JPH09189506A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】隣接橋桁間における相対位置の検出に好適な位
置検出装置を実現する。 【解決手段】橋桁等の一方に取着される発信装置１０と
他方に取着される受信装置２０とを具備して相対位置を
間接的に検出する位置検出装置であって、発信装置１０
は、送信コイル１２を備えて所定周波数の磁気信号を発
信するものであり、受信装置２０は、磁気信号を受ける
３個以上の受信コイル２１，２２，２３とこれらを介し
て得た受信信号についてレベルを測定する手段２５〜２
７とを備えたものであり、受信コイル２１，２２，２３
は、それぞれが異なる部位に配置されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、位置検出装置に
関し、詳しくは、高架道路や連絡橋などにおける隣接橋
桁間の相対位置を検出・測定するのに好適な位置検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置検出装置としては、レーザ光
や、マイクロ波、あるいは超音波を利用して２物体間の
距離を精密測定するものが知られている。

【０００３】また、コイルと、このコイルの電流によっ
て渦電流が誘起される金属板とを備え、コイルと金属板
との距離を渦電流の大きさに応じて簡易測定するものも
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の位置検出装置では、精密測定のものは精度が
良くても価格が高い。一方、簡易測定のものは、精度の
確保がままならないばかりか、所望の検出距離を稼ぐに
はコイル電流の駆動に大パワーを要すること等のため、
さほど価格も安くならない。また、これらの装置は、１
方向の距離を検出するものなので、２方向，３方向にお
ける位置を検出しようとすると、基本的に２台，３台の
装置が必要となるので、一層コストが嵩む。

【０００５】これに対し、隣接した橋桁間における相対
位置の検出・測定には、前後，左右，上下の３方向にお
ける数ｃｍ（例えば５ｃｍ程度）の範囲に亘って数ｍｍ
（例えば±３ｍｍ程度）の精度で、検出を行う必要があ
る。そして、このような条件を満たすことを前提とし
て、装置コストの低減を図ることが課題となる。

【０００６】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、隣接橋桁間等における相対位
置の検出に好適な位置検出装置を実現することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明では、コイルを用いて送受信を行った
ときに送信コイルと受信コイルとの間における距離およ
びずれ量に応じて受信レベルが変化することと、受信コ
イルを３個以上用いればそれぞれの受信レベルと３方向
における位置との関係が概ね全域で一対一に決まるこ
と、数ｃｍの検出範囲であれば一般的な増幅素子等を用
いて十分に受信信号を検出するのが可能であることに基
づいて、所定の発振信号を磁気信号として送出する発信
装置と、その磁気信号を受信する受信装置とを構成した
ものである。そして、一方の橋桁に発信装置を取付け、
これと対向させて他方の橋桁に対し受信装置を取付けて
おいて、位置検出に必要な受信信号の絶対レベルあるい
はレベル変化を測定するのである。

【０００８】その第１の構成は（、出願当初の請求項１
に記載の如く）、橋桁等の一対の測定対象物の一方に取
着される発信装置と、その他方に取着される受信装置と
を具備して、前記測定対象物間の相対位置を間接的に検
出する位置検出装置であって、前記発信装置は、送信コ
イルを備え、これを介して所定周波数の磁気信号を発信
するものであり、前記受信装置は、前記磁気信号を受け
る３個以上の受信コイルと、これらを介して得た受信信
号についてレベルを測定するレベル測定手段とを備えた
ものであり、前記受信コイルは、それぞれが異なる部位
に配置されたものであることを特徴とするものである。

【０００９】ここで、上記の「所定周波数」は、数ｃｍ
離れた送信コイルと受信コイルとの電磁結合による非接
触での送受信に適した周波数を意味し、使用環境等に応
じて数百Ｈｚ〜数ＭＨｚの範囲から選択される。また、
各「コイル」の形状としては、三角形や四角形等の多角
形、円形、螺旋形、そして筒形などが挙げられる。

【００１０】このような第１の構成の位置検出装置にあ
っては、一対の測定対象物間の相対位置に応じて各受信
コイルの受信レベルが概ね一対一で定まる。これによ
り、測定して得られた各受信信号のレベルから、逆算処
理等を施すことで間接的に、相対位置を検出することが
できる。しかも、相対位置における１ｍｍ以下の変化に
対して受信レベルは測定可能な程度を超えて十分に変化
する。

【００１１】したがって、この発明によれば、隣接橋桁
間等における相対位置の検出に好適な位置検出装置を実
現することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の位置検出装置について、
第２の構成は（、出願当初の請求項２に記載の如く）、
橋桁等の一対の測定対象物の一方に取着された発信装置
から所定周波数の磁気信号を受けて前記測定対象物間の
相対位置を間接的に検出するに際し、前記測定対象物の
他方に取着される位置検出装置であって、異なる部位に
配置され前記磁気信号を受ける３個以上の受信コイル
と、これらを介して得た受信信号についてレベルを測定
するレベル測定手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】このような第２の構成の位置検出装置にあ
っては、第１の構成の位置検出装置における特徴的な受
信装置の構成を完備している。そこで、簡易な発信装置
と組み合わせることにより、妥当なコスト及び精度で、
隣接橋桁間等における相対位置を検出することができ
る。

【００１４】本発明の位置検出装置について、具体的な
第３の構成は（、出願当初の請求項３に記載の如く）、
上記した第２の構成の位置検出装置であって、各受信コ
イルごとに設けられ、各要素が発信装置と該当コイルと
の各相対位置に対応づけられるとともにその位置で予め
得られている受信レベルの値を保持する３次元配列構造
体と、これらの３次元配列構造体をアクセスして、値が
レベル測定手段による測定値に略一致する要素を検索す
る検索手段と、この検索手段の一部として又は別個に設
けられ、その検索した要素の配列内アドレスから前記測
定対象物間の相対位置を算出する演算手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１５】ここで、上記の「３次元配列構造体」と
は、メモリに割付られた配列の構造体データであって、
各要素の配列内アドレスがインデックスの３つ組によっ
て一義的に定まるものである。また、上記の「略一致す
る」とは、各受信コイルごとの測定値と各配列の該当要
素の値との差についてとった絶対値の和や２乗平均など
が精度確保の観点から十分に小さいことを意味する。差
が最小のとき一致したとするのが、典型的である。

【００１６】このような第３の構成の位置検出装置にあ
っては、各受信コイルに対応した３次元配列構造体を検
索することにより、受信信号レベルから測定対象物間の
相対位置の情報が直接的な表現形式で得られる。しか
も、要求される検出範囲および検出精度の下では３次元
配列構造体のサイズがさほど大きくならなくて済むの
で、記憶容量および検索処理手順を小規模，簡素なもの
とすることができる。

【００１７】したがって、この発明によれば、妥当なコ
スト及び精度で、隣接橋桁間等における相対位置の検出
および位置情報の算出を行う位置検出装置を実現するこ
とができる。

【００１８】本発明の位置検出装置について、さらに具
体的な第４の構成は（、出願当初の請求項４に記載の如
く）、上記した第３の構成の位置検出装置であって、前
記受信コイルは、４個以上が設けられ、直交２直線のそ
れぞれに２個以上が乗る位置関係を保って配置されたも
のであり、前記検索手段は、前記３次元配列構造体のう
ち前記直交２直線の何れか一方に対して配置された受信
コイルに対応する３次元配列構造体にアクセスして検索
を行うとともに、この検索結果に応じて、前記３次元配
列構造体のうちの残りの３次元配列構造体に対する検索
に際してのアクセス範囲を限定するものであることを特
徴とする。

【００１９】このような第４の構成の位置検出装置にあ
っては、受信コイルが直交２方向に対応して配置されて
いることから、レベル測定手段による測定値に値が略一
致する３次元配列構造体の要素は、それぞれの方向に対
応した３次元配列構造体に独立にアクセスして得た両候
補群の共通要素として求められる。そこで、それぞれの
方向に対応した３次元配列構造体に順次にアクセスして
も、やはり両候補群の共通要素として求められる。その
際、先のアクセスによって絞られた候補要素以外の要素
については、後のアクセス時にアクセスしてもしなくて
も結果には影響がない。

【００２０】このような特質に基づいて検索に際しての
アクセス範囲が限定されることにより、検索処理の速度
を向上させることができる。したがって、この発明によ
れば、妥当なコスト及び精度で且つ迅速に、隣接橋桁間
等における相対位置の検出および位置情報の算出を行う
位置検出装置を実現することができる。

【００２１】

【実施例】本発明の位置検出装置の第１実施例につい
て、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図
１は、その回路構成を示すブロックであり、図２は、そ
の受信コイルの配置図である。

【００２２】この位置検出装置は、一対の発信ユニット
（発信装置）１０と受信ユニット（受信装置；位置検出
装置）２０とからなるものである。

【００２３】発信ユニット１０は、数百ｋＨｚの一定周
波数で発振する発振回路１１を有して発振信号を発生さ
せ、この発振信号に対応した駆動電流を受ける送信コイ
ル１２も有して、送信コイル１２から外部へ所定周波数
の磁気信号を発信するものとなっている。

【００２４】受信ユニット２０は、それぞれが同一平面
上で正三角形の異なる頂点位置に配設された３個の受信
コイル２１，２２，２３を有する。受信コイル２１等
は、フェライト芯２８とともに螺旋状にパターン形成さ
れ、あるいはフェライト芯２８にコイル線を巻回して形
成されていて、送信コイル１２からの磁気信号を受けて
受信信号が誘起されるものである。なお、受信コイル２
１等の配設面にはボルト孔２９が穿孔されていて、受信
ユニット２０は取付面等に対してボルトで取着するもの
となっている。

【００２５】受信ユニット２０は、受信コイル２１，２
２，２３の受信信号を選択的に入力するセレクタ２４
と、セレクタ２４の出力を受けて増幅するアンプ２５
と、アンプ２５の出力が平滑化されたアナログ信号を入
力しこれをデジタル化するＡ／Ｄ変換回路２６と、Ａ／
Ｄ変換回路２６の出力（ａ，ｂ，ｃ）を取り込むコント
ローラ２７とを有しており、これによって、時分割で順
次に各受信信号についてレベルを測定するものとなって
いる。

【００２６】なお、コントローラ２７は、簡易形ネット
ワークのケーブル３０に接続されていて、これに測定値
（ａ，ｂ，ｃ）の報告伝文を送出する機能も備えたもの
である。

【００２７】第１実施例の位置検出装置について、その
使用態様及び動作を説明する。

【００２８】図３は、高架道路に対しての適用状態を示
す図である。この状態では、橋杭４１上で隣合っている
一対の橋桁（測定対象物）４２に対して発信ユニット１
０及び受信ユニット２０が取付けられる。発信ユニット
１０は一方の橋桁４２に取り付けられ、受信ユニット２
０は他方の橋桁４２に取り付けられるが、何れも橋桁４
２の端部下方においてアングル４３を介して橋桁４２に
固定され、互いのコイル面が対向するようにされる。な
お、他の橋桁隣接箇所にも同様に位置検出装置が取着さ
れる。

【００２９】そして、ケーブル３０が接続され、橋桁４
２上の図示しない照明灯用の電源等から電力の供給を受
けると、発信ユニット１０が動作して所定周波数の磁気
信号が発信される。また、受信ユニット２０が動作し
て、順次、送信コイル１２と受信コイル２１との相互イ
ンダクタンスに応じた測定値ａが求められ、送信コイル
１２と受信コイル２２との相互インダクタンスに応じた
測定値ｂが求められ、送信コイル１２と受信コイル２３
との相互インダクタンスに応じた測定値ｃも求められ
る。こうして得られた測定値（ａ，ｂ，ｃ）は、ケーブ
ル３０を介してデータ収集装置等に一定周期で送られ
る。

【００３０】かかる状態で、橋桁４２が伸縮したり移動
したり極端な場合は落下等した場合には、送信コイル１
２と受信コイル２１，２２，２３との距離が変化して相
互インダクタンスも変化する。そこで、隣接橋桁４２間
における相対位置の変化に応じて測定値（ａ，ｂ，ｃ）
も変化する。こうして、間接的な表現形式ではあるが、
隣接橋桁４２間における相対位置が検出される。

【００３１】そして、この検出結果を用いることで、橋
桁４２が正常であるか、あるいは橋桁４２等に異常が発
生して通行等不能となっているかなどを、実用上有効な
確度で推定し得るのである。

【００３２】本発明の位置検出装置の第２実施例につい
て、その構成を説明する。

【００３３】図４は、その受信コイルの配置図であり、
図５は、コントローラのブロック構成図である。第２実
施例が第１実施例と相違するのはこれらの受信コイル及
びコントローラなので、以下これらの相違点を中心に説
明する。

【００３４】受信コイルは、４個設けられ、上下左右
（Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ）で対称に配置されて、上下のｙ方向
と左右のｘ方向との直交２直線のそれぞれに２個づつが
乗ったものとなっている。

【００３５】コントローラ２７０は、第１実施例におけ
るコントローラ２７に対応するものであるが、そのメモ
リには、３次元配列構造体としての配列Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ
や、限界値Ｘ，Ｙ，Ｚなどのデータが記憶されている。
また、そのＭＰＵ（マイクロプロセッサ）による処理の
ために、検索手段および演算手段としての検索等処理を
行うプログラムや、検出位置の生情報に代えてアラーム
を報告するプログラムなども有している。さらに、受信
コイルが４個になったことに対応して、Ａ／Ｄ変換回路
２６から４個の測定値ｕ，ｄ，ｌ，ｒを取り込むものと
なっている。

【００３６】配列Ｕは、５０×５０×５０個の要素から
なる３次元配列であり、上方の受信コイル（Ｕ）に対応
して設けられたものである。その各要素には、予め相手
方送信コイルと該当受信コイルとの相対位置をｘ方向，
ｙ方向，ｚ方向それぞれ１ｍｍ単位で変えながら５ｃｍ
×５ｃｍ×５ｃｍの範囲内すべてに亘って測定した受信
信号のレベル値がセットされている。これにより、各要
素が発信装置と該当コイルとの各相対位置に対応づけら
れる。なお、このときの受信レベルの値には、ノイズの
影響等の除去のため、局所平均等の統計的な処理が施さ
れている。配列Ｄ，Ｌ，Ｒも、同一構造の３次元配列で
あり、それぞれの受信コイル（Ｄ，Ｌ，Ｒ）に対応して
予め測定等された受信レベルの値がセットされたものと
なっている。

【００３７】限界値Ｘは、橋桁４２間におけるｘ方向の
ずれ（ｘ）がそれ以下に納まっていれば安全といえる限
界値であり、設計条件等に基づいてセットされている。
限界値Ｙ，Ｚも、ｙ方向，ｚ方向のずれ（ｙ，ｚ）に関
して、同様のものである。

【００３８】検索等処理は、配列Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒをアク
セスしてそれらの要素値が測定値ｕ，ｄ，ｌ，ｒに最も
近い要素を検索するものであるが、この際に２段階に分
けて処理する。すなわち、先ず、配列Ｕ及び配列Ｌの全
要素をアクセスして測定値ｕ，ｌに最も近い要素を検索
する。次に、配列Ｄ及び配列Ｒにアクセスするが、先の
検索要素とｙ方向アドレスが一致する２次元の部分配列
に限ってアクセスし、この中から測定値ｄ，ｒに最も近
い要素を検索する。これにより、コントローラ２７０
は、３次元配列構造体のうち直交２直線の何れか一方に
対して配置された受信コイルに対応する３次元配列構造
体にアクセスして検索を行うとともにこの検索結果に応
じてアクセス範囲を限定して３次元配列構造体のうちの
残りの３次元配列構造体に対する検索を行うものとなっ
ている。

【００３９】さらに、この検索等処理は、この検索した
要素の配列内アドレスから橋桁間における相対位置を算
出するために、その配列内アドレス値に所定のオフセッ
ト値を加減する等の演算を施す。これにより得られる検
出位置ｘ，ｙ，ｚは、ｍｍ単位での直接的な表現形式の
ものとなっている。

【００４０】アラーム処理は、検出位置ｘ，ｙ，ｚと限
界値Ｘ，Ｙ，Ｚとをそれぞれ比較して、何れかの検出位
置が該当限界値を超えている場合に、ケーブル３０を介
してアラーム伝文を送るものである。

【００４１】第２実施例の位置検出装置について、その
使用態様及び動作を説明する。上記の特徴点に関係する
ところを中心に説明する。

【００４２】送信コイル１２と４個の受信コイル（Ｕ，
Ｄ，Ｌ，Ｒ）との相互インダクタンスに応じた測定値
ｕ，ｄ，ｌ，ｒが得られると、コントローラ２７０で
は、配列Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒに対する検索処理が行われる。
このとき、検索範囲が２つの配列と２つ部分配列に限定
されているので、３つの配列全体を検索する単純な検索
手順よりも、短い時間で済ませることができる。

【００４３】そして、その処理結果の検出位置ｘ，ｙ，
ｚが限界値Ｘ，Ｙ，Ｚを超えていれば、アラーム処理に
よってその旨の報告がなされる。こうして、高架道路等
の隣接橋桁間に異常があると、そのことを自動的に検知
して、直ちに適切な対策を採ることができるのである。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による第１の位置検出装置にあっては、一対の測定対象
物間の相対位置に応じて各受信コイルの受信レベルが概
ね一対一で定まるようにしたことにより、妥当なコスト
及び精度で、隣接橋桁間等における相対位置の検出に好
適な位置検出装置を実現することができるという有利な
効果が有る。

【００４５】また、本発明による第２の位置検出装置に
あっては、発信装置と組み合わせることにより、妥当な
コスト及び精度で、隣接橋桁間等における相対位置を検
出することができるという有利な効果を奏する。

【００４６】さらに、本発明による第３の位置検出装置
にあっては、３次元配列構造体を検索することにより、
妥当なコスト及び精度で、隣接橋桁間等における相対位
置の検出および位置情報の算出を行うことができるとい
う有利な効果が有る。

【００４７】また、本発明による第４の位置検出装置に
あっては、検索時のアクセス範囲を限定したことによ
り、妥当なコスト及び精度で且つ迅速に、隣接橋桁間等
における相対位置の検出および位置情報の算出を行うこ
とができるという有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出装置の第１実施例につい
て、その回路構成図である。

【図２】 その受信コイルの配置図である。

【図３】 その設置状況図である。

【図４】 本発明の位置検出装置の第２実施例につい
て、その受信コイルの配置図である。

【図５】 そのコントローラのブロック図である。

【符号の説明】

１０ 発信ユニット １１ 発振回路 １２ 送信コイル ２０ 受信ユニット ２１ 受信コイル ２２ 受信コイル ２３ 受信コイル ２４ セレクタ ２５ アンプ ２６ Ａ／Ｄ変換回路 ２７ コントローラ ２８ フェライト芯 ２９ ボルト孔 ３０ ケーブル ４１ 橋杭 ４２ 橋桁 ４３ アングル ２７０ コントローラ ｘ，ｙ，ｚ 検出位置 Ｘ，Ｙ，Ｚ 限界値 ｕ，ｄ，ｌ，ｒ 測定値 Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ 配列

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の測定対象物の一方に取着される発信
   装置とその他方に取着される受信装置とを具備して前記
   測定対象物間の相対位置を間接的に検出する位置検出装
   置であって、前記発信装置は、送信コイルを備えこれを
   介して所定周波数の磁気信号を発信するものであり、前
   記受信装置は、前記磁気信号を受ける３個以上の受信コ
   イルとこれらを介して得た受信信号についてレベルを測
   定する手段とを備えたものであり、前記受信コイルは、
   それぞれが異なる部位に配置されたものであることを特
   徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】一対の測定対象物の一方に取着された発信
   装置から所定周波数の磁気信号を受けて前記測定対象物
   間の相対位置を間接的に検出するに際し前記測定対象物
   の他方に取着される位置検出装置であって、異なる部位
   に配置され前記磁気信号を受ける３個以上の受信コイル
   と、これらを介して得た受信信号についてレベルを測定
   する手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
3. 【請求項３】前記受信コイルのそれぞれに対応して設け
   られ各要素が前記発信装置と該当コイルとの各相対位置
   に対応づけられるとともにその位置で予め得られている
   受信レベルの値を保持する３次元配列構造体と、これら
   の３次元配列構造体をアクセスして値がレベル測定手段
   による測定値に略一致する要素を検索する検索手段と、
   この検索した要素の配列内アドレスから前記測定対象物
   間の相対位置を算出する演算手段とを備えたことを特徴
   とする請求項２記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】前記受信コイルは、４個以上が設けられ直
   交２直線のそれぞれに２個以上が乗る位置関係を保って
   配置されたものであり、前記検索手段は、前記３次元配
   列構造体のうち前記直交２直線の何れか一方に対して配
   置された受信コイルに対応する３次元配列構造体にアク
   セスして検索を行うとともにこの検索結果に応じてアク
   セス範囲を限定して前記３次元配列構造体のうちの残り
   の３次元配列構造体に対する検索を行うものであること
   を特徴とする請求項３記載の位置検出装置。