JP2019158364A - Sensor device and displacement determination system - Google Patents

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Abstract

To highly accurately detect the minute displacement of a target object to be detected after eliminating the effect of vibration transmitted from the point of installation.SOLUTION: An ultrasonic wave which is a transmission wave is sent to a target object and a reference object from a speaker 101 of a sensor unit 10, and its reflected wave is received by a microphone 102. A demodulated wave processing unit 110 cuts out, by a common time window, partial waveform data that corresponds to the reference object from reflected wave data derived by demodulating the received reflected wave and obtains phase characteristics by frequency analyzing the cut-out data. Then the demodulated wave processing unit 110 corrects the frequency characteristics of the reflected wave data at other reception times from a difference in phase characteristics between the partial waveform data at a reference time and the partial waveform data at other reception times, finds corrected reflected wave data from the frequency characteristics of the reflected wave data after the correction, and calculates the displacement information of the target object from a temporal change of the corrected reflected wave data for a prescribed past portion from the current time.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、センサの設置環境から伝わる微小な振動の影響を排除するセンサ装置及び該装置を利用して対象物体の微小な変位の有無を判定する変位判定システムに関する。   The present invention relates to a sensor device that eliminates the influence of minute vibrations transmitted from a sensor installation environment, and a displacement determination system that determines the presence or absence of minute displacement of a target object using the device.

超音波は、その音響特性を利用して反射物体の検出や状態判定に適していることが知られている。このため、反射式の超音波センサは、医療現場での超音波エコー装置、漁業における魚群探知機、建築分野における建物などの非破壊検査装置、自動ドアの人感知センサなど幅広く利用されている。反射式の超音波センサは、超音波パルスを出力し、人や物に反射した反射波を受波する。このパルスの出力から受波までの時間差(TOF(Time Of Flight))と伝搬速度から反射体までの距離とその変化を計測し、人や物の存在や動きを検出している。   It is known that ultrasonic waves are suitable for the detection of reflection objects and state determination using their acoustic characteristics. For this reason, the reflection type ultrasonic sensor is widely used, such as an ultrasonic echo device in a medical field, a fish finder in a fishery industry, a nondestructive inspection device for a building in a building field, and a human sensor for an automatic door. The reflective ultrasonic sensor outputs an ultrasonic pulse and receives a reflected wave reflected by a person or an object. The time difference (TOF (Time Of Flight)) from the output of this pulse to the wave reception and the distance from the propagation speed to the reflector and its change are measured to detect the presence and movement of a person or an object.

特許文献1には、超音波センサを新生児用の保育器に設置し、新生児に向けて出力した超音波の反射の様子を観察することにより、新生児の心拍や呼吸による微小な変動を検出する超音波式の生体監視装置が開示されている。この超音波センサは、超音波を出力してから反射波を受波するまでの時間から微小な変動をとらえようというものである。   In Patent Document 1, an ultrasonic sensor is installed in an incubator for a newborn, and the state of reflection of the ultrasonic wave output toward the newborn is observed to detect minute fluctuations due to the heartbeat and respiration of the newborn. A sound wave type biological monitoring apparatus is disclosed. This ultrasonic sensor is intended to capture minute fluctuations from the time from output of ultrasonic waves to reception of reflected waves.

しかしながら、例えば一般家庭において新生児のみならず就寝中の大人について呼吸などによる微小な体動を検出する場合、特許文献1の方法のようにパルス状の超音波を送波してTOFを測定するのは困難である。その理由として、人体の呼吸による胸郭の動きは、吸気時と呼気時で高々1cm程度の差であり、超音波を用いたTOFの差は30[μs]程度に相当している。一般的なバースト波では、そのバースト幅は数百[μs]とすることが多く、そのバースト長から30[μs]程度のTOFの差を捉えるには、測距装置に極めて高い精度が求められるからである。   However, for example, when detecting minute body movements due to breathing, etc., not only for newborns but also for sleeping adults in general households, TOF is measured by transmitting pulsed ultrasonic waves as in the method of Patent Document 1. It is difficult. The reason is that the movement of the thorax due to the breathing of the human body is a difference of about 1 cm at the time of inspiration and the expiration, and the difference in TOF using ultrasonic waves is equivalent to about 30 [μs]. In general burst waves, the burst width is often set to several hundreds [μs], and in order to capture the difference in TOF of about 30 [μs] from the burst length, extremely high accuracy is required for the distance measuring device. Because.

そのため、呼吸などによる微動を検出するには、特許文献2に記載のようなパルス変調波を用いた方式が採用される。当該方式において、例えば8[kHz]帯域幅の変調波を用いると、約2[cm]の距離分解能(送波から受波までの往復で考えると約1[cm])が得られるものの、それでも胸郭の動きを具体的な距離の変化として検出するには十分とは言えない。よって、特許文献2では反射波の波形の時間変動から胸郭の動きを具体的な距離の変化として検出することで微動の有無を判定する。   For this reason, a method using a pulse-modulated wave as described in Patent Document 2 is employed to detect fine movement due to respiration. In this method, for example, when a modulated wave with a bandwidth of 8 [kHz] is used, a distance resolution of about 2 [cm] (about 1 [cm] when considered from a round trip from a transmission to a reception) can be obtained. It is not enough to detect the movement of the rib cage as a concrete distance change. Therefore, in Patent Document 2, the presence or absence of fine movement is determined by detecting the movement of the thorax as a specific change in distance from the time variation of the waveform of the reflected wave.

特開2010−158517号公報JP 2010-158517 A 特開2016−193020号公報JP, 2006-193020, A

ところで、特許文献2に開示されるような微動センシング技術においては、壁や天井などから伝わる振動によりセンサユニット自体が振動し、その精度が劣化することがある。   By the way, in the fine motion sensing technique as disclosed in Patent Document 2, the sensor unit itself may vibrate due to vibration transmitted from a wall, a ceiling, or the like, and the accuracy may deteriorate.

センサユニット自体の振動は目視確認できないほどの微細なもの(例えば振幅1[mm]未満、周期1[Hz]前後)であるが、何らかの固定手段を用いてもその振動抑制は不可避である。このような微細な振動は、反射体(対象物体)が生体・非生体に拘わらず、反射波の波形の時間変動として現れてしまい微動検出の誤差の原因となりかねない。つまり、センサユニット自体が振動の影響を受けてしまうと、対象物体の微動を捉えて正確に判断することは非常に困難であるという問題があった。 The vibration of the sensor unit itself is so fine that it cannot be visually confirmed (for example, the amplitude is less than 1 [mm] and the period is around 1 [Hz]), but even if some fixing means is used, the vibration suppression is unavoidable. Such minute vibrations may appear as temporal fluctuations in the waveform of the reflected wave, regardless of whether the reflector (target object) is a living body or a non-living body, and may cause an error in fine movement detection. In other words, if the sensor unit itself is affected by vibration, it is very difficult to accurately judge by capturing the fine movement of the target object.

本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、人などの対象物体の微小な変位を検出する装置に壁や天井などから伝わる微細な振動の影響を排除して適正な状態検出を行うことができるセンサ装置及び該装置を利用して対象物体の微小な変位の有無を判定する変位判定システムを提供することを目的としている。   The present invention is intended to solve the above-described problem, and performs an appropriate state detection by eliminating the influence of minute vibrations transmitted from walls, ceilings, etc., on a device that detects minute displacement of a target object such as a person. It is an object of the present invention to provide a sensor device that can be used, and a displacement determination system that determines the presence or absence of a minute displacement of a target object using the device.

上記した目的を達成するために、本発明に係るセンサ装置は、対象物体及び該対象物体から一定以上離れた既知の位置に存在する参照物体に向けて送信波を間欠的に送波する送波部と、
前記対象物体及び前記参照物体において反射した反射波を受波する反射受波部と、
前記送信波ごとの前記反射波に基づく反射波データのそれぞれに前記各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して前記参照物体からの反射に対応する部分波形データを抽出する部分データ抽出部と、
複数の前記送信波に対する前記部分波形データのうちの一の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性と他の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性との差から当該他の前記送信波に対する前記反射波データの周波数特性を補正する波形補正部と、
複数の前記補正後の前記反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の前記補正反射波データの時間変化から前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と、
前記変位情報を外部装置に出力する出力部と
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a sensor device according to the present invention transmits a transmission wave intermittently toward a target object and a reference object existing at a known position at a certain distance from the target object. And
A reflected wave receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the target object and the reference object;
A portion corresponding to reflection from the reference object by applying a time window defined in common to each of the reflected wave data based on the reflected wave for each transmission wave in a time based on the transmission time of each transmission wave A partial data extraction unit for extracting waveform data;
Of the partial waveform data for the plurality of transmission waves, the other transmission wave is determined from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data for the transmission wave and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission wave. A waveform correction unit for correcting the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the reflected wave data after correction, and calculates displacement information of the target object from a time change of the plurality of corrected reflected wave data;
And an output unit for outputting the displacement information to an external device.

また、本発明に係るセンサ装置は、対象物体に向けて送信波を間欠的に送波する送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する反射受波部と、
前記送波部から送波された送信波を前記対象物体から一定以上離れた位置にて直接波として受波する参照受波部と、
前記送信波ごとの前記直接波に基づく直接波データのそれぞれに前記各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して前記送信波に対応する部分波形データを抽出する部分データ抽出部と、
複数の前記送信波に対する前記部分波形データのうちの一の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性と他の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性との差から当該他の前記送信波に対する前記反射波データの周波数特性を補正する波形補正部と、
複数の前記補正後の前記反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の前記補正反射波データの時間変化から前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と、
前記変位情報を外部装置に出力する出力部と、
を有することを特徴とする。
Further, the sensor device according to the present invention includes a wave transmission unit that intermittently transmits a transmission wave toward the target object,
A reflected wave receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the target object;
A reference receiving unit that receives a transmission wave transmitted from the transmission unit as a direct wave at a position apart from the target object by a certain distance;
The partial waveform data corresponding to the transmission wave is applied to each of the direct wave data based on the direct wave for each transmission wave by applying a time window defined in common with respect to the transmission time of each transmission wave. A partial data extraction unit to be extracted;
Of the partial waveform data for the plurality of transmission waves, the other transmission wave is determined from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data for the transmission wave and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission wave. A waveform correction unit for correcting the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the reflected wave data after correction, and calculates displacement information of the target object from a time change of the plurality of corrected reflected wave data;
An output unit for outputting the displacement information to an external device;
It is characterized by having.

さらに、本発明に係る変位判定システムは、上述したセンサ装置を有し、前記変位情報を入力する入力部を備える制御装置を少なくとも有する変位判定システムであって、
前記制御装置は、前記変位情報が所定時間に亘って停止判定閾値を下回ると、前記対象物体の活動停止を判定して警報出力をすることを特徴とする。
Furthermore, the displacement determination system according to the present invention is a displacement determination system having at least a control device that includes the sensor device described above and includes an input unit that inputs the displacement information.
When the displacement information falls below a stop determination threshold for a predetermined time, the control device determines that the activity of the target object is stopped and outputs an alarm.

また、本発明に係る変位判定システムは、前記対象物体は基準面において横臥状態である人物であり、前記変位情報は当該人物の呼吸に伴う前記センサ装置から胸郭までの距離変化としてもよい。   In the displacement determination system according to the present invention, the target object may be a person lying on the reference plane, and the displacement information may be a change in distance from the sensor device to the thorax accompanying the person's breathing.

本発明のセンサ装置によれば、センサ装置が設置される壁や天井などから伝わる振動によってセンサ装置自体が振動する影響を排除することができるため、必ずしも理想的な環境とはいえない場所であっても人体の呼吸に伴う胸郭の動きのような微小な変位を正確に検出することができる。   According to the sensor device of the present invention, it is possible to eliminate the influence of vibration of the sensor device itself due to vibration transmitted from the wall or ceiling on which the sensor device is installed. Therefore, the sensor device is not necessarily an ideal environment. However, it is possible to accurately detect a minute displacement such as the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body.

また、本発明の変位判定システムによれば、センサ装置は、設置される壁や天井などから伝わる振動をキャンセルして検出したい対象物体の微小な変位を高精度に検出することができるため、該装置で得られた変位情報は信頼性が高い。そのため、この変位情報に基づいて対象物体の停止判定を行うことで、対象物体の活動停止の状態を高精度に判定することができる。   Further, according to the displacement determination system of the present invention, the sensor device can detect a minute displacement of a target object to be detected by canceling vibration transmitted from a wall or ceiling to be installed with high accuracy. The displacement information obtained by the device is highly reliable. Therefore, by performing the stop determination of the target object based on the displacement information, it is possible to determine the state of the activity stop of the target object with high accuracy.

(a)、(b)は本発明に係る第1実施形態に係る変位判定システムの概要を示す概念図である。(A), (b) is a conceptual diagram which shows the outline | summary of the displacement determination system which concerns on 1st Embodiment which concerns on this invention. (a)は第1実施形態に係るセンサユニットの機能ブロック図であり、(b)は復調波処理部の機能ブロック図である。(A) is a functional block diagram of the sensor unit which concerns on 1st Embodiment, (b) is a functional block diagram of a demodulation wave process part. 送信波として送波される超音波(スイープ信号)の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the ultrasonic wave (sweep signal) transmitted as a transmission wave. ある送波時刻を原点とした反射波を模式的に示した波形図である。It is the wave form diagram which showed typically the reflected wave which made a certain transmission time the origin. 異なる時刻で受波した反射波を復調した復調波を模式的に示した波形図である。It is the wave form diagram which showed typically the demodulated wave which demodulated the reflected wave received at different time. 初期設定部で実施される処理内容を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the processing content implemented by the initial setting part. 群遅延の概念を説明するための角周波数に対する位相特性のグラフである。It is a graph of the phase characteristic with respect to the angular frequency for demonstrating the concept of group delay. 受波した反射波の復調波データと波形補正部による位相成分補正後の復調波データを重ねた模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram in which demodulated wave data of a received reflected wave and demodulated wave data after phase component correction by a waveform correction unit are superimposed. 第1実施形態のセンサユニットの一連の処理動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining a series of processing operations of the sensor unit of the first embodiment. (a)、(b)は、本発明に係る第2実施形態に係る変位判定システムの概要を示す概念図である。(A), (b) is a conceptual diagram which shows the outline | summary of the displacement determination system which concerns on 2nd Embodiment which concerns on this invention. (a)は第2実施形態に係るセンサユニットの機能ブロック図であり、(b)は復調波処理部の機能ブロック図である。(A) is a functional block diagram of the sensor unit which concerns on 2nd Embodiment, (b) is a functional block diagram of a demodulation wave process part. (a)は計測用マイクで受波された反射波を復調した様子を模式的に示した波形図であり、(b)は参照マイクで受波された直接波を復調した様子を模式的に示した波形図である。(A) is a waveform diagram schematically showing how the reflected wave received by the measurement microphone is demodulated, and (b) schematically shows how the direct wave received by the reference microphone is demodulated. It is the shown waveform diagram. 第2実施形態のセンサユニットの一連の処理動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining a series of process operation | movement of the sensor unit of 2nd Embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

なお、本明細書に添付する図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。従って、添付した図面を用いて説明する実施の形態により、本発明が限定されず、この形態に基づいて当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれるものとする。   Note that the drawings attached to the present specification may be schematically expressed by appropriately changing the scale, vertical / horizontal dimension ratio, shape, etc. from the actual one for convenience of illustration and easy understanding. However, the interpretation of the present invention is not limited. Therefore, the present invention is not limited by the embodiment described with reference to the accompanying drawings, and all other forms, examples, operation techniques, and the like that can be considered by those skilled in the art based on this embodiment are included in the present invention. It shall be included in the category.

また、本明細書において、添付する各図を参照した以下の説明において、方向乃至位置を示すために上、下、左、右の語を使用した場合、これはユーザが各図を図示の通りに見た場合の上、下、左、右に一致する。   In this specification, in the following description with reference to the accompanying drawings, when the words “up”, “down”, “left”, and “right” are used to indicate directions and positions, this is indicated by the user as shown in the drawings. Matches top, bottom, left, and right.

以下、本発明の好適な実施形態として、本発明に係るセンサ装置を人物の状態を検知する生体検知技術に応用した2つの実施形態(第1実施形態、第2実施形態)について説明する。 Hereinafter, as a preferred embodiment of the present invention, two embodiments (first embodiment and second embodiment) in which the sensor device according to the present invention is applied to a living body detection technique for detecting the state of a person will be described.

[第1実施形態]
本発明に係る第1実施形態の変位判定システム1について、図1〜9を適宜参照しながら説明する。
図1(a)、(b)は、第1実施形態における変位判定システム1を模式的に示した図である。各図に示すように、変位測定システム1は、対象物体と、この対象物体の近傍に配置される参照物体とが存在する観察空間(部屋)内における上方(天井や壁面)に取り付けられるセンサユニット(請求項におけるセンサ装置に相当)10と、センサユニット10からの信号を無線又は有線で受信し、例えば胸郭付近の動きが無くなった場合には呼吸停止の可能性があるとして図示しない所定の通知先である警備会社などに通報する制御装置20とで構成される。
[First Embodiment]
A displacement determination system 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating a displacement determination system 1 according to the first embodiment. As shown in each figure, the displacement measurement system 1 is a sensor unit that is attached above (ceiling or wall surface) in an observation space (room) where a target object and a reference object arranged in the vicinity of the target object exist. (Corresponding to the sensor device in the claims) 10 and a signal from the sensor unit 10 are received wirelessly or by wire. For example, when there is no movement near the thorax, there is a possibility that the breathing may stop and a predetermined notification not shown It is comprised with the control apparatus 20 which reports to the security company etc. which are ahead.

本実施形態において、センサユニット10により変位を検出する対象物体は、ベッド11に仰向きに横臥した就寝中の人体12であり、検出対象となる微小な変位は呼吸に伴う胸郭の動きである。
また、参照物体とは、ベッド11の近傍に配置される家具や床であり、常時静止していることを条件としている。本実施形態では、その存在と位置(センサユニット10からの距離)が既知とする。
In this embodiment, the target object whose displacement is detected by the sensor unit 10 is the sleeping human body 12 lying on the bed 11 in a supine position, and the minute displacement to be detected is the movement of the thorax accompanying breathing.
The reference object is furniture or a floor arranged in the vicinity of the bed 11 and is required to be stationary at all times. In the present embodiment, the existence and position (distance from the sensor unit 10) are assumed to be known.

なお、センサユニット10から机13及び床14までの距離は、キーボードやマウスを含んで構成される不図示の設定入力手段から入力されて、不図示の設定条件記憶部に記憶されている。又は、後述する初期設定部110cにより自動的に計測されて設定条件記憶部に記憶されてもよい。 The distances from the sensor unit 10 to the desk 13 and the floor 14 are input from a setting input unit (not shown) including a keyboard and a mouse, and are stored in a setting condition storage unit (not shown). Alternatively, it may be automatically measured by an initial setting unit 110c described later and stored in the setting condition storage unit.

また、センサユニット10は、対象物体及び参照物体に送信波を送波して確実に受信波が受けられる位置に設置される。第1実施形態では、センサユニット10が横たわる人のほぼ真上の天井に下向きに向けられている。センサユニット10は、天井や壁などの設置箇所から微小な振動を受けることが不可避であるが、本発明によりその振動の影響を排除できるものである。 In addition, the sensor unit 10 is installed at a position where a transmission wave is transmitted to the target object and the reference object and the reception wave can be reliably received. In the first embodiment, the sensor unit 10 is directed downward on the ceiling almost directly above the person who lies. Although it is inevitable that the sensor unit 10 receives minute vibration from an installation location such as a ceiling or a wall, the present invention can eliminate the influence of the vibration.

次に、図2を参照しながらセンサユニット10の構成について説明する。
センサユニット10の筐体外部には、送信波を送波する送波部として機能するスピーカー101と、スピーカー101から送波された送信波が対象物体及び参照物体にて反射した反射波を受信波として受波する受波部として機能するマイク102が設けられている。図2(a)に示すように、スピーカー101の送波部分とマイク102の受波部分は、それぞれ対象物体や参照物体に向いた状態でセンサユニット10の下方(設置面と対向する面)に配置されている。
Next, the configuration of the sensor unit 10 will be described with reference to FIG.
Outside the housing of the sensor unit 10, a speaker 101 that functions as a transmission unit that transmits a transmission wave, and a reception wave that is a reflected wave reflected from the target object and the reference object by the transmission wave transmitted from the speaker 101. A microphone 102 that functions as a wave receiving unit is provided. As shown in FIG. 2 (a), the transmitting portion of the speaker 101 and the receiving portion of the microphone 102 are located below the sensor unit 10 (the surface facing the installation surface) while facing the target object and the reference object. Has been placed.

センサユニット10の内部構成としては、変調波記憶部103と、D/A変換部104と、スピーカーアンプ105と、マイクアンプ106と、A/D変換部107と、送受波制御部108と、受信波復調部109と、復調波処理部110と、復調波記憶部111と、出力部112とを備えている。   The internal configuration of the sensor unit 10 includes a modulated wave storage unit 103, a D / A conversion unit 104, a speaker amplifier 105, a microphone amplifier 106, an A / D conversion unit 107, a transmission / reception wave control unit 108, and a reception. A wave demodulation unit 109, a demodulation wave processing unit 110, a demodulation wave storage unit 111, and an output unit 112 are provided.

変調波記憶部103は、超音波帯域におけるパルス性変調波やバースト波などのデジタル信号を記憶しており、例えば半導体メモリやハードディスクドライブなどから構成される。ここで、パルス性変調波とは、周波数を直線的に変化させた周波数変調波や、M系列などを使った位相変調波を指し、復調して物体の位置をパルス的に捉えることで高精度に距離を測ることができる。また、バースト波とは、単一の周波数(例えば40[kHz])の信号を非常に短い時間(1[ms]未満)で出力するもので、復調処理ではその包絡線検波を行い、そのピーク位置で距離を測ることができる。   The modulated wave storage unit 103 stores digital signals such as pulsed modulated waves and burst waves in the ultrasonic band, and is composed of, for example, a semiconductor memory or a hard disk drive. Here, the pulsed modulation wave refers to a frequency modulation wave whose frequency is linearly changed or a phase modulation wave using an M-sequence, etc., and demodulates and captures the position of the object in a high accuracy. Can measure the distance. The burst wave is a signal having a single frequency (for example, 40 [kHz]) that is output in a very short time (less than 1 [ms]). In the demodulation process, the envelope is detected and the peak is obtained. You can measure distance by position.

本実施形態の変調波記憶部103は、パルス性変調波であるスイープ信号のデジタルデータを予め記憶している。図3のグラフ30は、スイープ信号の波形を例示したものであり、グラフ31は、当該スイープ信号の時間の時間−周波数特性を例示したものである。スイープ信号は、振幅は一定ながらも周波数が時間的に変化する性質を有する信号であり、図3の例では周波数が時間経過と共に徐々に下降してゆく。このような信号を用いることで、単純なパルス信号を出力するよりも受信パワーが確保され、測距結果の分解能が向上することが知られている。例えば、周波数を32[kHz]から24[kHz]の幅で周波数を変化させることで、センサユニット10からの距離について約2cmの分解能とすることができる。   The modulated wave storage unit 103 of this embodiment stores digital data of a sweep signal that is a pulsed modulated wave in advance. A graph 30 in FIG. 3 illustrates a waveform of the sweep signal, and a graph 31 illustrates a time-frequency characteristic of time of the sweep signal. The sweep signal is a signal having the property that the frequency changes with time although the amplitude is constant. In the example of FIG. 3, the frequency gradually decreases with time. By using such a signal, it is known that the reception power is ensured and the resolution of the distance measurement result is improved compared to outputting a simple pulse signal. For example, by changing the frequency in the range of 32 [kHz] to 24 [kHz], the resolution from the sensor unit 10 can be about 2 cm.

以下、本実施形態では、可聴域外のスイープ信号を送信波として採用するのでスピーカー101から送波される送信波を「超音波」として表記する。 Hereinafter, in the present embodiment, a sweep signal outside the audible range is adopted as a transmission wave, and thus the transmission wave transmitted from the speaker 101 is expressed as “ultrasonic wave”.

D/A変換部104は、送受波制御部108の出力指示に従ったタイミングで変調波記憶部103からスイープ信号のデジタルデータを読み出して、読み出したデジタルデータをD/A変換する。   The D / A conversion unit 104 reads the digital data of the sweep signal from the modulated wave storage unit 103 at a timing according to the output instruction of the transmission / reception wave control unit 108, and D / A converts the read digital data.

スピーカーアンプ105は、D/A変換部104から出力したアナログデータを増幅してスピーカー101を駆動する。これにより、スピーカー101から対象物体及び参照物体に向けて超音波が送波される。送波された超音波は、対象物体及び参照物体にて反射し、この反射した反射波をマイク102で受波する。マイク102で受波した反射波は、電気信号(アナログ信号)に変換される。   The speaker amplifier 105 amplifies the analog data output from the D / A conversion unit 104 and drives the speaker 101. Thereby, ultrasonic waves are transmitted from the speaker 101 toward the target object and the reference object. The transmitted ultrasonic wave is reflected by the target object and the reference object, and the reflected wave is received by the microphone 102. The reflected wave received by the microphone 102 is converted into an electric signal (analog signal).

マイクアンプ106は、マイク102で変換されたアナログ信号を増幅する。   The microphone amplifier 106 amplifies the analog signal converted by the microphone 102.

A/D変換部107は、マイクアンプ106で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換して送受波制御部108の出力指示に従って受信波復調部109に出力する。   The A / D conversion unit 107 converts the analog signal amplified by the microphone amplifier 106 into a digital signal, and outputs the digital signal to the reception wave demodulation unit 109 in accordance with an output instruction from the transmission / reception control unit 108.

送受波制御部108は、超音波を送波するタイミングを制御する機能と、超音波と反射波との対応付けを行う機能を有する。
本実施形態において、超音波の送波タイミングは200[ms]毎である。また、本実施の形態において、人体12の呼吸などに伴う胸郭の動きの有無を判定するために必要な計測回数Lは15である。
なお、送波回数は、検出対象となる変位の種類に応じて適宜設定可能である。
The transmission / reception wave control unit 108 has a function of controlling the timing of transmitting an ultrasonic wave and a function of associating an ultrasonic wave with a reflected wave.
In the present embodiment, the ultrasonic wave transmission timing is every 200 [ms]. In the present embodiment, the number of measurements L required to determine the presence or absence of thorax movements associated with breathing of the human body 12 is fifteen.
Note that the number of transmissions can be set as appropriate according to the type of displacement to be detected.

本実施形態では、図3に示すスイープ信号(符号30)の時間長を128[ms]とし、図1に示すセンサユニット10が人体12の直上2[m]程の位置に取り付けられているとする。   In the present embodiment, the time length of the sweep signal (reference numeral 30) shown in FIG. 3 is 128 [ms], and the sensor unit 10 shown in FIG. 1 is attached at a position about 2 [m] directly above the human body 12. To do.

受信波復調部109は、A/D変換部107が出力したデジタル信号を復調して復調後のデジタルデータを反射波データとして出力する。スイープ信号が復調された反射波データにはパルス性の波形が現れる。   The reception wave demodulator 109 demodulates the digital signal output from the A / D converter 107 and outputs the demodulated digital data as reflected wave data. A pulse waveform appears in the reflected wave data obtained by demodulating the sweep signal.

図4には、反射波データ40が、模式的に示されている。反射波データ40中のピーク41は机13からの反射、ピーク42は人体12からの反射、ピーク43は床14からの反射に対応する成分である。
図4において、横軸は時間を表している。反射波データ40の原点は、後述する部分データ抽出部110aが、復調された反射波データに含まれており図示しない回り込み波のピークに一致させたものである。スピーカー101からマイク102へ回り込んで直接受波される回り込み波は、センサユニット10の振動による影響を受けないため、反射波データの原点は常に送信波の送信時刻から一定時間後となる。また、ピーク時間はほぼ超音波の往復時間を表し、往復時間が長いとセンサユニット10から超音波を反射させた物体までの距離が遠く、短いと距離が近いことを表している。なお、本実施形態において、反射波データの長さは128[ms]である。
FIG. 4 schematically shows reflected wave data 40. The peak 41 in the reflected wave data 40 is a component corresponding to the reflection from the desk 13, the peak 42 is a reflection from the human body 12, and the peak 43 is a component corresponding to the reflection from the floor 14.
In FIG. 4, the horizontal axis represents time. The origin of the reflected wave data 40 is the one that is included in the demodulated reflected wave data by the partial data extraction unit 110a described later and matches the peak of a sneak wave (not shown). Since the sneak wave directly sunk from the speaker 101 to the microphone 102 is not affected by the vibration of the sensor unit 10, the origin of the reflected wave data is always after a certain time from the transmission time of the transmission wave. Further, the peak time substantially represents the round trip time of the ultrasonic wave. When the round trip time is long, the distance from the sensor unit 10 to the object reflecting the ultrasonic wave is long, and when the round trip time is short, the distance is short. In the present embodiment, the length of the reflected wave data is 128 [ms].

復調波処理部110は、受信波復調部109で復調された反射波データを補正処理してセンサユニット10自体の振動の影響を排除し、対象物体の微細な変位に関する変位情報を求めて出力部112に出力する。
復調波処理部110は、部分データ抽出部110aと、周波数解析部110bと、初期設定部110cと、波形補正部110dと、変位情報算出部110eとを備えている。
The demodulated wave processing unit 110 corrects the reflected wave data demodulated by the received wave demodulating unit 109 to eliminate the influence of vibration of the sensor unit 10 itself, and obtains displacement information related to minute displacement of the target object to output the output unit. To 112.
The demodulated wave processing unit 110 includes a partial data extraction unit 110a, a frequency analysis unit 110b, an initial setting unit 110c, a waveform correction unit 110d, and a displacement information calculation unit 110e.

ここで、センサユニット10が振動を受けたときの影響と、本発明による対策方法の概要について説明する。
図5は、センサユニット10が振動している間に受波した3回分の反射波の反射波データを模式的に示したものである。なお図5では、理解容易のために、実際の変動の様子を大幅に誇張して描画している。
Here, the influence when the sensor unit 10 receives vibration and the outline of the countermeasure method according to the present invention will be described.
FIG. 5 schematically shows reflected wave data of three reflected waves received while the sensor unit 10 is vibrating. In FIG. 5, for easy understanding, the actual variation is greatly exaggerated.

図5(b)は、センサユニット10が振動して人体12、机13及び床14に近づいた場合であり、そのピーク時刻は図中の一点鎖線で示す図5(a)の反射波データのピーク時刻よりも図中の矢印で示すように左側にずれて早く検出されていることがわかる。また、図5(c)は、センサユニット10が振動して人体12、机13及び床14から遠ざかった場合であり、そのピーク時刻は図中の一点鎖線で示す図5(a)の反射波データのピーク時刻よりも図中の矢印で示すように右側にずれて遅く検出されていることがわかる。   FIG. 5 (b) shows a case where the sensor unit 10 vibrates and approaches the human body 12, the desk 13 and the floor 14, and the peak time of the reflected wave data of FIG. 5 (a) indicated by a one-dot chain line in the figure. It can be seen that the detection is earlier than the peak time, shifted to the left as indicated by the arrow in the figure. FIG. 5C shows the case where the sensor unit 10 vibrates and moves away from the human body 12, the desk 13, and the floor 14, and the peak time is the reflected wave of FIG. 5A indicated by a one-dot chain line in the figure. As shown by the arrows in the figure, it can be seen that the data is detected later than the peak time of the data.

センサユニット10が振動すると人体12の微動によるピーク時刻変化にセンサユニット10の振動によるピーク時刻変動が重畳されるため、ピーク時刻変化から単純に人体12の微動を判定できない。一方で、何れの時刻においても、机13若しくは床14は不動であるから、両者の反射に関するピーク時刻の変動は、センサユニット10の振動によるものと考えることができる。   When the sensor unit 10 vibrates, the peak time variation due to the vibration of the sensor unit 10 is superimposed on the peak time variation due to the fine motion of the human body 12, and therefore the fine motion of the human body 12 cannot be simply determined from the peak time variation. On the other hand, since the desk 13 or the floor 14 does not move at any time, it can be considered that the fluctuation of the peak time related to the reflection of both is due to the vibration of the sensor unit 10.

そこで本発明では、静止物体である机13又は床14を参照物体とし、この参照物体に関するピーク時刻を基準に対象物体である人体12に関するピーク時刻を補正して、擬似的にセンサユニット10が振動していない場合のピークの時刻変化が得られるようにしている。つまり、図5(a)〜(c)の反射波データを時間方向にずらして参照物体に関するピーク時刻を基準に揃えることを意味する。これにより、対象物体の僅かな変位であっても、正確に判定することができるようになる。   Therefore, in the present invention, the desk 13 or the floor 14 that is a stationary object is used as a reference object, the peak time related to the human body 12 that is the target object is corrected based on the peak time related to the reference object, and the sensor unit 10 vibrates in a pseudo manner. The peak time change when not doing so is obtained. That is, it means that the reflected wave data of FIGS. 5A to 5C are shifted in the time direction so as to align the peak time with respect to the reference object. Thereby, even a slight displacement of the target object can be accurately determined.

部分データ抽出部110aは、受信波復調部109が出力した反射波データからピーク時刻を中心とする所定の時間幅のデータを抽出する(切り出す)手段である。そのため、部分データ抽出部110aは、電源投入後動作が安定する所定期間に切り出しのための時間窓を物体ごとに初期設定する。
すなわち、部分データ抽出部110aは、反射波データの中に超音波の送波時刻と各物体までの距離を基準にした探索区間を定め、その探索区間において振幅の値の絶対値を求め、当該値が所定の閾値以上の時間区間においてピーク時刻を探索してそのピーク時刻を中心とする所定の時間幅の時間窓を決定する。つまり、各物体に対して反射波データの原点から時間窓の始端までの時間と原点から時間窓の終端までの時間が決定される。時間窓の幅は、例えば10[ms]とすることができる。また上記閾値は、雑音成分を排除可能なように設定される。
そして、決定された時間窓は、以降に出力される反射波データに対する共通設定となる。以上のように部分データ抽出部110aは、出力される反射波データのそれぞれに、対応する各送信波の送信時点を基準とする時間において物体ごとに共通に定められた時間窓を適用して各物体からの反射に対応する波形データを抽出する。
The partial data extracting unit 110a is a means for extracting (cutting out) data having a predetermined time width centered on the peak time from the reflected wave data output from the received wave demodulating unit 109. Therefore, the partial data extraction unit 110a initially sets a time window for clipping for each object in a predetermined period in which the operation is stabilized after the power is turned on.
That is, the partial data extraction unit 110a determines a search section based on the ultrasonic wave transmission time and the distance to each object in the reflected wave data, obtains the absolute value of the amplitude value in the search section, A peak time is searched in a time interval whose value is equal to or greater than a predetermined threshold value, and a time window having a predetermined time width centered on the peak time is determined. That is, the time from the origin of the reflected wave data to the beginning of the time window and the time from the origin to the end of the time window are determined for each object. The width of the time window can be set to 10 [ms], for example. The threshold value is set so that noise components can be eliminated.
The determined time window is a common setting for the reflected wave data output thereafter. As described above, the partial data extraction unit 110a applies the time window defined in common for each object to each of the output reflected wave data at a time based on the transmission time point of each corresponding transmission wave. Waveform data corresponding to reflection from an object is extracted.

例えば図4に示す反射波データが出力された場合、部分データ抽出部110aは、机13、人体12、床14のそれぞれに対する時間窓を適用して、反射波データから各物体に係る部分波形データを切り出す。そして、切り出した時間以外は振幅0とする。 For example, when the reflected wave data shown in FIG. 4 is output, the partial data extraction unit 110a applies time windows for the desk 13, the human body 12, and the floor 14, and the partial waveform data relating to each object from the reflected wave data. Cut out. The amplitude is set to 0 except for the cut-out time.

周波数解析部110bは、受信波復調部109から入力された反射波データと、部分データ抽出部110aで切り出された各物体の部分波形データをフーリエ変換処理し、得られた周波数特性(位相特性や振幅特性)をそれぞれ復調波記憶部111に記憶させる。   The frequency analysis unit 110b performs a Fourier transform process on the reflected wave data input from the received wave demodulation unit 109 and the partial waveform data of each object extracted by the partial data extraction unit 110a, and the obtained frequency characteristics (phase characteristics and phase characteristics). (Amplitude characteristics) are stored in the demodulated wave storage unit 111, respectively.

計測処理開始後、i回目の計測で得られた反射波データをh(n)(n=0,…,N−1)とし、h(n)から切り出された部分波形データg(n)のフーリエ変換処理の式は、下記数1のようになる。 After the measurement process is started, the reflected wave data obtained by the i-th measurement h i (n) (n = 0, ..., N-1) and then, h i (n) from the cut-out partial waveform data g i ( The expression of the Fourier transform process of n) is as shown in the following formula 1.

ここで、Nは、1回の計測で得られる反射波データの時間長(例えば128[ms])をサンプリング間隔(例えば8[kHz])で乗じた1回の計測に対するサンプリング点数であり、例えば1024(=128[ms]×8[kHz])となる。   Here, N is the number of sampling points for one measurement obtained by multiplying the time length (for example, 128 [ms]) of reflected wave data obtained by one measurement by a sampling interval (for example, 8 [kHz]). 1024 (= 128 [ms] × 8 [kHz]).

また、部分データ抽出部110aで切り出された一つの参照物体に対する部分波形データの周波数特性は、上記数1を書き換えた下記数2のφ(ω)で表される。 Further, the frequency characteristic of the partial waveform data for one reference object cut out by the partial data extraction unit 110a is expressed by φ i (ω) of the following formula 2 obtained by rewriting the above formula 1.

式中の添え字iは計測インデックス、つまりは動作開始後の適当な時刻、例えば時間窓を決定した時刻を基準に送受波制御部108で超音波を送波後、反射波を受波したときのそれぞれの反射波について与えられる識別番号であり、以下、適宜最新時刻(現時刻)を表わす。また、位相項φ(ω)は、2πのジャンプが無いアンラップ処理が施されたものとするが、この位相項φ(ω)には、センサユニット10と参照物体として設定された床14との距離の情報が保持されている。 The subscript i in the expression is a measurement index, that is, an appropriate time after the start of operation, for example, when a reflected wave is received after transmitting an ultrasonic wave by the transmission / reception control unit 108 based on the time when the time window is determined. Is an identification number given to each of the reflected waves, and represents the latest time (current time) as appropriate. The phase term φ i (ω) is assumed to have been subjected to an unwrapping process without a jump of 2π. The phase term φ i (ω) has a floor 14 set as a sensor unit 10 and a reference object. And distance information is held.

また、周波数解析部110bは、反射波データに上記数1のフーリエ変換を施して得られた周波数特性H(ω)(位相特性、振幅特性)と、選定された参照物体に対応する部分波形データにフーリエ変換を施して得られた周波数特性φ(ω)(位相特性)を復調波記憶部111に記憶させる。 In addition, the frequency analysis unit 110b performs the frequency characteristics H i (ω) (phase characteristics and amplitude characteristics) obtained by performing the Fourier transform of Equation 1 on the reflected wave data, and the partial waveform corresponding to the selected reference object. The frequency characteristic φ i (ω) (phase characteristic) obtained by subjecting the data to Fourier transform is stored in the demodulated wave storage unit 111.

初期設定部110cは、部分データ抽出部110aで切り出された各部分波形データのピークを比較して、何れのピークが参照物体である机13(又は床14)なのか、何れのピークが対象物体である人体12なのかを決定する。   The initial setting unit 110c compares the peaks of the partial waveform data cut out by the partial data extraction unit 110a and determines which peak is the desk 13 (or floor 14) which is the reference object, which peak is the target object. The human body 12 is determined.

ここで、図6のフローチャートを参照しながら初期設定部110cで実施される処理内容について説明する。
まず、各時刻(前述した計測インデックスにも対応する時刻)で超音波を送受波し(ST1)、マイク102で受波した反射波を復調して復調後のデジタルデータを反射波データとして出力する(ST2)。
Here, the contents of processing performed by the initial setting unit 110c will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, ultrasonic waves are transmitted and received at each time (time corresponding to the above-described measurement index) (ST1), the reflected wave received by the microphone 102 is demodulated, and the demodulated digital data is output as reflected wave data. (ST2).

次に、部分データ抽出部110aは、電源投入後、動作が安定した時刻において決定した所定の時間窓を用いて反射波データから各物体に対応する部分波形データを切り出し(ST3)、下記数3を用いて切り出した各物体の部分波形データにそれぞれフーリエ変換を施し、得られた結果を復調波記憶部111に記憶させる(ST4)。なお、フーリエ変換された各部分波形データは、時間窓で切り出した部分以外の振幅値を0とし、時間長は128[ms]となる。 Next, the partial data extraction unit 110a cuts out partial waveform data corresponding to each object from the reflected wave data using a predetermined time window determined at the time when the operation is stabilized after the power is turned on (ST3), The partial waveform data of each object cut out using is subjected to Fourier transform, and the obtained result is stored in the demodulated wave storage unit 111 (ST4). Note that each partial waveform data subjected to Fourier transform has an amplitude value of 0 other than the portion cut out by the time window, and the time length is 128 [ms].

式中の添え字iは上記数2と同じである。また、添え字kは、添え字iで表される計測インデックスを有する復調波の中で、切り出されたピークの番号である。つまり、図4でいうと、ピーク41が0、ピーク42が1、ピーク43が2となる。   The subscript i in the formula is the same as the above formula 2. The subscript k is the number of the peak extracted in the demodulated wave having the measurement index represented by the subscript i. That is, in FIG. 4, the peak 41 is 0, the peak 42 is 1, and the peak 43 is 2.

次に、上記数3で得られた結果が、復調波記憶部111に所定時間数分だけ記憶されているか否かの判断を行う(ST5)。つまり、本実施形態では、15回の計測を行って判定しているため、ST5では15回の計測が行われているか否かの判断となる。 Next, it is determined whether or not the result obtained by Equation 3 is stored in the demodulated wave storage unit 111 for a predetermined number of hours (ST5). That is, in the present embodiment, the determination is performed by performing 15 measurements, and therefore it is determined in ST5 whether or not 15 measurements have been performed.

このとき、所定時間数分だけ記憶されていない場合(ST5−No)は、再度S1に戻ってS1〜S4の処理を行う。
また、所定時間数分だけ記憶されている場合(ST5−Yes)は、次に、同じ計測インデックスiについて、順次2つのピークを選んで所定時間数分記憶した位相φi,k(ω)同士の差を総当たりで求め、復調記憶部111に記憶させる(ST6)。
At this time, if only a predetermined number of hours have not been stored (ST5-No), the process returns to S1 again and the processes of S1 to S4 are performed.
If only the predetermined number of hours are stored (ST5-Yes), next, for the same measurement index i, two peaks are sequentially selected and stored for a predetermined number of hours φ i, k (ω). Is obtained by brute force and stored in the demodulation storage unit 111 (ST6).

但し、ST6の処理における「位相の差」は、単にφi,k(ω)の減算ではなく、以下のように位相特性から距離情報が抽出可能な群遅延の考え方を導入する。
図7には、角周波数ωに対する位相特性φのグラフが示されている。反射波を復調して理想的なインパルスが得られる場合、位相特性のグラフ51は直線形状となるが、実際にはインパルスにはならず、図7のように位相特性のグラフは曲線形状となる。また、この位相特性51の傾きの逆符号(−Δφ/Δω)は、パルスの時間原点からの距離(時間原点からの時間幅)に対応することが知られている。そこで初期設定部110cは、ω(0〜π)の0付近、π付近の一定幅εωを除いたωの区間について最小2乗法により図中の点線で示す近似直線52を求め、傾きの逆符号である群遅延の値を求めている。なお、εωは適宜設計パラメータとしてπ/10などとする。
However, the “phase difference” in the process of ST6 is not simply subtraction of φ i, k (ω), but introduces the concept of group delay that can extract distance information from the phase characteristics as follows.
FIG. 7 shows a graph of the phase characteristic φ with respect to the angular frequency ω. When an ideal impulse is obtained by demodulating the reflected wave, the phase characteristic graph 51 has a linear shape, but actually does not become an impulse, and the phase characteristic graph has a curved shape as shown in FIG. . Further, it is known that the reverse sign (−Δφ / Δω) of the slope of the phase characteristic 51 corresponds to the distance from the time origin of the pulse (time width from the time origin). Therefore, the initial setting unit 110c obtains an approximate straight line 52 indicated by a dotted line in the figure by the least square method for a section of ω excluding ω (0 to π) near 0 and a constant width ε ω near π, and reverses the slope. The value of the group delay which is a sign is obtained. Incidentally, the epsilon omega, and the like [pi / 10 as appropriate design parameters.

また、以下の説明では、計測タイミングiについて、k番目のパルスに対する群遅延をτi,kと表す。本実施形態では、切り出される部分波形データが3つあるので、差の組み合わせはΔτi,0=τi,0−τi,1、Δτi,1=τi,1−τi,2、Δτi,2=τi,2−τi,0の3つとなる。よって、ST6による処理において、所定時間数分のΔτi,pを参照し、pを固定してiを変化させたときの時間変化を求めた場合、
p=0:Δτ−14,0、Δτ−13,0…Δτ−1,0、Δτ0,0
p=1:Δτ−14,1、Δτ−13,1…Δτ−1,1、Δτ0,1
p=2:Δτ−14,2、Δτ−13,2…Δτ−1,2、Δτ0,2
となる。
In the following description, for the measurement timing i, the group delay for the kth pulse is represented as τ i, k . In this embodiment, since there are three partial waveform data to be cut out, the combinations of differences are Δτ i, 0 = τ i, 0 −τ i, 1 , Δτ i, 1 = τ i, 1 −τ i, 2 , Δτ i, 2 = τ i, 2 −τ i, 0 . Therefore, in the process of ST6, when Δτ i, p for a predetermined number of hours is referred to and time change when i is changed while fixing p is obtained,
p = 0: Δτ -14,0, Δτ -13,0 ... Δτ -1,0, Δτ 0,0
p = 1: Δτ −14,1 , Δτ −13,1 ... Δτ −1,1 , Δτ 0,1
p = 2: Δτ -14,2, Δτ -13,2 ... Δτ -1,2, Δτ 0,2
It becomes.

また、初期設定部110cは、群遅延同士の差(Δτi,p)を復調波記憶部111に所定時間数分(15時点分)だけ記憶させるが、新たな計測インデックスについて群遅延の差を求めたら、最古の群遅延の差を削除するようにしている。そのため、復調波記憶部111には、常に最新のデータを含めて15時点分の群遅延同士の差が、p=0、p=1及びp=2のそれぞれについて記憶される。 The initial setting unit 110c stores the difference (Δτ i, p ) between the group delays in the demodulated wave storage unit 111 for a predetermined number of hours (for 15 time points). When asked, the oldest group delay difference is deleted. Therefore, the demodulated wave storage unit 111 always stores the difference between the group delays for 15 time points including the latest data for each of p = 0, p = 1, and p = 2.

図6のフローチャートに戻り、ST6において同じ計測インデックスiについて、総当たりで群遅延τi,k同士の差Δτi,pを求めると、次に、求めたΔτi,p(p=0,1,2)の時間変化がそれぞれ所定の閾値未満か否かを判断する(ST7)。 Returning to the flowchart of FIG. 6, when the difference Δτ i, p between the group delays τ i, k is determined for the same measurement index i in ST6, next, Δτ i, p (p = 0, 1) , 2) is determined whether or not the time change is less than a predetermined threshold value (ST7).

ST7の処理で使用される閾値は、検出対象である微小な変位に基づいて適宜設定される値である。そのため、例えば対象物体である人体12の呼吸に伴う胸郭の動きを検出対象とした場合、横たわる人体12の胸郭は鉛直方向(上下方向)に約1[cm]程度変位する。つまり、検出したい変位の標準的な量を基準として経験的に得られる値(例えば1[cm]の1/10にあたる1[mm]に相当する値)を設定すればよい。このように閾値を設定すれば、少なくとも人体12を含む組み合わせは、静止している机13と床14との組み合わせよりも時間変化が大きく閾値を確実に越える値となるため、人体12が含まれる組み合わせを容易に判別することができる。 The threshold value used in the process of ST7 is a value that is appropriately set based on a minute displacement that is a detection target. Therefore, for example, when the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body 12 that is the target object is a detection target, the thorax of the lying human body 12 is displaced by about 1 [cm] in the vertical direction (vertical direction). That is, a value empirically obtained based on a standard amount of displacement to be detected (for example, a value corresponding to 1 [mm] corresponding to 1/10 of 1 [cm]) may be set. If the threshold value is set in this way, the combination including at least the human body 12 has a time change larger than the combination of the stationary desk 13 and the floor 14 and surely exceeds the threshold value, so the human body 12 is included. The combination can be easily determined.

ST7の処理において、時間変化が閾値未満であると判定された場合(ST7−Yes)、これら部分波形データに該当する物体は共に時間変化が小さく動きが無いと判定し(ST8)、この結果を動き情報(組み合わせの中に動く物体が含まれているか否かの情報)として復調波記憶部111に記憶させる(ST10)。つまり、閾値との比較対象がp=2のときは、過去の14個のΔτ−14,2、Δτ−13,2…Δτ−1,2と最新のΔτ0,2との差が閾値未満となるため、何れの物体も静止しているもの、すなわち机13と床14の組み合わせであると判定される。
一方、時間変化が閾値以上であると判定された場合(ST7−No)、これら部分波形データに該当する物体のうちの何れか一方に動き(変位)のある物体が含まれると判定し(ST9)、この結果を動き情報として復調波記憶部111に記憶させる(ST10)。つまり、閾値との比較対象がp=0のときは、過去の14個のΔτ−14,0、Δτ−13,0…Δτ―1,0と最新のΔτ0,0との差のうち半数以上が閾値以上となるため、この組み合わせの中に人体12が含まれていると判定される。また、p=1でも同様である。
In the process of ST7, when it is determined that the time change is less than the threshold value (ST7-Yes), it is determined that both of the objects corresponding to the partial waveform data have a small time change and no movement (ST8), and this result is obtained. It is memorize | stored in the demodulation wave memory | storage part 111 as motion information (information whether the moving object is contained in the combination) (ST10). That is, when compared with the threshold value of p = 2, past fourteen Δτ -14,2, Δτ -13,2 ... Δτ -1,2 the difference is less than the threshold with the latest .DELTA..tau 0, 2 Therefore, it is determined that any object is stationary, that is, a combination of the desk 13 and the floor 14.
On the other hand, when it is determined that the time change is equal to or greater than the threshold value (ST7-No), it is determined that one of the objects corresponding to the partial waveform data includes an object with movement (displacement) (ST9). The result is stored in the demodulated wave storage unit 111 as motion information (ST10). In other words, half of the difference between the compared with threshold when the p = 0, the last of the 14 .DELTA..tau -14,0, and Δτ -13,0 ... Δτ -1,0 the latest .DELTA..tau 0,0 Since the above is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the human body 12 is included in this combination. The same applies to p = 1.

上記ST10の処理が終わると、次に部分波形データの全ての組み合わせについて比較したか否かを判断する(ST11)。
このとき、全ての組み合わせについて比較していない場合は(ST11−No)、再度ST6に戻ってST6〜ST10までの処理を適宜行う。
一方、全ての組み合わせについて比較した場合は(ST11−Yes)、最終処理として、復調波記憶部111に記憶した動き情報に基づき、p=0、1、2の結果から静止物体を特定し、静止物体のうち、何れかの静止物体を波形補正部110dにおける補正処理の基準とする参照物体として選定する(ST12)。本実施形態において、ピーク41とピーク43に対応する物体は静止物体である机13、床14であり、ピーク42に対応する物体は移動物体である人体12と判定され、本実施形態では床14を参照物体として選定している。勿論、参照物体として机13を選定してもよい。
When the process of ST10 is completed, it is next determined whether or not all combinations of partial waveform data have been compared (ST11).
At this time, if not all combinations are compared (ST11-No), the process returns to ST6 again and the processes from ST6 to ST10 are performed as appropriate.
On the other hand, when all combinations are compared (ST11-Yes), as a final process, based on the motion information stored in the demodulated wave storage unit 111, a stationary object is identified from the results of p = 0, 1, 2, and stationary. Among the objects, any stationary object is selected as a reference object to be used as a correction processing standard in the waveform correction unit 110d (ST12). In this embodiment, the object corresponding to the peak 41 and the peak 43 is the desk 13 and the floor 14 which are stationary objects, and the object corresponding to the peak 42 is determined to be the human body 12 which is a moving object. Is selected as a reference object. Of course, the desk 13 may be selected as the reference object.

なお、ステップST12において、何れのkに対応するΔτi,pの組が静止物体に対応するものかを判定する際に、上記のように時間変化が大きいΔτi,pの組と時間変化が小さなΔτi,pの組に分かれることを条件とする。これは超音波を反射した物体が全て静止物体の場合や、全て動物体であり動く方向が異なる場合には、判定が困難となり利用者に参照物体の手動設定を依頼すべく、その旨の表示が求められるからである。よって、観察空間内に存在する物体は、対象物体が1つ、参照物体となり得る静止物体が2つ以上の合計3つ以上存在するものとする。 In step ST12, when determining which set of Δτ i, p corresponding to which k corresponds to a stationary object, the set of Δτ i, p having a large time change and the time change are as described above. The condition is that it is divided into a small set of Δτ i, p . If all the objects that reflected the ultrasonic waves are stationary objects, or if they are all moving objects and move in different directions, it will be difficult to make a decision and a message will be displayed to request the user to manually set the reference object. Because is required. Accordingly, it is assumed that there are three or more objects in the observation space, that is, one target object and two or more stationary objects that can serve as reference objects.

波形補正部110dは、周波数解析部110bでフーリエ変換処理された結果を用いて、反射波データを補正する。すなわち、反射波データについての周波数特性を、参照物体からの反射成分の周波数特性のうち位相特性で補正する。   The waveform correction unit 110d corrects the reflected wave data using the result of the Fourier transform processing performed by the frequency analysis unit 110b. That is, the frequency characteristic of the reflected wave data is corrected by the phase characteristic among the frequency characteristics of the reflected component from the reference object.

波形補正部110dは、復調波記憶部111に記憶される参照物体の部分波形データをフーリエ変換して得られた位相情報をφi−L+1(ω),…,φ(ω)、すなわちφi−14(ω),…,φ(ω)と、反射波データをフーリエ変換して得られた結果をHi−L+1(ω), … , H(ω)、すなわちHi−14(ω), … , H(ω)として、下記数4を用いて補正処理を行う。これにより、現在時刻を基準としてある過去の時刻についてどの程度の振動の影響があるかを判定することができる。 The waveform correction unit 110d uses the phase information obtained by Fourier transforming the partial waveform data of the reference object stored in the demodulated wave storage unit 111 as φ i−L + 1 (ω),..., Φ i (ω), that is, φ i-14 (ω),..., φ i (ω) and the result obtained by Fourier transform of the reflected wave data are H i−L + 1 (ω),..., H i (ω), that is, H i-14. As (ω),..., H i (ω), correction processing is performed using the following equation (4). As a result, it is possible to determine how much vibration has an effect on a past time with the current time as a reference.

そして、波形補正部110dは、上記数4で得られたXi,m(ω)を現時刻における補正後の反射波データとして復調波記憶部111に記憶させる。 Then, the waveform correcting unit 110d stores the X i, m (ω) obtained in the above equation 4 in the demodulated wave storage unit 111 as the reflected wave data after correction at the current time.

図8は、波形補正部110dによる補正前の反射波データと、補正後の反射波データを重ねた模式図である。図中において実線は補正後の反射波データ、点線は補正前の反射波データであり、各物体から反射した反射波の各受信時刻における波形の違いが把握できる状態となっている。波形補正部110dによる補正を行うことで、センサユニット10が受けた振動がキャンセルされ、ピーク61に示すように人体12の胸郭の動きを示す本来の波形を得ることができる。 FIG. 8 is a schematic diagram in which the reflected wave data before correction by the waveform correcting unit 110d and the reflected wave data after correction are overlapped. In the figure, the solid line is the reflected wave data after correction, and the dotted line is the reflected wave data before correction, and it is in a state in which the difference in waveform at each reception time of the reflected wave reflected from each object can be grasped. By performing the correction by the waveform correction unit 110d, the vibration received by the sensor unit 10 is canceled, and an original waveform indicating the movement of the thorax of the human body 12 as indicated by the peak 61 can be obtained.

なお、参照物体は、初期設定部110cで選定されるが、これと同時に反射波データから対象物体を特定することも可能である。よって、波形補正部110dは、選定された参照物体の位相特性に基づき反射波データの位相特性を補正しているが、これに限定されることはなく、反射波データの中から少なくとも人体12に該当する部分波形データを時間窓で切り出し、この部分波形データの位相特性を、選定された参照物体の部分波形データの位相特性で補正するようにしてもよい。   The reference object is selected by the initial setting unit 110c. At the same time, the target object can be specified from the reflected wave data. Therefore, the waveform correction unit 110d corrects the phase characteristic of the reflected wave data based on the phase characteristic of the selected reference object, but is not limited to this, and at least the human body 12 is selected from the reflected wave data. Corresponding partial waveform data may be cut out with a time window, and the phase characteristics of the partial waveform data may be corrected with the phase characteristics of the partial waveform data of the selected reference object.

変位情報算出部110eは、復調波記憶部111に記憶されている補正後の反射波データを計測回数L(15時点分)だけ読み出し、変位情報を算出して出力部112に出力する。   The displacement information calculation unit 110e reads the corrected reflected wave data stored in the demodulated wave storage unit 111 for the measurement count L (for 15 time points), calculates the displacement information, and outputs it to the output unit 112.

変位情報算出部110eは、読み出したXi,m(ω)を下記数5を用いて逆フーリエ変換処理し、その結果である補正反射波データをxi,m(n), m=0,…,14(=L−1)とする。ここで、nは反射波についての(離散的な)時間インデックスを表し、nが大きいほどセンサユニット10から遠い位置を表している。この結果は、参照物体に関する反射のピーク時刻を基準に時間方向にずらして揃えた結果になっている。 The displacement information calculation unit 110e performs an inverse Fourier transform process on the read X i, m (ω) using the following formula 5, and the corrected reflected wave data as a result is converted to x i, m (n), m = 0, ..., 14 (= L-1). Here, n represents a (discrete) time index for the reflected wave, and a larger n represents a position farther from the sensor unit 10. This result is a result obtained by aligning the reflection peak times with respect to the reference object in the time direction.

また、変位情報算出部110eは、上記数5により求めた補正反射波データを用いて現時刻から過去所定数分の補正反射波データの時間変化から対象物体の変位情報(すなわち、人体12の胸郭の変位)を算出する。仮に人体12が完全静止しているとすると、L個の系列xi,m(n),m=0,…,14(=L−1)の中の人体12に対応したnの範囲N≦n≦Nは同じ値を持つことになる。
そこで、現フレームを含む直近L個の系列の変動度合いを評価することで人体12の呼吸による胸郭の動き判定を行うことができる。
Further, the displacement information calculation unit 110e uses the corrected reflected wave data obtained by the above equation 5 to calculate the displacement information of the target object (that is, the thorax of the human body 12) from the time change of the corrected reflected wave data for the past predetermined number from the current time. Displacement). Assuming that the human body 12 is completely stationary, an n range N 0 corresponding to the human body 12 in the L sequences x i, m (n), m = 0,..., 14 (= L−1). ≦ n ≦ N 1 has the same value.
Therefore, it is possible to determine the movement of the thorax due to the respiration of the human body 12 by evaluating the degree of variation of the last L sequences including the current frame.

すなわち、下記数6を用いてxi,m(n)の直近の15(=L)個の平均応答系列を算出する。 That is, the nearest 15 (= L) average response sequences of x i, m (n) are calculated using the following equation (6).

そして、平均応答系列y(n)と時間領域の信号xi,m(n)から下記数7若しくは数8を用いて変位情報E1,i(又はE2,i)を算出して出力部112に出力する。 Then, the displacement information E 1, i (or E 2, i ) is calculated from the average response sequence y i (n) and the time domain signal x i, m (n) using the following equation 7 or 8, and output. Output to the unit 112.

復調波記憶部111は、復調波処理部110の処理に関わる情報を記憶する。例えば、周波数解析部110bで得られた反射波データや部分波形データの周波数特性、初期設定部110cの初期設定に関わる情報として群遅延同士の差や物体の動き情報、波形補正部110dで補正された反射波データを記憶する。   The demodulated wave storage unit 111 stores information related to the processing of the demodulated wave processing unit 110. For example, the frequency characteristics of the reflected wave data and partial waveform data obtained by the frequency analysis unit 110b, the information relating to the initial setting of the initial setting unit 110c, the difference between group delays, the object motion information, and the waveform correction unit 110d are corrected. The reflected wave data is stored.

出力部112は、変位情報算出部115eで算出された変位情報E1,i(又はE2,i)を制御装置20に出力する。 The output unit 112 outputs the displacement information E 1, i (or E 2, i ) calculated by the displacement information calculation unit 115 e to the control device 20.

制御装置20は、センサユニット10との間で有線又は無線通信可能に接続されている。制御装置20は、センサユニット10との間及び所定の通知先との間で各種情報を通信(有線、無線は問わず)する通信部21と、各時刻において得られた変位情報をセンサユニット10から受信しそれが予め設定された閾値(停止判定閾値)以下となることが所定時間継続しているか否かの判定を行う判定部22と、通信部21と判定部22を制御する制御部23とを備えている。   The control device 20 is connected to the sensor unit 10 so that wired or wireless communication is possible. The control device 20 communicates various information with the sensor unit 10 and with a predetermined notification destination (whether wired or wireless), and the displacement information obtained at each time is transmitted to the sensor unit 10. And a control unit 23 that controls the communication unit 21 and the determination unit 22 to determine whether or not it has continued for a predetermined time that it is below a preset threshold value (stop determination threshold value). And.

本実施形態の変位判定システム1は、検出対象である人体12の胸郭の変位(動き)を観察しており、予め設定された閾値として人体12の呼吸が止まっていることが判定可能な停止判定閾値が設定されている。そのため、制御装置20は、判定部22により変位情報E1,i(又はE2,i)が停止判定閾値を下回った状態が所定時間継続していると判定した場合は、人体12の呼吸が止まった可能性があると判定し、通信部21を介して所定の通知先に通報する処理を行う。 The displacement determination system 1 according to the present embodiment observes the displacement (movement) of the thorax of the human body 12 that is the detection target, and can determine that the human body 12 has stopped breathing as a preset threshold. A threshold is set. Therefore, if the control unit 20 determines that the state where the displacement information E 1, i (or E 2, i ) is below the stop determination threshold continues for a predetermined time by the determination unit 22, the human body 12 is not breathing. It is determined that there is a possibility of stopping, and a process of notifying a predetermined notification destination via the communication unit 21 is performed.

次に、図9を参照しながら上述した第1実施形態のセンサユニット10の処理動作について説明する。
ここでは、図1に示す観察空間内において、対象物体となる人体12がベッド11に横たわり、参照物体となり得る静止物体として机13及び床14が存在するものとし、本実施形態では参照物体として床14が選定されるとして説明する。
Next, the processing operation of the sensor unit 10 of the first embodiment described above will be described with reference to FIG.
Here, in the observation space shown in FIG. 1, it is assumed that a human body 12 as a target object lies on the bed 11 and a desk 13 and a floor 14 exist as stationary objects that can serve as reference objects. In the present embodiment, a floor is used as a reference object. 14 is selected.

まず、センサユニット10を用いて人体12の呼吸に伴う胸郭の動きを検出するにあたり、2つの初期設定を行う。1つ目の初期設定(ST21)は、初期設定部110cの構成で説明した処理(図6に示すフローチャート)に沿った処理を行うため、ここでは説明を省略する。   First, when detecting the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body 12 using the sensor unit 10, two initial settings are performed. The first initial setting (ST21) is performed in accordance with the process (flowchart shown in FIG. 6) described in the configuration of the initial setting unit 110c, and thus the description thereof is omitted here.

次に、2つ目の初期設定(ST22)として、変調波記憶部108に記憶されている超音波をスピーカー101から送波し、マイク102で受波した反射波を復調して時間窓を決定する。この処理では、前述したST21の初期設定(図6に示すフローチャート)の過程で決定した時間窓をそのまま使用すればよい。また、部分データ抽出部110aの説明で述べた手順に則り、再度参照物体についての時間窓を決定してもよい。   Next, as the second initial setting (ST22), the ultrasonic wave stored in the modulation wave storage unit 108 is transmitted from the speaker 101, and the reflected wave received by the microphone 102 is demodulated to determine the time window. To do. In this process, the time window determined in the process of the initial setting of ST21 described above (the flowchart shown in FIG. 6) may be used as it is. Further, the time window for the reference object may be determined again according to the procedure described in the description of the partial data extraction unit 110a.

次に、観察空間内に存在する対象物体及び参照物体に向けて超音波を送波し、各物体から反射した反射波を受波する(ST23)。すなわち、送受波制御部108において、変調波記憶部103から送波する超音波のデジタルデータを読み出し、D/A変換器104でアナログデータに変換した後、スピーカーアンプ105を通じてスピーカー101から対象物体と参照物体に向けて送波する。また、各物体からの反射波をマイク102で受波し、マイクアンプ106でアナログ信号を増幅後、A/D変換器107でアナログ信号をデジタル信号に変換する。   Next, an ultrasonic wave is transmitted toward a target object and a reference object existing in the observation space, and a reflected wave reflected from each object is received (ST23). That is, in the transmission / reception control unit 108, ultrasonic digital data to be transmitted is read from the modulation wave storage unit 103, converted into analog data by the D / A converter 104, and then the target object from the speaker 101 through the speaker amplifier 105. Transmit to the reference object. In addition, the reflected wave from each object is received by the microphone 102, the analog signal is amplified by the microphone amplifier 106, and then the analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 107.

次に、デジタル信号に変換された反射波の復調処理を行う(ST24)。つまり、受信波復調部109において、A/D変換器107で変換されたデジタル信号を復調して反射波データを出力する。   Next, the demodulation process of the reflected wave converted into the digital signal is performed (ST24). That is, the received wave demodulation unit 109 demodulates the digital signal converted by the A / D converter 107 and outputs reflected wave data.

次に、周波数解析部110bは、上記数1を用いて受信波復調部109で復調された反射波データにフーリエ変換を施して周波数特性H(ω)を得る(ST25)。得られたH(ω)は、最新回の送波によるものとなるため、復調波記憶部111に記憶させると同時に、既に記憶されているHi−L(ω)(つまりL回前の送波によるもの)を削除して更新する(ST26)。 Next, the frequency analyzing unit 110b performs Fourier transform on the reflected wave data demodulated by the received wave demodulating unit 109 using Equation 1 to obtain a frequency characteristic H i (ω) (ST25). Since the obtained H i (ω) is based on the latest transmission, it is stored in the demodulated wave storage unit 111, and at the same time, H i−L (ω) already stored (that is, the Lth previous transmission). Delete (updated by transmission) and update (ST26).

また、ST25、26の処理と平行して、部分データ抽出部110aは、受信波復調部109で復調された反射波データから、ST22で設定された時間窓を用いて選定した参照物体に対応する部分波形データを切り出す。そして、周波数解析部110bにおいて、切り出した参照物体の反射波データについて上記数2に従いフーリエ変換を施して位相特性φ(ω)を得る(ST27)。得られたφ(ω)は、最新回の送波によるものとなるため、復調波記憶部111に記憶させると同時に、既に記憶されているφi−L(ω)(つまりL回前の送波によるもの)を削除して更新する(ST28)。 In parallel with the processing in ST25 and ST26, partial data extraction section 110a corresponds to the reference object selected from the reflected wave data demodulated by received wave demodulation section 109 using the time window set in ST22. Cut out partial waveform data. Then, in the frequency analysis unit 110b, the reflected wave data of the cut-out reference object is subjected to Fourier transform according to the above formula 2 to obtain the phase characteristic φ i (ω) (ST27). Since the obtained φ i (ω) is based on the latest transmission, it is stored in the demodulated wave storage unit 111 and at the same time, φ i−L (ω) (that is, L times before) Delete (updated by transmission) and update (ST28).

下記ST29〜31の処理は、15(=L)回の送波による15フレーム分について繰り返すものであるが、処理量の削減を図るため、再利用可能な処理結果は都度復調波記憶部111に更新記憶させて後の時点に読み出すような構成となっている。以下では、必要に応じて再利用する処理として説明する。   The processing of ST29 to ST31 described below is repeated for 15 frames by 15 (= L) transmissions. However, in order to reduce the processing amount, the reusable processing result is stored in the demodulated wave storage unit 111 each time. The configuration is such that it is updated and stored and read at a later time. Below, it demonstrates as a process reused as needed.

波形補正部110dは、復調波記憶部111に記憶されている反射波データの周波数特性H(ω)と、参照物体の部分波形データの位相情報φ(ω)を読み出す(ST29)。これらは最新フレームのものとなる。 The waveform correction unit 110d reads the frequency characteristic H i (ω) of the reflected wave data stored in the demodulated wave storage unit 111 and the phase information φ i (ω) of the partial waveform data of the reference object (ST29). These are the latest frames.

次に、波形補正部110dは、上記数4に従い、反射波データを位相成分について補正してXi,m(ω)を求め、復調波記憶部111に記憶させる(ST30)。最新フレームの場合にはm=0となるので、指数成分のカッコ内はゼロとなり、Xi,0(ω)=H(ω)となる。 Next, the waveform correcting unit 110d corrects the reflected wave data with respect to the phase component in accordance with Equation 4 to obtain X i, m (ω), and stores it in the demodulated wave storage unit 111 (ST30). Since m = 0 in the case of the latest frame, the parenthesis of the exponent component is zero, and X i, 0 (ω) = H i (ω).

次に、変位情報算出部110eは、波形補正部110dで補正処理されたXi,m(ω)について上記数5を用いて逆フーリエ変換を施して時間領域の信号xi,m(n)に戻す(ST31)。過去フレームについては、既に記憶済みであるので、上述したように実際にはST29〜ST31をL回繰り返す必要は無い。 Next, the displacement information calculation unit 110e performs inverse Fourier transform on the X i, m (ω) corrected by the waveform correction unit 110d using the above equation 5 to perform the time domain signal x i, m (n). (ST31). Since the past frames have already been stored, it is not actually necessary to repeat ST29 to ST31 L times as described above.

次に、変位情報算出部110eは、ST29〜ST31の処理を経て得たxi,m(n)から現在時刻を含む直近L回分の平均応答系列y(n)を上記数6により算出し、得られた平均応答系列y(n)と時間領域の信号xi,m(n)から上記数7又は数8を用いて変位情報E1,i(又はE2,i)を求める(ST32)。 Next, the displacement information calculation unit 110e calculates the average response sequence y i (n) for the latest L times including the current time from x i, m (n) obtained through the processes of ST29 to ST31, using the above equation (6). The displacement information E 1, i (or E 2, i ) is obtained from the obtained average response sequence y i (n) and the time domain signal x i, m (n) using the above equation 7 or 8. ST32).

そして、求めた変位情報E1,i(又はE2,i)を出力部112に出力する(ST33)。本実施形態では図1に示す制御装置20に出力する。ST33の処理が終了すると、図中Aに沿って再度ST23に戻って、次フレームの処理を行う。 Then, the obtained displacement information E 1, i (or E 2, i ) is output to the output unit 112 (ST33). In this embodiment, it outputs to the control apparatus 20 shown in FIG. When the process of ST33 is completed, the process returns to ST23 again along A in the figure, and the next frame is processed.

また、制御装置20は、センサユニット10から入力した変位情報に基づき、人体12の呼吸に伴う胸郭の動きが正常であるか否かの判定を行い、異常があった場合、つまり呼吸が停止していると判定した場合は、所定の通知先への警報出力を行う。   Further, the control device 20 determines whether or not the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body 12 is normal based on the displacement information input from the sensor unit 10, and if there is an abnormality, that is, the breathing stops. If it is determined that the alarm is detected, an alarm is output to a predetermined notification destination.

[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態の変位判定システムについて、図10〜13を適宜参照しながら説明する。
[Second Embodiment]
Next, a displacement determination system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第2実施形態の変位判定システム1は、静止している既知の参照物体の代わりに受波部としてベッド11近傍に設置したマイクを使用する構成が第1実施形態と相違する。よって、第2実施形態の説明では、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその機能説明などを省略し、第1実施形態との相違点についてのみ説明する。 The displacement determination system 1 of the second embodiment is different from the first embodiment in that a microphone installed in the vicinity of the bed 11 is used as a wave receiving unit instead of a known reference object that is stationary. Therefore, in the description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the functional description thereof is omitted, and only the differences from the first embodiment will be described. .

図10(a)又は(b)に示すように、第2実施形態の変位判定システム1は、センサユニット(請求項におけるセンサ装置に相当)10に備わるマイク102の他に、静止した状態でその位置が既知の参照マイク15を備えている。
以下、センサユニット10に備わるマイク102を、参照マイク15と区別するために「計測用マイク102」と呼称することにする。
As shown in FIG. 10 (a) or (b), the displacement determination system 1 according to the second embodiment includes a microphone 102 provided in a sensor unit (corresponding to a sensor device in the claims) 10 in a stationary state. A reference microphone 15 having a known position is provided.
Hereinafter, the microphone 102 provided in the sensor unit 10 will be referred to as a “measurement microphone 102” in order to distinguish it from the reference microphone 15.

第2実施形態では、参照マイク15で受波された超音波を基に補正するため、参照マイク15の配置位置は、スピーカー101、対象物体と直線上に並ぶような音波が遮られる位置関係でないことを条件とする。以下の説明では、スピーカー101から送波された超音波を参照マイク15が直接受波するため、参照マイク15が受波する超音波を「直接波」として表記する。 In the second embodiment, since the correction is made based on the ultrasonic wave received by the reference microphone 15, the arrangement position of the reference microphone 15 is not a positional relationship in which the sound wave that is aligned with the speaker 101 and the target object is blocked. On the condition. In the following description, since the reference microphone 15 directly receives the ultrasonic wave transmitted from the speaker 101, the ultrasonic wave received by the reference microphone 15 is expressed as “direct wave”.

図12(a)に計測用マイク102で受波した反射波を復調した反射波データを模式的に示している。計測範囲に人体12以外が存在しないことを仮定すると、ピーク71は、人体12に対応する。
また、図12(b)に参照マイク15で受波した直接波を復調した直接波データを模式的に示している。スピーカー101と参照マイク15との間に物体が存在しないことを仮定すると、ピーク73は、受波した直接波を表している。
FIG. 12A schematically shows reflected wave data obtained by demodulating the reflected wave received by the measurement microphone 102. Assuming that there is no human body 12 in the measurement range, the peak 71 corresponds to the human body 12.
FIG. 12B schematically shows direct wave data obtained by demodulating the direct wave received by the reference microphone 15. Assuming that no object exists between the speaker 101 and the reference microphone 15, the peak 73 represents the received direct wave.

なお、図12(a)に示した反射波データ70は、図4を用いて説明したのと同様にスピーカー101から計測用マイク102への回り込み波についての図示しないピークの時刻を原点にしている。またA/D変換部107は、反射波と直接波を同期してデジタル化しているため、図12(b)の直接波データ72も同じ時刻を原点にしている。
また、図12(a)のピーク71は、センサユニット10のスピーカー101から送波された超音波が人体12から反射し、計測用マイク102で受波された結果である。そのため、反射波データ70において、超音波がスピーカー101から計測用マイク102まで往復して到達するのに要する時刻に現れる。
一方、図12(b)のピーク73は、スピーカー101からの超音波を参照マイク15が直接受波した結果である。そのため、参照マイク15が受波するのに要する時間は反射波に比べると半分程度となる。よって、直接波データ72におけるピーク73は、図12において反射波データ70のピーク71よりも左側に現れる。
Note that the reflected wave data 70 shown in FIG. 12A has a peak time (not shown) of the sneak wave from the speaker 101 to the measurement microphone 102 as the origin, as described with reference to FIG. . Since the A / D converter 107 digitizes the reflected wave and the direct wave in synchronism, the direct wave data 72 in FIG. 12B also uses the same time as the origin.
A peak 71 in FIG. 12A is a result of the ultrasonic wave transmitted from the speaker 101 of the sensor unit 10 being reflected from the human body 12 and received by the measurement microphone 102. Therefore, the reflected wave data 70 appears at the time required for the ultrasonic waves to travel back and forth from the speaker 101 to the measurement microphone 102.
On the other hand, the peak 73 in FIG. 12B is a result of the reference microphone 15 directly receiving the ultrasonic wave from the speaker 101. Therefore, the time required for the reference microphone 15 to receive the wave is about half that of the reflected wave. Therefore, the peak 73 in the direct wave data 72 appears on the left side of the peak 71 of the reflected wave data 70 in FIG.

図11は、第2実施形態におけるセンサユニット10の機能ブロック図である。図11に示すように、参照マイク15は、マイクアンプ15aを備えている。このマイクアンプ15aは、参照マイク15が受波した超音波をアナログ信号に変換して増幅し、A/D変換部107に出力する。   FIG. 11 is a functional block diagram of the sensor unit 10 in the second embodiment. As shown in FIG. 11, the reference microphone 15 includes a microphone amplifier 15a. The microphone amplifier 15 a converts and amplifies the ultrasonic wave received by the reference microphone 15 into an analog signal and outputs the analog signal to the A / D conversion unit 107.

受信波復調部109は、計測用マイク102が受波した反射波のデジタル信号を復調して復調後のデジタルデータを反射波データとして出力する。また、受信波復調部109は、参照マイク15が受波した直接波のデジタル信号を復調して復調後のデジタルデータを直接波データとして出力する。   The received wave demodulator 109 demodulates the reflected wave digital signal received by the measurement microphone 102 and outputs the demodulated digital data as reflected wave data. The reception wave demodulator 109 demodulates the direct wave digital signal received by the reference microphone 15 and outputs the demodulated digital data as direct wave data.

部分データ抽出部110aは、電源投入後動作が安定した時刻において、超音波の送波時刻と参照マイク15までの距離を基準にした直接波データ中の探索区間において、振幅の値の絶対値を求め、当該値が所定の閾値以上の時間区間においてピーク時刻を探索してそのピーク時刻を中心に所定の時間幅を時間窓として決定する。この閾値は、雑音成分を排除可能なように設定される。そして、部分データ抽出部110aは、決定した時間窓を用いて直接波の部分波形データを切り出す。決定された時間窓は、以下に述べる反射波データの補正処理のために、直接波データ中の時間と時間幅を同じくして直接波データそれぞれに共通して用いられる。   The partial data extraction unit 110a calculates the absolute value of the amplitude value in the search section in the direct wave data based on the ultrasonic wave transmission time and the distance to the reference microphone 15 at the time when the operation is stable after the power is turned on. The peak time is searched in a time section in which the value is equal to or greater than a predetermined threshold, and a predetermined time width is determined as a time window around the peak time. This threshold value is set so that a noise component can be excluded. Then, the partial data extraction unit 110a cuts out the partial waveform data of the direct wave using the determined time window. The determined time window is used in common for each of the direct wave data in the same time and time width in the direct wave data for the correction process of the reflected wave data described below.

周波数解析部110bは、受信波復調部109から入力された反射波データと、部分データ抽出部110aで切り出された直接波における部分波形データに、上記数1又は数2を用いてフーリエ変換を施し、得られた周波数特性(位相特性や振幅特性)をそれぞれ復調波記憶部111に記憶させる。   The frequency analyzing unit 110b performs Fourier transform on the reflected wave data input from the received wave demodulating unit 109 and the partial waveform data in the direct wave extracted by the partial data extracting unit 110a using the above Equation 1 or Equation 2. The obtained frequency characteristics (phase characteristics and amplitude characteristics) are stored in the demodulated wave storage unit 111, respectively.

波形補正部110dは、周波数解析部110bでフーリエ変換処理された結果を用いて反射波データを補正する。   The waveform correction unit 110d corrects the reflected wave data using the result of the Fourier transform processing performed by the frequency analysis unit 110b.

波形補正部110dは、復調波記憶部111に記憶される直接波データから時間窓を用いて切り出された部分波形データをフーリエ変換して得られた位相情報をφi−L+1(ω),…,φ(ω)、すなわちφi−14(ω),…,φ(ω)と、反射波データをフーリエ変換して得られた結果をHi−L+1(ω), … , H(ω)、すなわちHi−14(ω), … , H(ω)として、下記数9を用いて補正処理を行う。なお、第1実施形態と同じくL=15としている。 The waveform correction unit 110d obtains φ i−L + 1 (ω), phase information obtained by Fourier transforming partial waveform data cut out from the direct wave data stored in the demodulated wave storage unit 111 using a time window. , Φ i (ω), that is, φ i-14 (ω),..., Φ i (ω), and the result obtained by performing Fourier transform on the reflected wave data is H i−L + 1 (ω) ,. (Ω), that is, H i-14 (ω),..., H i (ω), correction processing is performed using the following equation (9). Note that L = 15 as in the first embodiment.


上記数9を、第1実施形態の波形補正部110dで用いた上記数4と比較すると、指数項の中が2倍されている。これはセンサユニット10の振動による影響は、超音波が往復する分、参照マイク15で計測される振動の2倍だけ計測用マイク102に重畳されるからである。

When the formula 9 is compared with the formula 4 used in the waveform correction unit 110d of the first embodiment, the exponent term is doubled. This is because the influence of the vibration of the sensor unit 10 is superimposed on the measurement microphone 102 by twice the vibration measured by the reference microphone 15 as the ultrasonic waves reciprocate.

次に、図13を参照しながら上述した第1実施形態の変位判定システム1の処理動作について説明する。
なお、第1実施形態における処理(図9に示したフローチャート)と同様の処理に関しては、対応するステップ番号を表記してその説明を省略又は簡略化する。
Next, the processing operation of the displacement determination system 1 of the first embodiment described above will be described with reference to FIG.
In addition, regarding the process similar to the process (flowchart shown in FIG. 9) in 1st Embodiment, a corresponding step number is described and the description is abbreviate | omitted or simplified.

まず、変調波記憶部108に記憶されている超音波をスピーカー101から送波し、参照マイク15で受波した直接波を復調して時間窓を決定する(ST41)。   First, the ultrasonic wave stored in the modulated wave storage unit 108 is transmitted from the speaker 101, and the direct wave received by the reference microphone 15 is demodulated to determine the time window (ST41).

ST42の処理は、第1実施形態におけるST23の処理と同様であるが、変位計測用の送信波を参照マイク15に送波している点が異なる。つまり、ST42では、ST23による処理に加えて、スピーカー101から送波された超音波を参照マイク15で受波し、マイクアンプ15aで増幅後、A/D変換器107でデジタル信号に変換する処理も行う。   The process of ST42 is the same as the process of ST23 in the first embodiment, except that a transmission wave for displacement measurement is transmitted to the reference microphone 15. That is, in ST42, in addition to the processing in ST23, the ultrasonic wave transmitted from the speaker 101 is received by the reference microphone 15, amplified by the microphone amplifier 15a, and then converted into a digital signal by the A / D converter 107. Also do.

次のST43〜ST45は、第1実施形態におけるST24〜ST26の処理と同様である。つまり、ST43〜ST45の処理は、計測用マイク102で受けた反射波のデジタル信号を復調した後に、上記数1でフーリエ変換処理を行って反射波データの周波数特性H(ω)を得て復調波記憶部111に更新記憶させている。
また、ST43〜ST45の処理と平行して、受信波復調部109で直接波のデジタル信号を復調し(ST46)、部分データ抽出部110aにおいて、受信波復調部109から出力された直接波データから、ST41で設定された時間窓を用いて部分波形データを切り出し、周波数解析部110bでその切り出された部分波形データを上記数2に従ってフーリエ変換処理して位相特性φ(ω)を得る(ST47)。得られたφ(ω)は、最新回の送波によるものとなるため、復調波記憶部111に記憶させると同時に、既に記憶されているφi−L(ω)(つまり15(=L)回前の送波によるもの)を削除して更新する(ST48)。
The next ST43 to ST45 are the same as the processing of ST24 to ST26 in the first embodiment. That is, in the processing of ST43 to ST45, after demodulating the digital signal of the reflected wave received by the measurement microphone 102, the Fourier transform process is performed by the above equation 1 to obtain the frequency characteristic H i (ω) of the reflected wave data. The demodulated wave storage unit 111 is updated and stored.
In parallel with the processing of ST43 to ST45, the reception wave demodulation unit 109 demodulates the direct wave digital signal (ST46), and the partial data extraction unit 110a uses the direct wave data output from the reception wave demodulation unit 109. The partial waveform data is cut out by using the time window set in ST41, and the phase analysis φ i (ω) is obtained by subjecting the cut-out partial waveform data to Fourier transform processing according to the above equation 2 in the frequency analysis unit 110b (ST47). ). Since the obtained φ i (ω) is based on the latest transmission, it is stored in the demodulated wave storage unit 111 and at the same time, φ i−L (ω) (that is, 15 (= L ) Delete the previous transmission) and update (ST48).

下記ST49、50の処理は、第1実施形態におけるST29、30の処理と同様、最新の15回の送波による15フレーム分について繰り返す。また、ST51の処理は、第1実施形態におけるST30の処理と同様である。   The processes of ST49 and 50 below are repeated for 15 frames by the latest 15 transmissions, similarly to the processes of ST29 and 30 in the first embodiment. Further, the process of ST51 is the same as the process of ST30 in the first embodiment.

ST49では、波形補正部110dが復調波記憶部111に記憶されている反射波データの周波数特性H(ω)と、部分波形データの位相情報φi(ω)を読み出す。これらは最新フレームのものとなる。 In ST49, the waveform correction unit 110d reads the frequency characteristic H i (ω) of the reflected wave data stored in the demodulated wave storage unit 111 and the phase information φ i (ω) of the partial waveform data. These are the latest frames.

次に、波形補正部110dは、上記数9に従い、反射波データの位相成分について補正してXi,m(ω)を求め、復調波記憶部111に記憶させる(ST50)。最新フレームの場合にはi=0となるので、指数成分のカッコ内はゼロとなり、Xi,0(ω)=H(ω)となる。 Next, the waveform correction unit 110d corrects the phase component of the reflected wave data according to the above equation 9, obtains X i, m (ω), and stores it in the demodulated wave storage unit 111 (ST50). Since i = 0 in the case of the latest frame, the parenthesis of the exponent component is zero, and X i, 0 (ω) = H i (ω).

また、ST51で逆フーリエ変換して得られた補正反射波データであるXi,m(ω)に基づく変位情報の算出処理(ST52,53)については、第1実施形態におけるST32、ST33の処理と同様である。 In addition, regarding displacement information calculation processing (ST52, 53) based on X i, m (ω) that is the corrected reflected wave data obtained by inverse Fourier transform in ST51, the processing of ST32 and ST33 in the first embodiment. It is the same.

また、制御装置20は、第1実施形態と同様、センサユニット10から入力した変位情報に基づき、人体12の呼吸に伴う胸郭の動きが正常であるか否かの判定を行い、異常があった場合、つまり呼吸が停止していると判定した場合は、所定の通知先への警報出力を行う。   Further, as in the first embodiment, the control device 20 determines whether or not the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body 12 is normal based on the displacement information input from the sensor unit 10, and there is an abnormality. In this case, that is, when it is determined that breathing has stopped, an alarm is output to a predetermined notification destination.

[本発明の作用・効果]
以上説明したように、第1実施形態に係る変位判定システム1は、検出対象となる対象物体をベッド11に横たわった人体12とし、対象物体の近傍に静止した状態で配置される参照物体となる机13や床14が観察空間内に2つ以上存在することを条件とし、センサユニット10のスピーカー101から対象物体及び参照物体に送信波である超音波を送波し、その反射波をマイク102で受波する。受波した反射波を基づく反射波データのそれぞれに各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して参照物体からの反射に対応する部分波形データを抽出して位相特性を得る。そして、複数の送信波に対する部分波形データのうちの一の部分波形データの位相特性と他の送信波に対する部分波形データの位相特性との差から当該他の送信波に対する反射波データの周波数特性を補正し、複数の補正後の反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の補正反射波データの時間変化から対象物体の変位情報を算出している。
[Operation and effect of the present invention]
As described above, the displacement determination system 1 according to the first embodiment is a reference object placed in a stationary state near the target object, with the target object to be detected as the human body 12 lying on the bed 11. On the condition that there are two or more desks 13 and floors 14 in the observation space, ultrasonic waves as transmission waves are transmitted from the speaker 101 of the sensor unit 10 to the target object and the reference object, and the reflected waves are transmitted to the microphone 102. Receive at. Partial waveform data corresponding to reflection from the reference object is extracted by applying a time window defined in common to each of the reflected wave data based on the received reflected wave in the time based on the transmission time of each transmission wave. To obtain phase characteristics. Then, the frequency characteristic of the reflected wave data for the other transmission wave is obtained from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission waves. Correction is performed, corrected reflected wave data is obtained from the frequency characteristics of each of the plurality of corrected reflected wave data, and displacement information of the target object is calculated from a time change of the plurality of corrected reflected wave data.

また、第2実施形態では、観察空間内の対象物体の近傍に参照物体の代わりとして参照マイク15を配置し、センサユニット10のスピーカー101から対象物体及び参照マイク15に超音波を送波し、参照マイク15で超音波を直接受波するとともに対象物体からの反射波をマイク102で受波する。次に、参照マイク15で受けた直接波に基づく直接波データのそれぞれに各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して送信波に対応する部分波形データを抽出して位相特性を取得する。そして、複数の送信波に対する部分波形データのうちの一の部分波形データの位相特性と他の送信波に対する部分波形データの位相特性との差から当該他の送信波に対する反射波データの周波数特性を補正し、複数の補正後の反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の補正反射波データの時間変化から対象物体の変位情報を算出している。   In the second embodiment, the reference microphone 15 is disposed in the vicinity of the target object in the observation space instead of the reference object, and ultrasonic waves are transmitted from the speaker 101 of the sensor unit 10 to the target object and the reference microphone 15. The ultrasonic wave is directly received by the reference microphone 15 and the reflected wave from the target object is received by the microphone 102. Next, partial waveform data corresponding to the transmission wave is applied to each of the direct wave data based on the direct wave received by the reference microphone 15 by applying a time window defined in common with respect to the transmission time of each transmission wave. To obtain the phase characteristics. Then, the frequency characteristic of the reflected wave data for the other transmission wave is obtained from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission waves. Correction is performed, corrected reflected wave data is obtained from the frequency characteristics of each of the plurality of corrected reflected wave data, and displacement information of the target object is calculated from a time change of the plurality of corrected reflected wave data.

これにより、センサユニット10が設置される壁や天井などから伝わる振動によってセンサユニット10自体が振動する影響を排除することができるため、人体12の呼吸に伴う胸郭の動きのような微小な変位を正確に検出することができる。 As a result, it is possible to eliminate the influence of vibration of the sensor unit 10 itself due to vibration transmitted from the wall or ceiling where the sensor unit 10 is installed. It can be detected accurately.

[その他の実施形態について]
ところで、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に示すように使用環境などに応じて適宜変更して実施することもできる。
[Other embodiments]
By the way, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, as shown below, it can also implement by changing suitably according to a use environment etc., for example.

上述した第1の実施形態では、参照物体として机13と床14の少なくとも2以上が存在することを仮定した説明であるが、本発明に係るセンサユニット10の設置条件として、センサユニット10から人体12までの距離と参照物体(例えば床14)までの距離が大凡既知であり、さらにセンサユニット10に利用者が手動で設定入力できるのであれば参照物体は1つでも同様な効果を奏する。
すなわち、反射波データを参照して利用者が何れのピークが対象物体又は参照物体に対応するのかを手動入力することで、図6を用いて説明した自動判別処理を省略することが可能であり、大幅に処理量の削減を図ることが可能となる。この場合、図9においてST21は省略される。
In the first embodiment described above, the description is based on the assumption that at least two of the desk 13 and the floor 14 exist as reference objects. However, as an installation condition of the sensor unit 10 according to the present invention, the sensor unit 10 to the human body. If the distance to 12 and the distance to the reference object (for example, the floor 14) are generally known, and the user can manually set and input to the sensor unit 10, the same effect can be obtained with one reference object.
That is, the user can manually input which peak corresponds to the target object or the reference object with reference to the reflected wave data, so that the automatic discrimination process described with reference to FIG. 6 can be omitted. As a result, the amount of processing can be greatly reduced. In this case, ST21 is omitted in FIG.

また、上述した各実施形態では、部分データ抽出部110aが時間窓を決定するのは、電源投入後動作が安定した時刻に行うものとして説明したが、これに限られない。
例えば、第1実施形態において参照物体として床14ではなく机13を選択した場合には、机13を移動させると人12の呼吸に伴う胸郭の動きを検出することが難しくなるため、反射波データにおける参照物体についてのピーク強度を継続的に参照して、一定以下に低下した場合には再度時間窓の決定処理を行うのが好適である。
また、第2実施形態においては、参照マイク15を移動すると、同様に人12の呼吸に伴う胸郭の動きを検出することが難しくなるため、直接波データにおけるピーク73の強度を継続的に参照して、一定以下に低下した場合には再度時間窓の決定処理を行うのが好適である。
Further, in each of the above-described embodiments, the partial data extraction unit 110a determines that the time window is determined at a time when the operation after power-on is stable, but is not limited thereto.
For example, when the desk 13 is selected instead of the floor 14 as the reference object in the first embodiment, it is difficult to detect the movement of the thorax accompanying the breathing of the person 12 when the desk 13 is moved. It is preferable to continuously refer to the peak intensity of the reference object in the above and perform the time window determination process again when the peak intensity falls below a certain level.
In the second embodiment, if the reference microphone 15 is moved, it becomes difficult to detect the movement of the thorax accompanying the breathing of the person 12 as well. Therefore, the intensity of the peak 73 in the direct wave data is continuously referred to. Thus, it is preferable to perform the time window determination process again when the value falls below a certain level.

さらに、上述した各実施形態においては、波形補正部110dが計測回数Lと同数の反射波データを単位として補正する例を示したが、補正する単位は2以上でLとは異なる個数Mとすることもできる。
但し、M<Lとした場合、変位情報算出部110eはM個の反射波データを単位として変位情報を算出して反射波データL個分の変位情報を統合する。
またM>Lとした場合、変位情報算出部110eは共通の基準で補正されたM個の反射波データ中のL個を用いて変位情報を算出する。
Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the waveform correction unit 110d corrects the reflected wave data having the same number as the number of times of measurement L as a unit has been described. You can also.
However, when M <L, the displacement information calculation unit 110e calculates displacement information in units of M pieces of reflected wave data, and integrates displacement information for L pieces of reflected wave data.
When M> L, the displacement information calculation unit 110e calculates the displacement information using L pieces of the M pieces of reflected wave data corrected with the common reference.

また、上述した各実施形態では、公共施設(病院や介護施設など)や一般家庭に設置して呼吸停止を異常状態として検知する構成で説明したが、これに限定されない。他の応用例としては、例えばセンサユニット10を、無人の銀行ATMブース、駅構内や商業施設内に設置されるトイレなどに設置し、泥酔者などの不審者を検知する生体検知システムとして利用することもできる。   Moreover, although each embodiment mentioned above demonstrated by the structure which installs in a public facility (a hospital, a nursing care facility, etc.) and a general household, and detects a respiratory stop as an abnormal state, it is not limited to this. As another application example, for example, the sensor unit 10 is installed in an unmanned bank ATM booth, a toilet installed in a station premises or a commercial facility, and used as a living body detection system for detecting a suspicious person such as a drunk person. You can also.

例えば無人銀行ATMに採用した場合は、不審者が銀行ATMブースに入室してきて、そのまま床面(参照物体)に横たわって寝入ることを検出できる。このとき、不審者の呼吸が止まったことの他に、体を横たえて安静状態となったと判定されるとその旨外部に通報することもできる。また、入室後、活動状態を維持して、そのまま退出すると特に通報処理はしないようにすれば不要な警報出力を抑制することができる。 For example, when employed in an unattended bank ATM, it can be detected that a suspicious person has entered a bank ATM booth and lies on the floor (reference object) as it is. At this time, in addition to the fact that the suspicious person has stopped breathing, if it is determined that the person has laid down and is in a resting state, it can be notified to the outside. Further, if the user keeps the active state after entering the room and leaves the room as it is, the alarm processing can be suppressed if the notification process is not performed.

さらに、上述した各実施形態では、超音波センサを高所に取り付けて略直下に向けるものとしていたが、これに限られない。例えば壁にもたれて酔いつぶれる不審者を検出する場合には、超音波センサを斜め下向き、あるいは横向きにしても全く同様の判定手法でそのような不審者の検出ができる。
このように、本発明の範囲を超えない形態で実現が可能となる。
Further, in each of the above-described embodiments, the ultrasonic sensor is attached at a high place and is directed almost directly below, but is not limited thereto. For example, when detecting a suspicious person who gets drunk by leaning against a wall, such a suspicious person can be detected by the same determination method even if the ultrasonic sensor is inclined downward or horizontally.
In this way, it can be realized in a form not exceeding the scope of the present invention.

1…変位判定システム
10…センサユニット
11…ベッド
12…人体
13…机
14…床
15…参照マイク(15a…マイクアンプ)
20…制御装置(21…通信部、22…判定部、23…制御部)
101…スピーカー
102…マイク
103…変調波記憶部
104…D/A変換部
105…スピーカーアンプ
106…マイクアンプ
107…A/D変換部
108…送受波制御部
109…受信波復調部
110…復調波処理部(110a…部分データ抽出部、110b…周波数解析部、110c…初期設定部、110d…波形補正部、110e…変位情報算出部)
111…復調波記憶部
112…出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Displacement determination system 10 ... Sensor unit 11 ... Bed 12 ... Human body 13 ... Desk 14 ... Floor 15 ... Reference microphone (15a ... Microphone amplifier)
20 ... Control device (21 ... Communication unit, 22 ... Determination unit, 23 ... Control unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Speaker 102 ... Microphone 103 ... Modulated wave memory | storage part 104 ... D / A converter 105 ... Speaker amplifier 106 ... Microphone amplifier 107 ... A / D converter 108 ... Transmission / reception wave control part 109 ... Received wave demodulation part 110 ... Demodulated wave Processing unit (110a ... partial data extraction unit, 110b ... frequency analysis unit, 110c ... initial setting unit, 110d ... waveform correction unit, 110e ... displacement information calculation unit)
111 ... Demodulated wave storage unit 112 ... Output unit

Claims (4)

対象物体及び該対象物体から一定以上離れた既知の位置に存在する参照物体に向けて送信波を間欠的に送波する送波部と、
前記対象物体及び前記参照物体において反射した反射波を受波する反射受波部と、
前記送信波ごとの前記反射波に基づく反射波データのそれぞれに前記各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して前記参照物体からの反射に対応する部分波形データを抽出する部分データ抽出部と、
複数の前記送信波に対する前記部分波形データのうちの一の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性と他の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性との差から当該他の前記送信波に対する前記反射波データの周波数特性を補正する波形補正部と、
複数の前記補正後の前記反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の前記補正反射波データの時間変化から前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と、
前記変位情報を外部装置に出力する出力部と
を有することを特徴とするセンサ装置。
A transmission unit that intermittently transmits a transmission wave toward a target object and a reference object existing at a known position apart from the target object by a certain distance;
A reflected wave receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the target object and the reference object;
A portion corresponding to reflection from the reference object by applying a time window defined in common to each of the reflected wave data based on the reflected wave for each transmission wave in a time based on the transmission time of each transmission wave A partial data extraction unit for extracting waveform data;
Of the partial waveform data for the plurality of transmission waves, the other transmission wave is determined from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data for the transmission wave and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission wave. A waveform correction unit for correcting the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the reflected wave data after correction, and calculates displacement information of the target object from a time change of the plurality of corrected reflected wave data;
An output unit that outputs the displacement information to an external device.
対象物体に向けて送信波を間欠的に送波する送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する反射受波部と、
前記送波部から送波された送信波を前記対象物体から一定以上離れた位置にて直接波として受波する参照受波部と、
前記送信波ごとの前記直接波に基づく直接波データのそれぞれに前記各送信波の送信時刻を基準とする時間において共通に定められた時間窓を適用して前記送信波に対応する部分波形データを抽出する部分データ抽出部と、
複数の前記送信波に対する前記部分波形データのうちの一の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性と他の前記送信波に対する前記部分波形データの位相特性との差から当該他の前記送信波に対する前記反射波データの周波数特性を補正する波形補正部と、
複数の前記補正後の前記反射波データそれぞれの周波数特性から補正反射波データを求め、複数の前記補正反射波データの時間変化から前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と、
前記変位情報を外部装置に出力する出力部と、
を有することを特徴とするセンサ装置。
A transmission unit that intermittently transmits a transmission wave toward the target object;
A reflected wave receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the target object;
A reference receiving unit that receives a transmission wave transmitted from the transmission unit as a direct wave at a position apart from the target object by a certain distance;
The partial waveform data corresponding to the transmission wave is applied to each of the direct wave data based on the direct wave for each transmission wave by applying a time window defined in common with respect to the transmission time of each transmission wave. A partial data extraction unit to be extracted;
Of the partial waveform data for the plurality of transmission waves, the other transmission wave is determined from the difference between the phase characteristic of the partial waveform data for the transmission wave and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission wave. A waveform correction unit for correcting the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the reflected wave data after correction, and calculates displacement information of the target object from a time change of the plurality of corrected reflected wave data;
An output unit for outputting the displacement information to an external device;
A sensor device comprising:
請求項1又は2に記載の前記センサ装置を有し、前記変位情報を入力する入力部を備える制御装置を少なくとも有する変位判定システムであって、
前記制御装置は、前記変位情報が所定時間に亘って停止判定閾値を下回ると、前記対象物体の活動停止を判定して警報出力をする変位判定システム。
A displacement determination system comprising the sensor device according to claim 1 or 2, and comprising at least a control device including an input unit for inputting the displacement information.
The said control apparatus is a displacement determination system which determines the activity stop of the said target object, and outputs a warning, if the said displacement information falls below a stop determination threshold value over predetermined time.
前記対象物体は基準面において横臥状態である人物であり、前記変位情報は当該人物の呼吸に伴う前記センサ装置から胸郭までの距離変化であることを特徴とする請求項3に記載の変位判定システム。   The displacement determination system according to claim 3, wherein the target object is a person who is lying on the reference plane, and the displacement information is a change in distance from the sensor device to the thorax accompanying breathing of the person. .
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