JP2012047578A - Frequency measurement device, frequency measurement method, speed measurement device, and speed measurement method - Google Patents

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秀晴 斎藤
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雅己 市川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a frequency in a short time by a simple device.SOLUTION: A micro wave reflected by a moving body to be measured is converted into an electric signal. Subsequently, using a first output circuit 13, an electric signal generated by amplifying the electric signal is converted into a DC signal SD13 of a voltage level corresponding to the attenuation characteristic of a high pass filter composing the first output circuit 13. At the same time, using a second output circuit 14, the electric signal is converted into a DC signal SD14 of a voltage level corresponding to the attenuation characteristic of a low pass filter composing the second output circuit 14. Then, using the value of the DC signal SD13 and the value of the DC signal SD14, a frequency of the electric signal is calculated.

Description

本発明は、周波数計測装置、周波数計測方法、速度計測装置及び速度計測方法に関し、更に詳しくは、測定対象の周波数を計測する周波数計測装置、測定対象の周波数を計測するための周波数計測方法、移動体からの反射波に基づく電気信号の周波数を計測することにより移動体の速度を計測する速度計測装置、移動体からの反射波に基づく電気信号の周波数を計測することにより移動体の速度を計測するための速度計測方法に関する。   The present invention relates to a frequency measurement device, a frequency measurement method, a speed measurement device, and a speed measurement method, and more particularly, a frequency measurement device that measures a frequency to be measured, a frequency measurement method for measuring a frequency to be measured, and a movement A speed measurement device that measures the speed of a moving object by measuring the frequency of an electric signal based on the reflected wave from the body, and measures the speed of the moving object by measuring the frequency of an electric signal based on the reflected wave from the moving body The present invention relates to a speed measurement method.

構造物の振動解析や、ドップラー効果を用いた速度計測の分野では、例えばサンプリングした信号に対して、FFT(Fast Fourier Transform)処理を実行することにより、各周波数に対する音圧レベルを計測し、この計測結果を用いて、振動の解析や速度計測を行うことが一般的に行われている(例えば特許文献1参照)。   In the field of structural vibration analysis and velocity measurement using the Doppler effect, for example, FFT (Fast Fourier Transform) processing is performed on the sampled signal to measure the sound pressure level for each frequency. In general, vibration analysis and speed measurement are performed using the measurement results (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示された装置は、測定対象物から発生する騒音をマイクロホンで集音する。そして、マイクロホンからの出力信号に対して、FFT処理を行うことにより、上記騒音の周波数特性を算出する。当該装置のユーザは、この処理結果を用いて、騒音の周波数解析を行うことが可能となる。   The apparatus disclosed in Patent Document 1 collects noise generated from a measurement object using a microphone. Then, the frequency characteristic of the noise is calculated by performing FFT processing on the output signal from the microphone. The user of the apparatus can perform noise frequency analysis using the processing result.

特開平8−219866号公報JP-A-8-211986

FFT処理は、処理対象となる信号の基本波成分における音圧レベルと、当該基本波成分に対する高調波成分それぞれにおける音圧レベルの双方を算出する処理である。このため、分布周波数信号に対してFFT処理を行おうとすると、演算処理に要する時間が増大するという不都合がある。   The FFT process is a process of calculating both the sound pressure level in the fundamental wave component of the signal to be processed and the sound pressure level in each of the harmonic components with respect to the fundamental wave component. For this reason, when the FFT process is performed on the distributed frequency signal, the time required for the arithmetic process increases.

本発明は上述の事情の下になされたもので、波動に基づいて生成された電気信号の周波数を、簡易な装置で短時間に計測することを目的とする。また、電気信号の周波数を短時間に計測することで、波動を反射する移動体の移動速度を、短時間に計測することを目的とする。   The present invention has been made under the above circumstances, and an object thereof is to measure the frequency of an electric signal generated based on a wave in a short time with a simple device. Moreover, it aims at measuring the moving speed of the moving body which reflects a wave in a short time by measuring the frequency of an electric signal in a short time.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る周波数計測装置は、
波動を電気信号に変換する変換手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が増加する第1信号を出力する第1出力手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が減少する第2信号を出力する第2出力手段と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記波動の周波数を算出する演算手段と、
を有する。
In order to achieve the above object, a frequency measurement device according to the first aspect of the present invention provides:
Conversion means for converting the wave into an electrical signal;
First output means for outputting a first signal whose value increases in proportion to an increase in frequency of the electrical signal;
Second output means for outputting a second signal whose value decreases in proportion to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio of the value of the first signal and the value of the second signal, Computing means for calculating the frequency;
Have

前記周波数に対する前記第1信号の値の増加割合と、前記周波数に対する前記第2信号の値の減少割合とは等しいこととしてもよい。   The increasing rate of the value of the first signal with respect to the frequency may be equal to the decreasing rate of the value of the second signal with respect to the frequency.

前記第1出力手段は、前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第1フィルタを有し、
前記第2出力手段は、前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第2フィルタを有することとしてもよい。
The first output means has a first filter that attenuates the electrical signal with an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal,
The second output means may include a second filter that attenuates the electrical signal with an attenuation rate proportional to an increase in frequency of the electrical signal.

前記第1出力手段は、
前記第1フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第1整流回路と、
前記第1整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第1信号を生成する第1平滑回路とを有し、
前記第2出力手段は、
前記第2フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第2整流回路と、
前記第2整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第2信号を生成する第2平滑回路とを有することとしてもよい。
The first output means includes
A first rectifier circuit that full-wave rectifies the electrical signal that has passed through the first filter;
A first smoothing circuit for smoothing an output from the first rectifier circuit and generating the first signal indicating a level of the electrical signal;
The second output means includes
A second rectifier circuit that full-wave rectifies the electrical signal that has passed through the second filter;
A second smoothing circuit that smoothes the output from the second rectifier circuit and generates the second signal indicating the level of the electric signal may be included.

前記演算手段は、前記第1信号の値をP1、前記第2信号の値をP2、前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数をF0、定数をkとしたときに、前記電気信号の周波数Fを次式を用いて算出することとしてもよい。 The computing means sets the value of the first signal to P1, the value of the second signal to P2, and the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match F 0. When the constant is k, the frequency F of the electrical signal may be calculated using the following equation.

Figure 2012047578
Figure 2012047578

また、本発明の第2の観点に係る速度計測装置は、
移動体から反射した波動に基づく電気信号の周波数を計測する本発明の周波数計測装置と、
前記周波数計測装置によって計測された周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える。
In addition, the speed measuring device according to the second aspect of the present invention includes:
A frequency measuring device of the present invention for measuring the frequency of an electric signal based on a wave reflected from a moving body;
Speed calculation means for performing a calculation using the frequency measured by the frequency measuring device to calculate the speed of the moving body;
Is provided.

また、本発明の第3の観点に係る周波数計測方法は、
波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第1フィルタからの出力信号のレベルを示す第1信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第2フィルタからの出力信号のレベルを示す第2信号を生成する工程と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
を含む。
Moreover, the frequency measurement method according to the third aspect of the present invention includes:
Converting a wave into an electrical signal;
Generating a first signal indicative of a level of an output signal from a first filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal;
Generating a second signal indicative of a level of an output signal from a second filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio between the value of the first signal and the value of the second signal, Calculating the frequency of
including.

また、本発明の第4の観点に係る速度計測方法は、
移動体から反射した波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第1フィルタからの出力信号のレベルを示す第1信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第2フィルタからの出力信号のレベルを示す第2信号を生成する工程と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
算出した前記電気信号の周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を検出する工程と、
を含む。
Moreover, the speed measurement method according to the fourth aspect of the present invention includes:
Converting the wave reflected from the moving body into an electrical signal;
Generating a first signal indicative of a level of an output signal from a first filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal;
Generating a second signal indicative of a level of an output signal from a second filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio between the value of the first signal and the value of the second signal, Calculating the frequency of
Performing a calculation using the calculated frequency of the electrical signal to detect the speed of the moving body;
including.

本発明によれば、波動が変換されることにより生成された電気信号の周波数に応じた第1信号の値と第2信号の値との比に基づいて、波動の中心周波数が算出される。したがって、FFT処理のような複雑な処理を行う必要がなく、簡易な装置で短時間に周波数を計測することが可能となる。また、波動の周波数を短時間に計測することができるので、結果的に、波動を反射する測定対象物の移動速度を、短時間に計測することが可能となる。   According to the present invention, the center frequency of the wave is calculated based on the ratio between the value of the first signal and the value of the second signal corresponding to the frequency of the electrical signal generated by converting the wave. Therefore, it is not necessary to perform complicated processing such as FFT processing, and the frequency can be measured in a short time with a simple device. In addition, since the frequency of the wave can be measured in a short time, as a result, the moving speed of the measurement object that reflects the wave can be measured in a short time.

第1の実施形態に係る速度計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the speed measuring device concerning a 1st embodiment. 増幅器から出力される電気信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electric signal output from an amplifier. 第1出力回路のブロック図である。It is a block diagram of a 1st output circuit. 第2出力回路のブロック図である。It is a block diagram of a 2nd output circuit. ハイパスフィルタとローパスフィルタの減衰特性を示す図である。It is a figure which shows the attenuation characteristic of a high-pass filter and a low-pass filter. 図6(A)は、ハイパスフィルタからの出力信号を示す図である。図6(B)は、ローパスフィルタからの出力信号を示す図である。FIG. 6A is a diagram illustrating an output signal from the high-pass filter. FIG. 6B is a diagram illustrating an output signal from the low-pass filter. 平滑フィルタから出力される直流信号を示す図である。It is a figure which shows the DC signal output from a smoothing filter. 直流信号の電圧レベルと周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage level of a DC signal, and a frequency. 第2の実施形態に係る速度計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the speed measuring device which concerns on 2nd Embodiment. 第1〜第4出力回路を構成するフィルタそれぞれの減衰特性を示す図である。It is a figure which shows the attenuation characteristic of each filter which comprises the 1st-4th output circuit. 第1〜第4出力回路それぞれの出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of each of the 1st-4th output circuit.

《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る速度計測装置10のブロック図である。この速度計測装置10は、計測対象としての移動体によって反射されたマイクロ波の周波数に基づいて、移動体の移動速度を計測する装置である。図1に示されるように、この速度計測装置10は、ドップラーモジュール11、信号増幅器12、第1出力回路13、第2出力回路14、A/D変換器15、演算回路16,速度算出回路17、表示ユニット18を有している。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a speed measuring device 10 according to the present embodiment. The speed measuring device 10 is a device that measures the moving speed of the moving body based on the frequency of the microwave reflected by the moving body as a measurement target. As shown in FIG. 1, the speed measuring device 10 includes a Doppler module 11, a signal amplifier 12, a first output circuit 13, a second output circuit 14, an A / D converter 15, an arithmetic circuit 16, and a speed calculation circuit 17. The display unit 18 is provided.

ドップラーモジュール11は、例えば発信周波数がfの発信回路と、マイクロ波を送信する送信アンテナと、測定対象物に反射されたマイクロ波を受信する受信アンテナと、検波回路とを有している。ドップラーモジュールは、発信回路が駆動されることにより生じる周波数fのマイクロ波を、送信アンテナを介して測定対象物としての移動体に向けて射出する。そして、移動体によって反射されたマイクロ波(以下、単に反射波という)を、受信アンテナを介して受信し、射出時のマイクロ波の周波数fと、反射波の周波数fとの差で表されるドップラー偏移周波数f(=|f−f|)を周波数とする電気信号(ドップラー信号)を生成する。ドップラーモジュール11は、この電気信号を増幅器12へ出力する。 The Doppler module 11 includes, for example, a transmission circuit having a transmission frequency f 0 , a transmission antenna that transmits microwaves, a reception antenna that receives microwaves reflected by the measurement object, and a detection circuit. The Doppler module emits a microwave having a frequency f 0 generated by driving the transmission circuit toward a moving object as a measurement object via a transmission antenna. Then, a microwave reflected by the moving body (hereinafter simply referred to as a reflected wave) is received via the receiving antenna, and is represented by a difference between the frequency f 0 of the microwave upon emission and the frequency f 1 of the reflected wave. An electric signal (Doppler signal) having a frequency of the Doppler shift frequency f d (= | f 0 −f 1 |) to be generated is generated. The Doppler module 11 outputs this electrical signal to the amplifier 12.

マイクロ波の進行方向と移動体の進行方向が平行である場合には、移動体の速度をv(m/s)とし、周波数fのマイクロ波の波長をλ(m)とすると、ドップラー偏移周波数fは2・V/λとなる。例えば、周波数24.15GHzで波長が0.012414mのマイクロ波が、速度計測装置10に対して相対速度1m/sで移動する移動体によって反射された場合には、ドップラーモジュール11からは、161.1Hz(=2・1/0.012414)の周波数の電気信号が出力される。 When the traveling direction of the microwave and the traveling direction of the moving body are parallel, assuming that the speed of the moving body is v (m / s) and the wavelength of the microwave having the frequency f 0 is λ 0 (m), Doppler The deviation frequency f d is 2 · V / λ 0 . For example, when a microwave having a frequency of 24.15 GHz and a wavelength of 0.012414 m is reflected by a moving body that moves at a relative speed of 1 m / s with respect to the speed measurement device 10, 161. An electric signal having a frequency of 1 Hz (= 2 · 1 / 0.012414) is output.

信号増幅器12は、ドップラーモジュール11から出力される電気信号を増幅する。そして、増幅した電気信号S12を、第1出力回路13及び第2出力回路14の双方にそれぞれ出力する。図2は、信号増幅器12から出力される電気信号S12の一例を示す図である。図2の曲線S0に示されるように、この電気信号S12は、例えば周期がほぼ1/fで振幅がV0の交流信号となる。なお、図2は電気信号S12を模式的に示す図であるが、実際の電気信号S12は、測定対象物に起因する分布周波数、高調波成分やノイズ成分をある程度含む場合が多い。 The signal amplifier 12 amplifies the electrical signal output from the Doppler module 11. Then, the amplified electric signal S12 is output to both the first output circuit 13 and the second output circuit 14. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the electrical signal S12 output from the signal amplifier 12. As shown by the curve S0 in FIG. 2, the electrical signal S12 is an AC signal having a period of approximately 1 / fd and an amplitude of V0, for example. Note that FIG. 2 is a diagram schematically showing the electric signal S12, but the actual electric signal S12 often includes a distribution frequency, a harmonic component, and a noise component due to the measurement object to some extent.

図1に戻り、第1出力回路13及び第2出力回路14それぞれは、信号増幅器12から出力される電気信号S12に応じた電圧レベルの信号を出力する。以下、第1出力回路13及び第2出力回路14について、図3及び図4を参照しつつ説明する。   Returning to FIG. 1, each of the first output circuit 13 and the second output circuit 14 outputs a signal having a voltage level corresponding to the electric signal S <b> 12 output from the signal amplifier 12. Hereinafter, the first output circuit 13 and the second output circuit 14 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は、第1出力回路13のブロック図である。また、図4は、第2出力回路14のブロック図である。図3に示されるように、第1出力回路13は、ハイパスフィルタ13a、全波整流器13b、及び平滑フィルら13cを有している。また、図4に示されるように、第2出力回路14は、ローパスフィルタ14a、全波整流器14b、及び平滑フィルタ14cを有している。   FIG. 3 is a block diagram of the first output circuit 13. FIG. 4 is a block diagram of the second output circuit 14. As shown in FIG. 3, the first output circuit 13 includes a high-pass filter 13a, a full-wave rectifier 13b, and a smoothing filter 13c. As shown in FIG. 4, the second output circuit 14 includes a low-pass filter 14a, a full-wave rectifier 14b, and a smoothing filter 14c.

図5は、第1出力回路13を構成するハイパスフィルタ13aの減衰特性と、第2出力回路14を構成するローパスフィルタ14aの減衰特性を示す図である。ハイパスフィルタ13aは、入力信号に対する利得が、入力信号の周波数が高くなるほど大きくなる減衰特性を有するフィルタである。具体的には、図5に示されるように、ハイパスフィルタ13aの減衰特性は、横軸が対数座標となった座標系において、右上がりの直線L1で示される。直線L1に示されるように、ハイパスフィルタ13aの利得は、例えば100kHzで最大となり、周波数が低くなるにつれて小さくなる。   FIG. 5 is a diagram illustrating the attenuation characteristics of the high-pass filter 13 a that constitutes the first output circuit 13 and the attenuation characteristics of the low-pass filter 14 a that constitutes the second output circuit 14. The high pass filter 13a is a filter having an attenuation characteristic in which the gain with respect to the input signal increases as the frequency of the input signal increases. Specifically, as shown in FIG. 5, the attenuation characteristic of the high-pass filter 13a is indicated by a straight line L1 that rises to the right in the coordinate system in which the horizontal axis is a logarithmic coordinate. As indicated by the straight line L1, the gain of the high-pass filter 13a becomes maximum at, for example, 100 kHz, and decreases as the frequency decreases.

また、ローパスフィルタ14aは、入力信号に対する利得が、入力信号の周波数が高くなるほど小さくなる減衰特性を有するフィルタである。具体的には、図5に示されるように、ローパスフィルタ14aの減衰特性は、右下がりの直線L2で示される。直線L2で示されるように、ローパスフィルタ14aの利得は、例えば10Hzで最大となり、周波数が高くなるにつれて小さくなる。   The low-pass filter 14a is a filter having an attenuation characteristic in which the gain with respect to the input signal decreases as the frequency of the input signal increases. More specifically, as shown in FIG. 5, the attenuation characteristic of the low-pass filter 14a is indicated by a straight line L2 that descends to the right. As indicated by the straight line L2, the gain of the low-pass filter 14a is maximum at 10 Hz, for example, and decreases as the frequency increases.

図5に示されるように、本実施形態では、周波数が1KHzのときの入力信号に対するハイパスフィルタ13aの利得(減衰率)と、ローパスフィルタ14aの利得(減衰率)とが等しい。以下、説明の便宜上、ハイパスフィルタ13aの利得と、ローパスフィルタ14aの利得が等しくなるときの周波数を基準周波数Fというものとする。また、本実施形態では、ハイパスフィルタ13aの直線L1で示される利得の増加割合と、ローパスフィルタ14aの直線L2で示される利得の減少割合とが等しくなっている。 As shown in FIG. 5, in this embodiment, the gain (attenuation factor) of the high-pass filter 13a with respect to the input signal when the frequency is 1 KHz is equal to the gain (attenuation factor) of the low-pass filter 14a. For convenience of explanation, the gain of the high pass filter 13a, the frequency at which the gain of the low-pass filter 14a is equal to those of the reference frequency F 0. In the present embodiment, the gain increase rate indicated by the straight line L1 of the high-pass filter 13a is equal to the gain decrease rate indicated by the straight line L2 of the low-pass filter 14a.

図6(A)は、基準周波数Fよりも高い周波数fの電気信号S12が、ハイパスフィルタ13aに入力されたときに、このハイパスフィルタから出力される出力信号S13を示す図である。また、図6(B)は、周波数fの電気信号S12が、ローパスフィルタ14aに入力されたときに、このローパスフィルタから出力される出力信号S14を示す図である。電気信号S12の周波数fが基準周波数Fよりも高い場合には、図5を参照するとわかるように、ハイパスフィルタ13aの利得の方が、ローパスフィルタ14aの利得よりも大きくなる。したがって、ハイパスフィルタ13aからの出力信号S13の振幅V1の方が、ローパスフィルタ14aからの出力信号S14の振幅V2よりも大きくなる。 6 (A) is a high frequency f d electric signal S12 than the reference frequency F 0 is when the input to the high pass filter 13a, a diagram showing an output signal S13 outputted from the high pass filter. Also, FIG. 6 (B), an electric signal S12 of a frequency f d, when input to the low pass filter 14a, a diagram showing an output signal S14 output from the low-pass filter. If the frequency f d of the electric signal S12 is higher than the reference frequency F 0, as seen with reference to FIG. 5, towards the gain of the high pass filter 13a is greater than the gain of the low pass filter 14a. Accordingly, the amplitude V1 of the output signal S13 from the high pass filter 13a is larger than the amplitude V2 of the output signal S14 from the low pass filter 14a.

なお、電気信号S12の周波数fが基準周波数Fよりも低い場合には、図5を参照するとわかるように、ハイパスフィルタ13aの利得の方が、ローパスフィルタ14aの利得よりも小さくなる。この場合は、ローパスフィルタ14aからの出力信号S14の振幅よりも、ハイパスフィルタ13aからの出力信号S13の振幅の方が小さくなる。 Incidentally, when the frequency f d of the electric signal S12 is lower than the reference frequency F 0, as seen with reference to FIG. 5, towards the gain of the high pass filter 13a is smaller than the gain of the low pass filter 14a. In this case, the amplitude of the output signal S13 from the high pass filter 13a is smaller than the amplitude of the output signal S14 from the low pass filter 14a.

全波整流器13b,14bは相互に同等の構成を有している。そして、全波整流器13bは、出力信号S13を全波整流する。また、全波整流器14bは、出力信号S14を全波整流する。   The full-wave rectifiers 13b and 14b have the same configuration. The full wave rectifier 13b performs full wave rectification on the output signal S13. The full wave rectifier 14b performs full wave rectification on the output signal S14.

平滑フィルタ13c,14cは相互に同等の構成を有している。そして、平滑フィルタ13cは、全波整流器13bによって全波整流された出力信号S13を平滑化する。また、平滑フィルタ14cは、全波整流器14bによって全波整流された出力信号S14を平滑化する。これにより、平滑フィルら13cからは、直流信号SD13が出力され、平滑フィルら14cからは、直流信号SD14が出力される。   The smoothing filters 13c and 14c have the same configuration. The smoothing filter 13c smoothes the output signal S13 that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier 13b. The smoothing filter 14c smoothes the output signal S14 that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier 14b. As a result, the DC signal SD13 is output from the smooth fill et al 13c, and the DC signal SD14 is output from the smooth fill et al 14c.

図7には、平滑フィルタ13cから出力される直流信号SD13、及び平滑フィルタ14cから出力される直流信号SD14が示されている。上述したように、ハイパスフィルタ13aから出力される出力信号S13の振幅V1の方が、ローパスフィルタ14aから出力される出力信号S14の振幅V2よりも大きい。このため、直流信号SD13の電圧値a1の方が、直流信号SD14の電圧値a2よりも大きくなる。   FIG. 7 shows a DC signal SD13 output from the smoothing filter 13c and a DC signal SD14 output from the smoothing filter 14c. As described above, the amplitude V1 of the output signal S13 output from the high pass filter 13a is larger than the amplitude V2 of the output signal S14 output from the low pass filter 14a. For this reason, the voltage value a1 of the DC signal SD13 is larger than the voltage value a2 of the DC signal SD14.

なお、ハイパスフィルタ13aから出力される出力信号S13の振幅V1の方が、ローパスフィルタ14aから出力される出力信号S14の振幅V2よりも小さい場合には、直流信号SD13の電圧値a1の方が、直流信号SD14の電圧値a2よりも小さくなる。   If the amplitude V1 of the output signal S13 output from the high pass filter 13a is smaller than the amplitude V2 of the output signal S14 output from the low pass filter 14a, the voltage value a1 of the DC signal SD13 is It becomes smaller than the voltage value a2 of the DC signal SD14.

図1に戻り、A/D変換器15は、直流信号SD13及び直流信号SD14をデジタル信号に変換する。これにより、直流信号SD13及び直流信号SD14の電圧値a1,a2がそれぞれデジタルデータD13,D14として、演算回路16へ出力される。   Returning to FIG. 1, the A / D converter 15 converts the DC signal SD13 and the DC signal SD14 into digital signals. As a result, the voltage values a1 and a2 of the DC signal SD13 and DC signal SD14 are output to the arithmetic circuit 16 as digital data D13 and D14, respectively.

演算回路16は、A/D変換器15から出力されるデジタルデータD13,D14に基づいて、電気信号S12の周波数を算出する。図8は、直流信号SD13,SD14の電圧レベルと周波数との関係を示す図である。図8中の直線L3は、直流信号SD13の電圧値a1と電気信号S12の周波数との関係を示している。また、直線L4は、直流信号SD14の電圧値a2と電気信号S12の周波数との関係を示している。この直線L3,L4によって示される特性は、ハイパスフィルタ13a、ローパスフィルタ14aの特性によって規定され、相互に相似した特性となる。   The arithmetic circuit 16 calculates the frequency of the electric signal S12 based on the digital data D13 and D14 output from the A / D converter 15. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the voltage level and the frequency of the DC signals SD13 and SD14. A straight line L3 in FIG. 8 indicates the relationship between the voltage value a1 of the DC signal SD13 and the frequency of the electrical signal S12. A straight line L4 indicates the relationship between the voltage value a2 of the DC signal SD14 and the frequency of the electric signal S12. The characteristics indicated by the straight lines L3 and L4 are defined by the characteristics of the high-pass filter 13a and the low-pass filter 14a, and are similar to each other.

図8に示されるように、直流信号SD13,SD14の電圧レベルと周波数との関係が、横軸に平行な直線に対称となる直線L3,L4で示される場合は、電圧信号S12の周波数Fと、基準周波数Fと、直流信号SD13,SD14の電圧値a1,a2との関係は次式(1)で示される。なお、kは、直線L3,L4の傾きによって規定される定数である。 As shown in FIG. 8, when the relationship between the voltage level and the frequency of the DC signals SD13 and SD14 is indicated by straight lines L3 and L4 that are symmetrical with respect to a straight line parallel to the horizontal axis, the frequency F A of the voltage signal S12. When, the reference frequency F 0, the relationship between the voltage value a1, a2 of the DC signal SD13, SD14 is represented by the following formula (1). Note that k is a constant defined by the slopes of the straight lines L3 and L4.

Figure 2012047578
Figure 2012047578

演算回路16は、受信したデジタルデータD13,D14から、直流信号SD13,SD14の電圧値a1,a2を特定する。そして、この特定した電圧値a1,a2と、既知の基準周波数Fとを用いて、上記式(1)に示される演算を実行することにより、電気信号S12の周波数Fを算出する。 The arithmetic circuit 16 specifies the voltage values a1 and a2 of the DC signals SD13 and SD14 from the received digital data D13 and D14. Then, a voltage value a1, a2 that this particular, by using the known reference frequency F 0, by performing the operation represented by the above formula (1), calculates the frequency F A of the electrical signal S12.

なお、ここでは、図7に示されるように、直流信号SD13の電圧値a1が、直流信号SD14の電圧値a2よりも大きい場合について説明したが、上記式(1)は、直流信号SD13の電圧値a1が、直流信号SD14の電圧値a2よりも小さい場合についても成立する。したがって、演算回路16は、直流信号SD13及び直流信号SD14の電圧値a1,a2がわかれば、それぞれの電圧値の大小に関係なく、電気信号S12の周波数Fを算出することができる。 Here, as shown in FIG. 7, the case where the voltage value a1 of the DC signal SD13 is larger than the voltage value a2 of the DC signal SD14 has been described. However, the above equation (1) represents the voltage of the DC signal SD13. This also holds when the value a1 is smaller than the voltage value a2 of the DC signal SD14. Therefore, if the voltage values a1 and a2 of the DC signal SD13 and the DC signal SD14 are known, the arithmetic circuit 16 can calculate the frequency F A of the electric signal S12 regardless of the magnitude of each voltage value.

演算回路16は、電気信号S12の周波数Fを算出すると、この周波数Fに関する情報を、速度算出回路17へ出力する。 When the arithmetic circuit 16 calculates the frequency F A of the electrical signal S 12, the arithmetic circuit 16 outputs information related to the frequency F A to the speed calculation circuit 17.

速度演算回路17は、演算回路16によって算出された周波数Fに基づいて、移動体の移動速度vを算出する。移動体の移動速度vは、周波数F(≒f)と、ドップラーモジュール11から移動体に向かって射出されるマイクロ波の波長λとを用いて、次式(2)で示すことができる。 The speed calculation circuit 17 calculates the moving speed v of the moving body based on the frequency F A calculated by the calculation circuit 16. The moving speed v of the moving object can be expressed by the following equation (2) using the frequency F A (≈f d ) and the wavelength λ 0 of the microwave emitted from the Doppler module 11 toward the moving object. it can.

v=F・λ/2 …(2) v = F A · λ 0/ 2 ... (2)

そこで、速度演算回路17は、演算回路16が算出した周波数Fと、マイクロ波の波長λを上記式(2)へ代入することにより、移動体の移動速度vを算出する。例えば、マイクロ波の波長λが0.012414mであり、ドップラー偏移周波数として検出された周波数Fが161.1Hzである場合には、移動体の移動速度vは1m/S(=161.1×0.012414/2)となる。速度演算回路17は、移動体の移動速度vを算出すると、算出した移動速度vに関する情報を、表示ユニット18へ出力する。 Therefore, the speed calculation circuit 17 calculates the moving speed v of the moving body by substituting the frequency F A calculated by the calculation circuit 16 and the wavelength λ 0 of the microwave into the above equation (2). For example, when the wavelength λ 0 of the microwave is 0.012414 m and the frequency F A detected as the Doppler shift frequency is 161.1 Hz, the moving speed v of the moving body is 1 m / S (= 161. 1 × 0.0124414 / 2). When calculating the moving speed v of the moving body, the speed calculating circuit 17 outputs information on the calculated moving speed v to the display unit 18.

表示ユニット18は、例えば液晶ディスプレイを有している。そして、速度算出回路17から移動体の移動速度vに関する情報を受信すると、この移動速度vに関する情報を表示する。   The display unit 18 has a liquid crystal display, for example. When the information about the moving speed v of the moving body is received from the speed calculating circuit 17, the information about the moving speed v is displayed.

以上説明したように、本実施形態に係る速度計測装置10では、計測対象としての移動体によって反射された反射波が、ドップラーモジュール11によって受信される。そして、ドップラーモジュールから出力されたマイクロ波と、受信した反射波とに基づいて、周波数がドップラー偏移周波数fと一致する電気信号が生成される。次に、この電気信号が増幅されることにより生成された電気信号S12が、第1出力回路13によって、当該第1出力回路13を構成するハイパスフィルタ13aの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号SD13に変換される。同時に、第2出力回路14によって、当該第2出力回路14を構成するローパスフィルタ14aの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号SD14に変換される。そして、直流信号SD13の電圧値a1と直流信号SD14の電圧値a2とを用いて、上記式(1)に示される演算が実行されることにより、電気信号(ドップラー信号)の周波数Fが算出される。 As described above, in the velocity measuring device 10 according to the present embodiment, the reflected wave reflected by the moving body as the measurement target is received by the Doppler module 11. Then, the microwaves outputted from the Doppler module, based on the received reflected wave, an electric signal whose frequency coincides with the Doppler shift frequency f d is generated. Next, the electric signal S12 generated by amplifying the electric signal is converted into a DC signal having a voltage level corresponding to the attenuation characteristic of the high-pass filter 13a constituting the first output circuit 13 by the first output circuit 13. Converted to SD13. At the same time, the second output circuit 14 converts it into a DC signal SD14 having a voltage level corresponding to the attenuation characteristic of the low-pass filter 14a constituting the second output circuit 14. Then, by using the voltage value a1 of the DC signal SD13 and the voltage value a2 of the DC signal SD14, the calculation shown in the above equation (1) is executed to calculate the frequency F A of the electric signal (Doppler signal). Is done.

このため、本実施形態に係る速度計測装置10では、FFT処理に代表される演算量が比較的多い演算処理を行うことなく、電気信号の周波数を短時間に計測することができる。   For this reason, the speed measurement device 10 according to the present embodiment can measure the frequency of the electric signal in a short time without performing a calculation process having a relatively large calculation amount represented by the FFT process.

また、本実施形態に係る速度計測装置10では、短時間に計測された周波数に基づいて、移動体の移動速度が計測される。このため、短時間に、移動体の移動速度を計測することができる。   Moreover, in the speed measuring device 10 according to the present embodiment, the moving speed of the moving body is measured based on the frequency measured in a short time. For this reason, the moving speed of the moving body can be measured in a short time.

また、本実施形態に係る速度計測装置10では、周波数の算出に複雑な処理を行う必要がないので、装置の構造を簡素化することができる。これにより、装置の製造コスト及びランニングコストを低減することができる。また、装置の構造が簡素化することにより、装置でのエネルギー消費量が少なくなくなる。このため、バッテリーなどの電源を用いて、長時間にわたる計測を行うことが可能となる。   Further, in the speed measurement device 10 according to the present embodiment, since it is not necessary to perform complicated processing for frequency calculation, the structure of the device can be simplified. Thereby, the manufacturing cost and running cost of the apparatus can be reduced. Further, since the structure of the device is simplified, energy consumption in the device is not reduced. For this reason, it is possible to perform measurement over a long period of time using a power source such as a battery.

また、本実施形態では、信号増幅器12、第1出力回路13、第2出力回路14、A/D変換器15、及び演算回路16によって、周波数計測装置が構成されている。本実施形態では、この周波数計測装置が、一例として移動体の移動速度の検出に用いられる場合について説明した。本実施形態に係る周波数計測装置の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、ビルやプラント等の構造体や地盤から発生する振動に基づいて生成された電気信号の周波数を計測することもできる。この場合には、用途に応じて、第1出力回路13を構成するハイパスフィルタ13a、及び第2出力回路14を構成するローパスフィルタ14aの周波数特性を、計測対象の周波数特性に応じて選定するのが好ましい。   In the present embodiment, the signal amplifier 12, the first output circuit 13, the second output circuit 14, the A / D converter 15, and the arithmetic circuit 16 constitute a frequency measuring device. In the present embodiment, the case where this frequency measurement device is used for detecting the moving speed of a moving body has been described as an example. The application of the frequency measurement device according to the present embodiment is not limited to this, and for example, the frequency of an electrical signal generated based on vibrations generated from a structure or ground such as a building or a plant may be measured. it can. In this case, the frequency characteristics of the high-pass filter 13a configuring the first output circuit 13 and the low-pass filter 14a configuring the second output circuit 14 are selected according to the frequency characteristics of the measurement target, depending on the application. Is preferred.

また、本実施形態では、第1出力回路13を構成するハイパスフィルタ13aの利得は、入力される電気信号の周波数が大きくなるにつれて一律に大きくなり、第2出力回路14を構成するローパスフィルタ14aの利得は、入力される電気信号の周波数が大きくなるにつれて一律に小さくなる。これに限らず、各フィルタの利得(減衰率)は必ずしも一律に変化していなくともよく、必ずしも変化割合が、ハイパスフィルタ13aとローパスフィルタ14a間で等しくなくともよい。   In this embodiment, the gain of the high-pass filter 13a constituting the first output circuit 13 increases uniformly as the frequency of the input electric signal increases, and the low-pass filter 14a constituting the second output circuit 14 increases. The gain decreases uniformly as the frequency of the input electrical signal increases. The present invention is not limited to this, and the gain (attenuation rate) of each filter does not necessarily change uniformly, and the change rate does not necessarily have to be equal between the high-pass filter 13a and the low-pass filter 14a.

また、本実施形態では、図2に示されるように、電気信号の周波数が単一周波数(正弦波)であるものとして説明を行った。これに限らず、電気信号は、単一周波数である必要はない。この場合には、直流信号SD13の電圧値と直流信号SD14の電圧値とを用いて、上記式(1)に示される演算を実行することで、帯域を持った信号の中心周波数を簡単に算出することができる。   Further, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 2, the description has been made assuming that the frequency of the electric signal is a single frequency (sine wave). However, the electrical signal is not limited to a single frequency. In this case, by using the voltage value of the DC signal SD13 and the voltage value of the DC signal SD14, the calculation shown in the above equation (1) is executed to easily calculate the center frequency of the signal having a band. can do.

また、本実施形態では、移動体が、速度計測装置10から射出されるマイクロ波の進行方向と同軸方向へ移動している場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、移動体が、速度計測装置10から射出されるマイクロ波の進行方向と、θの角度をなす方向に移動している場合には、ドップラー偏移周波数fは次式(3)で示される。また、移動体の移動速度vは、次式(4)で示される。この場合、速度算出回路17は、次式(4)を用いて、移動速度vを算出することができる。 Moreover, although this embodiment demonstrated the case where the mobile body was moving to the advancing direction and the coaxial direction of the microwave inject | emitted from the velocity measuring apparatus 10, this invention is not limited to this. For example, when the moving body is moving in a direction that makes an angle of θ with the traveling direction of the microwave emitted from the velocity measuring device 10, the Doppler shift frequency f d is expressed by the following equation (3). It is. Moreover, the moving speed v of the moving body is expressed by the following equation (4). In this case, the speed calculation circuit 17 can calculate the moving speed v using the following equation (4).

=2・v/λ・COSθ …(3)
v=F・λ/(2・COSθ) …(4)
f d = 2 · v / λ 0 · COSθ (3)
v = F A · λ 0 / (2 · COSθ) (4)

例えば、移動体の移動速度vが1m/sであり、マイクロ波の波長λが0.012414であり、θが45度である場合には、上記式(3)より、ドップラー偏移周波数fは、113.92Hzとなる。また、電気信号の周波数F(≒f)が、113.92Hzである場合には、上記式(4)により、移動体の移動速度vは、1m/sとなる。 For example, when the moving speed v of the moving body is 1 m / s, the wavelength λ 0 of the microwave is 0.012414, and θ is 45 degrees, the Doppler shift frequency f is obtained from the above equation (3). d is 113.92 Hz. When the frequency F A (≈f d ) of the electric signal is 113.92 Hz, the moving speed v of the moving body is 1 m / s according to the above equation (4).

《第2の実施形態》
次に、本発明の第2の実施形態に係る速度計測装置10Aについて説明する。なお、第1の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a speed measuring device 10A according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the structure same or equivalent to 1st Embodiment, while using an equivalent code | symbol, the description is abbreviate | omitted or simplified.

図9は、本実施形態に係る速度計測装置10Aのブロック図である、速度計測装置10Aは第1出力回路21、第2出力回路22、第3出力回路23、及び第4出力回路24の4つの出力回路を有している点で、第1の実施形態に係る速度計測装置10と異なっている。   FIG. 9 is a block diagram of the speed measuring device 10A according to the present embodiment. The speed measuring device 10A is a first output circuit 21, a second output circuit 22, a third output circuit 23, and a fourth output circuit 24. It differs from the speed measuring device 10 according to the first embodiment in that it has two output circuits.

図10は、第1出力回路21、第2出力回路22、第3出力回路23、及び第4出力回路24それぞれを構成するフィルタの減衰特性を示す図である。図10の実線で示される山形の折れ線S1は、第1出力回路21を構成するフィルタ(以下、第1フィルタという)の減衰特性を示している。この第1フィルタは、中心周波数Fを基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、一点鎖線で示される山形の折れ線S2は、第2出力回路22を構成するフィルタ(以下、第2フィルタという)の減衰特性を示している。この第2フィルタは、中心周波数Fを基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、二点鎖線で示される山形の折れ線S3は、第3出力回路23を構成するフィルタ(以下、第3フィルタという)の減衰特性を示している。この第3フィルタは、中心周波数Fを基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、破線で示される山形の折れ線S4は、第4出力回路24を構成するフィルタ(以下、第4フィルタという)の減衰特性を示している。この第4フィルタは、中心周波数Fを基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。 FIG. 10 is a diagram illustrating the attenuation characteristics of the filters constituting each of the first output circuit 21, the second output circuit 22, the third output circuit 23, and the fourth output circuit 24. A mountain-shaped broken line S1 indicated by a solid line in FIG. 10 indicates an attenuation characteristic of a filter (hereinafter referred to as a first filter) constituting the first output circuit 21. The first filter with respect to the center frequency F 1, and has a damping characteristic that the gain is reduced uniformly. A mountain-shaped broken line S2 indicated by a one-dot chain line indicates an attenuation characteristic of a filter (hereinafter referred to as a second filter) constituting the second output circuit 22. The second filter is based on the center frequency F 3, and has a damping characteristic that the gain is reduced uniformly. A mountain-shaped broken line S3 indicated by a two-dot chain line indicates an attenuation characteristic of a filter constituting the third output circuit 23 (hereinafter referred to as a third filter). The third filter, with respect to the center frequency F 5, and has a damping characteristic that the gain is reduced uniformly. A mountain-shaped broken line S4 indicated by a broken line indicates an attenuation characteristic of a filter (hereinafter referred to as a fourth filter) constituting the fourth output circuit 24. The fourth filter is a reference to the center frequency F 7, and has a damping characteristic that the gain is reduced uniformly.

図10を参照するとわかるように、第1フィルタの利得(減衰率)と、第2フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。また、第1フィルタの利得(減衰率)と、第3フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。また、第1フィルタの利得(減衰率)と、第4フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。また、第2フィルタの利得(減衰率)と、第3フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。また、第2フィルタの利得(減衰率)と、第4フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。また、第3フィルタの利得(減衰率)と、第4フィルタの利得(減衰率)は、周波数Fの入力信号に対して等しい。 As seen with reference to FIG. 10, a first filter gain (attenuation factor), the second filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 2. Further, the first filter gain (attenuation factor), third filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 3. Further, the first filter gain (attenuation factor), fourth filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 4. Further, the second filter gain (attenuation factor), third filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 4. Further, the second filter gain (attenuation factor), fourth filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 5. Also, a third filter gain (attenuation factor), fourth filter gain (attenuation factor) is equal to the input signal of the frequency F 6.

図11は、第1出力回路21、第2出力回路22、第3出力回路23、及び第4出力回路24の出力特性を示す図である。第1の実施形態において述べたように、第1出力回路21、第2出力回路22、第3出力回路23、及び第4出力回路24の出力特性は、各出力回路を構成するフィルタの特性によって規定される。このため、各出力回路の出力特性は、折れ線S1〜S4と相似な折れ線S5〜S8によって示される。   FIG. 11 is a diagram illustrating output characteristics of the first output circuit 21, the second output circuit 22, the third output circuit 23, and the fourth output circuit 24. As described in the first embodiment, the output characteristics of the first output circuit 21, the second output circuit 22, the third output circuit 23, and the fourth output circuit 24 depend on the characteristics of the filters constituting each output circuit. It is prescribed. For this reason, the output characteristics of each output circuit are indicated by broken lines S5 to S8 similar to the broken lines S1 to S4.

本実施形態に係る演算回路16は、周波数の計測対象となる電気信号S12の周波数が、第1範囲A1に含まれるか、第2範囲A2に含まれるか、第3範囲A3に含まれるかを判断する。この判断は、例えば移動体の速度や、計測に用いるマイクロ波の周波数に基づいて行う。   The arithmetic circuit 16 according to the present embodiment determines whether the frequency of the electrical signal S12 to be frequency-measured is included in the first range A1, the second range A2, or the third range A3. to decide. This determination is made based on, for example, the speed of the moving body and the frequency of the microwave used for measurement.

なお、第1範囲A1は、第1フィルタの中心周波数Fから、第2フィルタの中心周波数Fまでの範囲である。また、第2範囲A2は、第2フィルタの中心周波数Fから、第3フィルタの中心周波数Fまでの範囲である。また、第3範囲A3は、第3フィルタの中心周波数Fから、第4フィルタの中心周波数Fまでの範囲である。 The first range A1 is in the range from the center frequencies F 1 of the first filter, and the center frequency F 3 of the second filter. The second range A2 is in the range from the center frequency F 3 of the second filter, to the center frequency F 5 of the third filter. The third range A3 is a range from the center frequency F 5 of the third filter, to the center frequency F 7 of the fourth filter.

演算回路16は、電気信号S12の周波数が、第1範囲A1に属すると判断した場合には、第1出力回路21及び第2出力回路22からの直流信号の電圧値を用いて、上記式(1)に示される演算を行うことで、電気信号S12の周波数Fを算出する。また、演算回路16は、電気信号S12の周波数が、第2範囲A2に属すると判断した場合には、第2出力回路22及び第3出力回路23からの直流信号の電圧値を用いて、上記式(1)に示される演算を行うことで、電気信号S12の周波数Fを算出する。また、演算回路16は、電気信号S12の周波数が、第3範囲A3に属すると判断した場合には、第3出力回路23及び第4出力回路24からの直流信号の電圧値を用いて、上記式(1)に示される演算を行うことで、電気信号S12の周波数Fを算出する。 When the arithmetic circuit 16 determines that the frequency of the electrical signal S12 belongs to the first range A1, the arithmetic circuit 16 uses the voltage values of the DC signals from the first output circuit 21 and the second output circuit 22 to calculate the above formula ( By performing the calculation shown in 1), the frequency F A of the electrical signal S12 is calculated. When the arithmetic circuit 16 determines that the frequency of the electric signal S12 belongs to the second range A2, the arithmetic circuit 16 uses the voltage values of the DC signals from the second output circuit 22 and the third output circuit 23 to The frequency F A of the electric signal S12 is calculated by performing the calculation shown in Expression (1). When the arithmetic circuit 16 determines that the frequency of the electric signal S12 belongs to the third range A3, the arithmetic circuit 16 uses the voltage value of the DC signal from the third output circuit 23 and the fourth output circuit 24 to The frequency F A of the electric signal S12 is calculated by performing the calculation shown in Expression (1).

例えば図11に示されるように、電気信号S12の周波数が、第2範囲A2に属すると推測できるような場合には、第2出力回路22からの直流信号の電圧値b2と、第3出力回路23からの直流信号の電圧値b1とに基づいて、電気信号S12の周波数Fが算出される。また、電気信号S12の周波数が、第3範囲A3に属すると推測できるような場合には、第3出力回路23からの直流信号の電圧値c2と、第4出力回路24からの直流信号の電圧値c1とに基づいて、電気信号S12の周波数Fが算出される。 For example, as shown in FIG. 11, when it can be estimated that the frequency of the electric signal S12 belongs to the second range A2, the voltage value b2 of the DC signal from the second output circuit 22 and the third output circuit On the basis of the voltage value b1 of the DC signal from 23, the frequency F A of the electric signal S12 is calculated. When the frequency of the electric signal S12 can be estimated to belong to the third range A3, the voltage value c2 of the DC signal from the third output circuit 23 and the voltage of the DC signal from the fourth output circuit 24 Based on the value c1, the frequency F A of the electric signal S12 is calculated.

図9に戻り、速度算出回路17は、周波数Fについて、上記式(2)に示される演算を実行することで、移動体の移動速度vを算出する。そして、表示ユニット18は、移動体の移動速度vに関する情報を表示する。 Returning to FIG. 9, the speed calculation circuit 17 calculates the moving speed v of the moving body by executing the calculation represented by the above formula (2) for the frequency F A. And the display unit 18 displays the information regarding the moving speed v of a moving body.

以上説明したように、本実施形態では、電気信号S12の周波数に応じて、周波数の算出に用いられる直流信号が選択され、選択された直流信号の電圧値に基づいて、電気信号S12の周波数が算出される。山形の折れ線で示される減衰特性を有するフィルタは、一般に、中心周波数近傍でのSN比が高い。本実施形態では、電気信号12の周波数に近い中心周波数をもつフィルタを通過した交流信号から直流信号が生成される。そして、この直流信号の電圧値に基づいて、電気信号S12の周波数が算出される。したがって、電気信号を算出する際に生じる誤差が低減され、正確な周波数を算出することができる。また、出力特性が異なる複数の出力回路を用いることで、広い周波数レンジでの計測が可能となる。   As described above, in the present embodiment, a DC signal used for frequency calculation is selected according to the frequency of the electric signal S12, and the frequency of the electric signal S12 is determined based on the voltage value of the selected DC signal. Calculated. A filter having an attenuation characteristic indicated by a mountain-shaped broken line generally has a high SN ratio in the vicinity of the center frequency. In the present embodiment, a DC signal is generated from an AC signal that has passed through a filter having a center frequency close to the frequency of the electrical signal 12. Then, based on the voltage value of the DC signal, the frequency of the electric signal S12 is calculated. Therefore, an error generated when calculating the electric signal is reduced, and an accurate frequency can be calculated. Further, by using a plurality of output circuits having different output characteristics, measurement in a wide frequency range is possible.

なお、本実施形態に係る速度計測装置10Aは、4つの出力回路21〜24を有している。これに限らず、5つ以上の出力回路を有していてもよい。   In addition, 10 A of speed measuring devices which concern on this embodiment have the four output circuits 21-24. Not only this but you may have five or more output circuits.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば上記実施形態では、信号増幅器、出力回路、A/D変換器、及び演算回路から構成される周波数計測装置が、速度計測装置に用いられる場合について説明した。これに限らず、本発明の周波数計測装置を、入力される電気信号の周波数を計測するための周波数解析装置等に用いてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited by the said embodiment. For example, in the above-described embodiment, a case has been described in which a frequency measurement device including a signal amplifier, an output circuit, an A / D converter, and an arithmetic circuit is used for a speed measurement device. However, the present invention is not limited to this, and the frequency measuring device of the present invention may be used for a frequency analyzing device for measuring the frequency of an input electric signal.

また、上記実施形態における電気信号の周波数帯域、及び各フィルタの周波数帯域は一例であり、上記周波数帯域以外の周波数帯域を有するフィルタを組み合わせて用いても、同様の効果を得ることができる。   In addition, the frequency band of the electrical signal and the frequency band of each filter in the above embodiment are examples, and the same effect can be obtained even when a filter having a frequency band other than the above frequency band is used in combination.

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。   Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Further, the above-described embodiment is for explaining the present invention, and does not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.

本発明の周波数計測装置及び周波数計測方法は、波動の中心周波数の計測に適している。また、本発明の速度計測装置及び速度計測方法は、移動体の速度の計測に適している。   The frequency measuring device and frequency measuring method of the present invention are suitable for measuring the center frequency of a wave. Moreover, the speed measuring device and the speed measuring method of the present invention are suitable for measuring the speed of a moving body.

10,10A 速度計測装置
11 ドップラーモジュール
12 信号増幅器
13 第1出力回路
13a ハイパスフィルタ
13b 全波整流器
13c 平滑フィルタ
14 第2出力回路
14a ローパスフィルタ
14b 全波整流器
14c 平滑フィルタ
15 A/D変換器
16 演算回路
17 速度算出回路
18 表示ユニット
21 第1出力回路
22 第2出力回路
23 第3出力回路
24 第4出力回路
A1 第1範囲
A2 第2範囲
A3 第3範囲
D13 デジタルデータ
D14 デジタルデータ
L1,L2 直線
S1〜S8 折れ線
S12 電気信号
S13,S14 出力信号
SD13,SD14 直流信号
10, 10A Speed measurement device 11 Doppler module 12 Signal amplifier 13 First output circuit 13a High pass filter 13b Full wave rectifier 13c Smoothing filter 14 Second output circuit 14a Low pass filter 14b Full wave rectifier 14c Smoothing filter 15 A / D converter 16 Calculation Circuit 17 Speed calculation circuit 18 Display unit 21 First output circuit 22 Second output circuit 23 Third output circuit 24 Fourth output circuit A1 First range A2 Second range A3 Third range D13 Digital data D14 Digital data L1, L2 Linear S1-S8 broken line S12 electrical signal S13, S14 output signal SD13, SD14 DC signal

Claims (8)

波動を電気信号に変換する変換手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が増加する第1信号を出力する第1出力手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が減少する第2信号を出力する第2出力手段と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記波動の周波数を算出する演算手段と、
を有する周波数計測装置。
Conversion means for converting the wave into an electrical signal;
First output means for outputting a first signal whose value increases in proportion to an increase in frequency of the electrical signal;
Second output means for outputting a second signal whose value decreases in proportion to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio of the value of the first signal and the value of the second signal, Computing means for calculating the frequency;
A frequency measuring device having:
前記周波数に対する前記第1信号の値の増加割合と、前記周波数に対する前記第2信号の値の減少割合とが等しい請求項1に記載の周波数計測装置。   The frequency measurement device according to claim 1, wherein an increase rate of the value of the first signal with respect to the frequency is equal to a decrease rate of the value of the second signal with respect to the frequency. 前記第1出力手段は、前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第1フィルタを有し、
前記第2出力手段は、前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第2フィルタを有する請求項1又は2に記載の周波数計測装置。
The first output means has a first filter that attenuates the electrical signal with an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal,
3. The frequency measurement device according to claim 1, wherein the second output unit includes a second filter that attenuates the electrical signal with an attenuation rate proportional to an increase in the frequency of the electrical signal.
前記第1出力手段は、
前記第1フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第1整流回路と、
前記第1整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第1信号を生成する第1平滑回路とを有し、
前記第2出力手段は、
前記第2フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第2整流回路と、
前記第2整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第2信号を生成する第2平滑回路とを有する請求項3に記載の周波数計測装置。
The first output means includes
A first rectifier circuit that full-wave rectifies the electrical signal that has passed through the first filter;
A first smoothing circuit for smoothing an output from the first rectifier circuit and generating the first signal indicating a level of the electrical signal;
The second output means includes
A second rectifier circuit that full-wave rectifies the electrical signal that has passed through the second filter;
The frequency measurement device according to claim 3, further comprising: a second smoothing circuit that smoothes an output from the second rectifier circuit and generates the second signal indicating a level of the electric signal.
前記演算手段は、前記第1信号の値をP1、前記第2信号の値をP2、前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数をF、定数をkとしたときに、前記電気信号の周波数Fを次式を用いて算出する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の周波数計測装置。
Figure 2012047578
The computing means sets the value of the first signal to P1, the value of the second signal to P2, and the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match F 0. The frequency measurement device according to claim 1, wherein when the constant is k, the frequency F of the electrical signal is calculated using the following equation.
Figure 2012047578
移動体から反射した波動に基づく電気信号の周波数を計測する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の周波数計測装置と、
前記周波数計測装置によって計測された周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置。
The frequency measurement device according to any one of claims 1 to 5, which measures a frequency of an electric signal based on a wave reflected from a moving body,
Speed calculation means for performing a calculation using the frequency measured by the frequency measuring device to calculate the speed of the moving body;
A speed measuring device comprising:
波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第1フィルタからの出力信号のレベルを示す第1信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第2フィルタからの出力信号のレベルを示す第2信号を生成する工程と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
を含む周波数計測方法。
Converting a wave into an electrical signal;
Generating a first signal indicative of a level of an output signal from a first filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal;
Generating a second signal indicative of a level of an output signal from a second filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio between the value of the first signal and the value of the second signal, Calculating the frequency of
Frequency measurement method including
移動体から反射した波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第1フィルタからの出力信号のレベルを示す第1信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第2フィルタからの出力信号のレベルを示す第2信号を生成する工程と、
前記第1信号の値と前記第2信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第1信号の値と前記第2信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
算出した前記電気信号の周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を検出する工程と、
を含む速度計測方法。
Converting the wave reflected from the moving body into an electrical signal;
Generating a first signal indicative of a level of an output signal from a first filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to a decrease in the frequency of the electrical signal;
Generating a second signal indicative of a level of an output signal from a second filter that attenuates the passing electrical signal at an attenuation rate proportional to an increase in frequency of the electrical signal;
Based on the frequency of the electrical signal when the value of the first signal and the value of the second signal match, and the ratio between the value of the first signal and the value of the second signal, Calculating the frequency of
Performing a calculation using the calculated frequency of the electrical signal to detect the speed of the moving body;
Speed measurement method including
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