JPS61501232A

JPS61501232A - 超音波警報装置の機能管理方法および回路装置

Info

Publication number: JPS61501232A
Application number: JP60501186A
Authority: JP
Inventors: シユタイナー、ペーター; ゲネール、ルードルフ; ジークヴアルト、ダーフイト
Original assignee: ツエルベルス・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1984-02-13
Filing date: 1985-02-07
Publication date: 1986-06-19
Also published as: WO1985003590A1; ES8603101A1; EP0158022B1; CA1234211A; US4727522A; BR8505168A; CH667342A5; AU4116685A; DE3569305D1; EP0158022A1; ES540611A0

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】超音波警報装置の機能管理方法および回路装置本発明は、被監視領域内に特定の周波数の超音波を送出する超音波送信器と、被監視領域から超音波を受信して電気信号に変換するための超音波受信器と、該電気信号が供給されて、受信した超音波が送出した超音波から特定の周波数だけ偏差している場合に警報信号を発生する電気評価回路とを備え、試験相中、警報状態に対応する周波数偏差をシミュレートする超音波警報装置の機能管理方法ならびに該方法を実施するための回路装置に関する。

このような方法は、例えば、スイス国特許第６１２０２６号明細書から知られている。このスイス特許のものにおいては、被監視領域内で運動している人間が、ドツプラ効果により、超音波の一部分の周波数を運動速度に対応する量だけ変化させ、この周波数変化もしくは変動を評価回路により警報状態として信号報知するという事実が利用されている。この目的で、受信超音波の周波数は連続的に送信周波数と比較され、例えばスイス国特許第５５６０７０号明細書に記述されているように、運動している入間を特徴的に表す周波数偏移が生じた場合に警報信号が発生される。

スイス国特許第６１２０２６号明細書に記述されている方法においては、超音波警報装置の機能管理は、試験相中、送信周波数そのものを受信器の比較周波数として用いるのではなく変調された振動を用いることにより達成されている。この場合、変調は、受信器信号との混合後、運動している人間に対応するドツプラ信号が発生するように選択される。また、被監視空間を伝搬する超音波と、送信器から直接受信器もしくは評価回路に伝達される電気基準信号との伝搬時間差を機能監視もしくは管理に利用することができる。

しかしながら、特定の周波数を有する連続した超音波を被監視領域に放射もしくは放出するこれら公知の超音波警報装置には、次のような欠点がある。即ち、空間内に定在渡場が形成され、異なった点で反射され位相に応じてベグトル的に加算されて受信器信号となるという欠点である。したがって、空間内における反射物体の位置および環境もしくは周囲条件に応じて、受信器信号は零から最大値まで大きい限界範囲内で変動する。さらに、信号は、例えば、温度変動、空気中の湿度の変化または大気圧の変化の結果として広い限界内で連続的に変化し、それに対応して試験相中における感度も制御不可能な程に変動する。この場合、受信器信号が弱い時には、変調された基準信号を乗じても極く弱いドツプラ信号しか生ぜず、したがって機能監視もしくは管理は無効になる。このような状況においては、例えば、破壊もしくは不法な試みとして送信器を覆う等により送出される超音波エネルギが変化しても、この変化を、上に述べたような偶発的な受信器信号のエネルギ低下から識別することはできなくなってしまう。

したがって本発明の課題は、公知の超音波警報装置の上に述べたような欠点を除去し、特にこのような警報装置もしくは設備において可能な限り普遍的で環境条件に殆んど依存しない機能監視もしくは管理を保証し、然も警報設備を破壊したり無効にするとか或いは感度を無くするような試みを、大きな信頼性を以って。

然も可能な限り低い回路費用で検出することを可能にすることにある。

本発明によれば、上の課題は、試験相中、送出される超音波の周波数を短時間非周期的に変調して、この短時間の非周期的変調によって生ずる周波数帯域が警報発生として評価される周波数偏差もしくは偏移を包摂するようにすることによって解決される。

本発明においては、基本周波数を非周期的に変調した場合、フーリエ解析で上記基本周波数ば“かりではなく隣接の周波数も処理される。即ち、全周波数帯域が取扱われるという事実が利用され乞。変調を相応に選択することにより、該変調により短時間生ずる隣接周波数は運動している人間による周波数偏移領域内に入り、したがってドツプラ周波数の変化の場合と同じ評価回路を用いて処理することが可能となる。動作相中は、評価回路により警報が発生され、他方試験相中は機能の完全性に関する信号が発生される。

変調は、単一の矩形または正弦波パルス或いはパルス列で有利に行うことができる。この場合、基本周波数は選択的に送出することができる。また、パルス自体をも適当に変調することも可能である。

以下、図面に示した波形図ならびに回路例を参照し、本発明の詳細な説明する。

図面中、第１図は超音波警報装置を示す概略図、第２図および第３図は超音波変調の２つの可能性を示すダイアグラム図、第４図は第２図および第３図による変調の周波数帯域を示すダイアグラム図、第５図は別の変調例を示すダイアグラム図、第６図は第５図の変調の周波数帯域を示すダイアグラム図、第７図は超音波警報装置の回路図、第８図は別の警報装置の回路図、そして第９図は第８図の警報装置における信号波形を示すダイアグラム図である。

第１図に示した超音波警報装置においては、被監視空間もしくは領域下に、超音波送信器Ｔにより超音波が放射されて、壁、境界または空間ｉ内の物体からの反射後に超音波受信器Ｅで受信され、電気信号に変換され、この電気信号は電気回路に導かれる。通常の動作状態においては、送信器では周波数で。の周波数発生器Ｆから励起されてこの周波数１例えば２０　ｋＨｚで連続的に超音波を送出する、被監視空間Ｒ内に運動が存在しない限り、受信器Ｅはこの周波数ｆ０の音波だけを受ける。その場合には、やはり周波数発生器によって制御される後続のミクサもしくは乗算器Ｘの出力には差周波数は現れずしたがって評価回路Ａは周波数偏移を検出せず、信号を発生しない。

しかしながら、被監視空間Ｒ内に、運動、例えば侵入者による運動が生起すると直ちに、超音波受信器Ｅは基本周波数ｆ０のビームに加えて、侵入者の運動速度に依存しドツプラ効果に従って遷移された周波数を有する超音波を受ける。上述の基本周波数の場合、通常の人間の運動速度を考慮すると、上記周波数遷移もしくはシフトはＯＨｚと少なくとも５００　Ｈｚとの間にある。評価回路Ａはそこで、受信器で受信された超音波をミクサＭを通した後に公知の仕方でこのような周波数遷移の存在に関して評価処理し、必要に応じ警報信号を発生する。この場合、妨害量を除去するために、付加的な判断基準を設定しておくことができる。

超音波警報装置の機能監視もしくは管理の目的で、送信器により送出される超音波は短時間非周期的に変調回路Ｍにより変調される。この実施例においては、該変調回路Ｍはパルス発生器Ｐとスイッチとから構成されている。この場合の変調方式は次のように選択される。即ち、基本周波数ｆ０に対し周波数帯域を拡張し、評価回路Ａにより信号発生の目的で評価されるドツプラ遷移をも含め隣接の周波数を包摂するように選択される。したがってこの場合には、評価回路Ａは通常の動作相中、運動する侵入者によるドツプラ周波数遷移に応答するばかりではなく、試験相中は回路構成を変更する必要無しに上記のように変調された超音波の受信にも応答することになる。この場合、パルス発生器Ｐにより評価回路Ａを付加的に制御して、警報信号Ｓ１を機能完全信号Ｓ２から識別可能にするのが合目的的である。この場合、変調の持続時間は、過渡的発振現象が減衰せず然も定在波が形成されないように短く選択しなければならない。このようにすれば、動作相において１種々な位相の反射波の冒頭に述べたようなベクトル加算の結果として、受信した超音波信号が不本意に弱くなったり或いは殆んど零になった場合でも機能完全信号は発生される。この場合にはまた、試験変調の短時間性により、妨害が存在しないことを前提として確実に動作可能信号も発生される。また、装置が偶発的に不感状態にある場合でも、超音波送信器を　。

覆う等の不法な試みも妨害として報知されることになる。

第２図は、送出される超音波の特に単純な機能監視もしくは制御に適した変調を図解する時間ダイアグラム図を示す。通常の動作相ｔｂ中は、例えば２０　ｋＨｚ或いはそれより高い周波数で連続的に超音波が送出される。機能監視もしくは制御を実施するために、超音波は、試験相ｔで中、手動、自動または周期的に成る期間、例えば約５００　ミＩＪ秒の期間遮断され、そして試験相中に再び約１ｏ　ミｔＪ秒間オンに切換えられる。

このオン時間ｔ１は、この時間中被監視空間内に定在波が形成されないように短く、然も送信器から受信器への変調された信号の直接音波伝搬時間よりも長く設定される。試験相における本来の測定期間ｔｍは、パルス℃１の終末の近傍または該パルス直後に始まるようにするのが合目的的である。この測定時間もしくは測定期間ｔｍは、ドツプラ評価の下限を考慮して、送信器から受信器への直接的音響伝達または非常に近い位置の物体、例えば送信器の包被物からの反射が機能監視もしくは制御に関与しないように十分に短く選択すべきである。また、遠い距離の物体を除外し近傍の妨害物体だけを検出して、それにより近傍領域における不法な試みを検出するように測定時間ｔｍの上限を設定すべきである。

第３図は、別の適当、な変調方式を示すダイアグラム図である。この変調においては、試験相中、基本周波数は遮断もしくはオフに切換えられることは無く、単に振幅が、時間ｔｉ中超短時間増加れる。また、別法として振幅を短時間減少したり或いはまた周波数または位相を短時間変えることも可能である。この変調方式による作用効果は上に述べた例の場合と同様である。

第４図には、上に述べた変調例に従い超音波振動を短時間投入もしくはオンにした場合に発生する周波数帯域が示しである。この周波数帯域は、基本周波数ｆ０を含むばかりではなく、隣接の周波数をも包摂するように拡張されており、上述の数値例では約ｆ。±５００Ｈｚの領域に及ぶ。ドツプラ周波数評価は通常はぼ１０ないし５００Ｈｚの領域内で行われるので、図示の帯域の周波数は、同じ評価回路を用いて、実質的な回路構成の変更を伴わずに、機能監視もしくは管理の目的で処理することができる。

第５図に示した変調例においては、投入もしくはオン時間ｔ１中は、超音波は基本周波数からなるのではなく、変調周波数ｆｍで変調された搬送周波数ｆ０からなる。この場合の周波数スペクトルは％第６図に示すように、間隔ｆＩｎの側波帯を有する搬送周波数ｆ０を中心とする中心帯域および場合によりさらに高次の側波帯を含む。この例においては、変調周波数を適当に選択することにより、側波帯が正確にドツプラ周波数遷移の評価チャン゛ネル内になるようにすることができる。

これは、妨害阻止上の理由から非常に狭い評価チャンネルが設けられているような評価回路において重要なことである。

非周期的変調として、振幅跳躍１周波数跳躍または位相跳躍を用いても、上に述べたようなオン／オフ変調と同様の作用もしくは効果が達成できることを述べておく。この場合にも周波数変調が行われる。

第７図には、２つのドツプラ評価チャンネルと、付加的に本発明による機能監視もしくは制御回路とを備えている超音波警報システムの回路が示しである。この回路例において、超音波送信器Ｔは、スイッチ回路ＳＷおよびミクサＸ２を介し、周波数ｆ、。の周波数発生器Ｆ０により励起される。論理制御回路ＬＣは、先に述べた実施例の場合のようにスイッチもしくは開閉装置ＳＷを制御し、その結果、試験相中は、周波数発生器Ｆ０は時間ベースで開閉される。さらに、短時間の試験パルス中、周波数ｆｍｌおよびｆｍ２の２つの別の周波数発生器Ｆ１およびＦ２がミクサｘ２を介して同時にまたは短い時間間隔で逐次送信器Ｔに接続される。この場合。

２つの周波数ｆ工１およびｆＩｌｎ２は、基本周波数−〇とのビート周波数が丁度評価回路の２つのドツプラ評価チャンネルに位置するように選択される。超音波受信器Ｅの電気信号は、ｆｏを中心とする周波数に対し周波数選択性を有するように構成することができる増幅器ＡＭならびに周波数発生器Ｆ０により制御されるミクサもしくは乗算器Ｘ１を介して２つの評価チャンネルに供給される。これら評価チャンネルは、それぞれミクサからのドツプラ周波数に対して異なった通過領域を有する帯域フィルタＢＰ、およびＢＦ２を有している。例えば、通過帯域の下限は２０　Ｈｚと５０　Ｈｚとの間で、上限は６０　Ｈｚとｊｏ’ＯＨ２との間にすることができる。

さらに２つの評価チャンネルは、それぞれ、積分器として構成することができる後置接続された記憶回路Ｓ１およびＳ２ならびに比較回路Ｃ１およびＣ２を有する。該比較回路は、試験相中論理制御回路ＬＣにより予め定められた仕方で変更された基準値発生器Ｒの信号が試験相中に越えられた時にのみ出力信号を発生する。２つの評価チャンネルは、ＡＮＤゲートＡＮＤ１　により論理　−結合されておって、２つの評価チャンネルに信号が発生した時、即ち２つの周波数領域にドツプラ周波数が存在する場合或いは２つのチャンネルが機能する場合にのみ出力信号を別のＡＮＤゲートＡＮＤ３に供給する。

その場合、ＡＮＤゲートＡＮＤ、の信号は、ＡＮＤゲートＡ　Ｎ　Ｄ　３の入力端に印加される。ＡＮＤゲートＡＮＤ５の他方の入力端はインバータエＮ　Ｖ　１を介して論理制御回路ＬＣにより制御される。同時に、ＡＮＤゲートＡＮＤ、の信号はインバータエＮＶ２を介して別のＡＮＤゲートＡＮＤ２　に供給される。該ＡＮＤゲートＡＮＤ２は、論理制御回路ＬＣにより直接制御される。２つのＡ　Ｎ　Ｄ　２およびＡ　Ｎ　Ｄ　３の出力はＯＲゲートＯＲの入力に接続されており、後者はＡＮＤゲートＡＮＤ３またはＡＮＤ２のうちの１つが出力信号を発生した時に警報信号ＡＬを出力する。この回路構成によれば、制御信号が発生されない通常の動作相中（ＡＮＤ２が閉じておりＡ　Ｎ　Ｄ　３が開いている間）、２′つの評価チャンネルに侵入者に起因するドツプラ信号が存在しＡＮＤゲートＡＮＤ＋の出力端に信号が現れた場合に、ゲートＡＮＤ３を介して警報信号が発生される。他方、論理制御回路ＬＣにより信号が発生される試験相中（即ち、ゲーｈ　ＡＮＤ２が開いており、ゲートＡＮＤ５がインバータエＮＶ、を介して閉ざされている間）、ゲートＡＮＤ１　の出力端に信号が発生した場合、即ち試験信号が２つの評価チャンネルを介して正しく処理された場合に、警報信号発生は、インバータＩＮＶ２により阻止される。しかしながらゲートＡＮＤ１に出力信号が現れない場合には、ゲートＡＮＤ２を介して警報信号が発生される。この警報信号は、装置もしくはシステムの機能不全、例えば妨害もしくは破壊または要素もしくは素子の故障或いはその他の欠点による機能不全を表す。

上に述べた評価回路によれば、記憶回路Ｓ１　およびＳ２の保持時間内に同時にまたは短い時間間隔で逐次。

人間の運動を表す２つのドツプラ信号が２つのチャンネルに現れるか否かをチェックできるという多チヤンネル評価の利点が得られると共に、他方また、同じ回路を用いて、２つの評価チャンネルをも含め全ての要素もしくは素子の機能のチェックを行うことができるという利点が達成される。しかしながら１本発明の思想はまた。唯一つの評価チャンネルを備えた回路にも適用可能である。また１本発明の範囲内で他の変形例も可能である。

第８図には、上に述べた回路の特に合目的的で有利な発展態様が示されている。

なお第８図において、上述の要素と同じもしくは類似の要素は同じ参照数字を。

付けて示しである。この回路装置は、離散的な素子もしくは要素で動作する代りに、アナログ−ディジタル変換器ＡＤが前置接続されているマイクロプロセッサ μＰで動作する。この回路装置によれば、破壊もしくは妨害に対する安全性はさらに高められ且つ改善され、そして警報装置は自動的に、変動した空間条件、例えば空間内に生じた予測不可能な変化もしくは変動に適応可能である。

上の目的で、試験相においては、２つまたは３つ以上の帯域フィルタＢＰ１　、　ＢＰ２等々の出力信号はアナログ−ディジタル変換器ＡＤにおいてディジタル信号に変換されてマイクロプロセッサμＰに取込まれる。この場合変換器ＡＤへの信号供給は、前置接続されているマルチプレクサを用いて実現することもできる。警報設備の起動時または空間配列の爾後的な変動に際して。

必要に応じ、スイッチＴ８を操作することにより、個々の試験相を実行して、個々の帯域フィルタの出力を論理結合することによって得られる結果をマイクロプロセッサμＰに記憶する。この論理結合は、第９図に示すように、例えば、第９図に曲線１および２で表すような帯域フィルタＢＰ、　、　ＢＦ２の出力信号をそれぞれ積分して加算し、曲線３で表される信号を得る。この場合、測定相ｔｍの経時における曲線３の終値が、マイクロプロセッサに対する結果Ｒ１！ｌを表す。マイクロプロセッサμＰはそこで、基準値発生器Ｒを変更もしくは追従調整することにより、ＡＤ変換器を介して測定される基準値が先行の試験相の結果と一致するまで、結果を、基準値発生器に設定された結果Ｒｎと比較して、マイクロプロセッサに設定されている上限または下限値Ｒ０またはＲｕがこえられた場合には警報を発生する。

ＦＩＧ、７ＦＩＧ、９国際調査報告ＡＮＮＥＸＴｏＴＨＥＩＮＴＥＲＮＡ丁ＺＯＮＡＬ、５ＥＡＲＣＥミＲＥ？ＯＲ τＵＮ＋＋−一・――−＋＋＋時・鴫倦−−―−−＋＋噂瞬・―−一時噂−・＋骨−――＋嚇−一−―

Claims

【特許請求の範囲】

１．被監視領域（Ｒ）内に特定の周波数（ｆｏ）の超音波を送出する超音波送信器（Ｔ）と、被監視領域（Ｒ）から超音波を受信して電気信号に変換するための超音波受信器（Ｅ）と、該電気信号が供給されて、受信した超音波が送出した超音波から特定の周波数だけ偏差している場合に警報信号（ＡＬ，Ｓ１）を発生する電気評価回路（Ａ）とを備えた超音波警報装置の機能管理方法において、試験相（ｔｉ）中成る周波数偏差を発生し、前記送出される超音波の周波数（ｆｏ）を短時間（ｔｉ）、非周期的に変調し、該短時間の非周期的な変調により発生する周波数帯域が、警報発生として評価される周波数偏差を包摂するようにしたことを特徴とする方法。
２．変調の持続時間（ｔｉ）を、送信器（Ｔ）と受信器（Ｅ）との間の超音波の直接伝搬時間よりも長く且つ被監視領域（Ｒ）における超音波の可能な最大伝搬時間よりも短く選択することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
３．非同期的変調を、超音波の周波数（ｆｏ）および特定の短い持続時間（ｔｉ）を有する超音波パルスによって行うことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の方法。
４．超音波パルスが送出される試験相（ｔｆ）中、超音波の送出を中断することを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。
５．試験相において送出される超音波パルス（ｔｉ）中、超音波を付加的に周波数（ｆｍ）で変調し、それにより、超音波周波数（ｆｏ）との混合に際して発生するビート周波数が警報発生として評価される周波数偏差領域内になるようにすることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項記載の方法。
６．試験相（ｔｆ）内での機能監視を測定期間（ｔｍ）中に行い、該測定期間の持続時間の上限は所定の値に制限され、および／または、該測定期間（ｔｍ）は、変調持続期間（ｔｉ）の経過後に始まることを特徴とする請求の範囲第３項、第４項または第５項記載の方法。
７．非周期的変調が、短時間の振幅変化、周波数変化または位相変化或いは振幅跳躍、周波数跳躍または位相跳躍であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項の何れかに記載の方法。
８．被監視領域（Ｒ）に特定の周波数の超音波を送出する超音波送信器（Ｔ）と、被監視領域から超音波を受信する超音波受信器（Ｅ）と、該受信器に接続されて、受信した超音波が送出された超音波から所定の周波数だけ偏差している場合に警報信号を発生する電気的評価回路（Ａ）とを備え、請求の範囲第１項ないし第７項の何れかに記載の方法を実施するための回路装置において、機能管理の目的で、変調装置（Ｍ）を設け、該変調装置は、送出される超音波の周波数を短時間非周期的に変調し、それにより発生する周波数帯域が、評価回路（Ａ）により警報信号発生として評価される周波数偏差を包摂するように構成されていることを特徴とする回路装置。
９．変調装置（Ｍ）が、超音波の開閉制御装置（Ｐ，ＬＣ）により制御可能な回路装置（ＳＷ）を備えていることを特徴とする請求の範囲第８項記載の回路装置。
１０．混合装置（Ｘ２）が設けられ、該混合装置により制御装置（ＬＣ）から開閉装置（ＳＷ）を介して供給される少なくとも１つの別の周波数（ｆｍ１，ｆｍ２）を超音波と混合することができ、その場合、前記別の周波数は、超音波の周波数（ｆｏ）との混合に際して発生するビート周波数が評価回路の警報信号発生評価領域内にあるように選択されることを特徴とする請求の範囲第９項記載の回路装置。
１１．論理回路（ＡＮＤ１，ＡＮＤ２，ＡＮＤ３，ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＯＲ）が設けられ，該論理回路は制御装置（ＬＣ）により、動作相中は評価回路により発生される警報信号を導通し、試験相中は該評価回路の警報信号を阻止し、他方、評価回路の警報信号が存在しない場合には出力信号を発生するように制御されることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の回路装置。
１２．マイクロプロセッサ（μＰ）を設け、該マイクロプロセッサは、或る特定の試験相においては評価回路の信号を記憶し、後続の試験相においては、その時に現れる評価回路の信号を記憶されている信号と比較し、評価回路の信号が記憶されている信号から予め定められた偏差を有する場合に警報を発生するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第８項ないし第１１項の何れかに記載の回路装置。