JPS60198700A - エコ−式テレメ−タのエコ−信号検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエコ一式テレメータのエコー信号検出方式に関
する。

エコ一式テレメータとは、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って定まる周波数で共振す
るセンサを取υ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、上記外部からの励損エネルギーを断っ
た後も当該センサが暫時減尺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どせず、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。

このエコ一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比の向上が重要な探題であシ、本発明は
この課題を解決し、上記Ｓ／Ｎ比の飛開的な改善が実現
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って得られ
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詳細な説明する。

第１図及び第２図は、本発明の第１及び第２の実施例を
示すブロック図、第３図は当該第１及び第２の実施例を
説明するタイムチャートである。

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Ｍ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ッ
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はディジタル−アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器
）であり、計数器２の出力（ディジタル値）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ｐ
　、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０６は送受信切
換スイッチであり、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１ｄ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−耐圧変換器（以下、Ｆ／Ｖ変換器）でア
シ、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は比較器であシ、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。

ｌ３はメモリーであり、アンドゲート１２がら書込みパ
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ゅうに入るものである。

１５は表示器であり、メモｖ−ｉａ（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はセンサであシ、被検出個体又は被計測個体に装着
される。エコ一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の蓄積
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歳出角度の
選定により温度に敏感なもの（温度変化によって共振周
波数が変化するもの）、圧力に敏感なもの（印加圧力変
化によっ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（＠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耐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
よって計数され、第３図ＢＫ示すようにＢ点に１計数毎
の計数出力（デジタル１直）を出力する。

上記Ｉｔ数器２は計測又は検出対象物によって種々に設
定されるが、以下の説明では最大計数値力”５”（２進
で表わして”００００”〜Ｈ０１００″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一
５０℃〜＋１５０℃の範囲をカバーしようとすれば２０
０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”ｏｏｏｏ”から”０１００’まで
の計数値を出力しく但し、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がリセットされて’ｏ
ｏｏｏ”　となるように回路操作がなされる。

計数器２によっ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”
ｏｏｏｏ”〜”０１００”に対応したレベルの電圧信号
０１〜ｅ、に変換され、Ｃ点に出力される。この″電圧
信号の変化中は全域にわたって同一とされる。すなわち
、ｎ計数（ｎ≦５）での電圧ｅｎは ｏｎ　＝　ｅ、　＋（ｎ−１）Δｅ である。但し、Δｅは１！！を数で変化するレベル巾、
ｅ、はＩｆ″ｉ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〜ｅ、はＶ／Ｆ変換器４に入力され、第３
図りに示すように、それぞれの電圧レベルｅ１〜ｅ、に
対応した周波数信号１１〜ｆＷに変換されＤ点に出力さ
れる。この周波数信号の変化中は全域にわたって同一と
される。すなわち、前記′電圧ｅｎでの周波数信号の周
波数ｆｎはｆｎ　＝　ｆｌ　＋　（ｎ−１ルＶ である。但し、Δｆは電圧信号の変化中Ｎに対する周波
数変化中、ｆｌは電圧ｅｉ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２８ＭＨ２付近にあるＬＣカットの水
晶撮動子をセンサとして固相すると、当該センサの共振
周波数は上記温度変化範囲テ２８．１５ＭＨ２〜２８．
３５ＭＨｚノ’＋Ｉｌ］ｔ’変化する。すなわち、感度
は１．０００　Ｈ２／℃である。

この周波数の総変化巾２００　ＫＨ２を２００ステツプ
でカバーしようとすると上記ステップ毎の周波数の変化
中ΔｆはＩ　Ｋ）ＩＺ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１６号△ｆを測定温度の精度に合せる必要は’ｚ＜
、上Ｈ（３１ＫＨ２の変化中で最大０００１℃の精度で
測定できる。

Ｄ点に出力された上記周波数信号ｆ、〜ｆ、は送信器５
で、センサ１６の共振周波数に近い周波数ＦＩ〜Ｆｌ＋
の励振信号に変換され送受信切換スイッチ６によってパ
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Ｆ、〜Ｆ８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Ｆ、　、　Ｆ。

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ッチ６は受
信器８側に切換っており、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ッチ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、１点には第３図工に示すように周波数がｆ
ｘの減衰信号が、Ｈ点には第３図Ｈに示すように受１ｄ
レベルに比例したレベル信号ｅｒ、−ｅｒ３がそれぞれ
出力でれる。

１（点に出力されたレベル信号ｅ　ｒ、　−ｅ　ｒ、は
、レベル検出器９に入力されてしきい値レベルｅｈ、と
比較される。ここで上記レベル信号ｅｒ。

〜ｅｒ３が当該しきい値レベルｅｈ、より高いレベルで
あるとき、レベル検出器９け第３図Ｊに示すように、１
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１点に出力された周
波数ｆｘの減衰信号はメモリー１３に人力される。まだ
、当該減衰信号と＋ｉｆｌ記Ｖ／Ｆ変換器４からＤ点に
出力された周波数１６号は比較器１１に人力され、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６１１で、：ｂ　ｆＸ、ｆｓ　ｆＸ及びｉ
＋−ｆｘ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ｆＪ
３図りに示すようなパルス信号を出力する。

今の場合、周波数ｆ８が周波数ｆｘに最も近いので１ｆ
ｒｒ　７ｘｌが最小であり、この最小値１ｆ３−ｆｘｌ
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ｆｓ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１点に出力さ
れた周波数ｆｘの減疑信号Ｆ／Ｖ変換器１０に入力され
、周波ｎｆＸ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Ｌ）／Ａ変換器３か
ら０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ｅ、−ｅｘ。

ｅ３−ｅｘ及びｅ、−ｅＸが演奥され、そのレベル差が
設定レベル範囲内、すなわち±ｅｈ、以内にあるとき、
比較器１１はＬ点に第３図りに示すようなパル７１８号
を出力する。今の場合、レベルｅ、がレベルｅｘに最も
近いので、差レベルｅｓ−ｅｘ（絶対値）が最小であり
、この最小レベルｅ、−ｅＸのみが上記設定レベル範囲
±ｅｈ、以内にあるものとすれば、６点の’ｒＰＬ圧信
号のレベルが０３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８６　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１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った時点で第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
力さ九たときに１点に出力されている減衰信号の周波数
、すなわちｆｘ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に点に出力
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ＩＪ　−１３（第１の実施例の場合）又はサンプルホ
ールド回路１４　（４２の実施例の場合）によってそれ
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、酋該表示器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
信信号によっ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って、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
実施例を示すブロック図、第３図は実施例の動作を示す
タイムチャートである。 （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１２・・・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。 第３図 ／Ｖ　、　ＤＡＴＡ 手続補正書 昭和６０年９　月２７日 特許庁長官志賀　学　殿 ３、補正をする台 ＝Ｉ＝　Ｉ’ｌとの関係　出　願　人 −棒一一粋病小一一 氏　名（名称）　明、！７′電で；Ｃ：ｉ’ｌ：大会社
４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内２丁目６番２号丸の内へ
重洲ビル３３０一− ７、補正の対象 明細書の発ＩＬ１」の詳ＪＩ［ｌな説明の４１ｉ′ｉ８
、補ｊＥの内容　別紙のとおり 補　正　書 本願明細書中下記事環を補正いたします。 記 １、第１１頁７行目に ｒ　１．０００　Ｈ２／ＵＪとある全 ｒ　１０００　Ｈ２／℃」と訂正する。 ２、第１４頁９行目に 「減衰信号Ｆ／Ｖ変換」とあるを 「減衰信号はｌ’、’Ｖ変換」と訂正する。

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４Ｍ号が断たれた瞬間
   から上記センサによっ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
   うにしたエコ一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
   って上記受信信号が正規のエコー信号であると判断する
   ようにしたエコ一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
   に記載のエコ一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
   記載のエコ一式テレメータのエコー信号検出方式。