JP2010122968A - 監視装置 - Google Patents

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章 松井
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信輝 浅井
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Abstract

【課題】本発明の課題は、フレネルゾーンをクロスするように設けられた複数のマイクロ波センサからの検知信号を論理処理して監視を行うことにより、落ち葉や小動物等による誤動作を防止した監視装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、マイクロ波を送信する送信機21、及び送信機21から送信されたマイクロ波が受信され、受信したマイクロ波を検波した検波出力が所定値以上減少すると検知信号を出力する受信機22よりなる複数のマイクロ波センサと、複数のマイクロ波センサが各マイクロ波センサのフレネルゾーンをクロスするように設けられ、複数のマイクロ波センサの受信機22からの検知信号を論理処理することにより監視を行うマイコン制御装置25とを具備することを特徴とするものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、マイクロ波を送信する送信機及び前記送信機からのマイクロ波を受信する受信機よりなるマイクロ波センサを複数用いた監視装置に関するものである。
従来、工場や発電所などのプラントにおいて敷地外周からの侵入者の警備には多数の警備員を配備する替わりに出入口や周回部分の塀やフェンスなど侵入の恐れのあるところにセンサを配備する。センサとしては赤外線センサやフェンスの振動を検知する光ファイバセンサやマイクロ波センサがある。
赤外線センサはビーム幅が狭いために高い信頼度を得るには、落ち葉や小動物での誤動作を避けるために上下方向に複数のセンサを配置する。フェンスセンサは侵入時のフェンスの振動を検知するものであり、侵入そのものを検知しているものではない。
一方、マイクロ波センサは対象の警戒線上にボリュームをもったマイクロ波ビームを常時送出して、警戒線の対向で該電波を受信することで検知エリアを形成して、該電界の乱れを検出して侵入に対しての警報信号を出すものである。但し、送受信機のアンテナの近傍では、マイクロ波ビームのボリューム断面積が小さい為、アンテナ近傍で落ち葉や小動物により誤動作を起こす可能性がある。
図8は従来のマイクロ波センサを用いた監視装置を示す構成説明図である。図8において、11は送信機、12は受信機、13は送信アンテナ、14は受信アンテナ、15はマイコン制御装置、16は検知信号出力端子、17は自動利得制御信号出力端子、18は警報信号出力端子、19はフレネルゾーン(検知エリア)、LNAは低雑音増幅器、MIXは混合器、LOは局部発振器、IF−ICは演算増幅器、A1,A2は増幅器、SWはスイッチである。
図8に示すように、送信機11の送信アンテナ13から送信されたマイクロ波は受信機12の受信アンテナ14で受信され、送信アンテナ13と受信アンテナ14間には送信電波領域であり且つ受信電波領域であるフレネルゾーン19が形成され、送信機11及び受信機12によりマイクロ波センサが構成される。
受信アンテナ14で受信された受信信号は低雑音増幅器LNAで増幅された後、混合器MIXに入力されて局部発振器LOからの発振周波数と混合されて中間周波信号に変換される。混合器MIXからの出力信号は演算増幅器IF−ICで検波された後、増幅器A1で増幅されて検知信号出力端子16に検知信号として出力される。
前記演算増幅器IF−ICから抽出された自動周波数制御信号AFCは局部発振器LOに入力されて局部発振器LOから発振される信号の周波数を調整する。演算増幅器IF−IC、局部発振器LO、混合器MIXは自動周波数制御ループを構成して周波数の変動をおさえるように制御している。
前記演算増幅器IF−ICからの出力信号の一部はスイッチSW及び増幅器A2を介して自動利得制御信号AGCとして演算増幅器IF−ICに入力される。前記スイッチSWは増幅器A1の出力レベルが所定値以上になるとオンするように制御される。スイッチSWがオンすると、演算増幅器IF−IC、スイッチSW、増幅器A2よりなる自動利得制御ループにより電圧利得の変動をおさえるように制御している。前記増幅器A2からの自動利得制御信号AGCは自動利得制御信号出力端子17に出力される。
増幅器A1から出力される検知信号及び増幅器A2から出力される自動利得制御信号AGCはマイコン制御装置15に入力され、マイコン制御装置15はフレネルゾーン19のマイクロ波の電界の乱れにより検知信号の電圧が所定値以上変動すると警報信号出力端子18に警報信号を出力し、図示しない威嚇装置により警報を発生する。
特開平9−290756号公報
上述のように従来のマイクロ波センサを用いた監視装置では送信機と受信機の間のマイクロ波の電界の喪失により、侵入者や車両があったことを検知して警報信号を送出することができるが、送受信機のアンテナの近傍では、マイクロ波ビームのボリューム断面積が小さい為、アンテナ近傍で落ち葉や小動物の通過により誤動作を起こす可能性がある。
また、外部からの侵入なのか、侵入者が退出したのかを判断することができなかった。周回監視装置では侵入を検知し、警報信号を出し、威嚇を行うので侵入者の多くは威嚇で撃退されることが経験上分かっている。侵入を検知し警報信号が出た場合は警備員が出動して現地確認が必要となる。その場合侵入者が居残っているのか、撃退されたかで警備員の出動に対する対応の準備や出動態勢を変える必要がある。従って、侵入検知方向を判断し、侵入と退出を検知判断することが必要である。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、フレネルゾーンをクロスするように設けられた複数のマイクロ波センサからの検知信号を論理処理して監視を行うことにより、落ち葉や小動物等による誤動作を防止した監視装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の監視装置は、マイクロ波を送信する送信機、及び前記送信機から送信されたマイクロ波が受信され、受信したマイクロ波を検波した検波出力が所定値以上減少すると検知信号を出力する受信機よりなる複数のマイクロ波センサと、複数のマイクロ波センサが各マイクロ波センサのフレネルゾーンをクロスするように設けられ、複数のマイクロ波センサの受信機からの検知信号を論理処理することにより監視を行う手段とを具備することを特徴とするものである。
本発明の監視装置は、フレネルゾーンをクロスするように設けられた複数のマイクロ波センサからの検知信号を論理処理して監視を行うことにより、落ち葉や小動物等による誤動作を防止し、且つ複数のマイクロ波センサにより同一の警戒線上を多重警戒することで、より信頼度の高い警戒を行うことができる。
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係る監視装置を示す構成説明図である。図1中、図8と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。図1において、21は送信機、22は受信機、231は第1の送信アンテナ、232は第2の送信アンテナ、241は第1の受信アンテナ、242は第2の受信アンテナ、25はマイコン制御装置、261は第1の検知信号出力端子、262は第2の検知信号出力端子、271は第1の自動利得制御信号出力端子、272は第2の自動利得制御信号出力端子、281は警報OR(論理和)信号出力端子、282は警報XOR(排他的論理和)信号出力端子、283は警報AND(論理積)信号出力端子、291は第1のフレネルゾーン(検知エリア)、292は第2のフレネルゾーン(検知エリア)である。
図1に示すように、送信機21の第1の送信アンテナ231から送信されたマイクロ波は受信機22の第1の受信アンテナ241で受信され、第1の送信アンテナ231と第1の受信アンテナ241間には送信電波領域であり且つ受信電波領域である第1のフレネルゾーン291が形成され、送信機21の第1の送信アンテナ231及び受信機22の第1の受信アンテナ241により第1のマイクロ波センサが構成される。
また、送信機21の第2の送信アンテナ232から送信されたマイクロ波は受信機22の第2の受信アンテナ242で受信され、第2の送信アンテナ232と第2の受信アンテナ242間には送信電波領域であり且つ受信電波領域である第2のフレネルゾーン292が形成され、送信機21の第2の送信アンテナ232及び受信機22の第2の受信アンテナ242により第2のマイクロ波センサが構成される。
第1の受信アンテナ241で受信されたマイクロ波は中間周波に周波数変換されて後、検波されて第1の検知信号MON1として第1の検知信号出力端子261に出力されると共にマイコン制御装置25に出力される。また、前記第1の検知信号MON1の利得を制御する第1の自動利得制御信号AGC1は第1の自動利得制御信号出力端子271に出力されると共にマイコン制御装置25に出力される。
第2の受信アンテナ242で受信されたマイクロ波は中間周波に周波数変換されて後、検波されて第2の検知信号MON2として第2の検知信号出力端子262に出力されると共にマイコン制御装置25に出力される。また、前記第2の検知信号MON2の利得を制御する第2の自動利得制御信号AGC2は第2の自動利得制御信号出力端子272に出力されると共にマイコン制御装置25に出力される。
マイコン制御装置25は、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理和として論理処理した警報OR信号を警報OR信号出力端子281に出力し、また、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を排他的論理和として論理処理した警報XOR信号を警報XOR信号出力端子282に出力し、また、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理積として論理処理した警報AND信号を警報AND信号出力端子283に出力する。
図2は本発明の第1の実施形態に係る監視装置の動作を示し、(a)は構成説明図、(b)は信号波形図である。
図2(a)に示すように、送信機21は円筒状のケース内に構成され、円筒状のケースは地平面にほぼ垂直に設置される。第1の送信アンテナ231は円筒状のケース内の下部に配置され、第2の送信アンテナ232は円筒状のケース内の上部に配置される。また、受信機22は円筒状のケース内に構成され、円筒状のケースは地平面にほぼ垂直に設置される。第1の受信アンテナ241は円筒状のケース内の上部に配置され、第2の受信アンテナ242は円筒状のケース内の下部に配置される。
前記第1の送信アンテナ231と第1の受信アンテナ241は対向して配置されて第1のマイクロ(μ)波センサを構成し、前記第2の送信アンテナ232と第2の受信アンテナ242は対向して配置されて第2のマイクロ(μ)波センサを構成する。第1のマイクロ波センサ及び第2のマイクロ波センサの2段により監視する。
したがって、第1の送信アンテナ231と第1の受信アンテナ241間には第1の送信アンテナ231の送信電波領域であり且つ第1の受信アンテナ241の受信電波領域である第1のフレネルゾーン291が形成されると共に、第2の送信アンテナ232と第2の受信アンテナ242間には第2の送信アンテナ232の送信電波領域であり且つ第2の受信アンテナ242の受信電波領域である第2のフレネルゾーン292が形成される。
前記第1のフレネルゾーン291と前記第2のフレネルゾーン292はクロスして形成され、第1のフレネルゾーン291と第2のフレネルゾーン292が重なっている部分を警戒ゾーンとし、重なっていない部分を非警戒ゾーンとする。
この状態において、図2(a)に示すように第2のフレネルゾーン292の非警戒ゾーンである第2の送信アンテナ232の近傍を落ち葉や小動物が通過した場合、第2のフレネルゾーン292のマイクロ波の電界が乱され、第2の受信アンテナ242で受信したマイクロ波を検波する検波出力が所定値以上に減少し、図2(b)に示すように、第2の検知信号MON2にはL(低)レベルのパルスが発生する。一方、第1の検知信号MON1はH(高)レベルのままであるので、受信機22のマイコン制御装置25において、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理積として論理処理しても警報AND信号出力端子283には警報AND信号が出力されない。
尚、第1のフレネルゾーン291と第2のフレネルゾーン292が重なっている警戒ゾーンを侵入者や車両が通過した場合には、第1の検知信号MON1にL(低)レベルのパルスが発生すると共に第2の検知信号MON2にもL(低)レベルのパルスが発生するため、受信機22のマイコン制御装置25において、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理積として論理処理すれば警報AND信号出力端子283には警報AND信号が出力され、図示しない威嚇装置により警報を発生する。
図3は本発明の第2の実施形態に係る監視装置の動作を示す構成説明図である。図3に示すように、送信機31には第1の送信アンテナ331、第2の送信アンテナ332、第3の送信アンテナ333が設けられ、受信機32には第1の受信アンテナ341、第2の受信アンテナ342、第3の受信アンテナ343が設けられる。
第1の送信アンテナ331と第1の受信アンテナ341は対向して配置されて第1のマイクロ波センサを構成し、第2の送信アンテナ332と第2の受信アンテナ342は対向して配置されて第2のマイクロ波センサを構成し、第1の送信アンテナ333と第1の受信アンテナ343は対向して配置されて第3のマイクロ波センサを構成する。第1のマイクロ波センサ、第2のマイクロ波センサ、及び第3のマイクロ波センサの3段により監視する。
したがって、第1の送信アンテナ331と第1の受信アンテナ341間には第1の送信アンテナ331の送信電波領域であり且つ第1の受信アンテナ341の受信電波領域である第1のフレネルゾーン391が形成され、第2の送信アンテナ332と第2の受信アンテナ342間には第2の送信アンテナ332の送信電波領域であり且つ第2の受信アンテナ342の受信電波領域である第2のフレネルゾーン292が形成され、第3の送信アンテナ333と第2の受信アンテナ343間には第3の送信アンテナ333の送信電波領域であり且つ第3の受信アンテナ343の受信電波領域である第3のフレネルゾーン393が形成される。
第1のフレネルゾーン391と第2のフレネルゾーン392と第3のフレネルゾーン393はクロスして形成され、フレネルゾーン391〜393が重なっていない部分での検出状態をレベル1(L1)とし、フレネルゾーン391〜393のうち2つのフレネルゾーンが重なっている部分での検出状態をレベル2(L2)とし、フレネルゾーン391〜393がすべて重なっている部分での検出状態をレベル3(L3)とする。
図4は本発明の実施形態に係る監視装置のパソコンでのアイコン表示を示す説明図である。図4に示すように、周回部分の外周システム監視中において、設備機器である監視装置のマイクロ波センサが1段による監視で、マイクロ波センサが監視状態では緑色(緑)のアイコン表示をし、フレネルゾーン部分での検出状態であるレベル1(L1)では濃い青色(濃青)のアイコン表示をする。
また、図2に示すように、設備機器である監視装置のマイクロ波センサが2段による監視で、マイクロ波センサが監視状態では緑色(緑)のアイコン表示をし、クロスした第1のフレネルゾーン291と第2のフレネルゾーン292が重なっていない非警戒ゾーンでの検出状態であるレベル1(L1)では青色(青)のアイコン表示をし、クロスした第1のフレネルゾーン291と第2のフレネルゾーン292が重なっている警戒ゾーンでの検出状態であるレベル2(L2)では濃い青色(濃青)のアイコン表示をする。
また、図3に示すように、設備機器である監視装置のマイクロ波センサが3段による監視で、マイクロ波センサが監視状態では緑色(緑)のアイコン表示をし、クロスしたフレネルゾーン391〜393が重なっていない部分での検出状態であるレベル1(L1)では淡い青色(淡青)のアイコン表示をし、クロスしたフレネルゾーン391〜393のうち2つのフレネルゾーンが重なっている部分での検出状態であるレベル2(L2)では青色(青)のアイコン表示をし、クロスしたフレネルゾーン391〜393がすべて重なっている部分での検出状態であるレベル3(L3)では濃い青色(濃青)のアイコン表示をする。
威嚇装置が威嚇中は赤または濃い赤色(濃赤)のアイコンを点滅表示する。また、外周監視システムが監視停止の場合で、マイクロ波センサが停止中は灰色のアイコン表示をし、威嚇装置が停止中は灰色のアイコン表示する。
但し、アイコン表示が緑色(緑)の場合は監視状態で何も検出していない状態を表す。アイコン表示が淡い青色(淡青)の場合は自然環境(雨、雪、霧など)の影響を受けている可能性がある状態を表す。アイコン表示が青色(青)の場合は草木、落ち葉、小動物などの可能性がある状態を表すが、マイクロ波センサが2段による監視時は、自然環境(雨、雪、霧など)の影響を受けている可能性もある。アイコン表示が濃い青色(濃青)の場合は人及び車両の可能性が非常に高い状態を表す。
図5は本発明の実施形態に係る監視装置のパソコンでの監視画面を示す説明図である。すなわち、周回部分の外周監視において、監視開始ボタンは外周の監視を開始する。監視停止ボタンは外周の監視を停止する。威嚇停止ボタンは威嚇装置(パトライト(登録商標)など)による威嚇を停止する。設備復旧確認ボタンはシステムに障害が発生し、設備機器などの復旧(交換など)を行った後にネットワーク機器に対して接続確認などを行う。記録出力ボタンはマイクロ波センサの検知記録を任意の場所に保存する。監視終了ボタンはアプリケーションを終了する。警戒線はマイクロ波センサの送信機及び受信機より警戒できるフレネルゾーンの中心線を表す。検知記録は画面上に配置されている各マイクロ波センサ検知記録を表示する。
図6は本発明の第3の実施形態に係る監視装置の動作を示し、(a)は構成説明図、(b),(c)は信号波形図である。
図6(a)に示すように、送信機41は円筒状のケース内に構成され、円筒状のケースは地平面にほぼ水平に設置される。第1の送信アンテナ431は円筒状のケース内の監視区域外に配置され、第2の送信アンテナ432は円筒状のケース内の監視区域に配置される。また、受信機42は円筒状のケース内に構成され、円筒状のケースは地平面にほぼ水平に設置される。第1の受信アンテナ441は円筒状のケース内の監視区域外に配置され、第2の受信アンテナ442は円筒状のケース内の監視区域に配置される。
第1の送信アンテナ431と第1の受信アンテナ441は対向して配置されて第1のマイクロ波センサを構成し、第2の送信アンテナ432と第2の受信アンテナ442は対向して配置されて第2のマイクロ波センサを構成する。第1のマイクロ波センサ及び第2のマイクロ波センサにより監視する。
したがって、第1の送信アンテナ431と第1の受信アンテナ441間には第1の送信アンテナ431の送信電波領域であり且つ第1の受信アンテナ441の受信電波領域である第1のフレネルゾーン491が形成されると共に、第2の送信アンテナ432と第2の受信アンテナ442間には第2の送信アンテナ432の送信電波領域であり且つ第2の受信アンテナ442の受信電波領域である第2のフレネルゾーン492が形成される。第1のフレネルゾーン491と第2のフレネルゾーン492は警戒線47を挟んでほぼ平行に形成される。
この状態において、送信機41と受信機42間に監視区域外から監視区域に矢印45方向に侵入者や車両が進入した場合、第1のフレネルゾーン491及び第2のフレネルゾーン492のマイクロ波の電界が乱され、第1の受信アンテナ441及び第2の受信アンテナ442で受信したマイクロ波を検波する検波出力が所定値以上に減少し、図6(b)の検知判断1では、第1の受信アンテナ441で受信した受信信号を検波した第1の検知信号MON1にはL(低)レベルのパルスが発生すると共に、第2の受信アンテナ442で受信した受信信号を検波した第2の検知信号MON2にはL(低)レベルのパルスが発生する。そのため、受信機42のマイコン制御装置は、第1の検知信号MON1のパルスの立下りの方が先の為、進入とみなし、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理和(OR)として論理演算処理することにより、第1の検知信号MON1のパルスの立下りから第2の検知信号MON2のパルスの立ち上がり区間を警報出力する。
また、送信機41と受信機42間に監視区域から監視区域外に矢印46方向に侵入者や車両が退出した場合、第2のフレネルゾーン492及び第1のフレネルゾーン491のマイクロ波の電界が乱され、第2の受信アンテナ442及び第1の受信アンテナ441で受信したマイクロ波を検波する検波出力が所定値以上に減少し、図6(c)の検知判断2では、第2の受信アンテナ442で受信した受信信号を検波した第2の検知信号MON2にはL(低)レベルのパルスが発生すると共に、第1の受信アンテナ441で受信した受信信号を検波した第1の検知信号MON1にはL(低)レベルのパルスが発生する。そのため、受信機42のマイコン制御装置は、第2の検知信号MON2のパルスの立下りの方が先の為、退出とみなし、第1の検知信号MON1と第2の検知信号MON2を論理和(OR)として論理演算処理することにより、第2の検知信号MON2のパルスの立下りから第1の検知信号MON1のパルスの立ち上がり区間を警報出力する。
図7は本発明の実施形態に係る周回監視装置を示す構成説明図である。図7において、21,22は図1,2と同様な送信機及び受信機、41,42は図6と同様な送信機及び受信機、50は周回監視装置パソコン(PC)、51は小動物(鳥)、52は進入者、53は退出者、54は威嚇装置である。
すなわち、周回監視装置パソコン(PC)50では、マイクロ波センサの警報出力の種類に応じて表示や周辺機器の制御を行う。警報出力の種類が進入または、退出の場合には威嚇装置54による警報を行い、必要に応じては画像記録等を行う。警報出力の種類が落ち葉や小動物の場合には、威嚇装置54の警報を行わず必要に応じて画像記録等を行ったりする。マイクロ波センサの警報出力に種類を持たせることで周回監視装置の周辺機器に対しても複数パターンの監視制御を行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
本発明の第1の実施形態に係る監視装置を示す構成説明図である。 本発明の第1の実施形態に係る監視装置の動作を示し、(a)は構成説明図、(b)は信号波形図である。 本発明の第2の実施形態に係る監視装置の動作を示す構成説明図である。 本発明の実施形態に係る監視装置のパソコンでのアイコン表示を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る監視装置のパソコンでの監視画面を示す説明図である。 本発明の第3の実施形態に係る監視装置の動作を示し、(a)は構成説明図、(b),(c)は信号波形図である。 本発明の実施形態に係る周回監視装置を示す構成説明図である。 従来のマイクロ波センサを用いた監視装置を示す構成説明図である。
符号の説明
21…送信機、22…受信機、231…第1の送信アンテナ、232…第2の送信アンテナ、241…第1の受信アンテナ、242…第2の受信アンテナ、25…マイコン制御装置、261…第1の検知信号出力端子、262…第2の検知信号出力端子、271…第1の自動利得制御信号出力端子、272…第2の自動利得制御信号出力端子、281…警報OR(論理和)信号出力端子、282…警報XOR(排他的論理和)信号出力端子、283…警報AND(論理積)信号出力端子、291…第1のフレネルゾーン(検知エリア)、292…第2のフレネルゾーン(検知エリア)、LNA…低雑音増幅器、MIX…混合器、LO…局部発振器、IF−IC…演算増幅器、A1,A2…増幅器、SW…スイッチ。

Claims (1)

  1. マイクロ波を送信する送信機、及び前記送信機から送信されたマイクロ波が受信され、受信したマイクロ波を検波した検波出力が所定値以上減少すると検知信号を出力する受信機よりなる複数のマイクロ波センサと、
    複数のマイクロ波センサが各マイクロ波センサの検知エリアをクロスするように設けられ、複数のマイクロ波センサの受信機からの検知信号に基づいて侵入の有無を判断する手段と
    を具備することを特徴とする監視装置。
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