３）が予め定めた基
準点Z0上に来たとき、相対距離変化測定回路（７），
（８），（９）と位置演算装置（11）にリセツト信号を
加える様になつている（11）は相対距離変化測定回路
（７），（８），（９）の出力r1，r2，r3に基づいて、
送波器（３）の３次元位置を算出する位置演算装置であ
る。
例えば周波数40kHzの連続波信号を発生する発振器で、
伝送線路（２）を介して３次元の位置Ｚにある送波器
（３）に接続され、前記連続波信号は送波器（３）より
超音波として空中に送信される。この超音波は、夫々予
め任意の位置に設定された３つの受波器（４），
（５），（６）で受信され、リード線を介して夫夫対応
する相対距離変化測定回路（７），（８），（９）に接
続されている。ここで、送波器（３）と各受波器
（４），（５），（６）の位置及び座標値は図の様な関
係に設定しておくものとする。Z0は送波器（３）の基準
点を示すものである。前記３つの相対距離変化測定回路
（７），（８），（９）は、前記発振器（１）の連続波
信号を基準として前記３つの受波器で受信された音波に
対応した各電気信号の位相変化量を検出することによ
り、送波器（３）と受波器（４），（５），（６）との
間の相対距離変化量r1，r2，r3を算出するものである。
（10）はリセツト回路で、送波器（３）が予め定めた基
準点Z0上に来たとき、相対距離変化測定回路（７），
（８），（９）と位置演算装置（11）にリセツト信号を
加える様になつている（11）は相対距離変化測定回路
（７），（８），（９）の出力r1，r2，r3に基づいて、
送波器（３）の３次元位置を算出する位置演算装置であ
る。
次に第１図の動作について説明する。
（ａ）．測定を行う領域に３次元座標を設定し、送波器
（３）の基準点Z0及び３つの受波器（４），（５），
（６）の予め設定した位置Z1，Z2，Z3の座標値Z0（0,b,
0）、Z1（a,0,0）、Z2（−a,0,0）及びZ3（0,c,0）を位
置演算装置（11）内の例えばRAM等のメモリー（図示せ
ず）に記憶させておき、またこれらの各座標値より送波
器（３）の基準点と各受波器間の距離R1，R2，R3も演算
して既知の量として上記メモリーに記憶しておくものと
する。
（３）の基準点Z0及び３つの受波器（４），（５），
（６）の予め設定した位置Z1，Z2，Z3の座標値Z0（0,b,
0）、Z1（a,0,0）、Z2（−a,0,0）及びZ3（0,c,0）を位
置演算装置（11）内の例えばRAM等のメモリー（図示せ
ず）に記憶させておき、またこれらの各座標値より送波
器（３）の基準点と各受波器間の距離R1，R2，R3も演算
して既知の量として上記メモリーに記憶しておくものと
する。
（ｂ）．発振器（１）より伝送線路（２）を介して送ら
れた一定周波数の連続波信号は、送波器（３）より超音
波として空中に送信され、３つの受波器で受信される。
受信された超音波は電気信号に変換されてリード線を介
し、夫々相対距離変化測定回路（７），（８），（９）
へ送られる。
れた一定周波数の連続波信号は、送波器（３）より超音
波として空中に送信され、３つの受波器で受信される。
受信された超音波は電気信号に変換されてリード線を介
し、夫々相対距離変化測定回路（７），（８），（９）
へ送られる。
（ｃ）．相対距離変化測定回路（７），（８），（９）
では、受波器（４），（５），（６）からの電気信号の
位相が送波器（３）の移動に伴つて変化するので、これ
を検出して送波器（３）と各受波器間の相対距離変化量
r1，r2，r3を算出し出力する。尚、これら回路の構成に
ついては第２図に示し詳細については後述する。
では、受波器（４），（５），（６）からの電気信号の
位相が送波器（３）の移動に伴つて変化するので、これ
を検出して送波器（３）と各受波器間の相対距離変化量
r1，r2，r3を算出し出力する。尚、これら回路の構成に
ついては第２図に示し詳細については後述する。
（ｄ）．算出された相対距離変化量r1，r2，r3は位置演
算装置（11）に送られる。ここでこれら各値と、前述の
予め記憶された送波器（３）の基準点及び各受波器の位
置Z0，Z1，Z2，Z3の座標値と基準点Z0と受波器（４），
（５），（６）間の距離R1，R2，R3を基にして演算を行
い、送波器（３）の任意の３次元位置Ｚが求められる。
算装置（11）に送られる。ここでこれら各値と、前述の
予め記憶された送波器（３）の基準点及び各受波器の位
置Z0，Z1，Z2，Z3の座標値と基準点Z0と受波器（４），
（５），（６）間の距離R1，R2，R3を基にして演算を行
い、送波器（３）の任意の３次元位置Ｚが求められる。
次に、第２図で前述の相対距離変化測定回路（７），
（８），（９）について詳細に説明する。尚、各回路は
同一構成のため、（７）のみについて説明する。
（８），（９）について詳細に説明する。尚、各回路は
同一構成のため、（７）のみについて説明する。
（12）は増幅器で、送波器（３）の送信波に応じた受波
器（４）の出力信号e1を増幅する。（13）は一方のＮて
い倍回路で、増幅器（12）の出力信号ｅ′1の周波数を
Ｎ倍に高めるものである。（14）は発振器（１）からの
出力信号e0の周波数をＮ倍する他方のＮてい倍回路であ
る。（15）は90°移相回路でＮてい倍回路（14）の出力
信号eNの位相を90°シフトさせる。（16）及び（18）は
掛算器で、一方の掛算器（16）はＮてい倍回路（13）及
び（14）の出力信号ｅ′1NとeNを乗算し、他方の掛算器
（18）はＮてい倍回路（13）の出力信号ｅ′1Nと90°移
相回路（15）の出力信号ｅ′Nを乗算する。（17）及び
（19）はローパスフィルタで掛算器（16）とローパスフ
イルタ（17）で一方の相関回路（上側点線内）を構成
し、掛算器（18）とローパスフイルタ（19）で他方の相
関回路（下側点線内）を構成している。（20）及び（2
1）は上記２つの相関回路の出力信号波形を整形する波
形整形回路で夫々アツプダウンカウンタ（22）に接続さ
れている。このアツプダウンカウンタ（22）の出力はD/
A変換器（23）に加えられ、このD/A変換器（23）から、
送波器（３）の動きによる相対距離変化量r1が出力され
る。
器（４）の出力信号e1を増幅する。（13）は一方のＮて
い倍回路で、増幅器（12）の出力信号ｅ′1の周波数を
Ｎ倍に高めるものである。（14）は発振器（１）からの
出力信号e0の周波数をＮ倍する他方のＮてい倍回路であ
る。（15）は90°移相回路でＮてい倍回路（14）の出力
信号eNの位相を90°シフトさせる。（16）及び（18）は
掛算器で、一方の掛算器（16）はＮてい倍回路（13）及
び（14）の出力信号ｅ′1NとeNを乗算し、他方の掛算器
（18）はＮてい倍回路（13）の出力信号ｅ′1Nと90°移
相回路（15）の出力信号ｅ′Nを乗算する。（17）及び
（19）はローパスフィルタで掛算器（16）とローパスフ
イルタ（17）で一方の相関回路（上側点線内）を構成
し、掛算器（18）とローパスフイルタ（19）で他方の相
関回路（下側点線内）を構成している。（20）及び（2
1）は上記２つの相関回路の出力信号波形を整形する波
形整形回路で夫々アツプダウンカウンタ（22）に接続さ
れている。このアツプダウンカウンタ（22）の出力はD/
A変換器（23）に加えられ、このD/A変換器（23）から、
送波器（３）の動きによる相対距離変化量r1が出力され
る。
第２図の相対距離変化測定回路（７）の動作について説
明する。
明する。
発振器（１）からの連続波信号を基準とする出力信号e0
は e0＝E0cosωｔ （１） で表すことができ、受波器（４）の出力信号e1を入力し
て増幅器（12）で増幅された出力信号ｅ′1は、 で表される。ここでυは音波の伝搬速度、Ｒは送波器
（３）と受波器（４）との距離を示す。（２）式に於い
て分解能を高めるために、Ｎてい倍回路（13）で周波数
をＮ倍（Ｎ＝２以上の整数）すれば、ω／υ＝２π／λ
（λ：超音波の波長）であるから、その出力信号ｅ′1N
は、 となる。
は e0＝E0cosωｔ （１） で表すことができ、受波器（４）の出力信号e1を入力し
て増幅器（12）で増幅された出力信号ｅ′1は、 で表される。ここでυは音波の伝搬速度、Ｒは送波器
（３）と受波器（４）との距離を示す。（２）式に於い
て分解能を高めるために、Ｎてい倍回路（13）で周波数
をＮ倍（Ｎ＝２以上の整数）すれば、ω／υ＝２π／λ
（λ：超音波の波長）であるから、その出力信号ｅ′1N
は、 となる。
発振器（１）の連続波信号の出力信号e0の周波数をＮて
い倍回路（14）でＮ倍した出力信号eNは、 eN＝E0cosNωｔ （４） で表され、この出力信号を90°移相回路（15）に加える
と、その出力信号ｅ′Nは、 ｅ′N＝E0sinNωｔ （５） となる。（４）式及び（５）式で表される出力信号と、
（３）式の出力信号との相関をとつて、一方の出力信号
をEc、他方の出力信号Esとすれば が得られる。（６）式及び（７）式の は平均を示す。この平均化は２つの相関回路内のローパ
スフイルタ（17）及び（１）で行われる。ここで（６）
式及び（７）式を組み合わせると となる。これは、送波器（３）と受波器（４）との距離
Ｒが するごとに１回転するベクトルを表しており、Ｒが増加
なら左回り、減少なら右回りの回転ベクトルである。よ
つてこのベクトルの位相変化を検出すれば送受波器間の
相対距離変化量が得られることになる。実際には、第２
図に示す如く、２つの相関回路の出力信号Ec及びEsを波
形整形回路（20）及び（21）でパルス化してアツプダウ
ンカウンタ（22）で計数し、この計数出力信号をD/A変
換器（23）でアナログ信号に変換されて出力される。こ
のアナログ信号出力は送波器（３）と受波器（４）間の
距離Ｒが するごとに１ステツプずつ増減する。従つて、送波器
（３）をその基準点Z0上に置いて、アツプダウンカウン
タ（22）と第１図の位置演算装置（11）をリセツト回路
（10）の出力でリセツトされることにより、D/A変換器
（23）の出力が上記基準点Z0を始点として送波器（３）
と受波器（４）間の相対距離変化量r1を表わすことにな
る。同様にして他の２つの相対距離変化測定回路
（８），（９）からも、送波器（３）の基準点Z0を始点
とした夫々の相対距離変化量r2及びr3が得られる。
い倍回路（14）でＮ倍した出力信号eNは、 eN＝E0cosNωｔ （４） で表され、この出力信号を90°移相回路（15）に加える
と、その出力信号ｅ′Nは、 ｅ′N＝E0sinNωｔ （５） となる。（４）式及び（５）式で表される出力信号と、
（３）式の出力信号との相関をとつて、一方の出力信号
をEc、他方の出力信号Esとすれば が得られる。（６）式及び（７）式の は平均を示す。この平均化は２つの相関回路内のローパ
スフイルタ（17）及び（１）で行われる。ここで（６）
式及び（７）式を組み合わせると となる。これは、送波器（３）と受波器（４）との距離
Ｒが するごとに１回転するベクトルを表しており、Ｒが増加
なら左回り、減少なら右回りの回転ベクトルである。よ
つてこのベクトルの位相変化を検出すれば送受波器間の
相対距離変化量が得られることになる。実際には、第２
図に示す如く、２つの相関回路の出力信号Ec及びEsを波
形整形回路（20）及び（21）でパルス化してアツプダウ
ンカウンタ（22）で計数し、この計数出力信号をD/A変
換器（23）でアナログ信号に変換されて出力される。こ
のアナログ信号出力は送波器（３）と受波器（４）間の
距離Ｒが するごとに１ステツプずつ増減する。従つて、送波器
（３）をその基準点Z0上に置いて、アツプダウンカウン
タ（22）と第１図の位置演算装置（11）をリセツト回路
（10）の出力でリセツトされることにより、D/A変換器
（23）の出力が上記基準点Z0を始点として送波器（３）
と受波器（４）間の相対距離変化量r1を表わすことにな
る。同様にして他の２つの相対距離変化測定回路
（８），（９）からも、送波器（３）の基準点Z0を始点
とした夫々の相対距離変化量r2及びr3が得られる。
前述の如く、各相対距離変化測定回路（７），（８），
（９）ではＮてい倍回路（13），（14）を使用すること
により各受波器（４），（５），（６）からの電気信号
の周波数がＮ倍になりその結果、相対距離変化量の測定
分解能もＮ倍に高められる。例えば、発振器（１）の発
振周波数；＝40kHz、空気の音速；υ＝340m/sのと
き、λ（波長）＝8.5m/mとなるから、Ｎ＝４とすればそ
の分解能はλの1/4、すなわち約2m/mが得られる。
（９）ではＮてい倍回路（13），（14）を使用すること
により各受波器（４），（５），（６）からの電気信号
の周波数がＮ倍になりその結果、相対距離変化量の測定
分解能もＮ倍に高められる。例えば、発振器（１）の発
振周波数；＝40kHz、空気の音速；υ＝340m/sのと
き、λ（波長）＝8.5m/mとなるから、Ｎ＝４とすればそ
の分解能はλの1/4、すなわち約2m/mが得られる。
以上説明した様に、送波器（３）の基準点Z0を始点とす
る送波器（３）と３つの受波器（４），（５），（６）
との間の相対距離変化量r1，r2，r3が測定されたので、
これらの各値から送波器（３）の３次元位置Ｚを算出す
る手順を以下に示す。送波器（３）が基準点Z0にあると
きは３つの受波器（４），（５），（６）迄の距離は、
既知の量として、 R1＝｜Z1−Z0｜ （９） R2＝｜Z2−Z0｜ （10） R3＝｜Z3−Z0｜ （11） の様に計算により求められる。これらの値は予め位置演
算装置（11）内のメモリーに記憶しておく。次に送波器
（３）が基準点Z0からある点Ｚへ移動したとき、その後
の送波器と夫々の受波器間の相対距離変化量r1，r2，r3
は夫々、 r1＝|Z−Z1｜−R1 （12） r2＝|Z−Z2｜−R2 （13） r3＝|Z−Z3｜−R3 （14） で表されるから、上式（12），（13），（14）に各々座
標値を代入すれば次式が得られる。
る送波器（３）と３つの受波器（４），（５），（６）
との間の相対距離変化量r1，r2，r3が測定されたので、
これらの各値から送波器（３）の３次元位置Ｚを算出す
る手順を以下に示す。送波器（３）が基準点Z0にあると
きは３つの受波器（４），（５），（６）迄の距離は、
既知の量として、 R1＝｜Z1−Z0｜ （９） R2＝｜Z2−Z0｜ （10） R3＝｜Z3−Z0｜ （11） の様に計算により求められる。これらの値は予め位置演
算装置（11）内のメモリーに記憶しておく。次に送波器
（３）が基準点Z0からある点Ｚへ移動したとき、その後
の送波器と夫々の受波器間の相対距離変化量r1，r2，r3
は夫々、 r1＝|Z−Z1｜−R1 （12） r2＝|Z−Z2｜−R2 （13） r3＝|Z−Z3｜−R3 （14） で表されるから、上式（12），（13），（14）に各々座
標値を代入すれば次式が得られる。
（ｘ−ａ）2＋y2＋z2＝（R1＋r1）2 （15） （ｘ＋ａ）2＋y2＋z2＝（R2＋r2）2 （16） x2＋y2＋（ｚ−ｃ）2＝（R3＋r3）2 （17） よつて、上式（15），（16），（17）から送波器（３）
の３次元位置Ｚの座標値x,y,zは次式により求められ
る。
の３次元位置Ｚの座標値x,y,zは次式により求められ
る。
これら式（18），（19），（20）に基づき送波器（３）
の位置を算出する装置が第１図の位置演算装置（11）と
して示されている。この位置演算装置（11）は、例え
ば、マイクロコンピューターを用いれば容易に実施可能
で、リセツト回路（10）からの信号により、送波器
（３）が基準点Z0上に来たことを知り、相対距離変化測
定回路（７），（８），（９）の出力信号r1，r2，r
3と、予め記憶させておいた送受波路の各座標値及び所
要値とから送波器の３次元位置Ｚを演算する。
の位置を算出する装置が第１図の位置演算装置（11）と
して示されている。この位置演算装置（11）は、例え
ば、マイクロコンピューターを用いれば容易に実施可能
で、リセツト回路（10）からの信号により、送波器
（３）が基準点Z0上に来たことを知り、相対距離変化測
定回路（７），（８），（９）の出力信号r1，r2，r
3と、予め記憶させておいた送受波路の各座標値及び所
要値とから送波器の３次元位置Ｚを演算する。
尚、上記説明では受波器を３個使用して、送波器（３）
の位置を３次元的に求めたが、受波器を２個にした場合
は２次元位置（平面位置）が求められることは勿論であ
る。
の位置を３次元的に求めたが、受波器を２個にした場合
は２次元位置（平面位置）が求められることは勿論であ
る。
また、伝送線路（２）を使用する代わりに、テレメータ
方式で無線によつて発振器（１）の連続波信号を送波器
（３）に伝送することもできる。
方式で無線によつて発振器（１）の連続波信号を送波器
（３）に伝送することもできる。
以上説明した通り、本発明によれば次の如き種種の顕著
な効果が得られる。
な効果が得られる。
（イ）送信信号はパルス波でなく、一定周波数の連続波
信号を使用しているので、増幅器は狭帯域のものを使用
でき、外来雑音の影響を受けにくく、高いS/N比を以て
移動体の移動位置を測定することができる。
信号を使用しているので、増幅器は狭帯域のものを使用
でき、外来雑音の影響を受けにくく、高いS/N比を以て
移動体の移動位置を測定することができる。
（ロ）一定周波数の連続波信号を使用した位相変化によ
る測定を行つているため、受信レベルの変動の影響は小
さく、高精度に移動位置のができる。
る測定を行つているため、受信レベルの変動の影響は小
さく、高精度に移動位置のができる。
（ハ）送波器の動きに対する情報が連続的に得られ分解
能も高い。
能も高い。
（ニ）３個（又は２個）の受波器よりの受信信号及び発
振器よりの発振信号をそれぞれＮてい倍してから、その
間の各位相差の変化量を検出することによって、各相対
距離変化量の測定分解能がＮ倍に高められる。
振器よりの発振信号をそれぞれＮてい倍してから、その
間の各位相差の変化量を検出することによって、各相対
距離変化量の測定分解能がＮ倍に高められる。
第１図は本発明の好適な実施例の概要を示すブロツク
図、第２図は第１図の相対距離変化測定回路の詳細な構
成を示すブロツク図である。 （３）……送波器、（４）〜（６）……受波器、（７）
〜（９）……相対距離変化測定回路、（10）……リセツ
ト回路、（11）……位置演算装置、（13），（14）……
Ｎてい倍回路、（15）……90°移相回路、（22）……ア
ツプダウンカウンタ、（23）……D/A変換器。
図、第２図は第１図の相対距離変化測定回路の詳細な構
成を示すブロツク図である。 （３）……送波器、（４）〜（６）……受波器、（７）
〜（９）……相対距離変化測定回路、（10）……リセツ
ト回路、（11）……位置演算装置、（13），（14）……
Ｎてい倍回路、（15）……90°移相回路、（22）……ア
ツプダウンカウンタ、（23）……D/A変換器。
Claims (2)
- 【請求項１】３次元（又は２次元）空間を移動可能とさ
れた移動体に取付けられた超音波の連続波信号を送信す
る単一の送波器と、 該送波器を駆動する一定周波数の発振器と、 該送波器より送信された超音波の連続波信号を受信する
ように上記３次元（又は２次元）空間内の予め設定され
た異なる位置にそれぞれ配された３個（又は２個）の受
波器と、 上記送波器が基準点に位置するときの該送波器及び上記
３個（又は２個）の受波器の各位置座標の初期値並びに
該送波器及び該３個（又は２個）の受波器間の距離の初
期値を設定する初期値設定手段と、 上記３個（又は２個）の受波器よりの受信信号に基づく
信号及び上記発振器よりの発振信号に基づく信号間の各
位相差の変化量を検出し、該検出された各位相差の変化
量及び上記超音波の連続波信号の伝播速度に基づく速度
値から、上記３個（又は２個）の受波器それぞれに対す
る上記送波器の相対距離変化量を測定する相対距離変化
量測定手段と、 上記初期値設定手段によって設定された上記各位置座標
の初期値及び上記距離の初期値並びに上記相対距離変化
量測定手段によって測定された上記各相対距離変化量と
に基づいて、上記送波器の移動位置座標を算出する移動
位置演算手段とを有し、 該移動位置演算手段の演算結果に基づいて上記移動体の
移動位置を測定するようにしたことを特徴とする移動位
置測定装置。 - 【請求項２】上記受信信号に基づく信号は、該受信信号
のＮ（２以上の整数）てい倍の信号であり、上記発振信
号に基づく信号は該発振信号のＮてい倍の信号であり、
且つ、上記超音波の連続波信号の速度に基づく速度値
は、該超音波の連続波信号の速度の1/N倍であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の移動位置測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15663785A JPH0684986B2 (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 移動位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15663785A JPH0684986B2 (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 移動位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6217675A JPS6217675A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0684986B2 true JPH0684986B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=15632021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15663785A Expired - Lifetime JPH0684986B2 (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 移動位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684986B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103832905A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 日立电梯（中国）有限公司 | 一种电梯轿厢位置检测装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0166084U (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-27 | ||
| JPH06186328A (ja) * | 1992-12-21 | 1994-07-08 | Fujitsu Ltd | 超音波距離測定装置 |
| JP2018028435A (ja) * | 2014-12-25 | 2018-02-22 | 三菱電機株式会社 | 周波数変換装置 |
-
1985
- 1985-07-16 JP JP15663785A patent/JPH0684986B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103832905A (zh) * | 2012-11-20 | 2014-06-04 | 日立电梯（中国）有限公司 | 一种电梯轿厢位置检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6217675A (ja) | 1987-01-26 |
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