JP2012117964A - Ultrasonic wave measurement system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic wave measurement system capable of highly accurately measuring a distance with low power consumption.SOLUTION: The system is constructed in such a manner that a transmission transducer transmits a plurality of continuous waves by changing its frequency, a reception transducer calculates the amplitude and phase of a reception wave relative to a transmission wave, discrete Fourier transformation is executed based on these values to acquire an impulse response waveform, and a distance from the transmission/reception to a reflective object is specified based on this waveform. High measurement accuracy is obtained by subtracting transducer phase characteristics from measurement data beforehand. The distance can be measured with extremely high accuracy by using the waveform itself rather than the envelope of a discrete Fourier transform waveform. Further, the movement of the object is specified from a difference between the discrete Fourier transform waveforms at two points different in time.

Description

本発明は、超音波を用いた計測システムに関し、特に将来のセンサ・ネットワーク等に導入可能な低消費電力でも高精度に距離を計測出来、かつ動く物体の動きまでをダイナミックに計測するシステムに関する。   The present invention relates to a measurement system using ultrasonic waves, and more particularly to a system capable of measuring a distance with high accuracy even with low power consumption that can be introduced into a future sensor network or the like and dynamically measuring the movement of a moving object.

従来、超音波を用いた距離計測は、パルスエコー法と呼ばれる手法が用いられていた。パルスエコー法は、ある周波数(例えば、空中利用の場合は40kHzなど)の超音波を非常に幅の狭いパルス状に切り出し、それを送信し物体から戻ってくるまでの時間を計測することで、距離を求めるものである。乗用車のバックサイドソナーなどに良く用いられる技術である(非特許文献1参照)。   Conventionally, a method called a pulse echo method has been used for distance measurement using ultrasonic waves. The pulse echo method cuts out ultrasonic waves of a certain frequency (for example, 40 kHz in the case of air use) into a very narrow pulse shape, measures the time it takes to transmit it and return from the object, The distance is calculated. This technique is often used for backside sonar of passenger cars (see Non-Patent Document 1).

特開2009−276118号公報JP 2009-276118 A

黒木純輔、“超音波路面ソナーを用いた自動車の電子制御サスペンション、”1998年10月、超音波TECHNO(日刊工業出版)、第62項―第66項。Junsuke Kuroki, “Electronic suspension of an automobile using ultrasonic road sonar,” October 1998, Ultrasonic TECHNO (Nikkan Kogyo Publishing), paragraphs 62-66.

家庭あるいはオフィスはもちろん医療や介護環境では、最近注目され始めたセンサ・ネットワークと言う新概念がある。安全で健康かつ快適な住環境を実現することを想定し、上記センサ・ネットワークのセンサ・ノードには各種のセンサと共に、居住者の動的状態をも把握するためのモニター機能を導入する検討も進められている。このようなモニターで最も一般的な装置はCCDカメラであるが、センサ・ノードには例えば電池一個で数年間の動作が求められるなど、非常に低消費電力な特性が必要である。従って、CCDカメラをセンサ・ノードへ導入することはほぼ不可能である。   There is a new concept called sensor network that has begun to attract attention recently in the medical and nursing care environment as well as in the home or office. Assuming that a safe, healthy and comfortable living environment will be realized, it is also considered to introduce a monitor function to understand the dynamic state of the resident along with various sensors in the sensor nodes of the sensor network. It is being advanced. The most common device for such a monitor is a CCD camera, but the sensor node needs characteristics with very low power consumption, for example, a single battery is required to operate for several years. Therefore, it is almost impossible to introduce a CCD camera into the sensor node.

超音波を用いたセンサは、従来のパルスエコー法では、パルス状の超音波を送信し物体からの反射波をモニターする。複数の送信トランスデューサと複数の受信トランスデューサを組み合わせることによって、反射物体の位置に関してある程度情報を得ることが出来る。しかし、従来のパルスエコー法では、一般住宅等へ導入する場合、反射物体に対して距離分解能を高める為、パルス幅を狭くする必要がある。パルス幅を狭くすると、送信電力が減少するため、パルスの振幅を大きくすることで送信電力を一定に保つことを行っている。このため送信トランスデューサを駆動する送信最終段のパルス電圧は数〜数十ボルト (V) に達する。このような回路はセンサ・ネットワークのセンサ・ノードのように電池一個で数年間の動作が必要な低消費電力装置へ導入することは難しい。また、一般にパルスエコー法の超音波センサでは、受信側では受信パルスの包絡線から全ての情報を抽出するため、受信超音波の増幅、包絡線検波、微分処理などの多く演算が必要である。センサ・ネットワークに採用するにはノードでの処理量が多すぎる欠点がある。また、得られる情報はパルスの包絡線に関するもので、多くの反射物体が接近して存在する場合は、複数の反射波の包絡線が重畳するため、包絡線情報から物体の動きを求めることは極めて困難である。これ等の点を考慮するとパルスエコー法をセンサ・ネットワークへ適用することは実質的に不可能と考えられる。   In a conventional pulse echo method, a sensor using ultrasonic waves transmits pulsed ultrasonic waves and monitors reflected waves from an object. By combining a plurality of transmitting transducers and a plurality of receiving transducers, some information about the position of the reflecting object can be obtained. However, in the conventional pulse echo method, when introduced into a general house or the like, it is necessary to narrow the pulse width in order to increase the distance resolution with respect to the reflecting object. When the pulse width is narrowed, the transmission power decreases. Therefore, the transmission power is kept constant by increasing the amplitude of the pulse. For this reason, the pulse voltage of the final transmission stage for driving the transmission transducer reaches several to several tens of volts (V). Such a circuit is difficult to introduce into a low power consumption device that needs to operate for several years with a single battery, such as a sensor node of a sensor network. In general, in the ultrasonic sensor of the pulse echo method, since all information is extracted from the envelope of the received pulse on the receiving side, many operations such as amplification of the received ultrasonic wave, envelope detection, and differentiation processing are required. There is a drawback that the amount of processing at the node is too large to be adopted in the sensor network. In addition, the information obtained is related to the envelope of the pulse, and when many reflective objects are present in close proximity, the envelopes of multiple reflected waves are superimposed, so obtaining the motion of the object from the envelope information It is extremely difficult. Considering these points, it is considered impossible to apply the pulse echo method to the sensor network.

このように、従来の超音波パルスエコー法は、センサ・ノードへの適用は困難であるので、本発明者は、先に出願した手法を更に発展させた手法を提案している(特許文献1参照)。この手法では、従来のように超音波のパルスを用いることはせず、超音波の連続波(すなわちCW波:Continuous Wave )を用いることで、大振幅のパルスを扱うことによる消費電力の増加は生じさせない。すなわち、送信トランスデューサからは周波数が、f1から f2 までの間をn分割した各周波数成分 f(1)、f(2)、…、f(n+1) を持ったCW波を送信し、受信トランスデューサでは同じくこれ等の周波数成分を持ったCW波を受信する。受信CW波の送信CW波に対する相対的な振幅と位相を、各周波数成分ごとにデータとして蓄積する。これ等のデータを用いて離散的フーリエ変換を行うことにより、送信トランスデューサと受信トランデューサ間のインパルス応答波形を導出する。インプルス応答波形からは、送受信間の時間遅れが分かるため、この時間遅れに超音波の速度を掛けることで距離情報を得るものである。 As described above, since the conventional ultrasonic pulse echo method is difficult to apply to the sensor node, the present inventor has proposed a method obtained by further developing the previously applied method (Patent Document 1). reference). This method does not use ultrasonic pulses as in the past, but by using ultrasonic continuous waves (ie, CW waves: Continuous Wave), the increase in power consumption due to handling large amplitude pulses Don't make it happen. That is, the frequency from the transmitting transducer, the frequency components f (1) that n divides the period from f 1 to f 2, f (2), ..., and transmits the CW wave with f (n + 1) Similarly, the receiving transducer receives a CW wave having these frequency components. The relative amplitude and phase of the received CW wave with respect to the transmitted CW wave are stored as data for each frequency component. The impulse response waveform between the transmission transducer and the reception transducer is derived by performing discrete Fourier transform using these data. Since the time delay between transmission and reception is known from the impulse response waveform, distance information is obtained by multiplying the time delay by the ultrasonic velocity.

この手法では、低消費電力で、反射物体までの距離を高い距離分解能で計測することが可能であるが、距離分解能をより高くすることが望ましい。   In this method, it is possible to measure the distance to the reflective object with high power and low power consumption, but it is desirable to increase the distance resolution.

従って、本発明の主な目的は、低消費電力であって、より高い距離分解能で計測可能な超音波計測システムを提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide an ultrasonic measurement system that can measure with a higher distance resolution with low power consumption.

本発明によれば、
送信時間が異なる複数の波により構成され、各波は時間に対して周波数が変化しない連続的な波であり、各波の周波数は一定の周波数間隔で互いに異なる励振信号により励振されて超音波を対象物に送信する送信トランスデューサを備える送信部と、
前記対象物から反射した超音波を受信する受信トランスデューサを備える受信部と、
前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを用い、それらに前記周波数間隔で定まる演算処理を施すことによって、前記送信トランスデューサと前記対象物間の距離および前記対象物と前記受信トランスデューサ間の距離の和を算出する算出手段を備える処理部であって、該演算処理は前記送受信用トランスデューサ間の距離が実質的にゼロの場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の固定の相対的な振幅と位相データを用いて、前記対象物に前記超音波を送信した場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データの少なくとも一方を補正する過程を含む前記処理部と、
を備えることを特徴とする超音波計測システムが提供される。
According to the present invention,
It is composed of a plurality of waves with different transmission times, and each wave is a continuous wave whose frequency does not change with time, and the frequency of each wave is excited by different excitation signals at a certain frequency interval to generate ultrasonic waves. A transmission unit comprising a transmission transducer for transmitting to an object;
A receiving unit comprising a receiving transducer for receiving ultrasonic waves reflected from the object;
Using the relative amplitude and phase data of the excitation signal and the output signal from the receiving transducer, and performing arithmetic processing determined by the frequency interval on them, the distance between the transmitting transducer and the object and the object And a calculation unit that calculates a sum of the distances between the receiving transducers and the receiving transducers, wherein the calculation processing is performed by the excitation signal and the receiving transducers when the distance between the transmitting and receiving transducers is substantially zero. Using the fixed relative amplitude and phase data of the output signal, at least one of the excitation signal and the relative amplitude and phase data of the output signal from the receiving transducer when the ultrasonic wave is transmitted to the object The processing unit including a process of correcting
An ultrasonic measurement system comprising: is provided.

好ましくは、前記周波数間隔で定まる演算処理は離散的フーリエ変換であり、該周波数間隔で定まる各周波数は離散的フーリエ変換の各離散周波数に対応する。   Preferably, the arithmetic processing determined by the frequency interval is a discrete Fourier transform, and each frequency determined by the frequency interval corresponds to each discrete frequency of the discrete Fourier transform.

好ましくは、前記演算処理は、固定の相対的な位相成分のみを引くことで補正する過程を含んでいる。   Preferably, the calculation process includes a process of correcting by subtracting only a fixed relative phase component.

また、好ましくは、前記演算処理は、前記対象物に前記超音波を送信した場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データの両方を補正する過程を含んでいる。   Preferably, the calculation process includes a step of correcting both the relative amplitude and phase data of the excitation signal and the output signal from the receiving transducer when the ultrasonic wave is transmitted to the object. Yes.

また、好ましくは、離散的フーリエ変換を施し得られた波形の包絡線のピーク値近傍で、離散的フーリエ変換を施し得られた波形のゼロ点を基準に前記距離の和を計測する。   Preferably, the sum of the distances is measured in the vicinity of the peak value of the envelope of the waveform obtained by performing the discrete Fourier transform on the basis of the zero point of the waveform obtained by performing the discrete Fourier transform.

また、好ましくは、前記演算処理を少なくとも2回以上行い得られた結果の差から前記対象物の動きを計測する。   Preferably, the movement of the object is measured from a difference between results obtained by performing the arithmetic processing at least twice.

また、好ましくは、前記少なくとも2回以上の前記演算処理の前後2回を前者後者とし、前者の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを複素数で表した値から、後者の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを複素数で表した値を引いた結果を用い、それに前記周波数間隔で定まる離散的フーリエ変換を施した値を基に動きを計測する。   Preferably, the former and the latter are two times before and after the arithmetic processing of at least two times, and a value representing the relative amplitude and phase data of the former excitation signal and the output signal from the receiving transducer in complex numbers From the result obtained by subtracting the value representing the relative amplitude and phase data of the latter excitation signal and the output signal from the receiving transducer in a complex number, a value obtained by performing a discrete Fourier transform determined by the frequency interval Measure movement based on

また、好ましくは、前記受信トランスデューサが前記対象物と共に移動する場合には、前記離散的フーリエ変換の周波数間隔が、前記送受信トランスデューサ間の距離を音速で割った値すなわち時間の逆数より大きくその2倍より小さい。   Preferably, when the receiving transducer moves together with the object, the frequency interval of the discrete Fourier transform is larger than the value obtained by dividing the distance between the transmitting and receiving transducers by the speed of sound, that is, the reciprocal of time, and twice that. Smaller than.

好ましくは、前記送信部および前記受信部は電池で駆動される。   Preferably, the transmission unit and the reception unit are driven by a battery.

好ましくは、前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、異なるトランスデューサである。   Preferably, the transmitting transducer and the receiving transducer are different transducers.

前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、同一のトランスデューサであってもよい。   The transmitting transducer and the receiving transducer may be the same transducer.

好ましくは、前記受信部と前記処理部は異なる位置に配置されている。   Preferably, the receiving unit and the processing unit are arranged at different positions.

好ましくは、前記受信部と前記処理部は一緒に移動する。   Preferably, the receiving unit and the processing unit move together.

本発明によれば、低消費電力であって、より高い距離分解能で計測可能な超音波計測システムが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultrasonic measurement system which can be measured with low power consumption and higher distance resolution is provided.

センサ・ネットワークの構成Sensor network configuration 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention 本発明による距離計測結果の一例An example of a distance measurement result according to the present invention 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention トランスデューサの伝達特性の測定結果の例Example of measurement results of transducer transfer characteristics 本発明による高精度な計測法の原理説明図Illustration of the principle of high-precision measurement method according to the present invention 従来法による計測の説明図Illustration of measurement by conventional method 2ケの反射物体がある場合の本発明による結果例Example results according to the present invention when there are two reflective objects 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention 従来法による計測結果の例Example of measurement results by conventional method 本発明による計測結果の例Examples of measurement results according to the present invention 本発明による計測結果の例Examples of measurement results according to the present invention 本発明による計測結果の例Examples of measurement results according to the present invention 本発明による計測法の適用例Application example of the measurement method according to the present invention 本発明による計測法の原理説明図Illustration of the principle of the measurement method according to the present invention

本発明者が種々の検討した結果、超音波の連続波を用いる方式により高い距離分解能を得るためには、送受信トランスデューサの周波数特性の補正が必須であることが分かった。この周波数特性の補正を、周波数がf1から f2 までの間をn分割した各周波数成分 f(1)、f(2)、…、f(n+1) を持ったCW波に対して、受信CW波の送信CW波に対する相対的な振幅と位相に対して直接行うことにより非常に精度の高い距離分解能を実現することが出来る。また、このようにして得られた高精度なインパルス応答に対して、複数の時間に渡るインパルス応答波形間の差を取ることにより動物体と静止物体を区別出来、かつ動物体の動きを高精度で検知することが出来る。ここで重要な点は、パルスエコー法とは異なり差は包絡線に関して取るのではなく、インパルス応答波形そのものの差である点が従来法と大きく異なる。これ等の検知方法はセンサ・ネットワーク等の要求に答えるものである。 As a result of various studies by the present inventor, it has been found that correction of the frequency characteristics of the transmission / reception transducer is indispensable in order to obtain high distance resolution by a method using a continuous wave of ultrasonic waves. The correction of the frequency characteristic, the frequency components f the frequency is divided into n between from f 1 to f 2 (1), f ( 2), ..., with respect to CW wave with f (n + 1) The distance resolution with very high accuracy can be realized by directly performing the relative amplitude and phase of the received CW wave to the transmitted CW wave. In addition to the high-accuracy impulse response obtained in this way, it is possible to distinguish moving objects from stationary objects by taking the difference between impulse response waveforms over multiple times, and to accurately move the moving objects. Can be detected. The important point here is different from the conventional method in that, unlike the pulse echo method, the difference does not take the envelope, but is the difference in the impulse response waveform itself. These detection methods respond to the demands of sensors and networks.

本発明の好ましい実施の形態では、前述のような振幅の大きなパルスを用いない。更に、センサ・ネットワークの場合は、受信トランスデューサは受信CW信号に対しては処理を行わずにネットワークを介して、相対振幅、相対位相の生データをセンター・ノードへ送るのみである。各センサ・ノードから送られてくるデータを基にセンター・ノードでは一括信号処理する。すなわち離散的フーリエ変換等を行うことにより、インパルス応答から各ノードに対する測定物体の距離が求まる。また、複数の時間に渡るこれ等の情報を基に静止物体マップ、動物体マップなどを形成することが出来るものである。一般に、センター・ノードはセンサ・ノードとは異なり別電源で動作しており、種々の処理で消費する電力等は問題には成らない。また、各センサ・ノードは小振幅のCW超音波を送信あるいは受信し、その受信信号の振幅と位相に関するデータをセンター・ノードへ送るだけであり、極めて低消費電力での動作が可能である。   In a preferred embodiment of the present invention, a pulse having a large amplitude as described above is not used. Further, in the case of a sensor network, the receiving transducer does not process the received CW signal, but only sends the raw data of relative amplitude and relative phase to the center node via the network. Based on the data sent from each sensor node, the center node performs batch signal processing. That is, by performing discrete Fourier transform or the like, the distance of the measurement object with respect to each node can be obtained from the impulse response. Moreover, a stationary object map, a moving object map, etc. can be formed based on such information over a plurality of times. In general, the center node is operated by a separate power source unlike the sensor node, and the power consumed by various processes does not become a problem. Further, each sensor node transmits or receives a CW ultrasonic wave having a small amplitude, and only sends data related to the amplitude and phase of the received signal to the center node, and can operate with extremely low power consumption.

上記の説明のように、本発明の好ましい実施の形態によれば、将来のセンサ・ネットワークなどで、特に低消費電力特性が要求されるセンサ・ノードへ超音波を用いた距離計測センサや動物体のモニター用センサの導入が可能になる。例えば老人居住者の動的情報の収集や病院などの公共施設での人々の行動モニター、更に防犯などにも適用が可能となるものである。   As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, in a future sensor network or the like, a distance measuring sensor or an animal body using ultrasonic waves to a sensor node that requires particularly low power consumption characteristics. It becomes possible to introduce a monitor sensor. For example, it can be applied to collecting dynamic information of elderly residents, monitoring behaviors of people in public facilities such as hospitals, and crime prevention.

以下に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

センサ・ネットワークでは、標準化された2.4GHz帯のZigBee(登録商標)を無線媒体として用いる場合が多い。センサ・ネットワークの一形態は、住環境の中に多数のセンサ・ノードを配置し、主に温度、湿度、明るさなどの生活と関係する環境パラメータをセンシングし、それ等のデータを基に快適な住環境を実現するための制御等を行うものである。このようなセンサ・ネットワークの機能の一つとして、例えば病院などの公共施設における患者の行動モニターとか、老人住宅の住人の遠隔モニターあるいは防犯などの機能も取り込んで行くことが要求される。   In sensor networks, standardized 2.4 GHz band ZigBee (registered trademark) is often used as a wireless medium. One form of sensor network is to arrange a large number of sensor nodes in the living environment, mainly sensing environmental parameters related to life such as temperature, humidity, and brightness, and comforting based on such data Control to realize a comfortable living environment. As one of the functions of such a sensor network, it is required to incorporate functions such as a patient behavior monitor in a public facility such as a hospital, a remote monitor of a resident in an elderly house, and a crime prevention function.

本提案の超音波高精度距離計測および動き検知システムは、図1のようにセンサ・ノードの一部として超音波の送受信トランスデューサを含むことにより、上記の要求に応えるものである。各センサ・ノードから対象物までの距離をインパルス応答から測定し、それ等のデータを基に2次元あるいは3次元の物体マップを作成する。また、複数の時間に渡るインパルス応答間の差を取ることにより動物体と静止物体を区別し、そのマップの時間的な変化から人の動きや環境の変化を推測することが出来るものである。また、センサ・ノードで要求される最も重要な低消費電力での動作を保証する。測定データはZigBee(登録商標)等の無線媒体ネットワークを介してセンター・ノードへ集約する。センター・ノードでは、必要な信号処理等を一括して行う。これにより、低消費電力化と必要なデータのセンター・ノードへの集約が両立する。あらゆる場所のデータを元に種々の制御等が可能なセンサ・ネットワークシステムの構築が可能となる。   The proposed ultrasonic high-precision distance measurement and motion detection system meets the above requirements by including an ultrasonic transmission / reception transducer as a part of the sensor node as shown in FIG. The distance from each sensor node to the object is measured from the impulse response, and a two-dimensional or three-dimensional object map is created based on these data. In addition, it is possible to distinguish moving objects and stationary objects by taking differences between impulse responses over a plurality of times, and to infer changes in human movement and environment from temporal changes in the map. It also guarantees the most important low power consumption required by the sensor node. The measurement data is collected to the center node via a wireless medium network such as ZigBee (registered trademark). At the center node, necessary signal processing and the like are performed collectively. This achieves both low power consumption and aggregation of necessary data to the center node. It is possible to construct a sensor network system capable of various controls based on data at every place.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明に関わる超音波計測の具体的な第1の実施の形態を示す構成である。センサ・ネットワークでは住宅内等に設置された多数のセンサ・ノードで住宅内の温度、湿度、照度などの情報と同時に、将来的には住居者の動的情報も収集するものである。すなわち、多数のセンサ・ノードには超音波を送受信するトランスデューサも備わっており、順次ノードの送信トランスデューサから超音波を送信し、物体からの反射超音波を自ノードまたは他ノードの受信トランスデューサで受信するものである。物体と送信ノードの送信トランスデューサおよび受信ノードの受信トランスデューサ間の距離が正確に計測出来れば、それ等の値を複数のノード間に渡って関連付けることにより、2次元的または3次元的なマップが形成出来る。マップの時間的な変化からヒトの動きなどの動的情報も得られる。このような、計測システムは今後の老人住宅、病院などの監視、あるは防犯などの応用に非常に期待される。特に、センセ・ネットワークは移動通信の進歩に伴って提案された新概念であり、今後広く普及する。このようなネットワークの一部として、超音波による位置計測システムを導入することは極めて自然な要求でもある。一般に、センサ・ネットワーク用の無線媒体としては、2.4GHz帯の周波数を用いたZigBee(登録商標)が最も有力である。従って、図1に示すように、各センサ・ノードで計測したデータは、ZigBee(登録商標)を介してセンター・ノードへ集約し、そこで一括して信号処理等を行うことが出来る。当然のことであるが、Bluetooth(登録商標)、無線LAN、WiMAXあるいは携帯電話なども無線媒体として用いることが出来る。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration showing a specific first embodiment of ultrasonic measurement according to the present invention. In the sensor network, in addition to information on the temperature, humidity, illuminance, etc. in the house, a large number of sensor nodes installed in the house, etc. will collect dynamic information on the residents in the future. That is, many sensor nodes are also equipped with transducers that transmit and receive ultrasonic waves, sequentially transmit ultrasonic waves from the transmitting transducers of the nodes, and receive reflected ultrasonic waves from the object by the receiving transducers of its own node or other nodes. Is. If the distance between the object and the transmitting transducer of the transmitting node and the receiving transducer of the receiving node can be accurately measured, a two-dimensional or three-dimensional map can be formed by associating these values across multiple nodes. I can do it. Dynamic information such as human movements can also be obtained from changes in the map over time. Such a measurement system is highly expected for future monitoring of elderly homes and hospitals, or for applications such as crime prevention. In particular, the Sense Network is a new concept that has been proposed with the advance of mobile communications, and will become widespread in the future. Introducing an ultrasonic position measurement system as part of such a network is also a very natural requirement. In general, ZigBee (registered trademark) using a frequency in the 2.4 GHz band is the most promising wireless medium for sensor networks. Therefore, as shown in FIG. 1, the data measured at each sensor node can be aggregated to the center node via ZigBee (registered trademark), and signal processing or the like can be performed collectively. As a matter of course, Bluetooth (registered trademark), wireless LAN, WiMAX, cellular phone, and the like can also be used as a wireless medium.

本発明の基本を、図2(a)に示す反射物体が1ケ存在する場合で説明する。本発明の計測法では、送信波は超音波パルスや符号拡散された超音波では無く、周波数が一定の連続波を用いる。送信周波数として図2(b)に示すように、周波数がf1からf2までの間の周波数帯域を考える。f2−f1をn分割し、帯域内の周波数の低い方からn+1ケまでの周波数f(i)= f1+(f2−f1)/n×(i−1),i =1, ・・・,n+1を定義する。図3(a)にf(1)=f1とf(n+1)=f2の場合について、実際の超音波の波形を模式的に示す。f(1),・・・,f(n+1)の周波数の送信超音波に対して、受信超音波は図3(b)に模式的に示すように、伝搬と反射に伴う減衰で振幅が小さくなる。また、位相は送受信トランスデューサと物体間の距離に比例して遅れ量が増加するが、2πを周期として繰り返す。従って、送信波に対する受信波の位相遅れは0〜2π間の値となる。以上の関係を図に示すと、受信波の周波数と位相は図2(c)で表される。ここで、図2(b)に示すように、送信波の位相は基準の位相のため、周波数に対して一様と仮定する。図2(c)は、実際はf2−f1の周波数帯域をn分割した離散的な周波数を横軸に取って表されるが、一般にnは十分大な値と成るため、図2(c)では横軸は近似的に連続的する周波数として扱った。図2(c)より、受信波は図2(b)の送信波に比べ振幅が減少し、位相遅れの値が増加することが分かる。ここで、図2(b)の送信波に対する図2(c)の受信波の各々振幅および位相の相対値は、振幅は規格化されるが位相は図2(c)そのものと解釈しても良いことが分かる。 The basics of the present invention will be described in the case where there is one reflective object shown in FIG. In the measurement method of the present invention, the transmitted wave is not an ultrasonic pulse or a code-spread ultrasonic wave but a continuous wave having a constant frequency. As a transmission frequency, as shown in FIG. 2B, a frequency band between f 1 and f 2 is considered. f 2 −f 1 is divided into n, and the frequency f (i) = f 1 + (f 2 −f 1 ) / n × (i−1), i = 1 from the lowest frequency in the band to n + 1 , ..., define n + 1. FIG. 3 (a) schematically shows an actual ultrasonic waveform in the case of f (1) = f 1 and f (n + 1) = f 2 . As compared to the transmitted ultrasound of f (1), ..., f (n + 1) frequency, the received ultrasound has a smaller amplitude due to attenuation due to propagation and reflection, as schematically shown in Fig. 3 (b). Become. The phase increases in proportion to the distance between the transmitting / receiving transducer and the object, but repeats with 2π as the period. Therefore, the phase delay of the received wave with respect to the transmitted wave is a value between 0 and 2π. When the above relationship is shown in the figure, the frequency and phase of the received wave are represented in FIG. 2 (c). Here, as shown in FIG. 2B, the phase of the transmission wave is assumed to be uniform with respect to the frequency because it is a reference phase. FIG. 2 (c) is actually expressed by taking the horizontal axis as a discrete frequency obtained by dividing the frequency band of f 2 −f 1 by n, but in general, since n is a sufficiently large value, FIG. ), The horizontal axis is treated as an approximately continuous frequency. From FIG. 2 (c), it can be seen that the amplitude of the received wave is smaller than that of the transmitted wave of FIG. Here, the relative value of each amplitude and phase of the received wave in FIG. 2 (c) with respect to the transmitted wave in FIG. 2 (b) is normalized in amplitude, but the phase is interpreted as FIG. 2 (c) itself. I know it ’s good.

図2(c)のデータを用いた処理に関して説明するが、図2(c)のデータは図2(b)の送信波の各値で規格化した相対値とする。図2(c)のn+1ケの周波数に対応した相対振幅と相対位相を用いてフーリエ変換を行う。厳密にはフーリエ変換は連続的な関数に対する変換であるから、図2(c)のようにn+1ケの周波数の場合は近似的な変換となる。しかし、n+1の値を十分大きな値に設定すると、ほぼ正確な変換値が得られることは数学的にも良く知られている。ここで、さらに極限としてf1がゼロで、f2が無限大の場合を考察する。この場合、図2(c)のフーリエ変換は図4(a)に示すような近似的なデルタ関数となる。これは、全周波数軸上に一様な振幅で分布している信号は、フーリエ変換の関係にある時間軸上の関数としてはデルタ関数であることからも分かる。この場合、図2(c)の位相は図4(a)の近似デルタ関数の時間軸上でのシフト量、すなわち時間遅れ(l1+l1’)/vに対応する。同じことは図2(c)からも導かれる。図2(c)の位相をΦとすると、群遅延はτ=−δΦ/δωで与えられる(「δΦ/δω」はΦに対するωによる偏微分を意味する)。ここでの議論のような空間の超音波伝搬では、伝搬速度に周波数による分散性は無く、群速度と位相速度は等しいため、群遅延τは波の遅延すなわち図4(a)の時間遅れ(l1+ l1’)/vと等しい。従って、図2(c)の位相特性が与えられれば、図4(a)の時間遅れも一意に定まる。すなわち、図2(a)で送信トランスデューサを入力、受信トランスデューサを出力と考えると、図2(c)は入出力間の伝達関数の振幅および位相特性、図4(a)はそのインパルス応答と考えることが出来る。インパルス応答の時間遅れが分かると、その値に速度vを掛けることによって反射物体までの距離が導出される。 The processing using the data of FIG. 2 (c) will be described. The data of FIG. 2 (c) is assumed to be a relative value normalized by each value of the transmission wave of FIG. 2 (b). Fourier transform is performed using the relative amplitude and relative phase corresponding to the n + 1 frequencies in FIG. Strictly speaking, the Fourier transform is a transform for a continuous function, and therefore, when the frequency is n + 1, as shown in FIG. However, it is well known mathematically that an almost accurate conversion value can be obtained by setting the value of n + 1 to a sufficiently large value. Here, further consider the case where f 1 is zero and f 2 is infinite. In this case, the Fourier transform of FIG. 2 (c) becomes an approximate delta function as shown in FIG. 4 (a). This can also be seen from the fact that a signal distributed with uniform amplitude on all frequency axes is a delta function as a function on the time axis that is related to the Fourier transform. In this case, the phase of FIG. 2 (c) corresponds to the shift amount on the time axis of the approximate delta function of FIG. 4 (a), that is, the time delay (l 1 + l 1 ′) / v. The same can be derived from FIG. 2 (c). If the phase in FIG. 2 (c) is Φ, the group delay is given by τ g = −δΦ / δω (“δΦ / δω” means a partial differentiation with respect to Φ by ω). In the ultrasonic wave propagation as discussed here, the propagation speed is not dispersive depending on the frequency, and the group velocity and the phase velocity are equal. Therefore, the group delay τ g is the wave delay, that is, the time delay of FIG. Equivalent to (l 1 + l 1 ') / v. Therefore, if the phase characteristic of FIG. 2 (c) is given, the time delay of FIG. 4 (a) is also uniquely determined. In other words, in Fig. 2 (a), assuming that the transmitting transducer is input and the receiving transducer is output, Fig. 2 (c) is the amplitude and phase characteristics of the transfer function between input and output, and Fig. 4 (a) is the impulse response. I can do it. When the time delay of the impulse response is known, the distance to the reflecting object is derived by multiplying the value by the speed v.

次に、図2(c)のf1からf2までが、十分大きいが有限の場合を考える。この場合、フーリエ変換したインプルス応答は図4(b)に示すように、時間軸上で若干広がりsinc関数(ゆえにsinx/x)に近い関数形となる。しかし、近似sinc関数の最大値(メインローブの中心)までの時間遅れは(l1+l1’)/vで与えられ、この値は図4(a)の近似デルタ関数の場合と同じである。すなわち、f2−f1が有限でも、十分大きい場合は、時間遅れ(l1+l1’)/vを高い精度で決定することが出来る。さらに、その値に速度vを掛けることによって、高い距離分解能で反射物体までの距離を計測することが出来る。 Next, let us consider a case where f 1 to f 2 in FIG. 2 (c) are sufficiently large but finite. In this case, as shown in FIG. 4B, the Fourier response subjected to Fourier transform spreads slightly on the time axis and has a function form close to a sinc function (hence sinx / x). However, the time delay to the maximum value of the approximate sinc function (the center of the main lobe) is given by (l 1 + l 1 ') / v, which is the same as the approximate delta function in Fig. 4 (a). . That is, if f 2 −f 1 is finite but sufficiently large, the time delay (l 1 + l 1 ′) / v can be determined with high accuracy. Further, by multiplying the value by the velocity v, the distance to the reflecting object can be measured with high distance resolution.

以上が本発明の基本原理である。すなわち、図3(a)に示すように、個々の送信波に対しては時間によって周波数が変化しない連続波を用い、これ等の連続波に対する送受信間の振幅および位相の相対値を求め、それらのデータを用いてフーリエ変換する。これにより送受信間のインパルス応答を求め、その時間遅れより反射物体までの距離を計測するものである。ここで重要な点は、送信トランスデューサからは、従来のパルスエコー法のような時間幅の短いパルスを送信するのでは無く、また符合拡散方式のように時間と共に位相が反転する波を送信するのでも無く、時間に対して周波数が一定な連続波を送信する点である。従って、送信トランスデューサを備える送信側(送信部)の消費電力は極めて小さくすることが出来る。なお、このような波を送信トランスデューサから送信するには、送信トランスデューサに、送信時間が異なる複数の波により構成され、各波は時間に対して周波数が変化しない連続的な波であり、各波の周波数は一定の周波数間隔で互いに異なる励振信号を印加する。また、受信側では受信波と送信波との相対値、すなわち相対振幅と相対位相を求める。基準になる送信波の振幅と位相は、センサ・ネットワーク等を介して各センサ・ノード間が結びついている場合は、超音波の送信と同時に関係する他のセンサ・ノードへZigBee(登録商標)等の無線手段でその情報を送る(有線ネットワークの場合は有線で送っても良い)。各センサ・ノードでは、受信波と送信波の相対振幅と相対位相を求め、その情報を同じくセンサ・ネットワーク等を介してセンタ・ノードへ送る。このため、受信トランスデューサを備える受信側(受信部)の消費電力も極めて小さくすることが出来る。このように各センサ・ノードの消費電力は小さいので、各センサ・ノードは電池で駆動することができる。センタ・ノードは一般に商用電源等の別電源で動作しているため、消費電力は問題に成らない。各センサ・ノードからの相対振幅と相対位相を基に、一括してフーリエ変換を行う。これによりセンサ・ノード間のインパルス応答が求まる。すなわち、各センサ・ノードと反射物体までの距離が算出されるものである。なお、センタ・ノードでのフーリエ変換等の演算処理や距離の算出等は、処理部として機能するコンピュータで行われ、以下に述べる各実施の形態の演算処理もこのコンピュータで行われる。   The above is the basic principle of the present invention. That is, as shown in FIG. 3 (a), for each transmitted wave, a continuous wave whose frequency does not change with time is used, and relative values of amplitude and phase between transmission and reception for these continuous waves are obtained, and those waves are obtained. Fourier transform is performed using the above data. Thus, an impulse response between transmission and reception is obtained, and the distance to the reflecting object is measured from the time delay. The important point here is not to transmit a pulse with a short time width as in the conventional pulse echo method, but to transmit a wave whose phase reverses with time as in the code diffusion method. However, it is a point that transmits a continuous wave having a constant frequency with respect to time. Therefore, the power consumption of the transmission side (transmission unit) including the transmission transducer can be extremely reduced. In order to transmit such a wave from the transmission transducer, the transmission transducer is composed of a plurality of waves having different transmission times, and each wave is a continuous wave whose frequency does not change with time. Different excitation signals are applied at regular frequency intervals. On the receiving side, a relative value between the received wave and the transmitted wave, that is, a relative amplitude and a relative phase are obtained. When each sensor node is connected via a sensor network, etc., the reference amplitude and phase of the transmitted wave can be transmitted to other sensor nodes related to the transmission of ultrasonic waves, such as ZigBee (registered trademark) The information is sent by wireless means (in the case of a wired network, it may be sent by wire). Each sensor node obtains the relative amplitude and relative phase of the received wave and the transmitted wave, and sends the information to the center node via the sensor network or the like. For this reason, the power consumption of the receiving side (receiving unit) including the receiving transducer can be extremely reduced. Thus, since the power consumption of each sensor node is small, each sensor node can be driven by a battery. Since the center node is generally operated by a separate power source such as a commercial power source, power consumption does not become a problem. Based on the relative amplitude and relative phase from each sensor node, Fourier transform is performed collectively. As a result, an impulse response between the sensor and the node is obtained. That is, the distance between each sensor node and the reflecting object is calculated. Note that arithmetic processing such as Fourier transformation at the center node, calculation of distance, and the like are performed by a computer functioning as a processing unit, and arithmetic processing of each embodiment described below is also performed by this computer.

以上が、本発明の基本部分で、本願では、さらにこれを発展させる。   The above is the basic part of the present invention, which is further developed in the present application.

図5(a)は、図2(a)でl1+ l1’ = 150cmの場合に関して、中心周波数が約40kHz、BW = 5%のトランスデューサを用い実際に上記手法により距離を測定したものである。測定距離は160.86cmとなり、約11cmの誤差が生じた。この原因は以下と考えられる。超音波トランスデューサはセラミック等のメカニカルな圧電振動子を用いて空気中へ超音波を放射する。振動子には慣性があり、これは電気的な励振信号に対して放射される超音波に位相差を生じさせる原因となる。制御理論で良く用いられるブロック図と伝達関数を用いて、詳しく説明する。図5(a)の実験に用いた測定系は、ブロック図で示すと図6(a)で表わされる。I(f)は、周波数fの送信トランスデューサを励振する信号(入力信号)である。O(f)は周波数fの受信トランスデューサからの出力信号である。I(f)とO(f)の間には、伝達関数がH1(f)の送信トランスデューサ、伝達関数がH2(f)の空間伝搬部分、伝達関数がH3(f)の受信トランスデューサがある。図5(a)の測定結果は、図6(a)のI(f)とO(f)の間の伝達関数H1(f)・ H2(f)・H3(f)からフーリエ変換によりインパルス応答波形を求めたものに対応する。従って、送受信トランスデューサの特性(伝達関数)H1(f)・H3(f)が含まれており、この特性の影響で測定誤差が生ずる。 Fig. 5 (a) shows the case where l 1 + l 1 '= 150cm in Fig. 2 (a) and actually measured the distance by the above method using a transducer with a center frequency of about 40kHz and BW = 5%. is there. The measurement distance was 160.86 cm, resulting in an error of about 11 cm. The cause is considered as follows. The ultrasonic transducer emits ultrasonic waves into the air using a mechanical piezoelectric vibrator such as ceramic. The vibrator has inertia, which causes a phase difference in the ultrasonic wave radiated with respect to the electrical excitation signal. This will be described in detail with reference to block diagrams and transfer functions often used in control theory. The measurement system used in the experiment of FIG. 5 (a) is represented by a block diagram in FIG. 6 (a). I (f) is a signal (input signal) for exciting the transmission transducer having the frequency f. O (f) is an output signal from the receiving transducer of frequency f. Between the I (f) and O (f), transmission transducer transfer function H 1 (f), the receiving transducer space propagation part of the transfer function H 2 (f), a transfer function H 3 (f) There is. The measurement result in Fig. 5 (a) is the Fourier transform from the transfer function H 1 (f), H 2 (f), H 3 (f) between I (f) and O (f) in Fig. 6 (a). This corresponds to the impulse response waveform obtained by. Therefore, the characteristics (transfer function) H 1 (f) · H 3 (f) of the transmission / reception transducer are included, and a measurement error occurs due to the influence of this characteristic.

図7(a)、(b)に、送受信トランスデューサ間の距離を実質的にゼロとした場合について、励振信号(入力信号)と受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅特性((a)図)と位相特性((b)図)を評価した結果を示す。振幅特性は良く知られているように、中心周波数約40kHz、BW = 5%の特性が得られた。位相特性は、中心周波数の共振状態では、位相はほぼゼロ、低い周波数では位相は進み、高い周波数では位相は遅れる特性となっている。図7(a)、(b)の結果は、図6(b)のブロック図で表わされる測定系の結果である。その伝達関数はH1(f)・H3(f)で与えられる。すなわち、図6(a)の伝達関数を図6(b)の伝達関数で除すると、空間伝搬のみに対応する伝達関数H2(f)が得られる。H2(f)のフーリエ変換から空間伝搬のみのインパルス応答波形が求まる。これは、等価的に送受信トランスデューサの影響を補正した、すなわち取り除いたことに相当し、これにより送受信トランスデューサ間の距離を正確に求めることが出来る。 7 (a) and 7 (b) show the relative amplitude characteristics of the excitation signal (input signal) and the output signal from the receiving transducer when the distance between the transmitting and receiving transducers is substantially zero ((a) ) And phase characteristics ((b) diagram) are shown. As is well known, the amplitude characteristics were obtained with a center frequency of about 40 kHz and BW = 5%. The phase characteristic is a characteristic in which the phase is substantially zero in the resonance state of the center frequency, the phase is advanced at a low frequency, and the phase is delayed at a high frequency. The results of FIGS. 7 (a) and (b) are the results of the measurement system represented by the block diagram of FIG. 6 (b). The transfer function is given by H 1 (f) · H 3 (f). That is, when the transfer function of FIG. 6 (a) is divided by the transfer function of FIG. 6 (b), a transfer function H 2 (f) corresponding to only spatial propagation is obtained. From the Fourier transform of H 2 (f), an impulse response waveform with only spatial propagation is obtained. This is equivalent to correcting or removing the influence of the transmission / reception transducer equivalently, whereby the distance between the transmission / reception transducers can be accurately obtained.

ここで、補正法には2通りある。図6(b)の下に式で示すように、H2(f)の振幅はiH1(f)・ H2(f)・H3(f)i/ iH1(f)・H3(f)iで与えられる。位相は、図6(a)の送受信信号間の位相特性から、図6(b)の送受信信号間の位相特性を差っ引いた値となる。第1の補正法は、振幅はiH1(f)・ H2(f)・H3(f)i/ iH1(f)・H3(f)i = iH1(f)・ H2(f)・H3(f)iと置く。すなわち、振幅は図6(a)の値を用い、位相のみ補正する手法である。第2の補正法は、振幅もiH1(f)・ H2(f)・H3(f)i/ iH1(f)・H3(f)iを採用し、振幅と位相の両方を補正する手法である。両手法を比較した場合、f2− f1の帯域幅をある程度広く取る場合は、第1の補正法が精度的に良い。f2 − f1を狭帯域幅とする場合は、第2の補正法が精度的に優れることが実験で分かっている。 Here, there are two correction methods. The amplitude of H 2 (f) is iH 1 (f) ・ H 2 (f) ・ H 3 (f) i / iH 1 (f) ・ H 3 ( f) is given by i. The phase is a value obtained by subtracting the phase characteristic between the transmission / reception signals in FIG. 6 (b) from the phase characteristic between the transmission / reception signals in FIG. 6 (a). In the first correction method, the amplitude is iH 1 (f) ・ H 2 (f) ・ H 3 (f) i / iH 1 (f) ・ H 3 (f) i = iH 1 (f) ・ H 2 ( Put f) ・ H 3 (f) i. That is, the amplitude is a method of correcting only the phase using the value of FIG. 6 (a). The second correction method uses iH 1 (f), H 2 (f), H 3 (f) i / iH 1 (f), H 3 (f) i, and both amplitude and phase are used. This is a correction method. When both methods are compared, when the bandwidth of f 2 −f 1 is widened to some extent, the first correction method is accurate. Experiments have shown that the second correction method is excellent in accuracy when f 2 −f 1 is a narrow bandwidth.

図5(b)に、実測したデータから図7(b)のトランスデューサの位相特性を差っ引くことで、トランスデューサの位相特性分を補正したデータを用いて離散的フーリエ変換した結果を示す。実測距離はl1+ l1’ = 150.66cmと極めて正確な値が得られた。また、インパルス応答波形はsinc関数に極めて近い形をしており、非常に理想的な測定が可能であることが分かる。以上より、本実施の形態の特徴は、初めに図2に示すように、送受信超音波トランスデューサ間の相対振幅と相対位相を測定し、それ等から図7で得られる送受信トランスデューサのみの振幅または位相特性を差し引く、すなわち補正することにより、純粋に空中伝搬のみに関係する超音波の伝達関数を得る。次に、その伝達関数を離散的フーリエ変換することでインパルス応答を求める。さらにインパルス応答の時間遅れに音速vを掛けることで、極めて正確に等価距離を測定出来るものである。また、このようなトランスデューサの周波数特性を補正することにより距離測定精度を向上させる手法は、従来のパルスエコー法には適用出来なく、本発明が提案する一連の測定法のみで有効である。 FIG. 5 (b) shows the result of discrete Fourier transform using data obtained by correcting the phase characteristics of the transducer by subtracting the phase characteristics of the transducer of FIG. 7 (b) from the actually measured data. The measured distance was l 1 + l 1 '= 150.66 cm, which was extremely accurate. Moreover, the impulse response waveform has a shape very close to the sinc function, and it can be seen that very ideal measurement is possible. From the above, the feature of this embodiment is that, first, as shown in FIG. 2, the relative amplitude and the relative phase between the transmitting and receiving ultrasonic transducers are measured, and the amplitude or phase of only the transmitting and receiving transducers obtained from FIG. By subtracting or correcting the characteristic, an ultrasonic transfer function that is purely related only to air propagation is obtained. Next, an impulse response is obtained by performing a discrete Fourier transform on the transfer function. Furthermore, the equivalent distance can be measured very accurately by multiplying the time delay of the impulse response by the sound velocity v. Further, such a method for improving the distance measurement accuracy by correcting the frequency characteristics of the transducer cannot be applied to the conventional pulse echo method, and is effective only with a series of measurement methods proposed by the present invention.

(第2の実施の形態)
第1の実施の形態と関係して、本発明の他の実施の形態を説明する。図5(b)では、距離測定用の情報源としては、インパルス応答波形(包絡線)のピーク値を用いて距離を求めた。しかし、インパルス応答波形は横軸を時間または距離とする波形であり、伝達関数とは離散的フーリエ変換の関係で互いに一対一に対応している。したがって、距離の決定には包絡線情報より更に精度の高い、波形そのものを情報源として用いることが可能である。例えば、トランスデューサ間が2.5mの場合について、インパルス応答波形の例を図8(a)に示す。図8(a)の波形から包絡線のピーク値を特定し、その点を基に距離を求めることが出来る。しかし、図から分かるようにピーク値自体はかなりあいまいであり、高い距離精度は期待出来ない。図8(b)に図8(a)の包絡線のピーク値近傍を拡大して示す。図8(b)のインパルス応答波形の包絡線のピーク値の近傍で、波形そのものが横軸すなわちゼロを横切る点に注目し、この点を常に測定点として距離を求める。これにより、包絡線のピーク値から特定する中心点に比べ、桁違いに高い精度で着目点を特定することが出来、距離測定精度も飛躍的に向上する。一方、従来のパルスエコー法では、パルス状の超音波は時間を横軸で表わすと、横軸に沿って伝搬する波であり、その瞬間的な波形には意味がなく、包絡線のみが距離情報を与える。したがって、本発明の手法とは異なり、距離測定精度は必然的に低い結果しか得られない。
(Second Embodiment)
In relation to the first embodiment, another embodiment of the present invention will be described. In FIG. 5 (b), the distance was obtained using the peak value of the impulse response waveform (envelope) as the information source for distance measurement. However, the impulse response waveform is a waveform whose time or distance is on the horizontal axis, and corresponds to the transfer function in a one-to-one relationship with the discrete Fourier transform. Therefore, for determining the distance, it is possible to use the waveform itself with higher accuracy than the envelope information as an information source. For example, FIG. 8 (a) shows an example of an impulse response waveform when the distance between the transducers is 2.5 m. The peak value of the envelope can be identified from the waveform of FIG. 8 (a), and the distance can be obtained based on that point. However, as can be seen from the figure, the peak value itself is very vague, and high distance accuracy cannot be expected. FIG. 8 (b) shows an enlarged view of the vicinity of the peak value of the envelope in FIG. 8 (a). In the vicinity of the peak value of the envelope of the impulse response waveform in FIG. 8 (b), attention is paid to the point where the waveform itself crosses the horizontal axis, that is, zero, and the distance is always obtained using this point as a measurement point. Thereby, the point of interest can be specified with an extremely high accuracy compared to the center point specified from the peak value of the envelope, and the distance measurement accuracy is also greatly improved. On the other hand, in the conventional pulse echo method, the pulsed ultrasonic wave is a wave propagating along the horizontal axis when time is expressed on the horizontal axis, and its instantaneous waveform has no meaning, and only the envelope is the distance. Give information. Therefore, unlike the method of the present invention, the distance measurement accuracy inevitably yields only a low result.

(第3の実施の形態)
図11を参照して本発明の他の実施の形態を説明する。センサ・ノード(1)、(2)を天井に仮定し、センサ・ノード(1)から超音波を送信し、センサ・ノード(2)で受信している状況を想定する。反射物体は(1)から(5)まであり、センサ・ノード(1)から反射物体までの距離とセンサ・ノード(2)から反射物体までの距離の和をそれぞれ、反射物体(1)は5.5m、反射物体(2)は5.35m、反射物体(3)は5.2m、反射物体(4)は5.05m、反射物体(5)は4.9mとする(各距離は図11にも記入されている)。反射物体(1)は小さな物体で、他の反射物体に比べ反射係数は1/2で、かつ初期値は(1)の点から、最終的には(1)’の点(対応する距離は、4.8m)まで移動するとする。
(Third embodiment)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Assuming that sensor nodes (1) and (2) are on the ceiling, ultrasonic waves are transmitted from sensor node (1) and received by sensor node (2). There are reflective objects from (1) to (5), and the sum of the distance from the sensor node (1) to the reflective object and the distance from the sensor node (2) to the reflective object is 5.5 for the reflective object (1). m, reflective object (2) is 5.35 m, reflective object (3) is 5.2 m, reflective object (4) is 5.05 m, reflective object (5) is 4.9 m (each distance is also entered in Figure 11) ) Reflective object (1) is a small object, the reflection coefficient is 1/2 compared to other reflective objects, and the initial value is from the point (1) to the point (1) '(corresponding distance is , 4.8m).

図11のモデルに従来のパルスエコー法を適用した状態を考察するため、初めに図9(a)の反射物体が2ケの場合のモデルを考える。図9(b)に示すように、送信パルスから(l1 + l1’)/vと(l2+ l2’)/vの時間遅れで受信パルスが観測される。受信器側では、包絡線検波を行うため実際の受信機出力は、図9(c)に示す波形となる。すなわち、(l1+ l1’)/vと(l2 + l2’)/vの時間遅れでパルスが2ケ観測されるのみである。次に本手法を適用する場合を考える。離散的フーリエ変換の結果として図10の波形が得られる。すなわち、横軸を時間あるいは等価的な距離とするインパルス応答波形であり、送受信トランスデューサ間の伝達関数と対応しており、パルスエコー法の受信波形のように時間と共に変化することはない。 In order to consider the state in which the conventional pulse echo method is applied to the model in FIG. 11, first consider a model in which there are two reflecting objects in FIG. 9 (a). As shown in FIG. 9 (b), the received pulse is observed with a time delay of (l 1 + l 1 ') / v and (l 2 + l 2 ') / v from the transmitted pulse. On the receiver side, since envelope detection is performed, the actual receiver output has the waveform shown in FIG. 9 (c). That is, only two pulses are observed with a time delay of (l 1 + l 1 ′) / v and (l 2 + l 2 ′) / v. Next, consider the case of applying this method. The waveform of FIG. 10 is obtained as a result of the discrete Fourier transform. In other words, it is an impulse response waveform with the horizontal axis as time or equivalent distance, which corresponds to the transfer function between the transmitting and receiving transducers, and does not change with time unlike the received waveform of the pulse echo method.

図11のように複数の反射物体が存在する場合は、従来のパルスエコー法では、出力として図12(a)のような包絡線検波波形が得られる。ここで、各図の上の数値は各ノードから反射物体(1)までの距離の和を表す。反射物体(1)が移動すると共に、包絡線検波波形はわずかに変化することが分かる。変化の差を図12(b)に示す。各図の上の矢印は、図がその左右の数値で与えられる距離に対応する波形の差であることを表している。図12(b)より、反射物体(1)のわずかな移動(距離では2〜3mm程度)でも、包絡線検波波形の差には+/-の符合まで含めて変動が生じ移動に関する定量的な情報は得られないことが分かる。   When there are a plurality of reflecting objects as shown in FIG. 11, the conventional pulse echo method can obtain an envelope detection waveform as shown in FIG. 12 (a) as an output. Here, the numerical value in each figure represents the sum of the distances from each node to the reflecting object (1). It can be seen that the envelope detection waveform slightly changes as the reflecting object (1) moves. The difference in change is shown in FIG. 12 (b). The upper arrow in each figure indicates that the figure is a waveform difference corresponding to the distance given by the left and right numerical values. From Fig. 12 (b), even the slight movement of the reflecting object (1) (about 2 to 3 mm in distance) causes fluctuations in the difference in the envelope detection waveform, including the sign of +/-, and quantitative analysis of the movement. You can see that no information is available.

図11の同じモデルに本発明の手法を適用した場合の結果を図13(a)、(b)に示す。図13(a)は図12(a)に、図13(b)は図12(b)に対応する。図13(a)より、センサ・ノード(1)、(2)間のインパルス応答波形は、各反射物体に対するインパルス応答の和で表わされることが分かる。図13(b)は、反射物体(1)の移動を表しており、各図の上の矢印は、図がその左右の数値で与えられる距離に対応する波形の差であることを表している。本発明の手法では、わずかな移動(距離では1mm程度)に対しても、移動距離が正確に表されることが分かる。図14(a)、(b)および図15 (a)、(b)に実際的な条件として、反射物体(1)が5.5mから4.8mまで移動し、その距離情報を10cmキザミで取得した状況を示す。各図(a)は、本手法によるインパルス応答波形、各図(b)はそれらの差であり反射物体(1)の動きを表す。これらの図より、静止物体(2)、(3)、(4)、(5)に対して動物体(1)の動きのみを表すことが出来ることが分かる。   The results when the method of the present invention is applied to the same model in FIG. 11 are shown in FIGS. FIG. 13 (a) corresponds to FIG. 12 (a), and FIG. 13 (b) corresponds to FIG. 12 (b). From FIG. 13 (a), it can be seen that the impulse response waveform between the sensor nodes (1) and (2) is represented by the sum of the impulse responses for the respective reflecting objects. FIG.13 (b) represents the movement of the reflective object (1), and the upper arrow in each figure represents the difference in waveform corresponding to the distance given by the left and right numerical values. . In the method of the present invention, it can be seen that the movement distance is accurately expressed even for a slight movement (distance is about 1 mm). As a practical condition in FIGS. 14 (a), 14 (b) and 15 (a), 15 (b), the reflective object (1) moved from 5.5 m to 4.8 m, and the distance information was acquired with a 10 cm dent. Indicates the situation. Each figure (a) shows an impulse response waveform according to the present technique, and each figure (b) shows the difference between them and the movement of the reflecting object (1). From these figures, it can be seen that only the movement of the moving object (1) can be expressed with respect to the stationary objects (2), (3), (4), and (5).

本特性は、実際にセンサ・ネットワークのセンサ・ノードへ超音波の送受信機能を導入し、住居者の動的情報を収集する場合などには非常に重要である。図16に本発明の実際の実施例を模式的に表す。例えば天井には、超音波の送受信機能を持った複数のセンサ・ノードを配置する。部屋には多くの反射物体があり、2ケのセンサ・ノード間のインパルス応答波形としては、これら複数の反射物体からのインパルス応答波形の重畳で与えられるため、波形はかなり複雑なものとなる。本手法では測定時間の異なるインパルス応答波形間の差を取ることにより、動きのある物体に関する情報を正確に抽出出来るものである。防犯目的や住居者あるいは病院などでの動的情報の収集には非常に役に立つ手法である。   This characteristic is very important when, for example, an ultrasonic wave transmission / reception function is actually introduced to a sensor node of a sensor network to collect resident dynamic information. FIG. 16 schematically shows an actual embodiment of the present invention. For example, a plurality of sensor nodes having an ultrasonic transmission / reception function are arranged on the ceiling. There are many reflective objects in the room, and the impulse response waveform between the two sensor nodes is given by superimposing the impulse response waveforms from these multiple reflective objects, so the waveform becomes quite complex. In this method, information about moving objects can be extracted accurately by taking the difference between impulse response waveforms with different measurement times. It is a very useful technique for crime prevention purposes and for collecting dynamic information at residents or hospitals.

(第4の実施の形態)
上記第3の実施の形態においては、測定時間の異なるインパルス応答波形の差を求める必要がある。インパルス応答波形は、周波数がf(1), …, f(n+1) の送信超音波に対して、受信超音波の相対振幅と相対位相を用いて離散的フーリエ変換を行うことで得られる。したがって、インパルス応答波形の差の導出には、離散的フーリエ変換を行う操作と差を取る操作の順番を入れ換えても同じ結果が得られる。むしろ、差を取る操作を先に行い、続いて離散的フーリエ変換を行う方が、離散的フーリエ変換の演算回数が半分となるため時間的、プロセッサの負荷的には有利である。
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, it is necessary to obtain a difference between impulse response waveforms having different measurement times. The impulse response waveform can be obtained by performing discrete Fourier transform on the transmitted ultrasonic waves with frequencies f (1), ..., f (n + 1) using the relative amplitude and relative phase of the received ultrasonic waves. . Therefore, the same result can be obtained for derivation of the difference in the impulse response waveform even if the order of the operation for performing the discrete Fourier transform and the operation for taking the difference are interchanged. Rather, it is advantageous in terms of time and processor load to perform the operation of taking the difference first and then perform the discrete Fourier transform, since the number of operations of the discrete Fourier transform is halved.

実際の演算操作は以下のように行う。少なくとも前後2回の一連の送信超音波に対する受信超音波の相対振幅と相対位相の測定データを、前者データと後者データとする。前者データと後者データそれぞれの振幅と位相を用いて、各データを複素数で表す。次にこれ等のデータ間の引き算をした値を求める。この引き算値を用いて、該周波数間隔で定まる離散的フーリエ変換を実施することにより、測定時間の異なるインパルス応答の差と同じ結果が得られる。   The actual calculation operation is performed as follows. The measurement data of the relative amplitude and the relative phase of the reception ultrasonic wave with respect to the series of transmission ultrasonic waves at least two times before and after are set as the former data and the latter data. Each data is represented by a complex number using the amplitude and phase of the former data and the latter data. Next, a value obtained by subtracting these data is obtained. By using this subtracted value and performing a discrete Fourier transform determined by the frequency interval, the same result as the difference in impulse responses with different measurement times can be obtained.

(第5の実施の形態)
図17を参照して本発明の他の実施の形態を説明する。上記第1の実施の形態から第4の実施の形態に述べたように、本発明は送受信トランスデューサ間のインパルス応答波形を求め、そのデータを基に高精度な距離測定、動きの特定等を行う。また、インパルス応答波形の導出には離散的フーリエ変換を用いる。本実施の形態を図17(a)の送受信トランスデューサが向き合った単純な構造で説明する。送受信トランデューサ間の距離をl1とし、音速をvとすると送受信トランスデューサ間の遅延時間は t1 = l1/v となる。上記実施の形態でも述べたn+1ケの周波数に対応した送受信間の相対振幅と相対位相を用いて離散的フーリエ変換を行う。ここで、離散的フーリエ変換の周波数の間隔Dfが図17(b)に示すように Df<1/t1 の場合は、インパルス応答には、t1= l1/v に中心のあるsinc関数的な波形が得られる。図17(c)に示すように、Df>1/t1 の場合は t1-1/Df に中心のあるsinc関数的な波形が得られる。この場合、実際のモデルで t1-1/Df の近傍に別の反射物体等が存在する場合は、別の反射物体からの反射波形と図17(c)の波形が重なり識別が不能となる。
(Fifth embodiment)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As described in the first to fourth embodiments, the present invention obtains an impulse response waveform between the transmitting and receiving transducers, and performs high-precision distance measurement, motion identification, and the like based on the data. . A discrete Fourier transform is used to derive the impulse response waveform. This embodiment will be described with a simple structure in which the transmission / reception transducers in FIG. 17 (a) face each other. If the distance between the transmitting and receiving transducers is l 1 and the sound velocity is v, the delay time between the transmitting and receiving transducers is t 1 = l 1 / v. Discrete Fourier transform is performed using the relative amplitude and relative phase between transmission and reception corresponding to the n + 1 frequencies described in the above embodiment. Here, when the frequency interval Df of the discrete Fourier transform is Df <1 / t 1 as shown in FIG. 17 (b), the impulse response has a sinc function centered at t 1 = l 1 / v. A typical waveform is obtained. As shown in FIG. 17C, when Df> 1 / t 1 , a sinc function-like waveform centered at t 1 −1 / Df is obtained. In this case, if another reflecting object exists in the vicinity of t 1 -1 / Df in the actual model, the reflected waveform from another reflecting object and the waveform in FIG. .

送信トランスデューサは固定され、受信トランスデューサは移動物体と共に移動する産業機械への応用のように、移動物体までの距離を正確に測るような場合を考える。送信トランスデューサから移動物体までの間には反射物体が無い場合が多い。このような応用では、図17(c)のように Df>1/t1 とすることが出来る。この場合、インパルス応答波形から求まる擬似的な時間 t1-1/Df に離散的フーリエ変換の周波数間隔Dfの逆数を加えることで正確な時間t1が求まる。本手法はDfをある程度大きく設定出来るため、結果的には測定回数に対応するn+1を小さく出来る。これは測定時間の短縮に非常に有効である。ただし、図17(c)から分かるように t1-1/Df が 1/Df と重なることは出来ない。すなわち、t1-1/Df<1/Df である必要がある。これより、Dfは 2/t1>Df>1/t1 で用いるとその効果が大きいことが分かる。なお、受信トランスデューサが移動物体と共に移動する産業機械のような場合には、受信トランスデューサを備える受信部と、離散的フーリエ変換等の処理を行う処理部として機能するコンピュータは移動物体に組み込まれ、受信部と処理部が一緒に移動する場合が多い。 Consider the case where the transmitting transducer is fixed and the receiving transducer accurately measures the distance to the moving object, such as in an industrial machine moving with the moving object. In many cases, there is no reflecting object between the transmitting transducer and the moving object. In such an application, Df> 1 / t 1 can be set as shown in FIG. In this case, an accurate time t 1 can be obtained by adding the inverse of the frequency interval Df of the discrete Fourier transform to the pseudo time t 1 -1 / Df obtained from the impulse response waveform. Since this method can set Df to some extent, n + 1 corresponding to the number of measurements can be reduced as a result. This is very effective for shortening the measurement time. However, as can be seen from FIG. 17 (c), t 1 −1 / Df cannot overlap 1 / Df. That is, t 1 −1 / Df <1 / Df needs to be satisfied. From this, it can be seen that the effect is large when Df is used with 2 / t 1 >Df> 1 / t 1 . In the case of an industrial machine in which the receiving transducer moves with a moving object, a receiving unit including the receiving transducer and a computer functioning as a processing unit that performs processing such as discrete Fourier transform are incorporated in the moving object. The processing unit and the processing unit often move together.

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。   While various typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the following claims.

1…センサ・ネットワークのセンサ・ノード
2…センサ・ネットワークのセンタ・ノード
3…ZigBee(登録商標)等によるデータ伝送路
4…超音波の送受信経路
5…反射物体
6…送信トランスデューサ
7…受信トランスデューサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor node of sensor network 2 ... Center node of sensor network 3 ... Data transmission path by ZigBee (registered trademark) 4 ... Ultrasonic transmission / reception path 5 ... Reflective object 6 ... Transmitting transducer 7 ... Receiving transducer

Claims (13)

送信時間が異なる複数の波により構成され、各波は時間に対して周波数が変化しない連続的な波であり、各波の周波数は一定の周波数間隔で互いに異なる励振信号により励振されて超音波を対象物に送信する送信トランスデューサを備える送信部と、
前記対象物から反射した超音波を受信する受信トランスデューサを備える受信部と、
前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを用い、それらに前記周波数間隔で定まる演算処理を施すことによって、前記送信トランスデューサと前記対象物間の距離および前記対象物と前記受信トランスデューサ間の距離の和を算出する算出手段を備える処理部であって、該演算処理は前記送受信用トランスデューサ間の距離が実質的にゼロの場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の固定の相対的な振幅と位相データを用いて、前記対象物に前記超音波を送信した場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データの少なくとも一方を補正する過程を含む前記処理部と、
を備えることを特徴とする超音波計測システム。
It is composed of a plurality of waves with different transmission times, and each wave is a continuous wave whose frequency does not change with time, and the frequency of each wave is excited by different excitation signals at a certain frequency interval to generate ultrasonic waves. A transmission unit comprising a transmission transducer for transmitting to an object;
A receiving unit comprising a receiving transducer for receiving ultrasonic waves reflected from the object;
Using the relative amplitude and phase data of the excitation signal and the output signal from the receiving transducer, and performing arithmetic processing determined by the frequency interval on them, the distance between the transmitting transducer and the object and the object And a calculation unit that calculates a sum of the distances between the receiving transducers and the receiving transducers, wherein the calculation processing is performed by the excitation signal and the receiving transducers when the distance between the transmitting and receiving transducers is substantially zero. Using the fixed relative amplitude and phase data of the output signal, at least one of the excitation signal and the relative amplitude and phase data of the output signal from the receiving transducer when the ultrasonic wave is transmitted to the object The processing unit including a process of correcting
An ultrasonic measurement system comprising:
前記周波数間隔で定まる演算処理は離散的フーリエ変換であり、該周波数間隔で定まる各周波数は離散的フーリエ変換の各離散周波数に対応することを特徴とする請求項1記載の超音波計測システム。   2. The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the arithmetic processing determined by the frequency interval is a discrete Fourier transform, and each frequency determined by the frequency interval corresponds to each discrete frequency of the discrete Fourier transform. 前記演算処理は、固定の相対的な位相成分のみを引くことで補正する過程を含んでいることを特徴とする請求項2記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 2, wherein the arithmetic processing includes a process of correcting by subtracting only a fixed relative phase component. 前記演算処理は、前記対象物に前記超音波を送信した場合の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データの両方を補正する過程を含んでいることを特徴とする請求項2記載の超音波計測システム。   The arithmetic processing includes a step of correcting both the relative amplitude and phase data of the excitation signal and the output signal from the receiving transducer when the ultrasonic wave is transmitted to the object. The ultrasonic measurement system according to claim 2. 離散的フーリエ変換を施し得られた波形の包絡線のピーク値近傍で、離散的フーリエ変換を施し得られた波形のゼロ点を基準に前記距離の和を計測することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   3. The sum of the distances is measured in the vicinity of a peak value of an envelope of a waveform obtained by performing a discrete Fourier transform on the basis of a zero point of the waveform obtained by performing a discrete Fourier transform. The ultrasonic measurement system of any one of -4. 前記演算処理を少なくとも2回以上行い得られた結果の差から前記対象物の動きを計測することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 2, wherein the movement of the object is measured from a difference between results obtained by performing the arithmetic processing at least twice. 前記少なくとも2回以上の前記演算処理の前後2回を前者後者とし、前者の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを複素数で表した値から、後者の前記励振信号と前記受信トランスデューサからの出力信号の相対的な振幅と位相データを複素数で表した値を引いた結果を用い、それに前記周波数間隔で定まる離散的フーリエ変換を施した値を基に動きを計測することを特徴とする請求項6記載の超音波計測システム。   From the value representing the relative amplitude and phase data of the former excitation signal and the output signal from the receiving transducer in complex numbers, the former and the latter two times before and after the arithmetic processing of at least two times, the latter Using the result obtained by subtracting the value representing the relative amplitude and phase data of the excitation signal and the output signal from the receiving transducer in a complex number, the movement is performed based on the value subjected to the discrete Fourier transform determined by the frequency interval. The ultrasonic measurement system according to claim 6, wherein measurement is performed. 前記受信トランスデューサが前記対象物と共に移動し、前記離散的フーリエ変換の周波数間隔が、前記送受信トランスデューサ間の距離を音速で割った値すなわち時間の逆数より大きくその2倍より小さいことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The receiving transducer moves with the object, and a frequency interval of the discrete Fourier transform is larger than a value obtained by dividing a distance between the transmitting and receiving transducers by a sound speed, that is, a reciprocal of time and smaller than twice. Item 6. The ultrasonic measurement system according to any one of Items 2 to 5. 前記送信部および前記受信部は電池で駆動されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the transmission unit and the reception unit are driven by a battery. 前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、異なるトランスデューサである請求項1〜9のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the transmission transducer and the reception transducer are different transducers. 前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、同一のトランスデューサである請求項1〜9のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the transmission transducer and the reception transducer are the same transducer. 前記受信部と前記処理部は異なる位置に配置されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the receiving unit and the processing unit are arranged at different positions. 前記受信部と前記処理部は一緒に移動する請求項1〜11のいずれか1項に記載の超音波計測システム。   The ultrasonic measurement system according to claim 1, wherein the receiving unit and the processing unit move together.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107544803A (en) * 2017-08-31 2018-01-05 努比亚技术有限公司 Light on and off screen control method, device and readable storage medium storing program for executing based on ultrasonic wave
CN109341815A (en) * 2018-10-30 2019-02-15 上海云鱼智能科技有限公司 Ultrasonic wave spacing Multi point measuring apparatus and its measurement method
JP2019035677A (en) * 2017-08-17 2019-03-07 株式会社 拓和 Underwater distance observation device
CN109901172A (en) * 2019-03-28 2019-06-18 如皋忠广电子技术有限公司 Ultrasonic ranging method, device and the electronic equipment adjusted based on frequency
CN109901173A (en) * 2019-03-28 2019-06-18 如皋忠广电子技术有限公司 Ultrasonic ranging method, device and electronic equipment based on duty cycle adjustment
JP2019158365A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 セコム株式会社 Object discriminating device and sensor device
JP2019158364A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 セコム株式会社 Sensor device and displacement determination system
CN111551208A (en) * 2020-05-14 2020-08-18 魏磊 Multi-sensing sensor, sensor network and sensing method applied to Internet of things
CN115061133A (en) * 2022-04-13 2022-09-16 厦门大学 Indoor object echo extraction method and system based on acoustic-electromagnetic intermodulation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06186328A (en) * 1992-12-21 1994-07-08 Fujitsu Ltd Ultrasonic range-finding device
JP2003315446A (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Mitsubishi Electric Corp Radar apparatus
JP2004069340A (en) * 2002-08-02 2004-03-04 Mitsubishi Electric Corp Radar installation
JP2009276118A (en) * 2008-05-13 2009-11-26 Kogakuin Univ Ultrasonic distance measuring system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06186328A (en) * 1992-12-21 1994-07-08 Fujitsu Ltd Ultrasonic range-finding device
JP2003315446A (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Mitsubishi Electric Corp Radar apparatus
JP2004069340A (en) * 2002-08-02 2004-03-04 Mitsubishi Electric Corp Radar installation
JP2009276118A (en) * 2008-05-13 2009-11-26 Kogakuin Univ Ultrasonic distance measuring system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014026754; Mitsutaka HIKITA, et al.: '"A study of new ultrasonic sennsing method installed in sensor network (1st report)"' 工学院大学研究報告 第109号, 20101030, p.13-18 *
JPN6014026756; Mitsutaka Hikita, et al.: '"Investigation of Novel Ultrasonic Positioning Method Installed in Sensor Network"' PIERS Online Vol.5,No.4, 2009, p.321-327 *
JPN6014026758; Tomoaki Watanabe, et al.: '"Study of Accuracy Improvement for Ultrasonic Positioning Method Installed in Sensor Network"' Proc. of 30th Symposium on Ultrasonic Electronics , 20091118, p.225-226 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019035677A (en) * 2017-08-17 2019-03-07 株式会社 拓和 Underwater distance observation device
CN107544803A (en) * 2017-08-31 2018-01-05 努比亚技术有限公司 Light on and off screen control method, device and readable storage medium storing program for executing based on ultrasonic wave
CN107544803B (en) * 2017-08-31 2020-08-21 努比亚技术有限公司 Ultrasonic wave-based on-off screen control method and device and readable storage medium
JP2019158365A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 セコム株式会社 Object discriminating device and sensor device
JP2019158364A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 セコム株式会社 Sensor device and displacement determination system
CN109341815A (en) * 2018-10-30 2019-02-15 上海云鱼智能科技有限公司 Ultrasonic wave spacing Multi point measuring apparatus and its measurement method
CN109901172A (en) * 2019-03-28 2019-06-18 如皋忠广电子技术有限公司 Ultrasonic ranging method, device and the electronic equipment adjusted based on frequency
CN109901173A (en) * 2019-03-28 2019-06-18 如皋忠广电子技术有限公司 Ultrasonic ranging method, device and electronic equipment based on duty cycle adjustment
CN111551208A (en) * 2020-05-14 2020-08-18 魏磊 Multi-sensing sensor, sensor network and sensing method applied to Internet of things
CN115061133A (en) * 2022-04-13 2022-09-16 厦门大学 Indoor object echo extraction method and system based on acoustic-electromagnetic intermodulation

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