JP2017146105A - マルチラインセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
通常、この種のラインセンサは、マイクロ波を発生し送信する装置及びそれを受信する装置で構成されており、電波にASK(Amplitude−Shift keying)変調波を用いる場合が多い。また、マイクロ波の周波数帯としては、10GHz帯が海外では主流であるが、国内電波法では10GHz帯は屋外での使用が認められていないため、24GHz帯を用いる必要がある。
受信機での送信波レベル検出方法としては、周波数検波器を用いる方法や受信信号をFFT(高速フーリエ変換)処理して受信電力値の変化を検出する方法等がある。
1.設置環境、例えば降雪、落ち葉や雑草の状況等により、ハイトパターンの影響を受け易く、長期的な性能維持が難しい。上記ハイトパターンとは、直接アンテナに届く電波と地面などで反射しアンテナに届く電波による位相の打ち消しや重畳等により受信電力が変動する現象である。
この現象を回避させるためには、アンテナの放射角度を狭くするか、設置の地上高を高くすることが必要となるが、アンテナの放射角度を狭くする場合は、アンテナが大きくなり外形の大型化やコスト的な問題が生じる。また、地上高を高くする場合、検知しないエリア(不感地帯)が増えてセンサとしての機能を得ることが難しくなる。
図10(B)に、フレネルゾーンが示されており、このフレネルゾーンは送受間の中間部が一番太く、送信機(アンテナ)51、受信機(アンテナ)52に近づくに連れて細くなる傾向があり、太さdは周波数で異なり搬送波の周波数が低い程大きくなる。例えば、24GHz帯では、この太さdは、送受間距離100mの場合、図示のように中心付近で直径約1m(半径約0.5m)になり、50mの場合、中心付近では、直径約0.8m(半径約0.4m)となる。
従って、24GHz帯のラインセンサで、送受信機を地上高1mに設置した場合、図10(B)に示されるように、フレネルゾーンに対して0.5mの不感地帯Gが生じ、この不感地帯Gは更に送受アンテナ端に近づくに連れて大きくなる。
請求項2の発明は、同一高さのラインの上記送受信機に、送受信方向が逆となるもう1対の送受信機を配置し、この正逆各対の送受信機においても異なる周波数の信号を送受信することを特徴とする。
請求項3の発明は、上記各対の送受信機において、受信信号とイメージ信号を区別するためライン毎に設定周波数範囲を設けることを特徴とする。
請求項5の発明は、各対の送受信機では、上記周波数解析回路から得られた受信周波数を確認し、周波数のずれが生じた場合は、補正データを上記PLL回路へ出力することにより、各対の送受信機の送信周波数を補正・更新することを特徴とする。
更に、上述のように、複数対の送受信機のそれぞれで異なる周波数を用いて監視を行う場合、送受周波数の安定度によっては、外来波等の影響を受け易くなり、複数ラインの監視が困難となることが生じる。そこで、各対の送受信機の受信においては、それぞれの受信周波数を確認し、周波数のずれが生じている場合には、補正データをPLL回路へ出力することで、各対の送受信機の送信周波数を補正・更新している。
更に、各対の送受信機で受信周波数を確認し、周波数ずれを補正することにより、温度条件、設置環境、経年変化で使用周波数が変動した場合でも、各対の送受信機で使用される周波数を設定通りとし、検出感度を良好に維持することができる。
即ち、オフセット周波数Fofは、チャンネル間隔Fsよりも小さい値であり、図6(B)に示されるように、センサ部F3 とF8 の関係で説明すると、Fsの1/2と設定周波数範囲Fkを避けた範囲Wa,Wbに入る値にしている。数式にすると、オフセット周波数Fofは、Fof<Fsで、(Fs/2)+(Fk/2以上)を満足する値となる。
そこで、実施例では、グループ毎に周波数オフセットFofを与えることにより、受信機のIF帯域内におけるミキサ14よるイメージ信号が、各ラインの受信周波数(設定周波数範囲Fk)に重ならないようにしている。
発振器の構成にPLL回路を用いた場合、周波数偏差は数PPMであるが、24GHz帯では1PPMが24kHzと比較的大きい値となる。
周波数でラインを確定する場合、各々の設定周波数範囲Fkを超える周波数変動はあってはならないため、装置の周波数安定度とチャンネル間隔Fs、更には受信機のIF帯域幅等を考慮する必要がある。また、周波数を安定化する手法としては、高安定度の温度制御型水晶発振器(OCXO:恒温槽付)を用いる方法もあるが、サイズやコストを考慮し、また限られたIF周波数帯域内に多くのラインを構成することを目的とし、温度補償型水晶発振器(TCXO)を用いた分数分周PLLを採用する。
この分数分周PLLによれば、細かなステップで周波数を設定することができ、24GHz帯で約百ヘルツのステップで周波数を制御することが可能である。
即ち、監視用のセンサは、多くが屋外等に設置され、出荷又は設置以降は絶対周波数を管理することが困難であり、周波数補正を行うことで電波法に規定される帯域を逸脱することは許されないため、設定された初期周波数と予め判っている周波数補正値を管理する必要がある。そこで、実施例では、次のことを行っている。
1.工場出荷時の調整:各センサ部の周波数の偏差をゼロにするか、又はゼロに近づける。
即ち、マルチラインセンサの製造工程にて、校正された外部測定器を用いてセンサ周波数を絶対周波数に合わせ(ゼロ調整)、機差補正値をセンサに記憶する。
2.マルチラインセンサ運用時:周波数がずれてきた場合にPLLの周波数ステップを自動に更新して周波数がいつでも設定通りになるようにする(AFC)。
周波数の変更は、PLL部5における分数分周PLLの分子側変数を、周波数のずれに応じて信号処理回路20から変更指示を行うこととしている。
従って、本発明では、特別な周波数判定回路を設けず、PLLのレジスタ制御で信号処理側からの制御を行うことにより、良好な感度の下に高度な監視センサを実現することが可能となり、コスト面でも有利なセンサが得られるという利点がある。
しかし、この場合は、他のマルチラインセンサ群との電波干渉が予想されるため、周波数を群分けして周波数管理を行う。例えば、システム1とシステム2を隣接させ設置した場合、電波は互いのライン範囲を超えて到達するため、システム2の受信機では、システム1の送信信号も受信してしまうので、システム1とシステム2においては、互いに周波数を変えて運用する。
各々のセンサ部F1 〜F10には、それぞれ周波数調整機能があるため、対向する全てのセンサにて互いの周波数調整が行われると、無限ループに陥り周波数が定まらないことが生じる。そこで、システム群には、各々対向するいずれか一方を、他方に合わせて周波数調整するか、又は基準機(マスター)を決めてその基準機に合わせて周波数調整する機能を設けている。
図9(B)は、基準機を決めて周波数調整するもので、例えばセンサ部F1 を基準機とし、先にセンサ部F6 〜F10の周波数(送信周波数)とF1 の周波数(送信周波数)を調整し、その後、F2 〜F5 については対向するF7 〜F10の周波数と合わせている。これにより、システム内全てのセンサ部がF1 の周波数に対して調整されることになる。
4…温度補償型水晶発振器、 5…PLL部、
6…VCO、 10…LPF、
14…ミキサ、 20…信号処理回路、
F1 〜F10…センサ部。
Claims (5)
- 送信機と受信機が対向する複数対の送受信機を備え、
この複数対の送受信機のそれぞれを高さの異なるライン上に配置すると共に、
この各対の送受信機はそれぞれ異なる周波数の信号を送受信し、
上記複数対の送受信機間で送信される信号を遮断する物体を監視するマルチラインセンサ。 - 同一高さのラインの上記送受信機に、送受信方向が逆となるもう1対の送受信機を配置し、この正逆各対の送受信機においても異なる周波数の信号を送受信することを特徴とする請求項1記載のマルチラインセンサ。
- 上記各対の送受信機において、受信信号とイメージ信号を区別するためライン毎に設定周波数範囲を設けることを特徴とする請求項1又は2記載のマルチラインセンサ。
- 基準周波数を発振する発振器と、
この発振器の出力に基づき各対の送受信機に使用する周波数信号を出力するPLL回路と、
上記受信機からの受信信号と上記PLL回路に基づいて得られた局部発振信号とを混合するミキサと、
このミキサの出力から受信周波数を解析する周波数解析回路とを備え、
上記正方向送受信機の使用周波数と上記逆方向送受信機の使用周波数との間に、イメージ信号が上記ライン毎の設定周波数範囲に入らないようにするためのオフセット周波数を設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマルチラインセンサ。 - 各対の送受信機では、上記周波数解析回路から得られた受信周波数を確認し、周波数のずれが生じた場合は、補正データを上記PLL回路へ出力することにより、各対の送受信機の送信周波数を補正・更新することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のマルチラインセンサ。
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