JPS6041793B2 - 超音波による警戒方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を用いることにより所定警戒区域内の
警戒を行なうための超音波による警戒方式に関し、特に
、所定警戒区域内への侵入者の存否を検出するのに好適
な超音波による警戒方式に関するものである。

従来、例えば、超音波を連続的に室内に発射しておき
、この室内に侵入者があつた場合にこの侵入者が移動す
ることによつて生じるドップラ効果を利用して侵入者の
存在を検出するようにした超音波による警戒装置が用い
られている。

併し乍ら、この種の従来の装置では、原理的に隙間風等
によつて揺動しているカーテンによつて誤報を発する虞
れが極めて高いため、この種の誤報を防ぐために回路が
複雑高価となり、その上、装置を室内に配置する場合に
室の形状によつて検出感度をその都度調整しなければな
らないのでその調整に手間が掛るという欠点を有してい
る。更に、従来の装置では、屋外の所定区域を警戒区域
として用いることが極めて困難であり、従つて、室内の
如く物理的に区画された所定区域内の警戒しか行なえな
いという欠点をも有している。 本発明は従来装置の上
記欠点を解消するためになされたものであり、その目的
は室内等の閉鎖された所定室間内のみならず、野外等に
おいて任意に設定された範囲内の所定区域においても目
的とする侵入者を確実に検出することがてきる超音波に
よる警戒方式を提供することにある。

本発明の方式の原理は、所定の警戒区域を含む領域に
向けて超音波信号を比較的短時間間歇的に発射し、前記
警戒区域からの反射波から読込開始信号と読込停止信号
とで定まる所定期間のパターンを作成し、予め設定した
サンプリング回数に亘つて複数の前記反射波パターンを
集収し、該集収された前記各反射波パターンの各サンプ
リングデータに基いて統計処理を行なつて標準パターン
および各サンプリング時毎の標準偏差を作成し、超音波
信号を発射することにより得られる前記警戒区域の状態
に応じた反射パターンと前記標準パターンとを比較し、
両者に差が生じたときには該差が前記標準偏差以内にあ
るか否かを判別することにより該警戒区域内の警戒をお
こなうものである。

このような方式によれば、読込開始信号と読込停止信号
とて定まる所定期間を、遅延回路を用いることによつて
適宜に設定した期間とすることにより反射波パターンの
集収成分を選択することができるから超音波信号を発射
して警戒を行う範囲を定めることが可能となる。そして
その結果として警戒区域が物理的に閉鎖された１つの室
のみならず、壁等によつて仕切られていない広い部屋の
一部分又は屋外の所定区域であつても適用できる。また
、読込開始信号のタイミングを変えれば、例えば反射波
パターンの最初の部分に生じた大きな乱れを除去するこ
とが可能であり、従つて昆虫等の飛来による誤動作を防
止することができる。また複数の反射波パターンをサン
プリングによつて集収する方式を採ることにより、警戒
区域の現在状態を顕著にかつ明確にデータとして把える
ことが可能であり、しかもその把えたデータから統計処
理による標準パターンと標準偏差とを作成するから正確
な比較基準を得ることができる。更に上述のごとく反射
パターンと標準パターンとの差が標準偏差以内にあるか
否かを判別する手法を採れば、誤差の判定に適正な閾値
を設けて、誤動作による誤差の発生要因を除去すること
ができる。以下、図面を参照しながら本発明の方式を詳
細に説明する。

第１図には本発明の方式による超音波警戒装置の一実施
例が示されている。

超音波警戒装置１は予め定められた警戒区域内、例えば
所定の室内に侵入した侵入者を検出する装置であり、こ
の警戒区域内に向けて短い持続時間と一定の繰返し周期
を有する超音波信号Ｓ１を発射する送波部２と、送波部
２から発射された超音波信号Ｓ１がこの室内の壁、備品
等により反射して戻つてきた一連の反射波信号Ｓ２を受
波して解析するための受波部３とから成つている。送波
部２は適宜の超音波の周波数、例えば２５〔ＫＨｚ〕乃
至４０〔ＫＨｚ〕程度の周波数、の発振を行なう発振器
４を備え、発振器４からの発振出力信号Ｓ３は変調器５
に印加され、パルス発振器６からのパルス信号Ｓ４に従
つて変調され、その変調出力■は送波器７から超音波信
号Ｓ１として室内に発射される。超音波信号Ｓ１の波形
は第２図ａに示されている如く、所定の繰返し周期Ｔ１
と、非常に短かいパルス持続時間τ１を有するほぼ矩形
の包絡線をもつパルス状の信号となつており、Ｔ１及び
τ１の値はパルス信号Ｓ４の周期及び持続時間によつて
夫々定まる。これらの値は通常Ｔ１が数１００ｒｎｓ程
度、τ１が数Ｍｓ程度に選ばれる。従つて、送波部２か
らは、数１００ｒＴ１Ｓ毎に数Ｍｓの間だけ数１０ＫＨ
ｚの超音波信号が室内に向けて発射される。このように
して室内全域に向けて発射された超音波信号Ｓ１は、室
内の壁、各種備品等によつて反射され、これら無数の反
射波が重畳されて成る一連の反射波信号Ｓ２は室内の適
宜の箇所に設けられた受波器Ｓにより受波され、相応す
る電気信号に変換され、増幅器９で増幅された後、検波
器１０によつて包絡線検波されて第２図ｂに示す如き検
波信号Ｓ６を得る。

アナログ信号である検波信号Ｓ６は、Ａ／Ｄ変換器１１
においてクロック発振器１２からのクロックパルスＳ７
によつて定められる時間間隔でサンプリングされ、ディ
ジタル信号Ｓ８に変換されて取り出される。この超音波
警戒装置１を設置した場合に、その警戒区域内が無人で
ある場合におけるその警戒区域個有の反射波の標準パタ
ーンを得るために、ディジタル信号Ｓ８はバッファメモ
ｌ川３、平均値演算回路１４及びメモｌ川５から成る標
準パターン作成回路１６に入力される。

バッファメモリ１３は警戒区域内に侵入者が無い場合に
おいて得られる複数個の反射パターンをＡ／Ｄ変換器１
１でディジタル化したディジタルデータを記憶しておく
ためのものであり、パルス信号Ｓ４が読込開始信号Ｓ９
として、遅延回路１７を介して所定のパターン集収時間
Ｔｄだけ遅延させられたパルス信号Ｓ４が読込停止信号
ＳｌＯとして、及びパルス信号Ｓ４の発生パルス数を計
数しているカウンタ１８が所定数にまでカウントアップ
された時に出力される信号が読込禁止信号Ｓｌｌとして
それぞれ入力されている。読込開始信号Ｓ９と読込停止
信号ＳｌＯとの波形が第２図ｃに示されている。読込開
始信号■は超・音波信号Ｓ１の発生時点ｔ１にて立上り
、これより時間Ｔｄ経過後に読込停止信号ＳｌＯが立上
るので、第２図ｃに示すパターン集収期間Ｔｄに相当す
る検波信号Ｓ６がディジタル化データとしてバッファメ
モリ１３に入力される。一方、読込禁止信号Ｓｌｌは、
カウンタ１８の計数値が予め定められた値Ｎとなつた時
にｒ′１ョの状態に変化し、信号Ｓ８，Ｓ９の有無に拘
らずディジタル信号Ｓ７の読込みを停止させる。従つて
カウンタ１８の設定値Ｎを適宜かえることにより、標準
パターンを作成するためのサンプル数を任意に選ぶこと
ができる。また、遅延回路１７における遅延時間量を変
えることにより、又は他の遅延回路を用いて信号Ｓ８の
バッファメモリ１３への入力タイミングを変えることに
より警戒区域を適宜の範囲に選ぶことが可能である。こ
のようにして、侵入者が無い状態における警戒区域から
の相互に極めて近似する複数個の反射波パターンの各サ
ンプリングされた個数だけバッファメモｌ川３に入力し
た後、この記憶内容は信号Ｓｌｌの１しレベルへの変化
と同時に平均値演算回路１４に入力されて、単純平均に
よる統計処理がなされ、標準パターンが計算され、メモ
１川５に標準パターンが格納される。

これと同時に、バッファメモリ１３の内容は標準偏差値
演算回路１９に入力されてディジタル信号Ｓ８による各
サンプリング点毎の標準偏差値が計算され、その結果が
メモリ２０に格納される。このようにして標準パターン
は選定した警戒区域特有のものとして作成され、且つそ
の標準パターンに対する各サンプリング時毎の標準偏差
値が定められると、この装置の初期設定動作が終了する
。メモリ１５の内容は、パルス発振器６からのパルス信
号Ｓ４によりパルス信号Ｓ４の発生毎に読出されて、デ
ィジタル信号Ｓ８が一方の入力に印加され．ている差分
演算回路２１の他方の入力に印加され、Ａ／Ｄ変換器１
１から出力される以後の反射パターン情報と標準パター
ンとの差分が各サンプリング点毎に演算され、その結果
が判別回路２２に入力される。

判別回路２２において、差分演算．回路２１からの出力
はメモリ２０に格納されている各サンプリング時毎の標
準偏差値データと各サンプリング点毎に比較され、各サ
ンプリング点において、標準パターンとＡ／Ｄ変換器１
１からのパターンとの差が標準偏差値以上であるか否か
を−判別し、その差が標準偏差値を上まつた場合には検
知信号Ｓｌ２を出力し、警報装置２３（例えばブザー等
）を作動させるようになつている。この超音波警戒装置
によると、装置が作動開始してからカウンタ１８の計数
値が所定値Ｎにまで達する間は、超音波信号Ｓ１を間歇
的に発射する毎に得られる反射波信号Ｓ２をクロック発
振器１１２からのクロックパルスＳ７によつて夫々サン
プリングしてディジタルデータ化し、ディジタルデータ
化された各反射波信号Ｓ２のうちの所定の一部分を読込
開始信号Ｓ９及び読込停止信号ＳｌＯによつてバッファ
・メモリ１１３に順次格納しておき、この期間内に納さ
れた反射波信号のデータに基づい）て、上で述べたよう
にして反射波信号の標準パターン及び各サンプリング時
毎の標準偏差値が定められる。

標準パターン及びこれに対する標準偏差値を算出するに
際し、基礎となるデータはカウンタ１８の設定値Ｎの適
宜定めて所望の個数とする、ことができる。また、１つ
の反射波信号Ｓ２のうちのどの一部分を選択するかは、
警戒区域をどのような範囲に設定するかにより決定され
る。即ち、第２図ｂに示されている各反射波波形におい
て、対応する超音波信号Ｓ１が発射された時間（例えば
ｔ１）から時間的により遅れて得られる成分程、より遠
くの物体からの反射波成分であるので、遅延回路１７に
よりパターン集収時間Ｔｄの値（第２図ｃ参照）を適宜
に設定することにより警戒区域を定めることができる。
従つて、この装置は、警戒区域が物理的に開鎖された１
つの室等のような場所以外に、壁等によつて仕切られて
いない広い室の１部分又は屋外の所定区域等であつても
容易に適用することができる。このようにして、メモリ
１５及び２０に所要のデータが用意されると、引き続い
てＡ／Ｄ変換器１１から出力されるディジタル信号Ｓ８
は差分演算回路２１において用意された標準パターンと
の差が検出される。この場合、若し警戒区域内に侵入者
が無ければ、検波信号Ｓ６の波形は標準パターンに極め
て近似しており、従つて、差分演算回路２１からの出力
はいずれのサンプリング点においても対応する標準偏差
値よりも小さく、検知信号が出力されないので警報装置
２３が作動することがない。一方、若し警戒区域内に侵
入者が存在すると、検波信号Ｓ８の波形は、第２図ｂに
示す波形に侵入者に当つた超音波の反射波成分が加わり
、例えば同図中に点線で示すように大きな山が現われる
。この山は差分演算回路２１により検出され、判別回路
２２において各サンプリング時毎に標準偏差値ど比較さ
れるが、侵入者等のような大きな物体からの反射波成分
は極めて大きく、侵入者の存在による反射パターンの乱
れは標準偏差値を越えて大きく変化するので検知信号Ｓ
ｌ２が出力され、警報装置２３が作動し、侵入者があつ
たことを知らせることができる。また、例えば、室内の
カーテンがすき間風のために少し揺いでいるような場合
でも、標準パターンを作成する際にこのカーテンの動揺
が加味されて作成されるので、装置が警戒動作に入つた
後このカーテンの動揺によつて誤動作を起すことがない
。上記実施例では、標準パターンと、順次得られる反射
パターンとの差が標準偏差値より大きいか否かにより侵
入者の有無を検出するように構成した場合を示したが、
侵入者の有無を両パターンの比較によつて検出する際に
、侵入者が存在することによつて生じる大きな反射像（
例えば第２図ｂに点線で示されている山）が時間軸上に
おいて移動するか否かをも考慮して侵入者の有無を検出
するように構成してもよい。

このようにすると、冷暖房用の空気の吹出しやすき間風
等によつて反射パターンに乱れが生じても、その乱れが
生ずる時間軸上の位置は固定されているので侵入者と容
易に区別することができ、従つて、侵入者の検出を一層
正確に行うことができる。また更に、警戒区域内に侵入
者が存在すると、受波器８から見て侵入者の後方にある
壁からの反射波（第３図ａに符号Ｘで示す）が侵入者に
よつて遮断され、その反射像が消失したり又は小さくな
る現象が生じるが（第３図ｂ参照）、この現象も更に考
慮して両パターンの差異を比較するようにしてもよく、
このようにするとよソー層正確な検出を期待することが
できる。尚、更に、受波器８の極く近傍に昆虫等が飛来
した場合には反射波パターンの最初の部分に大きな反射
パターンの乱れが生ずるので、反射波パターンの最初の
部分の乱れは両パターンの比較の際に考慮しないことに
より昆虫等の飛来による誤動作を防止することができる
。反射波パターンの最初の部分の除去は、すでに述べた
ように、読込開始信号Ｓ９のタイミングを変えることに
より極めて簡単に行うことができ、これにより従来の超
音波警戒装置では防止することが困難であつた昆虫、小
動物等による誤動作を簡単に防止することができる。ま
た、上記実施例においては、複数個の反射波パターンを
基に統計処理して標準パターンを作るために、警戒区域
が無人である時に得られた複数個の反射波パターンを基
にそれらの平均値を演算し、標準パターンを作成し、以
後これを標準パターンとして固定的に使用する場合につ
いて述べたが、本発明の標早パターンの作成はこの方法
によるものに限定されるものではない。

例えば、統計処理を行なう場合に、現時点において得ら
れた反射パターンよりＭ個前までの複数の反射波パター
ンを常にバッファメモリ内に格納しておき、これらの格
納された反射パターンの平均値を常に演算してメモリ１
５内に格納しておくようにし、標準パターンを新しい反
射パターンが得られる毎に書き換えておき、このように
所謂移動平均法によつて毎回書き換えられる標準パター
ンを作成するようにしてもよい。このような標準パター
ンは、無人の室内において、侵入者によらない理由で極
めてゆつくりした変化が生じているか又は生じうる可能
性がある場合において、極めて有効である。このようは
移動平均法による標準パターンは、例えばマイクロプロ
セッサ等を用いることにより容易に算出することができ
る。この超音波警戒装置によると、物理的に区切られた
領域でなくても任意に警戒区域を限定することができる
ので、従来のトラップ方式による場合のように一定の広
さの領域が自動的に警戒区域に入つてしまうために警戒
不要区域に侵入者があつてもこれを検知してしまい、誤
報を発してしまう・という欠点を除去することができる
。

即ち、音速をＶｃＴｒＬ／Ｓｅｃ〕とし、送波器と受波
器とが略同一の位置にあつたとすると、パターン集収時
間Ｔ，を０．０鍬に設定すれば警戒区域は受波器から（
ｖ×０．０５）／２〔ｍ〕の範囲ということにな．る。
これ以上離れた場所に警戒区域から除去される。また、
装置の設定場所毎に標準パターンを作つて、これを反射
パターンと常に比較して侵入者の有無を検出するので、
装置の設置調整が極めて簡単であり、従つて室の備品の
配置換えを行つたノリしても新しい配置の室に対する調
整は特に不要であり、誰でも簡単に装置のセットを行う
ことができる。更に、超音波の発射は極めて短時間だけ
間歇的に行なわれるので（第２図ａ参照）、送波器７と
受波器８とを兼用して使用することもてき、装置を安価
にすることができ、また複数個の超音波警戒装置を同一
の室内に配置しても超音波の送波タイミングを適宜に選
べば装置間において有害な干渉を生ずることがない。そ
の理由は、併置された１つの装置からの超音波による直
接波又は反射波が他の装置の受波器に入力されたとして
も、その入力成分は初期設定の際に標準パターンの中に
記憶されてしまうので、特に有害な干渉となるものでは
ないからである。本発明によれば、上記に詳細に説明し
たように、従来のトラップ効果を利用した超音波警戒シ
ステムに比して極めて信頼性が高く、いかなる場合でも
使用することができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図ａ乃至第
２図ｃは第１図の装置の動作説明のための波形図、第３
図Ａ，第３図ｂは本発明による侵入者検出の他の方法を
説明するための波形図である。 １・・・・・・超音波警戒装置、２・・・・・・送波部
、３・・・受波部、４・・・・・・発振器、５・・・・
・・変調器、６・・・・・・パルス発振器、７・・・・
・・送波器、８・・・・・受波器、９・・・・・・増幅
器、１０・・・・・検波器、１１・・・・・Ａ／Ｄ変換
器、１２・・・・・・クロック発振器、１３・・・・・
・バッファメモ！八１４・・・・・・平均値演算回路、
１５，２０・・・・・メモリ、１６・・・・・・標準パ
ターン作成回路、１７・・・・遅延回路、１８・・・・
カウンタ、１９・・・・・・標準偏差値演算回路、２１
・・・・・差分演算回路、２２・・・・判別回路、２３
・・・・警報装置、Ｓ１・・・・・・超音波信号、Ｓ２
・・・・・・反射波信号、Ｓ３・・・・・発振出力信号
、Ｓ４・・・・パルス信号、Ｓ５・・・・・・変調出力
、Ｓ６・・・・・・検波信号、Ｓ７・・・・・・クロッ
クパルス、Ｓ８・・・・・ディジタル信号、Ｓ９・・・
・・・読込開始信号、ＳｌＯ・・・・・・読込停止信号
、Ｓｌｌ・・・・読込禁止信号、Ｓｌ２・・・・検知信
号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の警戒区域を含む領域に向けて超音波信号を比
   較的短時間間歇的に発射し、前記警戒区域からの反射波
   から読込開始信号と読込停止信号とで定まる所定期間の
   パターンを作成し、予め設定したサンプリング回数に亘
   つて複数の前記反射波パターンを集収し、該集収された
   前記各反射波パターンの各サンプリングデータに基いて
   統計処理を行つて標準パターンおよび各サンプリング時
   毎の標準偏差を作成し、超音波信号を発射することによ
   り得られる前記警戒区域の状態に応じた反射パターンと
   前記標準パターンとを比較し、両者に差が生じたときに
   は該差が前記標準偏差以内にあるか否かを判別すること
   により該警戒区域内の警戒を行なうことを特徴とする超
   音波による警戒方式。