JP2004150822A

JP2004150822A - Wave motion sensor, wave motion sensing method, and sensor system

Info

Publication number: JP2004150822A
Application number: JP2002313181A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kanayama; 憲司金山; Shinya Takenouchi; 真也竹之内
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wave motion sensor capable of achieving low costs, satisfactory maintainability, improvement in reliability, compactness of external size, and improvement in the degree of freedom in installation and performing a wide range of sensing. <P>SOLUTION: The three antennas of a first antenna 1a; a second antenna 1b; and a third antenna 1c are provided and constituted in such a way so as to share the generation of signals for transmission waves and the processing of detecting reception waves. One of the antennas is selected by a selection command part 11. On the basis of a selection command by the selection command part 11, a selection part 2 transmits the signals for transmission waves to the selected antenna and signals by reception waves received by the selected antenna to a detection part 4 and a level determining part 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波などの波動を用いて被検出物体を検知する波動センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、様々な分野においてワイヤレス化が進展しており、この基盤となる無線技術の進歩は目覚ましいものがある。従来、無線技術は通信手段として活用されることが多かったが、昨今の無線技術の急速な進展を踏まえ、無線をセンシング媒体として積極的に活用するケースが増大している。
【０００３】
無線を媒体としたセンシング方式は、大きく分けて、赤外線などの光を利用する光センシング方式と、数ＧＨｚ〜数百ＧＨｚ程度の周波数の電波を利用する電波センシング方式とに分類される。
【０００４】
電波センシング方式は、光センシング方式と比較して、被検出物体の反射率や騒音・温度・風等の影響を受けることがないので、安定したセンシング動作を行うことが可能である。また、ドップラー効果を併用することによって、被検出物体の移動方向を判別することが可能となる。さらに、電波としてマイクロ波を使用すれば、マイクロ波はプラスチック、ガラス、ダンボールなどの障害物を透過するので、被検出物体を壁の中等に設置することが可能となる。このように、電波センシング方式は様々な利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えばマイクロ波を用いる場合、マイクロ波は指向性を有するものであるので、基本的にはマイクロ波センサから所定の範囲の方向に対してのみセンシング動作が可能となる。よって、広い範囲でセンシングを行いたい場合には、例えば次のような手法が用いられる。
（ａ）マイクロ波センサのアンテナ部を機械的に回転させる。
（ｂ）平面アンテナ等のアンテナ素子に給電する信号の位相を制御して合成波を広範囲に移動させる。
【０００６】
上記（ａ）の方式は、マイクロ波を送受信するアンテナの向きを機械的に変更することによって、広範囲のセンシングを実現するものである。この場合、アンテナを回転させる電動駆動部がマイクロ波センサに設けられる。
【０００７】
しかしながら、電動駆動部は、電動モータ、駆動伝達機構、支持部材などの構成が必要とされるため、外形が比較的大きくなることが避けられないだけでなく、コストアップをも招くことにもなる。さらに、機械的に動作する駆動機構が存在することによって、機械的な要因による信頼性の低下の問題、磨耗などの問題、摺動個所に対するオイル供給などのメンテナンスが必要になるという問題、アンテナ部の回転に伴って設置個所が制限されるという問題などが生じることになる。
【０００８】
一方、上記（ｂ）の方式では、アンテナ素子に給電する信号の位相を制御するものであるので、電子的な制御で広範囲のセンシングを実現することが可能となっている。よって、前述の機械的方式の有する種々の問題が無いという利点がある。
【０００９】
しかしながら、アンテナ素子へ給電する信号の位相を制御するためには、複雑な演算・制御処理が不可欠であり、高性能な演算部を設けることによるコストアップを招くことが避けられないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、低コスト、良好なメンテナンス性、信頼性の向上、外形サイズの小型化、および設置の自由度の向上を実現した、広い範囲のセンシングを行うことが可能な波動センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る波動センサは、波動を検知対象領域に対して送信波として送出するとともに、上記送信波が、上記検知対象領域内に存在する被検出物体で反射された反射波を受信波として受信するアンテナと、上記送信波を構成する信号を生成する信号生成手段と、上記受信波に信号処理を施して検知内容を外部に出力する検知処理手段とを備え、上記アンテナが複数備えられているとともに、上記複数のアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択し、選択されたアンテナに対して上記信号生成手段によって生成された信号を伝送するとともに、選択されたアンテナによって受信された受信波による信号を上記検知処理手段に伝送する切替処理を行う切替処理手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成では、アンテナが複数設けられている一方、信号生成手段および検知処理手段が共用される状態で設けられている。そして、切替処理手段によって選択されたアンテナに対して、信号生成手段によって生成された信号が伝送されるとともに、選択されたアンテナによって受信された受信波が、検知処理手段によって処理されるようになっている。このような構成によれば、複数のアンテナをそれぞれ異なる領域に向けて設置しておくとともに、これらのアンテナを適宜切り替えて送信波信号の伝送および受信波の検知処理を行うことによって、１つの波動センサによって広範囲の領域のセンシングを行うことが可能となる。
【００１３】
ここで、従来では、１つの波動センサによって広範囲の領域のセンシングを行おうとする場合には、前記したように、アンテナの向きを機械的に変更するための電動駆動機構部を設ける構成がとられていた。この電動駆動機構部は、電動モータ、駆動伝達機構、支持部材などの構成が必要とされるので、波動センサ自体の外形サイズが比較的大きくなっていた。これに対して、上記本発明の構成によれば、アンテナを複数設ける点、および切替処理手段を設ける点などが構成部材の増加であるが、これらの構成を追加することによる外形サイズの増加は微々たるものである。
【００１４】
なお、従来では、アンテナは比較的サイズの大きいものが用いられていたが、昨今では、無線技術の発達により、サイズの小さなアンテナが提供されるようになっている。したがって、上記本発明の構成のように、アンテナを複数設けたとしても、波動センサ自体の外形サイズの増大は微々たるものとなる。また、切替処理手段に関しては、ＩＣなどの電子回路によって実現できるので、その外形サイズは比較的小さいものとなる。
【００１５】
同様に、昨今では、無線技術の発達および需要の増大などを要因として、アンテナ自体が比較的安価になってきている。よって、したがって、上記本発明の構成のように、アンテナを複数設けたことによるコスト上昇は、電動駆動機構部を設けることによるコスト上昇と比較してはるかに低いものとなる。
【００１６】
また、電動駆動機構部を設ける場合、前記したように、機械的に動作する駆動機構が存在することによって、機械的な要因による信頼性の低下の問題、摩耗などによる寿命の問題、摺動箇所に対するオイル供給などのメンテナンスが必要となるという問題が生じるが、上記本発明の構成によれば、機械的に動作する箇所が皆無となるので、これらの問題はすべて解消されることになる。
【００１７】
一方、従来では、１つの波動センサによって広範囲の領域のセンシングを行おうとする際に、前記したように、送信波を構成する信号の位相を制御して合成波を広範囲に移動させる手法も採られていた。この方法の場合、信号の位相を制御するためには、複雑な演算・制御処理が不可欠であり、高性能な演算部を設けることによるコストアップを招くという問題がある。これに対して、上記本発明の構成における切替処理手段は、アンテナを切り替えて信号の伝送を行うという極めて単純な処理を行えばよいものであるので、低いコストで実現することが可能である。
【００１８】
以上のように、本発明の構成によれば、低コスト、良好なメンテナンス性、信頼性の向上、外形サイズの小型化、および設置の自由度の向上を実現した、広い範囲のセンシングを行うことが可能な波動センサを提供することが可能となる。
【００１９】
なお、上記アンテナは、１つのアンテナ部によって送信波の送信および受信波の受信を行う構成のものであってもよいし、送信波の送信を行うアンテナ部と、受信波の受信を行うアンテナ部とによって構成されるものであってもよい。
【００２０】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記アンテナによって送受信される波動が、マイクロ波またはミリ波である構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、検出に用いる波動をマイクロ波またはミリ波としているので、被検出物体の反射率や騒音・温度・風等の影響を受けることがなく、安定したセンシング動作を行うことが可能となる。また、マイクロ波はプラスチック、ガラス、ダンボールなどの障害物を透過するので、このような障害物の向こう側に存在する被検出物体を検出することも可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記切替処理手段が、上記複数のアンテナのそれぞれを示す信号を所定のサイクルで順次切り替えて出力する切替カウンタと、上記切替カウンタからの出力に応じて、選択すべきアンテナを指示する切替指令信号を出力する切替指令部と、上記切替指令信号に基づいて、選択されたアンテナに対して上記信号生成手段によって生成された信号を伝送するとともに、選択されたアンテナによって受信された受信波による信号を上記検知処理手段に伝送する切替を行う切替部とを備えている構成としてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、切替カウンタによって所定のサイクルで選択すべきアンテナが順次切り替えられ、これに基づいて切替司令部が切替指令信号を送出し、この切替指令信号に基づいて、切替部が、選択されたアンテナに対する信号の受け渡しを行うことになる。すなわち、各アンテナが順次アクティブになってセンシング動作を行うことにより、各アンテナによるセンシング領域の検知が順次行われ、これにより広い範囲のセンシング動作を実現することができる。
【００２４】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記検知処理手段が、特定のアンテナの検出状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった時点で、他のアンテナの検出状態がＯＦＦとなっている場合、その時点から、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間だけ、上記特定のアンテナが検出状態ＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、上記の設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間の途中で他のアンテナの検出状態がＯＮとなった場合には、上記特定のアンテナの検出状態をＯＦＦとし、検出状態がＯＮとなったアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力するものとし、上記の設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が過ぎた後も、どのアンテナも検出状態がＯＦＦのままである場合には、上記特定のアンテナの検出状態がＯＦＦとなっている信号を出力する構成としてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、センシング領域内に被検出物体が存在しているのにも拘わらず、どのアンテナによっても検出がされていない期間が生じることを防ぐことが可能となる。
【００２６】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記検知処理手段が、複数のアンテナが検出状態となっている場合、複数のアンテナが検出状態となった時点から、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間は、先に検出状態がＯＮとなっていたアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が経過した後に、先に検出状態がＯＮとなっていたアンテナの検出状態がＯＦＦとなった場合には、後に検出状態がＯＮとなったアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が経過した後も、複数のアンテナの検出状態がともにＯＮとなったままである場合には、該当する複数のアンテナの検出状態がともにＯＮとなっていることを示す信号を出力する構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、被検出物体が１つしかないのにも拘わらず、複数のアンテナ１によって検出されている期間が生じることを防ぐことができるとともに、複数のセンシング領域にそれぞれ被検出物体が存在している場合にも、これを的確に反映した検知結果を出力することが可能となる。
【００２８】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記信号生成手段が、所定の周波数の信号を出力する発振器と、アンテナの切替指令が出されたタイミングに応じてパルス信号を出力するパルス発生部と、上記パルス発生部からパルス信号が出力された期間に、上記発振器から出力された信号を、選択されたアンテナに対して出力する信号合成部とを備えている構成としてもよい。
【００２９】
上記の構成によれば、選択されたアンテナからは、所定の周波数からなるパルス状の信号が送信波として送信されることになる。このような送信波が被検出物体に当たって反射されると、受信波は、被検出物体とアンテナとの距離に応じた遅延時間の後にアンテナに受信されることになる。よって、検知処理手段によって、この遅延時間を計測することによって、被検出物体とアンテナとの距離を検出することが可能となる。したがって、被検出物体の位置を特定する必要がある用途などに対応することが可能となる。
【００３０】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記信号生成手段が、所定の周波数の信号を選択されたアンテナに対して出力するとともに、上記検知処理手段が、送信波の周波数と受信波の周波数とを比較する処理を行う構成としてもよい。
【００３１】
上記の構成によれば、検知処理手段が、送信波の周波数と受信波の周波数とを比較することによって、被検出物体とアンテナとを結ぶ直線方向成分における、被検出物体の移動方向および移動速度を検知することが可能となる。よって、移動する被検出物体を検出する必要がある用途などに対応することが可能となる。
【００３２】
また、本発明に係る波動センサは、上記の構成において、上記切替処理手段が、外部から入力された指示に基づいて上記アンテナの選択を行う構成としてもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、外部から所定のアンテナを選択して検出動作を行わせることが可能となるので、外部から操作する操作者の所望とする領域のセンシングを行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明に係るセンサシステムは、上記本発明に係る波動センサと、上記波動センサからの出力を統合して、通信手段を介して外部装置に対して出力結果を送信するセンサマスタコントローラとを備えていることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、例えば波動センサがある特定の区域において複数設けられている場合に、これらの出力結果がセンサマスタコントローラによって統合され、このセンサマスタコントローラによって外部装置、たとえば監視サーバなどに出力結果が送信されることになる。よって、各波動センサが個々に外部装置に対して通信を行う機能を有する必要がなくなるので、波動センサ自体のコストを低減することが可能となる。また、外部装置側にとっても、センサマスタコントローラによって統合された結果のみが通知されることになるので、受信した情報の管理が容易になるという効果もある。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３７】
（パルスレーダ方式のマイクロ波センサ構成）
まず、パルスレーダ方式のマイクロ波センサについて以下に説明する。パルスレーダ方式のマイクロ波センサは、送信波に対して、被検出物体の距離に応じた遅延を伴って反射される反射波を検出することによってセンシングを行うセンサである。このパルスレーダ方式によれば、反射波の遅延時間を計測することによって、被検出物体とセンサとの間の距離を検出することも可能である。
【００３８】
図１は、パルスレーダ方式のマイクロ波センサの概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、このマイクロ波センサは、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃ、切替部２、方向性結合器３、検波部４、レベル判定部５、入出力部６、信号合成部７、発振器８、パルス発生部９、切替カウンタ１０、および切替司令部１１を備えた構成となっている。
【００３９】
第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃ（以降、これらを区別する必要のない場合には、総称してアンテナ１と称する）は、例えば基板上にアンテナ機能を形成した平面アンテナによって構成されるものである。このアンテナ１は、マイクロ波をセンシング対象領域に向けて出力する機能と、センシング対象領域から反射されたマイクロ波を受信する機能とを有している。
【００４０】
切替部２は、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃのうちのいずれか１つを選択して、選択したアンテナと方向性結合器３とを接続する切替動作を行うものである。この切替部２における切替動作は、切替指令部１１からの切替指令信号に基づいて行われる。
【００４１】
方向性結合器３は、切替部２から出力された信号を検波部４に伝送するとともに、信号合成部７から出力された信号を切替部２に伝送する機能を有する信号切替伝送手段である。
【００４２】
検波部４は、方向性結合器３からＤＣアンプを介して伝送された信号の検波処理を行うものである。この検波部４は、例えばショットキーバリアダイオードなどによって構成される。
【００４３】
レベル判定部５は、検波部４によって検波処理された信号のレベルを判定し、所定のレベル以上である場合にのみ信号を出力するものである。このレベル判定部５は、例えばコンパレータなどによって構成される。
【００４４】
入出力部６は、外部にセンシング結果およびセンシング動作状態を出力するとともに、外部からの指令を入力するものである。外部に出力されるセンシング結果としては、レベル判定部５から伝送される検出信号であり、外部に出力されるセンシング動作状態としては、切替司令部１１から伝送される、選択しているアンテナの情報を示す信号である。また、外部から入力される指令としては、アンテナの選択指令である。
【００４５】
なお、上記の外部としては、マイクロ波センサからの検知結果を監視する外部機器、例えば監視サーバなどが挙げられる。また、この外部機器と入出力部６の間は、直接通信線によって接続されていてもよいし、何らかの通信ネットワークを介して接続されていてもよい。
【００４６】
発振器８は、所定の周波数の信号を出力するものである。また、パルス発生部９は、切替カウンタ１０から入力されるカウンタ信号に応じてパルス信号を出力するものである。
【００４７】
信号合成部７は、発信器８から出力される信号と、パルス発生部９から出力されるパルス信号とを合成して出力するものである。詳しく説明すると、発信器８からは定常的に所定の周波数の信号が出力される一方、パルス発生部９からは、カウント信号に応じて定期的にパルス状の信号が出力されることになる。そして、信号合成部７は、これらの信号を合成することによって、パルス信号がアクティブになっている期間においてのみ所定の周波数の信号が出力されるような信号を出力するようになっている。この信号合成部７から出力される信号は、ＤＣアンプを介して方向性結合器３に入力され、切替部２を介して、選択されているアンテナ１から出力される。
【００４８】
切替カウンタ１０は、パルス発生部９および切替指令部１１に対してカウンタ値を出力するものである。この切替カウンタ１０は、所定の周期で１〜３の数字に対応する信号を順に繰り返して出力するようになっている。
【００４９】
切替指令部１１は、切替カウンタ１０からの出力されるカウンタ値に基づいて、切替部２に対して選択すべきアンテナ１の番号を示す切替信号を出力するものである。また、切替指令部１１は、外部から、アンテナの選択指令が入出力部６を介して入力された場合には、その選択指令に基づいて切替部に対して選択すべきアンテナ１の番号を示す切替信号を出力する。さらに、現在選択されているアンテナ１の番号に関する情報を、入出力部６を介して外部に出力する機能も有している。
【００５０】
なお、図１に示すように、上記した第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃは、それぞれ異なる方向を向いた状態で配置されている。すなわち、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃは、それぞれ異なるセンシング領域Ａａ・Ａｂ・Ａｃにおけるセンシングを行うことが可能となっている。
【００５１】
以上の構成により、マイクロ波センサは、カウンタ値に基づいて使用するアンテナ１を順次切り替えて、そのセンシング結果を外部に出力する動作を行うようになっている。すなわち、それぞれ異なる領域のセンシングを行っている第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃによるセンシング結果が順次外部に出力されることになるので、結果的に広い範囲のセンシングを行うことが可能となっている。
【００５２】
（パルスレーダ方式の動作説明）
次に、上記のパルスレーダ方式のマイクロ波センサにおける動作について、図２を参照しながら以下に説明する。図２は、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃのそれぞれにおける送信波および受信波の状態を経時的に示す図である。
【００５３】
まず、切替カウンタ１０からカウント値を１とする信号がパルス発生部９および切替指令部１１に向けて出力される。切替司令部１１は、カウンタ値を１とする信号を受け取ると、切替部２に対して選択するアンテナ１を第１アンテナ１ａに変更する切替指令を送信し、これに応じて切替部２が切替動作を行う。また、切替司令部１１は、入出力部６を介して外部に向けて、選択しているアンテナ１が第１アンテナ１ａである旨を示す信号を出力する。これによって、マイクロ波センサからの検知結果を監視している外部装置は、現在の検知結果が第１アンテナ１ａによるものであることを把握することができる。
【００５４】
一方、パルス発生部９は、カウンタ値を１とする信号を受け取ると、その信号の入力タイミングに合わせてパルス信号を信号合成部７に向けて出力する。信号合成部７は、パルス発生部９からパルス信号を受信すると、パルス信号が入力されている期間において、発振器８から入力されている所定の周波数ｆ_０の信号を出力する。信号合成部７から出力された信号は、ＤＣアンプによって増幅された後に、方向性結合器３を介して切替部２に入力される。その後、この信号が、切替部２において選択されているアンテナ１、この場合には第１アンテナ１ａに出力され、第１アンテナ１ａから、図２に示すように送信波がセンシング領域Ａａに向けて送出される。
【００５５】
送信波が送出されてから遅延時間後に、図２に示す例では、第１アンテナ１ａは被検出物体からの反射波を受信波として受信している。この第１アンテナ１ａにおいて受信された受信波は、切替部２および方向性結合器３を介して、ＤＣアンプによって増幅された後に検波部４に入力される。そして、検波部４において検波処理がなされ、レベル判定部５においてレベル判定がなされて、この結果が入出力部６から外部へ送信される。外部では、このマイクロ波センサからの検知結果に基づいて、第１アンテナ１ａによって検知が行われている領域（センシング領域Ａａ）に、被検出物体が存在することを認識することができるとともに、送信波が送信されてから受信波が受信されるまでの遅延時間に基づいて、マイクロ波センサと被検出物体との距離を認識することができる。
【００５６】
以上のような動作が、切替カウンタ１０からカウンタ値が切り替えられて出力される度に行われる。図２に示す例では、第２アンテナ１ｂ、第３アンテナ１ｃにおいては受信波は検出されず、再び第１アンテナ１ａに切り替えられた際に、受信波が検出されている。これにより、図２に示す期間においては、被検出物体は、第１アンテナ１ａによるセンシング領域Ａａにのみ存在していたことを把握することができる。
【００５７】
（センサ出力方法）
次に、上記のマイクロ波センサにおけるセンサ出力の方式について、図３を参照しながら説明する。図３は、被検出物体がセンシング領域Ａａからセンシング領域Ａｂを経由してセンシング領域Ａｃに移動した場合の、各アンテナ１の検出状態およびセンサ出力を示している。
【００５８】
各アンテナ１は、被検出物体からの受信波を受信した時点から検出状態がＯＮとなり、送信波を送信しても受信波が受信されないことが確認された時点で検出状態がＯＦＦとなるように設定されている。なお、この例では、送信波を送信してから、センシング領域内に被検出物体が存在する場合の最長の遅延時間が過ぎても受信波が受信されないことが確認された場合に、検出状態がＯＦＦとなるように設定されているものとする。
【００５９】
まず、被検出物体がセンシング領域Ａａに存在する期間においては、第１アンテナ１ａが被検出物体を検出しており、第２アンテナ１ｂおよび第３アンテナ１ｃは何も検出していない状態となっている。
【００６０】
その後、図３に示す例では、カウンタ値が１となっている期間の途中で、被検出物体がセンシング領域Ａａからセンシング領域Ａｂに移動している。ここで、第１アンテナ１ａから送信された送信波が被検出物体に到達する前に被検出物体がセンシング領域Ａｂに移動したとすると、第１アンテナ１ａは、被検出物体からの受信波を受信することができないことになる。すなわち、第１アンテナ１ａはこの時点で検出状態がＯＦＦとなる。
【００６１】
次にカウンタ値が２に切り替えられると、第２アンテナ１ｂから送信波が送信され、センシング領域Ａｂに移動した被検出物体で反射された受信波が受信されることになる。この受信の時点から第２アンテナ１ｂの検出状態がＯＮとなる。
【００６２】
その後、図３に示す例では、カウンタ値が３となっている期間の途中で、被検出物体がセンシング領域Ａｂからセンシング領域Ａｃに移動している。ここで、第３アンテナ１ｃから送信された送信波が、センシング領域Ａｃに移動してきた被検出物体に到達したとすると、第３アンテナ１ｃは、被検出物体からの受信波を受信することになる。よって、第３アンテナ１ｃはこの時点で検出状態がＯＮとなる。
【００６３】
一方、第２アンテナ１ｂは、被検出物体がセンシング領域Ａｃに移動した後も検出状態がＯＮの状態が持続され、カウンタ値が２に切り替えられて、送信波を送信し、これに対する受信波を検出できなかったことが確認された時点で、検出状態がＯＦＦとなる。
【００６４】
以上のように、図３に示す例では、第１アンテナ１ａの検出状態がＯＮとなっている期間と、第２アンテナ１ｂの検出状態がＯＮとなっている期間との間に空白があり、また、第２アンテナ１ｂの検出状態がＯＮとなっている期間と、第３アンテナ１ｃの検出状態がＯＮとなっている期間とが一部重なっているようになっている。したがって、このままの検出結果を外部に出力してしまうと、センシング領域内に被検出物体が存在しているのにも拘わらず、どのアンテナ１によっても検出がされていない期間が生じたり、被検出物体が１つしかないのにも拘わらず、複数のアンテナ１によって検出されている期間が生じたりすることになる。
【００６５】
そこで、本実施形態に係るマイクロ波センサでは、センサ出力の連続性を保つために、次のような制御を行うものとする。
【００６６】
まず、あるアンテナ１（仮にアンテナＡとおく）の検出状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった時点で、他のアンテナの検出状態がＯＦＦとなっている場合、その時点から最大で２カウント周期分の期間だけ、上記アンテナＡが検出状態ＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力する。ここで、上記の２カウント周期分の期間の途中で他のアンテナ１（仮にアンテナＢとおく）の検出状態がＯＮとなった場合には、アンテナＡの検出状態をＯＦＦとし、アンテナＢの検出状態をＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力するようにする。その後、上記の２カウント周期分の期間が過ぎた後も、どのアンテナも検出状態がＯＦＦのままである場合には、アンテナＡの検出状態をＯＦＦとし、どのアンテナも検出状態がＯＮとなっていないことを示す信号をセンサ出力とする。このような制御によって、センシング領域内に被検出物体が存在しているのにも拘わらず、どのアンテナ１によっても検出がされていない期間が生じることを防ぐことが可能となる。
【００６７】
また、複数のアンテナ１が検出状態となっている場合、複数のアンテナ１が検出状態となった時点から２カウント周期分の期間は、先に検出状態がＯＮとなっていたアンテナ１（仮にアンテナＤとおく）の検出状態がＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力する。その後、２カウント周期分の期間が経過した後に、アンテナＤの検出状態がＯＦＦとなった場合には、後に検出状態がＯＮとなったアンテナ１（仮にアンテナＥとおく）の検出状態がＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力する。
【００６８】
一方、上記２カウント周期分の期間が経過した後も、アンテナＤおよびアンテナＥの検出状態がともにＯＮとなったままである場合には、どちらのセンシング領域にも被検出物体が存在するものと判断し、アンテナＤおよびアンテナＥの検出状態がともにＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力することにする。
【００６９】
以上のような制御によって、被検出物体が１つしかないのにも拘わらず、複数のアンテナ１によって検出されている期間が生じることを防ぐことができるとともに、複数のセンシング領域にそれぞれ被検出物体が存在している場合にも、これを的確に反映した検知結果を出力することが可能となる。
【００７０】
（ドップラー方式のマイクロ波センサ構成）
次に、ドップラー方式のマイクロ波センサについて以下に説明する。ドップラー方式のマイクロ波センサは、送信波の周波数と受信波の周波数とを比較することによって、移動する被検出物体を検出するセンサである。
【００７１】
図４は、ドップラー方式のマイクロ波センサの概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、このマイクロ波センサは、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃ、切替部２、方向性結合器３、検波部４、レベル判定部５、入出力部６、信号合成部７、発振器８、パルス発生部９、切替カウンタ１０、切替司令部１１、ＬＰＦ１２、ＨＰＦ１３、第１発振器１４、および第２発振器１５を備えた構成となっている。なお、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃ、切替部２、方向性結合器３、検波部４、レベル判定部５、入出力部６、切替カウンタ１０、および切替司令部１１は、前記したパルスレーダ方式のマイクロ波センサが備える構成とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００７２】
ＬＰＦ１２は、選択されているアンテナ１において受信された信号と、第１発振器１４から出力された信号とがミックスアップされた信号を入力し、その信号における所定の閾値以下の周波数成分のみを出力するローパスフィルタである。また、ＨＰＦ１２は、同じく選択されているアンテナ１において受信された信号と、第１発振器１４から出力された信号とがミックスアップされた信号を入力し、その信号における所定の閾値以上の周波数成分のみを出力するハイパスフィルタである。
【００７３】
第１発振器１４および第２発振器１５は、それぞれ所定の周波数の信号を出力するものである。第１発振器１４および第２発振器１５から出力された信号は、ミックスアップされた後に方向性結合器３に入力される。また、第１発振器１４から出力された信号は、上記したように、選択されているアンテナ１において受信された信号とミックスアップされた後に、ＬＰＦ１２およびＨＰＦ１３に入力される。
【００７４】
以上の構成により、マイクロ波センサは、カウンタ値に基づいて使用するアンテナ１を順次切り替えて、そのセンシング結果を外部に出力する動作を行うようになっている。すなわち、それぞれ異なる領域のセンシングを行っている第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃによるセンシング結果が順次外部に出力されることになるので、結果的に広い範囲のセンシングを行うことが可能となっている。
【００７５】
（ドップラー方式の動作説明）
次に、上記のドップラー方式のマイクロ波センサにおける動作について、図５を参照しながら以下に説明する。図５は、第１ないし第３アンテナ１ａ・１ｂ・１ｃのそれぞれにおける送信波および受信波の状態を経時的に示す図である。
【００７６】
まず、切替カウンタ１０からカウント値を１とする信号がパルス発生部９および切替指令部１１に向けて出力される。切替司令部１１は、カウンタ値を１とする信号を受け取ると、切替部２に対して選択するアンテナ１を第１アンテナ１ａに変更する切替指令を送信し、これに応じて切替部２が切替動作を行う。また、切替司令部１１は、入出力部６を介して外部に向けて、選択しているアンテナ１が第１アンテナ１ａである旨を示す信号を出力する。これによって、マイクロ波センサからの検知結果を監視している外部装置は、現在の検知結果が第１アンテナ１ａによるものであることを把握することができる。
【００７７】
一方、第１発振器１４および第２発振器１５は、それぞれ所定の周波数ｆ_１およびｆ_ＩＦの信号を出力し、これらがミックスアップされた周波数ｆ_０の信号が、方向性結合器３、および切替部２を介して、選択されている第１アンテナ１ａに伝送される。ここで、第１発振器１４から出力される信号の周波数ｆ_１を２３．９９９ＧＨｚとし、第２発振器１５から出力される信号の周波数ｆ_ＩＦを１ＭＨｚとすると、ミキシングアップによって周波数ｆ_０＝２４ＧＨｚの送信波が生成されることになる。そして、第１アンテナ１ａから周波数ｆ_０の送信波がセンシング領域Ａａに向けて送出される。
【００７８】
そして、図５に示す例では、第１アンテナ１ａは被検出物体からの反射波を受信波として受信している。ここで、被検出物体が移動しているものとすると、ドップラー効果によって受信波の周波数はｆ_０±Δｆとなる。±Δｆは、被検出物体の移動速度に対応して変化するものである。
【００７９】
この受信波は、切替部２、方向性結合器３、およびＤＣアンプを介した後、第１発振器１４から出力される周波数ｆ_１の信号とミックスされることによって、（ｆ_０±Δｆ）−ｆ_１＝ｆ_１＋ｆ_ＩＦ±Δｆ−ｆ_１＝ｆ_ＩＦ±Δｆという式に基づいて、周波数ｆ_ＩＦ±Δｆの信号に変換される。この周波数ｆ_ＩＦ±Δｆの信号は、ＬＰＦ１２を通過することによって−Δｆの信号に変換され、ＨＰＦ１３を通過することによって＋Δｆの信号に変換される。ここで、−Δｆおよび＋Δｆは、それぞれ被検出物体が遠ざかっている場合および近づいている場合を示しており、その絶対値の大きさは、マイクロ波センサと被検出物体とを結ぶ直線方向成分の被検出物体の移動速度を表している。このような信号が検波部４およびレベル判定部５によって検出されることによって、被検出物体の移動方向および速度が検出される。
【００８０】
その後、図５に示す例では、カウンタ値が２、３、１と切り替えられ、第２アンテナ１ｂ、第３アンテナ１ｃ、第１アンテナ１ａと順に送信波が送信されるが、受信波はいずれのアンテナ１でも検出されていない。すなわち、この例では、最初にカウンタ値が１となった期間で、被検出物体がセンシング領域Ａａに存在し、その後、カウンタ値が２および３となっている期間では、少なくともセンシング領域Ａｂおよびセンシング領域Ａｃには被検出物体が存在せず、さらにその後にカウンタ値が１となった期間では、被検出物体がセンシング領域Ａａに存在していない、ということがわかる。
【００８１】
なお、上記のドップラー方式のマイクロ波センサにおけるセンサ出力方法は、前記において、図３を参照しながら説明をした、パルスレーダ方式のマイクロ波センサにおけるセンサ出力方法と同様に行うことが可能である。
【００８２】
また、上記では、マイクロ波センサは、マイクロ波を送受信することによってセンシング動作を行うものであったが、いわゆるミリ波と呼ばれる電波を用いる形態であってももちろん構わない。
【００８３】
（センサシステム）
以上のようなマイクロ波センサを備えたセンサシステムについて図６を参照しながら以下に説明する。同図に示すように、このセンサシステムは、複数のマイクロ波センサ２１…、センサマスタコントローラ２２、およびセンタシステム２３によって構成される。マイクロ波センサ２１は、上記で説明したマイクロ波センサに相当するものであり、マイクロ波を用いて被検出物体の存在を検出するセンサである。各マイクロ波センサ２１は、例えば無線によってセンサマスタコントローラ２２に検出結果を出力するようになっている。
【００８４】
センサマスタコントローラ２２は、複数のマイクロ波センサ２１…からの検出結果出力を受信し、これらを統合してセンタシステム２３に対して送信するものである。このセンサマスタコントローラ２２は、例えば特定の区域に１台、例えば１つの家屋に１台、あるいは１つの会社に１台などのように設けられることが想定される。センタシステム２３との間での通信形態としては、例えば公衆電話網およびインターネットを介した通信などが挙げられるが、特に限定するものではなく、遠距離データ通信が可能な通信形態であればどのような形態であってもよい。
【００８５】
センタシステム２３は、センサシステムを統轄管理するものであり、サーバコンピュータなどによって構成される。図６中では、センサマスタコントローラ２２は１つしか示されていないが、実際には多数のセンサマスタコントローラ２２…がセンタシステム２３に通信接続されている。
【００８６】
このセンタシステム２３は、監視サーバとして機能することになる。監視サーバにおける処理としては、例えば、受信した検知結果の保存処理や、異常発生時の警報の発動処理ならびに連絡処理などが挙げられる。また、この場合、センタシステム２３は、さらに広域の通信ネットワークを介して、例えば警備会社に設置された中央管理サーバに接続されていてもよい。このような構成とした場合、各センタシステム２３から送信されてくる情報によって、警備会社において各撮影装置による監視状況を把握することが可能となり、例えば留守中の警備などが可能となる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る波動センサは、波動を検知対象領域に対して送信波として送出するとともに、上記送信波が、上記検知対象領域内に存在する被検出物体で反射された反射波を受信波として受信するアンテナと、上記送信波を構成する信号を生成する信号生成手段と、上記受信波に信号処理を施して検知内容を外部に出力する検知処理手段とを備え、上記アンテナが複数備えられているとともに、上記複数のアンテナのうちのいずれか１つのアンテナを選択し、選択されたアンテナに対して上記信号生成手段によって生成された信号を伝送するとともに、選択されたアンテナによって受信された受信波による信号を上記検知処理手段に伝送する切替処理を行う切替処理手段を備えている構成である。
【００８８】
これにより、複数のアンテナをそれぞれ異なる領域に向けて設置しておくとともに、これらのアンテナを適宜切り替えて送信波信号の伝送および受信波の検知処理を行うことによって、１つの波動センサによって広範囲の領域のセンシングを行うことが可能となるという効果を奏する。
【００８９】
また、１つの波動センサによって広範囲の領域のセンシングを行うために、アンテナを複数設ける点、および切替処理手段を設ける点などが構成部材の増加であるが、これらの構成を追加することによる外形サイズの増加は微々たるものであるので、装置サイズを比較的小さくすることができるという効果を奏する。
【００９０】
また、アンテナを複数設けたことによるコスト上昇は、電動駆動機構部を設けることによるコスト上昇と比較してはるかに低いものであるので、装置コストを低く抑えることが可能となるという効果を奏する。
【００９１】
また、機械的に動作する箇所が皆無となるので、信頼性、保守性を良好なものとすることができる。
【００９２】
また、切替処理手段は、アンテナを切り替えて信号の伝送を行うという極めて単純な処理を行えばよいものであるので、低いコストで実現することが可能であるという効果を奏する。
【００９３】
また、本発明に係る波動センサは、上記アンテナによって送受信される波動が、マイクロ波またはミリ波である構成としてもよい。
【００９４】
これにより、上記の構成による効果に加えて、被検出物体の反射率や騒音・温度・風等の影響を受けることがなく、安定したセンシング動作を行うことができるとともに、プラスチック、ガラス、ダンボールなどの障害物の向こう側に存在する被検出物体を検出することも可能となるという効果を奏する。
【００９５】
また、本発明に係る波動センサは、上記切替処理手段が、上記複数のアンテナのそれぞれを示す信号を所定のサイクルで順次切り替えて出力する切替カウンタと、上記切替カウンタからの出力に応じて、選択すべきアンテナを指示する切替指令信号を出力する切替指令部と、上記切替指令信号に基づいて、選択されたアンテナに対して上記信号生成手段によって生成された信号を伝送するとともに、選択されたアンテナによって受信された受信波による信号を上記検知処理手段に伝送する切替を行う切替部とを備えている構成としてもよい。
【００９６】
これにより、上記の構成による効果に加えて、各アンテナが順次アクティブになってセンシング動作を行うことにより、各アンテナによるセンシング領域の検知が順次行われ、これにより広い範囲のセンシング動作を実現することができるという効果を奏する。
【００９７】
また、本発明に係る波動センサは、上記検知処理手段が、特定のアンテナの検出状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった時点で、他のアンテナの検出状態がＯＦＦとなっている場合、その時点から、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間だけ、上記特定のアンテナが検出状態ＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、上記の設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間の途中で他のアンテナの検出状態がＯＮとなった場合には、上記特定のアンテナの検出状態をＯＦＦとし、検出状態がＯＮとなったアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号をセンサ出力として出力するものとし、上記の設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が過ぎた後も、どのアンテナも検出状態がＯＦＦのままである場合には、上記特定のアンテナの検出状態がＯＦＦとなっている信号を出力する構成としてもよい。
【００９８】
これにより、上記の構成による効果に加えて、センシング領域内に被検出物体が存在しているのにも拘わらず、どのアンテナによっても検出がされていない期間が生じることを防ぐことが可能となるという効果を奏する。
【００９９】
また、本発明に係る波動センサは、上記検知処理手段が、複数のアンテナが検出状態となっている場合、複数のアンテナが検出状態となった時点から、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間は、先に検出状態がＯＮとなっていたアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が経過した後に、先に検出状態がＯＮとなっていたアンテナの検出状態がＯＦＦとなった場合には、後に検出状態がＯＮとなったアンテナの検出状態がＯＮとなっていることを示す信号を出力するものとし、設けられているアンテナの数から１だけ減じた値のカウント周期分の期間が経過した後も、複数のアンテナの検出状態がともにＯＮとなったままである場合には、該当する複数のアンテナの検出状態がともにＯＮとなっていることを示す信号を出力する構成としてもよい。
【０１００】
これにより、上記の構成による効果に加えて、被検出物体が１つしかないのにも拘わらず、複数のアンテナ１によって検出されている期間が生じることを防ぐことができるとともに、複数のセンシング領域にそれぞれ被検出物体が存在している場合にも、これを的確に反映した検知結果を出力することが可能となるという効果を奏する。
【０１０１】
また、本発明に係る波動センサは、上記信号生成手段が、所定の周波数の信号を出力する発振器と、アンテナの切替指令が出されたタイミングに応じてパルス信号を出力するパルス発生部と、上記パルス発生部からパルス信号が出力された期間に、上記発振器から出力された信号を、選択されたアンテナに対して出力する信号合成部とを備えている構成としてもよい。
【０１０２】
これにより、上記の構成による効果に加えて、検知処理手段によって、受信波の遅延時間を計測することによって、被検出物体とアンテナとの距離を検出することが可能となるという効果を奏する。
【０１０３】
また、本発明に係る波動センサは、上記信号生成手段が、所定の周波数の信号を選択されたアンテナに対して出力するとともに、上記検知処理手段が、送信波の周波数と受信波の周波数とを比較する処理を行う構成としてもよい。
【０１０４】
これにより、上記の構成による効果に加えて、被検出物体とアンテナとを結ぶ直線方向成分における、被検出物体の移動方向および移動速度を検知することが可能となるという効果を奏する。
【０１０５】
また、本発明に係る波動センサは、上記切替処理手段が、外部から入力された指示に基づいて上記アンテナの選択を行う構成としてもよい。
【０１０６】
これにより、上記の構成による効果に加えて、外部から操作する操作者の所望とする領域のセンシングを行うことが可能となるという効果を奏する。
【０１０７】
また、本発明に係るセンサシステムは、上記本発明に係る波動センサと、上記波動センサからの出力を統合して、通信手段を介して外部装置に対して出力結果を送信するセンサマスタコントローラとを備えている構成である。
【０１０８】
これにより、各波動センサが個々に外部装置に対して通信を行う機能を有する必要がなくなるので、波動センサ自体のコストを低減することが可能となるという効果を奏する。また、外部装置側にとっても、センサマスタコントローラによって統合された結果のみが通知されることになるので、受信した情報の管理が容易になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパルスレーダ方式のマイクロ波センサの概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記パルスレーダ方式のマイクロ波センサにおいて、第１ないし第３アンテナのそれぞれにおける送信波および受信波の状態を経時的に示す図である。
【図３】被検出物体が複数のセンシング領域の間を移動した場合の、各アンテナの検出状態およびセンサ出力を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るドップラー方式のマイクロ波センサの概略構成を示すブロック図である。
【図５】上記ドップラー方式のマイクロ波センサにおいて、第１ないし第３アンテナのそれぞれにおける送信波および受信波の状態を経時的に示す図である。
【図６】本実施形態に係るセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１アンテナ
１ａ・１ｂ・１ｃ第１・第２・第３アンテナ
２切替部
３方向性結合器
４検波部
５レベル判定部
６入出力部
７信号合成部
８発振器
９パルス発生部
１０切替カウンタ
１１切替指令部
１２ＬＰＦ
１３ＨＰＦ
１４第１発振器
１５第２発振器
Ａａ・Ａｂ・Ａｃセンシング領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wave sensor for detecting an object to be detected using a wave such as a microwave.
[0002]
[Prior art]
In recent years, wireless technology has been developed in various fields, and the progress of wireless technology serving as a foundation has been remarkable. Conventionally, wireless technology has often been used as a communication means. However, given the rapid progress of wireless technology in recent years, the number of cases in which wireless technology is actively used as a sensing medium is increasing.
[0003]
The sensing methods using a wireless medium are roughly classified into an optical sensing method using light such as infrared light and an electric wave sensing method using radio waves having a frequency of several GHz to several hundred GHz.
[0004]
Compared with the optical sensing method, the radio wave sensing method is not affected by the reflectance of the detected object, noise, temperature, wind, and the like, so that a stable sensing operation can be performed. Also, by using the Doppler effect together, it is possible to determine the moving direction of the detected object. Furthermore, if microwaves are used as radio waves, the microwaves can penetrate obstacles such as plastic, glass, and cardboard, so that an object to be detected can be installed in a wall or the like. As described above, the radio wave sensing method has various advantages.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For example, when a microwave is used, since the microwave has directivity, basically, the sensing operation can be performed only in a direction within a predetermined range from the microwave sensor. Therefore, when sensing is to be performed in a wide range, for example, the following method is used.
(A) The antenna part of the microwave sensor is mechanically rotated.
(B) Controlling the phase of a signal fed to an antenna element such as a planar antenna to move the synthesized wave over a wide range.
[0006]
The method (a) implements sensing over a wide range by mechanically changing the direction of an antenna that transmits and receives microwaves. In this case, an electric driving unit for rotating the antenna is provided in the microwave sensor.
[0007]
However, since the electric drive unit requires the configuration of the electric motor, the drive transmission mechanism, the support member, and the like, it is inevitable that the outer shape becomes relatively large, and also the cost is increased. . Furthermore, the presence of a drive mechanism that operates mechanically causes problems such as a decrease in reliability due to mechanical factors, a problem such as wear, a problem that maintenance such as oil supply to sliding parts is required, and an antenna unit. There is a problem that the installation location is limited with the rotation of.
[0008]
On the other hand, in the method (b), since the phase of the signal supplied to the antenna element is controlled, it is possible to realize a wide range of sensing by electronic control. Therefore, there is an advantage that there are no various problems of the mechanical system described above.
[0009]
However, in order to control the phase of the signal supplied to the antenna element, complicated arithmetic and control processing is indispensable, and there is a problem that the cost increase due to the provision of a high-performance arithmetic unit is inevitable. .
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and its object is to realize low cost, good maintainability, improvement in reliability, downsizing of the external size, and improvement in the degree of freedom of installation. Another object of the present invention is to provide a wave sensor capable of performing sensing in a wide range.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a wave sensor according to the present invention transmits a wave as a transmission wave to a detection target region, and the transmission wave is reflected by a detection target object existing in the detection target region. An antenna that receives the reflected wave as a reception wave, a signal generation unit that generates a signal that constitutes the transmission wave, and a detection processing unit that performs signal processing on the reception wave and outputs detection content to the outside. A plurality of the antennas are provided, and any one of the plurality of antennas is selected, and a signal generated by the signal generation unit is transmitted to the selected antenna. And a switching processing unit for performing a switching process of transmitting a signal based on a received wave received by the antenna to the detection processing unit.
[0012]
In the above configuration, while a plurality of antennas are provided, the signal generation unit and the detection processing unit are provided in a shared state. Then, the signal generated by the signal generation unit is transmitted to the antenna selected by the switching processing unit, and the reception wave received by the selected antenna is processed by the detection processing unit. ing. According to such a configuration, a plurality of antennas are installed facing different areas, respectively, and these antennas are appropriately switched to perform transmission wave signal transmission and reception wave detection processing, thereby achieving one wave It is possible to perform sensing in a wide range using the sensor.
[0013]
Here, conventionally, when it is intended to perform sensing of a wide range using a single wave sensor, as described above, a configuration is provided in which an electric drive mechanism for mechanically changing the direction of the antenna is provided. I was Since the electric drive mechanism requires the configuration of an electric motor, a drive transmission mechanism, a support member, and the like, the external size of the wave sensor itself has been relatively large. On the other hand, according to the configuration of the present invention, the number of constituent members is increased in that a plurality of antennas are provided and a switching processing unit is provided. It is insignificant.
[0014]
Conventionally, a relatively large antenna has been used, but recently, with the development of wireless technology, a small antenna has been provided. Therefore, even if a plurality of antennas are provided as in the configuration of the present invention, the increase in the outer size of the wave sensor itself is insignificant. Further, since the switching processing means can be realized by an electronic circuit such as an IC, its outer size is relatively small.
[0015]
Similarly, in recent years, the antenna itself has become relatively inexpensive due to factors such as the development of wireless technology and increasing demand. Therefore, the cost increase due to the provision of the plurality of antennas as in the configuration of the present invention is much lower than the cost increase due to the provision of the electric drive mechanism.
[0016]
In addition, when the electric drive mechanism is provided, as described above, the presence of the drive mechanism that operates mechanically causes a problem of a decrease in reliability due to mechanical factors, a problem of a life due to abrasion, and a sliding portion. However, according to the configuration of the present invention, since there is no mechanically operated portion, all of these problems can be solved.
[0017]
On the other hand, in the related art, when attempting to perform sensing of a wide range using a single wave sensor, as described above, a method of controlling the phase of a signal constituting a transmission wave and moving a synthetic wave over a wide range has been adopted. I was In the case of this method, in order to control the phase of the signal, complicated calculation and control processing is indispensable, and there is a problem that the cost is increased by providing a high-performance calculation unit. On the other hand, the switching processing means in the configuration of the present invention only needs to perform an extremely simple process of transmitting a signal by switching an antenna, and can be realized at low cost.
[0018]
As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to perform a wide range of sensing that realizes low cost, good maintainability, improved reliability, reduced external size, and improved installation flexibility. It is possible to provide a wave sensor capable of performing the following.
[0019]
The antenna may be configured to transmit a transmission wave and receive a reception wave by one antenna unit, or an antenna unit that transmits a transmission wave and an antenna unit that receives a reception wave. And may be constituted by
[0020]
In the wave sensor according to the present invention, in the above structure, the wave transmitted and received by the antenna may be a microwave or a millimeter wave.
[0021]
According to the above configuration, since the wave used for detection is a microwave or a millimeter wave, a stable sensing operation can be performed without being affected by the reflectance, noise, temperature, wind, etc. of the detected object. It becomes possible. In addition, since microwaves penetrate obstacles such as plastic, glass, and cardboard, it is possible to detect an object to be detected existing on the other side of such obstacles.
[0022]
Further, in the wave sensor according to the present invention, in the above configuration, the switching processing means sequentially switches and outputs a signal indicating each of the plurality of antennas in a predetermined cycle, and an output from the switching counter. A switching command unit that outputs a switching command signal for instructing an antenna to be selected, and transmits the signal generated by the signal generation unit to the selected antenna based on the switching command signal. And a switching unit that performs switching for transmitting a signal based on a received wave received by the selected antenna to the detection processing unit.
[0023]
According to the above configuration, the antenna to be selected in the predetermined cycle is sequentially switched by the switching counter, the switching command unit sends out a switching command signal based on this, and based on this switching command signal, the switching unit The signal is transferred to the selected antenna. In other words, the sensing operation is performed by the respective antennas being sequentially activated, so that the sensing area is sequentially detected by the respective antennas, so that a wide range of sensing operation can be realized.
[0024]
Further, in the wave sensor according to the present invention, in the above configuration, when the detection processing unit switches the detection state of the specific antenna from the ON state to the OFF state, the detection state of the other antenna is turned OFF. In this case, a signal indicating that the specific antenna is in the detection state ON is output for a period corresponding to a count cycle of a value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas from that time, When the detection state of another antenna is turned on during the period of the count cycle of the value obtained by subtracting 1 from the number of the provided antennas, the detection state of the specific antenna is turned off, A signal indicating that the detection state of the antenna whose detection state is ON is output as a sensor output, and from the number of the provided antennas, If the detection state of any antenna remains OFF even after the period of the count cycle of the reduced value has elapsed, a signal indicating that the detection state of the specific antenna is OFF is output. Is also good.
[0025]
According to the above configuration, it is possible to prevent the occurrence of a period in which detection is not performed by any antenna, despite the fact that the detected object is present in the sensing area.
[0026]
Further, in the wave sensor according to the present invention, in the above-described configuration, when the detection processing unit has a plurality of antennas in a detection state, the detection processing unit includes an antenna provided from a time when the plurality of antennas is in a detection state. During the period corresponding to the count cycle of the value obtained by subtracting 1 from the number of the antennas, a signal indicating that the detection state of the antenna whose detection state has been previously turned on is output is provided and provided. If the detection state of the antenna whose detection state was previously turned off after the count period of the value obtained by subtracting 1 from the number of antennas has elapsed has elapsed, the detection state will be turned on later. A signal indicating that the detected state of the antenna is ON is output. Even after a period of a count cycle of a value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas, a plurality of signals are output. If the detected state of the antenna is kept both in the ON state, may output a signal indicating that the detected state of the corresponding plurality of antennas are both turned ON.
[0027]
According to the above-described configuration, it is possible to prevent a period in which detection is performed by the plurality of antennas 1 in spite of the fact that there is only one detected object, and to detect the detected object in a plurality of sensing regions. It is possible to output a detection result that accurately reflects this, even if there is a.
[0028]
Further, in the wave sensor according to the present invention, in the above-described configuration, the signal generation unit may include an oscillator that outputs a signal of a predetermined frequency, and a pulse that outputs a pulse signal according to a timing at which an antenna switching command is issued. A configuration may be provided that includes a generation unit and a signal synthesis unit that outputs a signal output from the oscillator to a selected antenna during a period when the pulse signal is output from the pulse generation unit.
[0029]
According to the above configuration, a pulse signal having a predetermined frequency is transmitted as a transmission wave from the selected antenna. When such a transmission wave is reflected by the object to be detected, the reception wave is received by the antenna after a delay time corresponding to the distance between the object to be detected and the antenna. Therefore, by measuring the delay time by the detection processing means, it is possible to detect the distance between the detected object and the antenna. Therefore, it is possible to cope with an application that needs to specify the position of the detected object.
[0030]
Further, in the wave sensor according to the present invention, in the above configuration, the signal generation unit outputs a signal of a predetermined frequency to the selected antenna, and the detection processing unit determines the frequency of the transmission wave and the reception frequency. A configuration for performing a process of comparing with the frequency of the wave may be adopted.
[0031]
According to the above configuration, the detection processing unit compares the frequency of the transmission wave with the frequency of the reception wave, and thereby the moving direction and the moving speed of the detected object in the linear direction component connecting the detected object and the antenna. Can be detected. Therefore, it is possible to cope with an application that needs to detect a moving detection target object.
[0032]
In the wave sensor according to the present invention, in the above-described configuration, the switching processing unit may select the antenna based on an instruction input from outside.
[0033]
According to the above configuration, it is possible to select a predetermined antenna from the outside and perform the detection operation, and thus it is possible to perform sensing of a region desired by an operator operating from the outside.
[0034]
The sensor system according to the present invention includes the wave sensor according to the present invention and a sensor master controller that integrates an output from the wave sensor and transmits an output result to an external device via a communication unit. It is characterized by having.
[0035]
According to the above configuration, for example, when a plurality of wave sensors are provided in a specific area, these output results are integrated by the sensor master controller, and output to an external device, such as a monitoring server, by the sensor master controller. The result will be sent. Therefore, it is not necessary for each wave sensor to have a function of individually communicating with an external device, so that the cost of the wave sensor itself can be reduced. In addition, since only the result integrated by the sensor master controller is notified to the external device side, there is an effect that the management of the received information is facilitated.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0037]
(Pulse radar type microwave sensor configuration)
First, a pulse radar type microwave sensor will be described below. The pulse radar type microwave sensor is a sensor that performs sensing by detecting a reflected wave that is reflected from a transmitted wave with a delay corresponding to the distance of the detected object. According to this pulse radar method, it is also possible to detect the distance between the object to be detected and the sensor by measuring the delay time of the reflected wave.
[0038]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microwave sensor of a pulse radar system. As shown in FIG. 1, the microwave sensor includes first to third antennas 1a, 1b, and 1c, a switching unit 2, a directional coupler 3, a detection unit 4, a level determination unit 5, an input / output unit 6, a signal The configuration includes a synthesizing unit 7, an oscillator 8, a pulse generating unit 9, a switching counter 10, and a switching command unit 11.
[0039]
The first to third antennas 1a, 1b, and 1c (hereinafter, collectively referred to as an antenna 1 when they do not need to be distinguished) are constituted by, for example, a planar antenna having an antenna function formed on a substrate. Things. The antenna 1 has a function of outputting microwaves toward the sensing target area and a function of receiving microwaves reflected from the sensing target area.
[0040]
The switching unit 2 selects one of the first to third antennas 1a, 1b, and 1c and performs a switching operation for connecting the selected antenna and the directional coupler 3. The switching operation in the switching unit 2 is performed based on a switching command signal from the switching command unit 11.
[0041]
The directional coupler 3 is a signal switching transmission unit having a function of transmitting the signal output from the switching unit 2 to the detection unit 4 and transmitting the signal output from the signal combining unit 7 to the switching unit 2.
[0042]
The detection unit 4 performs a detection process of a signal transmitted from the directional coupler 3 via the DC amplifier. The detection unit 4 is constituted by, for example, a Schottky barrier diode.
[0043]
The level determination section 5 determines the level of the signal detected by the detection section 4 and outputs a signal only when the level is equal to or higher than a predetermined level. The level determination unit 5 is configured by, for example, a comparator.
[0044]
The input / output unit 6 outputs a sensing result and a sensing operation state to the outside, and inputs a command from the outside. The sensing result output to the outside is a detection signal transmitted from the level determination unit 5, and the sensing operation state output to the outside includes information on the selected antenna transmitted from the switching command unit 11. This is a signal indicating The command input from the outside is an antenna selection command.
[0045]
Note that the external device includes an external device that monitors a detection result from the microwave sensor, for example, a monitoring server. Further, the external device and the input / output unit 6 may be directly connected by a communication line, or may be connected via some kind of communication network.
[0046]
The oscillator 8 outputs a signal of a predetermined frequency. Further, the pulse generator 9 outputs a pulse signal according to a counter signal input from the switching counter 10.
[0047]
The signal synthesizing unit 7 synthesizes and outputs a signal output from the transmitter 8 and a pulse signal output from the pulse generating unit 9. More specifically, the transmitter 8 constantly outputs a signal of a predetermined frequency, while the pulse generator 9 periodically outputs a pulse-like signal according to the count signal. Then, the signal synthesizing section 7 synthesizes these signals to output a signal such that a signal of a predetermined frequency is output only during a period in which the pulse signal is active. The signal output from the signal synthesis unit 7 is input to the directional coupler 3 via the DC amplifier, and is output from the selected antenna 1 via the switching unit 2.
[0048]
The switching counter 10 outputs a counter value to the pulse generator 9 and the switching commander 11. The switching counter 10 is configured to repeatedly output signals corresponding to numbers 1 to 3 in a predetermined cycle.
[0049]
The switching command unit 11 outputs a switching signal indicating the number of the antenna 1 to be selected to the switching unit 2 based on the counter value output from the switching counter 10. When an antenna selection command is input from outside via the input / output unit 6, the switching command unit 11 indicates the number of the antenna 1 to be selected for the switching unit based on the selection command. Outputs a switching signal. Further, it has a function of outputting information on the number of the currently selected antenna 1 to the outside via the input / output unit 6.
[0050]
Note that, as shown in FIG. 1, the first to third antennas 1a, 1b, and 1c are arranged in different directions. That is, the first to third antennas 1a, 1b, and 1c can perform sensing in different sensing areas Aa, Ab, and Ac, respectively.
[0051]
With the above configuration, the microwave sensor performs an operation of sequentially switching the antenna 1 to be used based on the counter value and outputting the sensing result to the outside. That is, since the sensing results of the first to third antennas 1a, 1b, and 1c performing sensing in different areas are sequentially output to the outside, it is possible to perform sensing over a wide range as a result. Has become.
[0052]
(Explanation of operation of pulse radar system)
Next, the operation of the above-described pulse radar type microwave sensor will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the state of the transmitted wave and the received wave in each of the first to third antennas 1a, 1b, and 1c with time.
[0053]
First, a signal having a count value of 1 is output from the switching counter 10 to the pulse generator 9 and the switching commander 11. When the switching command unit 11 receives the signal with the counter value set to 1, the switching command unit 11 sends a switching command to the switching unit 2 to change the selected antenna 1 to the first antenna 1a, and the switching unit 2 switches accordingly. Perform the operation. Further, the switching command unit 11 outputs a signal indicating that the selected antenna 1 is the first antenna 1a to the outside via the input / output unit 6. Thus, the external device monitoring the detection result from the microwave sensor can grasp that the current detection result is due to the first antenna 1a.
[0054]
On the other hand, when receiving the signal whose counter value is 1, the pulse generator 9 outputs a pulse signal to the signal synthesizer 7 in accordance with the input timing of the signal. When receiving the pulse signal from the pulse generator 9, the signal synthesizer 7 receives the predetermined frequency f from the oscillator 8 during the period when the pulse signal is being input. ₀ The signal of is output. The signal output from the signal synthesis unit 7 is amplified by a DC amplifier and then input to the switching unit 2 via the directional coupler 3. Thereafter, this signal is output to the antenna 1 selected in the switching unit 2, in this case, the first antenna 1a, and the transmission wave is directed from the first antenna 1a to the sensing area Aa as shown in FIG. Sent out.
[0055]
In the example shown in FIG. 2, after a delay time from the transmission of the transmission wave, the first antenna 1a receives the reflected wave from the detected object as a reception wave. The received wave received by the first antenna 1a is amplified by a DC amplifier via the switching unit 2 and the directional coupler 3, and then input to the detection unit 4. Then, a detection process is performed in the detection unit 4, a level determination is performed in the level determination unit 5, and the result is transmitted from the input / output unit 6 to the outside. Outside, based on the detection result from the microwave sensor, it is possible to recognize that an object to be detected is present in a region (sensing region Aa) where detection is performed by the first antenna 1a, and to transmit. The distance between the microwave sensor and the detected object can be recognized based on the delay time from when the wave is transmitted to when the received wave is received.
[0056]
The above operation is performed every time the counter value is switched and output from the switching counter 10. In the example shown in FIG. 2, the received wave is not detected by the second antenna 1b and the third antenna 1c, and the received wave is detected when switching to the first antenna 1a again. Thereby, it is possible to grasp that the detected object is present only in the sensing area Aa by the first antenna 1a during the period shown in FIG.
[0057]
(Sensor output method)
Next, a method of sensor output in the microwave sensor will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a detection state and a sensor output of each antenna 1 when the detected object moves from the sensing area Aa to the sensing area Ac via the sensing area Ab.
[0058]
Each antenna 1 is set so that the detection state is turned on when a reception wave from the detected object is received, and the detection state is turned off when it is confirmed that the reception wave is not received even if the transmission wave is transmitted. Is set. In this example, if it is confirmed that the reception wave is not received even after the longest delay time when the detected object is present in the sensing area after transmitting the transmission wave, the detection state is changed. It is assumed that it is set to be OFF.
[0059]
First, during a period in which the detected object is present in the sensing area Aa, the first antenna 1a detects the detected object, and the second antenna 1b and the third antenna 1c do not detect anything. I have.
[0060]
Thereafter, in the example shown in FIG. 3, the detected object moves from the sensing area Aa to the sensing area Ab in the middle of the period in which the counter value is 1. Here, assuming that the detected object moves to the sensing area Ab before the transmission wave transmitted from the first antenna 1a reaches the detected object, the first antenna 1a receives the received wave from the detected object. You will not be able to. That is, the detection state of the first antenna 1a is turned off at this time.
[0061]
Next, when the counter value is switched to 2, the transmission wave is transmitted from the second antenna 1b, and the reception wave reflected by the detected object that has moved to the sensing area Ab is received. From the time of this reception, the detection state of the second antenna 1b is turned ON.
[0062]
Thereafter, in the example shown in FIG. 3, the detected object moves from the sensing area Ab to the sensing area Ac in the middle of the period when the counter value is 3. Here, assuming that the transmission wave transmitted from the third antenna 1c arrives at the detected object that has moved to the sensing area Ac, the third antenna 1c receives the received wave from the detected object. . Therefore, the detection state of the third antenna 1c is turned ON at this time.
[0063]
On the other hand, the second antenna 1b keeps the detection state ON even after the detected object has moved to the sensing area Ac, the counter value is switched to 2, the transmission wave is transmitted, and the reception wave corresponding thereto is transmitted. When it is confirmed that the detection has failed, the detection state is turned OFF.
[0064]
As described above, in the example illustrated in FIG. 3, there is a gap between the period in which the detection state of the first antenna 1a is ON and the period in which the detection state of the second antenna 1b is ON, In addition, the period in which the detection state of the second antenna 1b is ON and the period in which the detection state of the third antenna 1c is ON partially overlap. Therefore, if the detection result is output to the outside as it is, a period in which the detection is not performed by any of the antennas 1 may occur even though the detection target is present in the sensing area, or the detection target may not be detected. Even though there is only one object, a period during which a plurality of antennas 1 are detecting the object may occur.
[0065]
Therefore, in the microwave sensor according to the present embodiment, the following control is performed to maintain the continuity of the sensor output.
[0066]
First, when the detection state of a certain antenna 1 (tentatively referred to as antenna A) is switched from the ON state to the OFF state, and the detection state of the other antenna is OFF, up to two count cycles from that time During this period, a signal indicating that the antenna A is in the detection state ON is output as a sensor output. If the detection state of the other antenna 1 (tentatively called antenna B) is turned on during the period of the two count cycles, the detection state of antenna A is turned off and the detection state of antenna B is turned off. A signal indicating that the state is ON is output as a sensor output. Thereafter, if the detection state of any antenna remains OFF even after the period of the two count cycles, the detection state of the antenna A is set to OFF, and the detection state of each antenna is set to ON. A signal indicating that there is no sensor output is used as the sensor output. By such control, it is possible to prevent a period in which detection is not performed by any of the antennas 1 in spite of the fact that the detected object is present in the sensing area.
[0067]
Further, when the plurality of antennas 1 are in the detection state, the antenna 1 in which the detection state was previously turned on for the period of two count cycles from the time when the plurality of antennas 1 were in the detection state (tentatively, D) is output as a sensor output indicating that the detection state is ON. After that, when the detection state of the antenna D is turned off after the lapse of the period of two count cycles, the detection state of the antenna 1 (tentatively referred to as antenna E), whose detection state is turned on later, is turned on. Is output as a sensor output.
[0068]
On the other hand, if the detection states of the antenna D and the antenna E remain ON even after the period of the two count cycles has elapsed, it is determined that the detected object exists in both sensing areas. Then, a signal indicating that the detection states of the antennas D and E are both ON is output as a sensor output.
[0069]
With the above-described control, it is possible to prevent a period in which detection is performed by the plurality of antennas 1 in spite of the fact that there is only one detected object, and to detect the detected object in a plurality of sensing areas. It is possible to output a detection result that accurately reflects this, even if there is a.
[0070]
(Doppler microwave sensor configuration)
Next, a Doppler type microwave sensor will be described below. The Doppler type microwave sensor is a sensor that detects a moving object to be detected by comparing the frequency of a transmitted wave with the frequency of a received wave.
[0071]
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a Doppler-type microwave sensor. As shown in FIG. 1, the microwave sensor includes first to third antennas 1a, 1b, and 1c, a switching unit 2, a directional coupler 3, a detection unit 4, a level determination unit 5, an input / output unit 6, a signal The configuration includes a combining unit 7, an oscillator 8, a pulse generating unit 9, a switching counter 10, a switching command unit 11, an LPF 12, an HPF 13, a first oscillator 14, and a second oscillator 15. The first to third antennas 1a, 1b, 1c, the switching unit 2, the directional coupler 3, the detection unit 4, the level determination unit 5, the input / output unit 6, the switching counter 10, and the switching command unit 11 Since the configuration is almost the same as that of the pulse radar type microwave sensor described above, the description thereof is omitted here.
[0072]
The LPF 12 inputs a signal obtained by mixing up a signal received by the selected antenna 1 and a signal output from the first oscillator 14, and outputs only a frequency component of the signal that is equal to or lower than a predetermined threshold. It is a low-pass filter. The HPF 12 receives a signal obtained by mixing up a signal received by the antenna 1 selected in the same manner and a signal output from the first oscillator 14, and outputs only a frequency component of the signal that is equal to or higher than a predetermined threshold. Is a high-pass filter that outputs.
[0073]
The first oscillator 14 and the second oscillator 15 each output a signal of a predetermined frequency. The signals output from the first oscillator 14 and the second oscillator 15 are input to the directional coupler 3 after being mixed up. Further, the signal output from the first oscillator 14 is mixed with the signal received by the selected antenna 1 as described above, and then input to the LPF 12 and the HPF 13.
[0074]
With the above configuration, the microwave sensor performs an operation of sequentially switching the antenna 1 to be used based on the counter value and outputting the sensing result to the outside. That is, since the sensing results of the first to third antennas 1a, 1b, and 1c performing sensing in different areas are sequentially output to the outside, it is possible to perform sensing over a wide range as a result. Has become.
[0075]
(Explanation of Doppler operation)
Next, the operation of the above-described Doppler-type microwave sensor will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the state of the transmission wave and the reception wave in each of the first to third antennas 1a, 1b, and 1c over time.
[0076]
First, a signal having a count value of 1 is output from the switching counter 10 to the pulse generator 9 and the switching commander 11. When the switching command unit 11 receives the signal with the counter value set to 1, the switching command unit 11 sends a switching command to the switching unit 2 to change the selected antenna 1 to the first antenna 1a, and the switching unit 2 switches accordingly. Perform the operation. Further, the switching command unit 11 outputs a signal indicating that the selected antenna 1 is the first antenna 1a to the outside via the input / output unit 6. Thus, the external device monitoring the detection result from the microwave sensor can grasp that the current detection result is due to the first antenna 1a.
[0077]
On the other hand, the first oscillator 14 and the second oscillator 15 each have a predetermined frequency f ₁ And f _IF And outputs the frequency f ₀ Is transmitted to the selected first antenna 1a via the directional coupler 3 and the switching unit 2. Here, the frequency f of the signal output from the first oscillator 14 ₁ Is 23.999 GHz, and the frequency f of the signal output from the second oscillator 15 is _IF Is 1 MHz, the frequency f ₀ = 24 GHz transmission wave will be generated. Then, from the first antenna 1a, the frequency f ₀ Is transmitted toward the sensing area Aa.
[0078]
In the example shown in FIG. 5, the first antenna 1a receives a reflected wave from the detected object as a received wave. Here, assuming that the detected object is moving, the frequency of the received wave is f due to the Doppler effect. ₀ ± Δf. ± Δf changes according to the moving speed of the detected object.
[0079]
This received wave passes through the switching unit 2, the directional coupler 3, and the DC amplifier, and then has a frequency f output from the first oscillator 14. ₁ (F) ₀ ± Δf) -f ₁ = F ₁ + F _IF ± Δff ₁ = F _IF Based on the formula ± Δf, the frequency f _IF It is converted to a signal of ± Δf. This frequency f _IF The signal of ± Δf is converted into a signal of −Δf by passing through the LPF 12, and is converted into a signal of + Δf by passing through the HPF 13. Here, −Δf and + Δf indicate a case where the detected object is moving away and a case where the detected object is approaching, respectively, and the magnitudes of the absolute values thereof are the linear component of the component connecting the microwave sensor and the detected object. It represents the moving speed of the detected object. By detecting such a signal by the detector 4 and the level determiner 5, the moving direction and speed of the detected object are detected.
[0080]
Thereafter, in the example shown in FIG. 5, the counter value is switched to 2, 3, and 1, and the transmission wave is transmitted in order from the second antenna 1b, the third antenna 1c, and the first antenna 1a. It is not detected by antenna 1. That is, in this example, the detected object is present in the sensing area Aa during the period when the counter value first becomes 1, and thereafter, during the period when the counter value becomes 2 and 3, at least the sensing area Ab and the sensing area are detected. It can be seen that the detected object does not exist in the sensing area Aa during the period in which the detected object does not exist in the area Ac and the counter value becomes 1 thereafter.
[0081]
The sensor output method in the above-described Doppler-type microwave sensor can be performed in the same manner as the sensor output method in the pulse radar-type microwave sensor described above with reference to FIG.
[0082]
In the above description, the microwave sensor performs the sensing operation by transmitting and receiving microwaves. However, the microwave sensor may be of a type using radio waves called so-called millimeter waves.
[0083]
(Sensor system)
A sensor system including the above-described microwave sensor will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the sensor system includes a plurality of microwave sensors 21, a sensor master controller 22, and a center system 23. The microwave sensor 21 corresponds to the microwave sensor described above, and is a sensor that detects the presence of the detected object using the microwave. Each microwave sensor 21 outputs a detection result to the sensor master controller 22 wirelessly, for example.
[0084]
The sensor master controller 22 receives detection result outputs from the plurality of microwave sensors 21..., Integrates them, and transmits them to the center system 23. It is assumed that the sensor master controller 22 is provided, for example, as one unit in a specific area, for example, one unit in one house, or one unit in one company. Examples of the form of communication with the center system 23 include, for example, communication via a public telephone network and the Internet, but are not particularly limited, and any communication form that allows long-distance data communication is possible. It may be a form.
[0085]
The center system 23 supervises and manages the sensor system, and includes a server computer and the like. Although only one sensor master controller 22 is shown in FIG. 6, a large number of sensor master controllers 22 are actually connected to the center system 23 by communication.
[0086]
This center system 23 functions as a monitoring server. The processing in the monitoring server includes, for example, processing for storing the received detection result, processing for activating an alarm when an abnormality occurs, and processing for communication. In this case, the center system 23 may be connected to a central management server installed in a security company, for example, via a wide-area communication network. In the case of such a configuration, it is possible for the security company to grasp the monitoring status of each imaging device by the information transmitted from each center system 23, and for example, it is possible to perform security while away from home.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, the wave sensor according to the present invention transmits a wave as a transmission wave to the detection target area, and the transmission wave is a reflected wave reflected by the detected object existing in the detection target area. An antenna for receiving a signal as a reception wave, signal generation means for generating a signal constituting the transmission wave, and detection processing means for performing signal processing on the reception wave and outputting detection content to the outside, wherein the antenna is A plurality of antennas are provided, and any one of the plurality of antennas is selected, a signal generated by the signal generation unit is transmitted to the selected antenna, and received by the selected antenna. And a switching processing unit for performing a switching process of transmitting a signal based on the received reception wave to the detection processing unit.
[0088]
Thus, a plurality of antennas are installed facing different areas, respectively, and the antennas are appropriately switched to perform transmission wave signal transmission and reception wave detection processing. This makes it possible to perform sensing of the data.
[0089]
Also, in order to perform sensing of a wide range using a single wave sensor, the number of constituent members is increased in that a plurality of antennas are provided and a switching processing unit is provided. Since the increase is insignificant, there is an effect that the device size can be relatively reduced.
[0090]
Further, since the cost increase due to the provision of the plurality of antennas is much lower than the cost increase due to the provision of the electric drive mechanism, the effect that the apparatus cost can be reduced can be achieved.
[0091]
Further, since there is no mechanically operated portion, reliability and maintainability can be improved.
[0092]
Further, since the switching processing means only needs to perform an extremely simple process of transmitting a signal by switching an antenna, there is an effect that it can be realized at low cost.
[0093]
Further, the wave sensor according to the present invention may be configured such that the wave transmitted and received by the antenna is a microwave or a millimeter wave.
[0094]
Thereby, in addition to the effect of the above configuration, it is possible to perform a stable sensing operation without being affected by the reflectance of the detected object, noise, temperature, wind, etc., and to perform plastic, glass, cardboard, etc. This makes it possible to detect an object to be detected existing on the other side of the obstacle.
[0095]
Further, in the wave sensor according to the present invention, the switching processing means may include a switching counter for sequentially switching and outputting a signal indicating each of the plurality of antennas in a predetermined cycle and outputting the selected signal, according to an output from the switching counter. A switching command section for outputting a switching command signal for instructing an antenna to be transmitted, and transmitting the signal generated by the signal generation means to the selected antenna based on the switching command signal, and And a switching unit that performs switching for transmitting a signal based on the received wave received by the detection processing unit to the detection processing unit.
[0096]
Thus, in addition to the effect of the above-described configuration, the sensing operation is performed by sequentially activating each antenna, so that the sensing area is sequentially detected by each antenna, thereby realizing a wide range of sensing operation. This has the effect that it can be performed.
[0097]
Further, in the wave sensor according to the present invention, when the detection processing unit switches the detection state of the specific antenna from the ON state to the OFF state and the detection state of the other antenna is OFF, Therefore, a signal indicating that the specific antenna is in the detection state ON is output for a period of a count cycle of a value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas, and If the detection state of the other antenna is turned on in the middle of the count period of the value obtained by subtracting 1 from the number of the present antennas, the detection state of the specific antenna is turned off, and the detection state is turned on. A signal indicating that the detection state of the lost antenna is turned on is output as a sensor output, and the count of the value obtained by subtracting 1 from the number of the provided antennas is assumed. After the period of bets period has passed, which when antennas detection state remains OFF may be configured to output a signal detection state of the specific antenna is OFF.
[0098]
Thereby, in addition to the effect of the above-described configuration, it is possible to prevent a period in which detection is not performed by any antenna even though the detection target object exists in the sensing area. This has the effect.
[0099]
Further, in the wave sensor according to the present invention, when the detection processing unit has a plurality of antennas in a detection state, the number of antennas provided is 1 from the number of antennas provided when the plurality of antennas are in a detection state. During the period corresponding to the count period of the subtracted value, a signal indicating that the detection state of the antenna whose detection state was previously ON is output as ON, and one signal is counted from the number of provided antennas. If the detection state of the antenna whose detection state is first turned off after the period of the count cycle of the reduced value elapses, the detection state of the antenna whose detection state was turned on later Is turned on, and the detection state of the plurality of antennas is maintained even after the count period of the value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas has elapsed. If remains a monitor ON may be configured to output a signal indicating that the detected state of the corresponding plurality of antennas are both turned ON.
[0100]
Accordingly, in addition to the effect of the above-described configuration, it is possible to prevent a period in which the object is detected by the plurality of antennas 1 in spite of the fact that there is only one detected object, and it is also possible to prevent a plurality of sensing areas from being detected. Thus, even when the detected objects are present, it is possible to output the detection result accurately reflecting the detected objects.
[0101]
Further, in the wave sensor according to the present invention, the signal generation unit outputs an oscillator that outputs a signal of a predetermined frequency, a pulse generation unit that outputs a pulse signal in accordance with a timing at which an antenna switching command is issued, A configuration may be provided that includes a signal synthesis unit that outputs a signal output from the oscillator to the selected antenna during a period when the pulse signal is output from the pulse generation unit.
[0102]
Accordingly, in addition to the effect of the above-described configuration, the distance between the detected object and the antenna can be detected by measuring the delay time of the received wave by the detection processing unit.
[0103]
Further, in the wave sensor according to the present invention, the signal generation unit outputs a signal of a predetermined frequency to a selected antenna, and the detection processing unit determines a frequency of a transmission wave and a frequency of a reception wave. A configuration for performing a comparison process may be adopted.
[0104]
Accordingly, in addition to the effect of the above configuration, it is possible to detect the moving direction and the moving speed of the detected object in the linear direction component connecting the detected object and the antenna.
[0105]
Further, the wave sensor according to the present invention may be configured such that the switching processing means selects the antenna based on an instruction input from outside.
[0106]
Accordingly, in addition to the effect of the above configuration, there is an effect that it is possible to perform sensing of a region desired by an operator operating from the outside.
[0107]
Further, the sensor system according to the present invention includes the wave sensor according to the present invention, and a sensor master controller that integrates an output from the wave sensor and transmits an output result to an external device via a communication unit. It is a configuration provided.
[0108]
This eliminates the need for each wave sensor to have a function of individually communicating with an external device, and thus has the effect of reducing the cost of the wave sensor itself. In addition, since only the result integrated by the sensor master controller is notified to the external device side, there is an effect that the management of the received information is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a pulse radar type microwave sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of a transmission wave and a reception wave in each of first to third antennas in the pulse radar type microwave sensor over time.
FIG. 3 is a diagram illustrating a detection state and a sensor output of each antenna when a detected object moves between a plurality of sensing areas.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a Doppler-type microwave sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a state of a transmission wave and a reception wave in each of the first to third antennas with time in the Doppler-type microwave sensor.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a sensor system according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 antenna
1a, 1b, 1c First, second, and third antennas
2 Switching unit
3 directional coupler
4 Detector
5 Level judgment section
6 Input / output unit
7 Signal synthesis section
8 Oscillator
9 Pulse generator
10 Switching counter
11 Switching command section
12 LPF
13 HPF
14 1st oscillator
15 Second oscillator
Aa / Ab / Ac sensing area

Claims

An antenna that transmits a wave as a transmission wave to the detection target area, and the transmission wave receives, as a reception wave, a reflection wave reflected by the detection target existing in the detection target area,
Signal generation means for generating a signal constituting the transmission wave,
Detection processing means for performing signal processing on the received wave and outputting detection content to the outside,
A plurality of the above antennas are provided,
Selecting any one of the plurality of antennas, transmitting the signal generated by the signal generation means to the selected antenna, and transmitting a signal based on a received wave received by the selected antenna; A wave sensor comprising switching processing means for performing switching processing for transmission to the detection processing means.

The wave sensor according to claim 1, wherein the wave transmitted and received by the antenna is a microwave or a millimeter wave.

The switching processing means,
A switching counter for sequentially switching and outputting a signal indicating each of the plurality of antennas in a predetermined cycle,
A switching command unit that outputs a switching command signal that indicates an antenna to be selected according to an output from the switching counter;
A switching unit that transmits a signal generated by the signal generation unit to a selected antenna based on the switching command signal, and transmits a signal based on a reception wave received by the selected antenna to the detection processing unit; The wave sensor according to claim 1, further comprising a switching unit configured to perform the following.

The detection processing means,
When the detection state of a specific antenna is switched from the ON state to the OFF state and the detection state of the other antenna is OFF, a value obtained by subtracting one from the number of provided antennas from that point. A signal indicating that the specific antenna is in the detection state ON is output for a period corresponding to the count cycle,
When the detection state of another antenna is turned on during the period of the count cycle of the value obtained by subtracting 1 from the number of the provided antennas, the detection state of the specific antenna is turned off, A signal indicating that the detection state of the antenna whose detection state is ON is ON is output as a sensor output,
If the detection state of any of the antennas remains OFF even after the count period of the value obtained by subtracting 1 from the number of the provided antennas has elapsed, the detection state of the specific antenna is not changed. 4. The wave sensor according to claim 3, wherein the signal outputs an OFF signal.

The detection processing means,
When a plurality of antennas are in the detection state, the detection state is first set in a period of a count cycle of a value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas from the time when the plurality of antennas are in the detection state. It shall output a signal indicating that the detection state of the antenna which has been ON is ON,
If the detection state of the antenna whose detection state was previously ON is turned OFF after the period of the count cycle of the value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas, the detection state is later set Output a signal indicating that the detection state of the antenna for which is turned ON is ON,
If the detection state of a plurality of antennas remains ON even after a period of a count cycle of a value obtained by subtracting 1 from the number of provided antennas, the detection of the plurality of antennas 5. The wave sensor according to claim 3, wherein a signal indicating that both states are ON is output.

The signal generating means,
An oscillator that outputs a signal of a predetermined frequency;
A pulse generator that outputs a pulse signal in accordance with the timing at which the antenna switching command is issued,
6. A signal synthesizer for outputting a signal output from the oscillator to a selected antenna during a period when a pulse signal is output from the pulse generator. The wave sensor according to any one of the above.

The signal generating means outputs a signal of a predetermined frequency to the selected antenna,
The wave sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection processing unit performs a process of comparing a frequency of the transmitted wave with a frequency of the received wave.

3. The wave sensor according to claim 1, wherein the switching processing unit selects the antenna based on an instruction input from the outside.

By the antenna, while transmitting the wave as a transmission wave to the detection target area, the transmission wave receives the reflected wave reflected by the detected object present in the detection target area as a reception wave,
Generating a signal constituting the transmission wave;
Performing signal processing on the received wave and outputting detection content to the outside, and transmitting and receiving the transmitted wave and the received wave by a plurality of antennas,
Selecting any one of the plurality of antennas, transmitting a signal constituting the transmission wave to the selected antenna, and performing signal processing on a reception wave received by the selected antenna; A step of performing a switching process of outputting the detected content to the outside by using the wave sensing method.

A wave sensor according to any one of claims 1 to 8,
A sensor system comprising: a sensor master controller that integrates an output from the wave sensor and transmits an output result to an external device via a communication unit.