JP4569584B2

JP4569584B2 - Flow line measurement system

Info

Publication number: JP4569584B2
Application number: JP2007060641A
Authority: JP
Inventors: 山中　　浩; 弘通後藤; 和男澤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2007187676A

Description

本発明は、媒質の圧力変化を周期的に繰り返す超音波や媒質の圧力変化が単発的であるいわゆる圧力波のような疎密波を利用して検出対象の位置を追跡する動線計測システムに関するものである。 The present invention relates to a flow line measurement system that tracks the position of a detection target using an ultrasonic wave that periodically repeats a pressure change of a medium, or a so-called pressure wave in which the pressure change of the medium is single-shot. It is.

従来から、位置検出の検出対象である移動体に超音波を送波する送信装置（超音波発信機）を設け、建物内の天井面に設置された少なくとも３個の受信装置（超音波受信機）で送信装置からの超音波を受波し、送信装置から送波された超音波が受信装置に受信されるまでの時間を用いて位置演算部（演算処理手段）により移動体の位置を求める位置検出システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, a transmitting device (ultrasonic transmitter) that transmits ultrasonic waves to a moving object that is a detection target of position detection has been provided, and at least three receiving devices (ultrasonic receivers) installed on a ceiling surface in a building ) To receive the ultrasonic wave from the transmitting device, and using the time until the ultrasonic wave transmitted from the transmitting device is received by the receiving device, the position calculation unit (calculation processing means) determines the position of the moving body. A position detection system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載の位置検出システムでは、受信装置から送信装置に対して赤外線を伝送媒体とする許可信号を送信し、送信装置では許可信号を受け取ると超音波を送波する。したがって、受信装置では許可信号を送信してから超音波を受波するまでの時間を計測することで、送信装置までの距離を算出することができ、３個の受信装置において送信装置までの距離を算出するから、３個の受信装置の既知の位置に基づいて送信装置の位置を特定することができる構成になっている。
特開２００３−２７９６４０号公報 In the position detection system described in Patent Document 1, a permission signal using infrared as a transmission medium is transmitted from a reception device to a transmission device, and the transmission device transmits an ultrasonic wave when the permission signal is received. Therefore, the distance to the transmitter can be calculated by measuring the time from receiving the permission signal to receiving the ultrasonic wave in the receiver, and the distance to the transmitter in the three receivers Therefore, the position of the transmitting device can be specified based on the known positions of the three receiving devices.
JP 2003-279640 A

ところで、各受信装置ではそれぞれ送信装置との相対距離を検出するだけであるから、送信装置の座標位置を特定するには、受信装置の座標位置が特定されていなければならない。したがって、受信装置を設置する際に設置場所の座標位置を正確に計測することが必要であって、受信装置の設置施工に手間がかかるという問題を有している。また、受信装置は検知エリアを広くとるために天井のような高所に配置することが多く、高所作業において座標位置を正確に計測して設置することは困難を伴う。 By the way, since each receiving device only detects the relative distance to the transmitting device, the coordinate position of the receiving device must be specified in order to specify the coordinate position of the transmitting device. Therefore, it is necessary to accurately measure the coordinate position of the installation place when installing the receiving apparatus, and there is a problem that it takes time to install the receiving apparatus. In addition, the receiving device is often arranged at a high place such as a ceiling in order to take a wide detection area, and it is difficult to accurately measure and install the coordinate position in the high place work.

さらに、特許文献１に記載の技術では、３個の受信装置を用いなければ送信装置の位置を求めることができない上に、３個の受信装置の検知エリアが重なる範囲内でしか送信装置の位置を求めることができないものであるから、目的とする検知エリアを設定するための受信装置の配置設計が難しく、しかも受信装置を施工する作業に手間がかかるという問題がある。 Furthermore, in the technique described in Patent Document 1, the position of the transmitting apparatus cannot be obtained unless three receiving apparatuses are used, and the position of the transmitting apparatus is only within a range where the detection areas of the three receiving apparatuses overlap. Therefore, there is a problem that it is difficult to design the arrangement of the receiving apparatus for setting the target detection area, and that the work for constructing the receiving apparatus is troublesome.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、検出対象の位置を追跡するにあたり、受信装置の配置設計および設置施工を容易にしながらも受信装置の座標位置を正確に特定できるようにした動線計測システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to accurately identify the coordinate position of the receiving device while facilitating the design and installation of the receiving device in tracking the position of the detection target. An object of the present invention is to provide a flow line measurement system that can be used.

請求項１の発明は、建物内で床面上を移動する移動体を位置検出の検出対象として移動体に搭載され少なくとも疎密波を間欠的に送波する疎密波送波部を有した送信装置と、床面の上方である天井面の定位置に設置され送信装置から送波された疎密波を受波することにより検出対象が存在する相対位置を検出する受信装置と、受信装置が検出した検出対象の相対位置を時刻に対応付けて検出対象が移動した経路を追跡することにより動線を計測する管理装置とを備え、受信装置は、疎密波送波部から送波された疎密波を受波するとともに受波した疎密波を電気信号である受波信号に変換する受波素子を複数個配列したアレイセンサからなる疎密波受波部と、疎密波受波部の各受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と各受波素子の配置位置とに基づいて受信装置に対する検出対象の相対位置を受信装置に設定したローカル座標において求める送信位置演算部と、受信装置の座標位置を特定するグローバル座標での座標位置が既知である基準位置に検出対象が位置するときに送信位置演算部で得られるローカル座標での検出対象の相対位置を用いてグローバル座標における受信装置の座標位置を算出する受信位置演算部とを備え、送信装置は、疎密波送信部からの疎密波の送信と同時に電磁波を用いてトリガ信号を送信するトリガ送信部を備え、受信装置は、トリガ送信部から送信されたトリガ信号を受信するトリガ受信部を備え、送信位置演算部は、トリガ受信部がトリガ信号を受信してから疎密波受波部が疎密波を受信するまでの時間を検出対象までの距離に換算し、かつ各受波素子ごとの受波信号をそれぞれ疎密波の到来方向に対応付けて設定した時間差分だけ遅延させるとともに、遅延後の受波信号を加算した結果が最大になる遅延時間を求め、その遅延時間に対応付けられた到来方向を疎密波の到来方向として求める遅延加算処理を行い、遅延時間を複数の到来方向に対応付けて設定していることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a transmission apparatus having a sparse wave transmission unit that is mounted on a mobile body as a detection target for position detection in a building and that moves at least a sparse wave intermittently. And a receiving device that detects a relative position where a detection target exists by receiving a sparse wave transmitted from a transmitting device installed at a fixed position on the ceiling surface above the floor surface, and the receiving device detects And a management device that measures a flow line by associating the relative position of the detection target with the time and tracking a path along which the detection target has moved, and the reception device receives the sparse / dense wave transmitted from the sparse / dense wave transmission unit. A sparse / dense wave receiving unit comprising an array sensor in which a plurality of receiving elements for receiving and receiving a sparse / dense wave and converting the received sparse / dense wave into a received signal, which is an electrical signal, and each receiving element of the sparse / dense wave receiving unit Time difference between reception times of dense and narrow waves and the position of each receiving element Based on the transmission position calculation unit for determining the relative position of the detection target with respect to the reception device in the local coordinates set in the reception device, and the detection target at the reference position where the coordinate position in the global coordinates for specifying the coordinate position of the reception device is known and a receiving position calculating unit for calculating the coordinate position of the receiving device in the global coordinate is used but the detected relative position of the local coordinates obtained by the transmission position calculating section when positioned, transmitting apparatus, compressional wave transmission A trigger transmission unit that transmits a trigger signal using electromagnetic waves at the same time as transmission of the dense wave from the unit, and the reception device includes a trigger reception unit that receives the trigger signal transmitted from the trigger transmission unit, and a transmission position calculation unit Converts the time from when the trigger receiver receives the trigger signal until the sparse wave receiver receives the sparse wave to the distance to the detection target, and Delays the received signal for each element by the time difference set in association with the arrival direction of the sparse / dense wave, calculates the delay time that maximizes the result of adding the received signals after delay, and responds to the delay time The delay addition process which calculates | requires the attached arrival direction as an arrival direction of a sparse / dense wave is performed, and the delay time is set in association with a plurality of arrival directions .

この構成によれば、検出対象である移動体を基準位置に位置させた状態において、グローバル座標での基準位置の既知の位置と、受信装置に設定したローカル座標での検出対象の位置とを用いることにより、グローバル座標における受信装置の座標位置を求めることができる。したがって、受信装置のグローバル座標をあらかじめ知っておく必要がなく、基準位置を決めておき、検出対象を基準位置に位置させるだけでグローバル座標における受信装置の座標位置を求めることができる。つまり、送信装置を搭載した検出対象を基準位置に位置させるだけで受信装置の位置に関するキャリブレーションを簡単かつ精度よく行うことができる。その結果、受信装置の設置施工の際には受信装置の位置を計測する必要がなく、設置施工が容易になる。また、従来構成のように３台の受信装置で求めた距離を用いて送信装置の位置を求めるのではなく、アレイセンサを用い１台の受信装置で送信装置の位置を求めることができるから、受信装置が疎密波を受信できる範囲の検知エリアの全体を利用することができ受信装置の配置設計が容易になる。 According to this configuration, the known position of the reference position in the global coordinates and the position of the detection object in the local coordinates set in the receiving device are used in a state where the moving object that is the detection target is positioned at the reference position. Thus, the coordinate position of the receiving device in the global coordinates can be obtained. Therefore, it is not necessary to know the global coordinates of the receiving apparatus in advance, and the coordinate position of the receiving apparatus in the global coordinates can be obtained simply by determining the reference position and positioning the detection target at the reference position. That is, the calibration related to the position of the receiving apparatus can be performed easily and accurately by simply positioning the detection target equipped with the transmitting apparatus at the reference position. As a result, there is no need to measure the position of the receiving device when installing the receiving device, and the installation is facilitated. In addition, instead of using the distance obtained by the three receiving devices as in the conventional configuration to determine the position of the transmitting device, the position of the transmitting device can be obtained by one receiving device using an array sensor. The entire detection area in a range in which the reception device can receive the dense wave can be used, and the arrangement design of the reception device becomes easy.

しかも、受信装置ではトリガ信号を受信してから疎密波を受波するまでの時間を計測することによって、疎密波が送信装置から受信装置まで到達するのに要した時間を知ることができ、疎密波の既知の伝播速度と計測した時間とを用いて送信装置までの距離を求めることができる。すなわち、送信装置を搭載した検出対象までの距離を求めることができる。その結果、疎密波の到来方向と送信装置までの距離とによって送信装置（すなわち、検出対象）の三次元位置を求めることができる。 In addition, by measuring the time from receiving the trigger signal to receiving the sparse / dense wave, the receiver can know the time required for the sparse / dense wave to reach the receiver from the transmitter. The distance to the transmitter can be determined using the known propagation speed of the wave and the measured time. That is, the distance to the detection target equipped with the transmission device can be obtained. As a result, the three-dimensional position of the transmission device (that is, the detection target) can be obtained from the arrival direction of the dense wave and the distance to the transmission device.

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記受信位置演算部が、グローバル座標での座標位置が既知である複数の基準位置について送信位置演算部で得られるローカル座標での検出対象の相対位置を用い、グローバル座標における受信装置の座標位置に加えてローカル座標の座標軸の回転角も求めることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention , the reception position calculation unit is configured to detect the detection target in the local coordinates obtained by the transmission position calculation unit for a plurality of reference positions whose coordinate positions in the global coordinates are known. Using the relative position, the rotation angle of the coordinate axis of the local coordinate is obtained in addition to the coordinate position of the receiving device in the global coordinate.

この構成によれば、基準位置を複数設けていることによりグローバル座標に対するローカル座標の回転角を求めることができる。すなわち、検出対象を基準位置に位置させたときに受信装置に設定したローカル座標の座標軸がグローバル座標の座標軸に対して回転している場合でも、受信装置で求めた送信装置の位置をグローバル座標の座標位置に換算することができる。その結果、受信装置を設置する際に取付方向を考慮する必要がなく、受信装置の設置施工が容易になる。 According to this configuration, the rotation angle of the local coordinate relative to the global coordinate can be obtained by providing a plurality of reference positions. That is, even when the coordinate axis of the local coordinates set in the receiving device when the detection target is positioned at the reference position is rotated with respect to the coordinate axis of the global coordinate, the position of the transmitting device obtained by the receiving device is It can be converted into a coordinate position. As a result, it is not necessary to consider the mounting direction when installing the receiving device, and installation of the receiving device is facilitated.

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記受信装置を複数台備える動線計測システムであって、前記送信装置からの疎密波を２台以上の受信装置で同時に受波できる検知エリアが存在するときに、当該検知エリア内に前記基準位置を設定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention , the flow line measuring system includes a plurality of the receiving devices, and the dense waves from the transmitting device are simultaneously received by two or more receiving devices. When there is a detection area that can be waved, the reference position is set in the detection area.

この構成によれば、検出対象を１つの基準位置に位置させるだけで複数台の受信装置のキャリブレーションを行うことができるから、キャリブレーションの作業の負担が軽減される。
請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記疎密波送波部は、媒質の圧力変化が単発的に生じる圧力波を送波することを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記疎密波受波部は、複数個の前記受波素子を二次元的に配列してあることを特徴とする。 According to this configuration, it is possible to calibrate a plurality of receiving apparatuses only by positioning the detection target at one reference position, so that the burden of calibration work is reduced.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the dense wave transmission unit transmits a pressure wave in which a change in the pressure of the medium occurs once.
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the dense wave receiving section includes a plurality of the receiving elements arranged two-dimensionally. .

本発明の構成によれば、受信装置のグローバル座標をあらかじめ知っておく必要がなく、送信装置を搭載した検出対象を基準位置に位置させるだけで受信装置の位置に関するキャリブレーションを簡単かつ精度よく行うことができるから、受信装置の設置施工の際には受信装置の位置を計測する必要がなく、設置施工が容易になるという利点がある。また、アレイセンサを用い１台の受信装置で送信装置の位置を求めることができるから、受信装置が疎密波を受信できる検知エリアの全体を利用することができ受信装置の配置設計が容易になるという利点がある。その上、複数個の受波素子ごとの受波信号を時間軸方向に偏移させた後に加算する遅延加算処理を行って、加算結果が最大になるときの遅延時間を求めるから、加算結果の評価のみでただちに到来方向を求めることができる。 According to the configuration of the present invention, it is not necessary to know the global coordinates of the receiving apparatus in advance, and the calibration relating to the position of the receiving apparatus can be performed easily and accurately simply by positioning the detection target equipped with the transmitting apparatus at the reference position. Therefore, there is no need to measure the position of the receiving device when installing the receiving device, and there is an advantage that the installing operation becomes easy. In addition, since the position of the transmission device can be obtained by using a single reception device using an array sensor, the entire detection area in which the reception device can receive sparse waves can be used, and the arrangement design of the reception device is facilitated. There is an advantage. In addition, a delay addition process is performed in which the reception signals for each of the plurality of reception elements are shifted in the time axis direction and then added to obtain the delay time when the addition result is maximized. The direction of arrival can be obtained immediately by evaluation alone.

本実施形態では、図２、図３に示すように、建物内で床面ＦＬ上を移動する移動体（たとえば、ショッピングカート）を位置検出の検出対象Ｏｂとし、検出対象Ｏｂが移動した位置を追跡する動線計測システムを例示する。検出対象Ｏｂの位置を追跡するために、検出対象Ｏｂの上面には疎密波を送波する送信装置１を搭載し、床面ＦＬの上方である天井面ＣＬの定位置には疎密波を受波する受信装置２を設置する。本実施形態では、疎密波として媒質（空気）の圧力変化が単発的に生じる圧力波を用いる。 In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a moving body (for example, a shopping cart) that moves on the floor FL in a building is set as a detection target Ob for position detection, and the position where the detection target Ob has moved is set. The flow line measuring system to track is illustrated. In order to track the position of the detection target Ob, the transmitting device 1 that transmits the dense wave is mounted on the upper surface of the detection target Ob, and the dense wave is received at a fixed position of the ceiling surface CL above the floor surface FL. A wave receiving device 2 is installed. In the present embodiment, a pressure wave in which a pressure change of the medium (air) occurs once as a dense wave is used.

送信装置１は、図１に示すように、疎密波を送波する疎密波送波部１１と、電磁波（赤外線または電波）を伝送媒体としたワイヤレス信号を送信するトリガ送信部１２および識別情報送信部１３とを備える。疎密波送波部１１、トリガ送信部１２、識別情報送信部１３は、それぞれドライバ１４〜１６を介して制御部１０からの指示を受けて動作する。制御部１０はワンチップマイコンからなり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、シリアル通信用インターフェイスを包含している。疎密波送波部１１からは疎密波を間欠的に送波し、トリガ送信部１２は疎密波の送信と同時にトリガ信号としてのワイヤレス信号（以下では、単に「トリガ信号」という）を送信する。また、識別情報送信部１３は識別データを含むワイヤレス信号（以下では、「識別情報信号」という）をトリガ信号に引き続いて送信する。識別データは制御部１０に設定されており、送信装置１ごとに固有の識別データが設定される。疎密波の送波タイミング、トリガ信号の送信タイミング、識別情報信号の送信タイミングは制御部１０において制御される。疎密波とトリガ信号と識別情報信号とは所定の時間間隔で間欠的に出力される。上述した送信装置１の機能は制御部１０を構成しているワンチップマイコンに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。 As shown in FIG. 1, the transmission device 1 includes a dense wave transmission unit 11 that transmits a dense wave, a trigger transmission unit 12 that transmits a wireless signal using electromagnetic waves (infrared rays or radio waves) as a transmission medium, and identification information transmission. Unit 13. The sparse / dense wave transmission unit 11, the trigger transmission unit 12, and the identification information transmission unit 13 operate in response to instructions from the control unit 10 via the drivers 14 to 16, respectively. The control unit 10 includes a one-chip microcomputer and includes a CPU, RAM, ROM, and serial communication interface. The sparse / dense wave transmission unit 11 intermittently transmits a sparse / dense wave, and the trigger transmission unit 12 transmits a wireless signal as a trigger signal (hereinafter simply referred to as “trigger signal”) simultaneously with the transmission of the sparse / dense wave. Further, the identification information transmitting unit 13 transmits a wireless signal including identification data (hereinafter referred to as “identification information signal”) following the trigger signal. The identification data is set in the control unit 10, and unique identification data is set for each transmission device 1. The control unit 10 controls the transmission timing of the density wave, the transmission timing of the trigger signal, and the transmission timing of the identification information signal. The density wave, the trigger signal, and the identification information signal are intermittently output at predetermined time intervals. The functions of the transmission device 1 described above are realized by mounting an appropriate program on the one-chip microcomputer constituting the control unit 10.

受信装置２は、送信装置１に設けた疎密波送波部１１から送波された疎密波を受波する疎密波受波部２１を備え、疎密波受波部２１は疎密波を受波すると電気信号である受波信号を出力する。つまり、疎密波受波部２１は疎密波を受波信号に変換する。また、受信装置２は、送信装置１に設けたトリガ送信部１２から送信されたトリガ信号を受信するトリガ受信部２２と、識別情報送信部１３から送信された識別情報信号を受信する識別情報受信部２３とを備える。トリガ受信部２２ではトリガ信号を波形整形し、識別情報受信部２３は識別情報信号からキャリアを除去する。トリガ受信部２２の出力は受信装置の動作開始のタイミングを指示し、受信装置２に設けた位置演算部２４およびタイマ部２５を起動する。また、識別情報受信部２３から出力されるパルス列からなる識別データはメモリ２６に格納される。タイマ部２５は現在時刻を計時する時計機能も備え、トリガ受信部２２でトリガ信号を受信した時刻がメモリ２６に格納される。 The receiver 2 includes a sparse wave receiver 21 that receives the sparse wave transmitted from the sparse wave transmitter 11 provided in the transmitter 1, and the sparse wave receiver 21 receives the sparse wave. A received signal that is an electrical signal is output. That is, the dense wave receiving unit 21 converts the dense wave into a received signal. In addition, the reception device 2 receives a trigger signal transmitted from the trigger transmission unit 12 provided in the transmission device 1 and an identification information reception that receives an identification information signal transmitted from the identification information transmission unit 13. Part 23. The trigger receiving unit 22 shapes the waveform of the trigger signal, and the identification information receiving unit 23 removes the carrier from the identification information signal. The output of the trigger receiving unit 22 instructs the timing for starting the operation of the receiving device, and starts the position calculating unit 24 and the timer unit 25 provided in the receiving device 2. In addition, identification data including a pulse train output from the identification information receiving unit 23 is stored in the memory 26. The timer unit 25 also has a clock function for measuring the current time, and the time when the trigger signal is received by the trigger receiving unit 22 is stored in the memory 26.

位置演算部２４は、トリガ受信部２２の出力が発生した時点で待機状態から受信状態に移行し、受信状態において得られる疎密波受波部２１の出力を用いて送信装置１の位置を算出する。受信状態はあらかじめ定めた一定時間継続する。 The position calculation unit 24 shifts from the standby state to the reception state when the output of the trigger reception unit 22 occurs, and calculates the position of the transmission device 1 using the output of the dense wave reception unit 21 obtained in the reception state. . The reception state continues for a predetermined time.

疎密波受波部２１の出力を用いて得られる送信装置１の位置は、受信装置２に対する送信装置１の相対位置であり、図３に示すように受信装置２に設定されたローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌの座標位置として求められる。ここに、本実施形態では床面ＦＬから天井面ＣＬまでの高さは一定とみなしている。したがって、検出対象Ｏｂの移動する空間において送信装置１の高さ位置は変化しないから、ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌを床面ＦＬの上の二次元座標として扱う。 The position of the transmission device 1 obtained by using the output of the sparse / dense wave reception unit 21 is a relative position of the transmission device 1 with respect to the reception device 2, and local coordinates X _L set in the reception device 2 as shown in FIG. -Y It is calculated | required as a coordinate position of _L. Here, in the present embodiment, the height from the floor surface FL to the ceiling surface CL is considered to be constant. Accordingly, since the height position of the transmission device 1 does not change in the space in which the detection target Ob moves, the local coordinates X _L -Y _L are handled as two-dimensional coordinates on the floor surface FL.

一方、受信装置２の位置は検出対象Ｏｂが移動する空間に設定したグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標位置として求められる。グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇも高さについては考慮せず、床面ＦＬの上の二次元座標として扱う。 On the other hand, the position of the receiving device 2 is obtained as the coordinate position of the global coordinates X _G -Y _G set in the space in which the detection object Ob moves. The global coordinates X _G -Y _G are also considered as two-dimensional coordinates on the floor surface FL without considering the height.

本実施形態では、受信装置２のキャリブレーションが必要であって、キャリブレーションの際には、位置演算部２４において、疎密波受波部２１の出力を用いてローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を求め、送信装置１がグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける既知の座標位置（基準位置）に位置するときに、両座標位置を用いてグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの受信装置２の座標位置を求める。また、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの受信装置２の座標位置を求めた後には、ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を用いてグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの送信装置１の座標位置を求めることができる。つまり、受信装置２には、ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を用いて、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける受信装置２の座標位置を求める動作モード（キャリブレーションモード）と、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける送信装置１の座標位置を求める動作モード（運転モード）とがある。位置演算部２４は、どちらの動作モードにおいてもローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を求める送信位置演算部の機能を有する。また、運転モードであるときには受信位置演算部として機能する。送信位置演算部と受信位置演算部との動作については後述する。 In the present embodiment, the receiver 2 needs to be calibrated. At the time of calibration, the position calculator 24 uses the output of the sparse / dense wave receiver 21 in the local coordinates X _L -Y _L. obtains the coordinate position of the transmitting apparatus 1, when the transmitting device 1 is positioned at a known coordinate positions in the global coordinate X _G -Y _G (reference position), on the global coordinate X _G -Y _G using both coordinate position The coordinate position of the receiving device 2 is obtained. Further, after obtaining the coordinate position of the receiving device 2 in the global coordinates X _G -Y _G , the coordinate position of the transmitting device 1 in the local coordinates X _L -Y _L is used to determine the coordinate position of the receiving device 2 in the global coordinates X _G -Y _G. The coordinate position of the transmission device 1 can be obtained. In other words, the receiving apparatus 2 uses the coordinate position of the transmitting apparatus 1 in the local coordinates X _L -Y _L to determine the coordinate position of the receiving apparatus 2 in the global coordinates X _G -Y _G (calibration mode). And an operation mode (operation mode) for obtaining the coordinate position of the transmitter 1 in the global coordinates X _G -Y _G. The position calculation unit 24 has a function of a transmission position calculation unit that obtains the coordinate position of the transmission device 1 in the local coordinates X _L -Y _L in both operation modes. Also, when in the operation mode, it functions as a reception position calculation unit. Operations of the transmission position calculation unit and the reception position calculation unit will be described later.

メモリ２６には、位置演算部２４で求めたグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける送信装置１の座標位置と、当該座標位置に位置していたときの時刻（トリガ受信部２２がトリガ信号を受信した時刻）と、当該送信装置１の識別データとが対応付けられて１レコードとして格納される。メモリ２６に格納されたデータは制御部２０において必要に応じて読み出され、出力部２７を通して外部の管理装置に出力される。制御部２０はマイクロコンピュータを主構成要素としており、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、シリアル通信インターフェイスを包含している。また、出力部２７は出力用のインターフェイスであって、ＴＩＡ／ＥＩＡ−２３２−ＥやＵＳＢなどの仕様のシリアルインターフェイスのほかＳＣＳＩのような仕様のパラレルインターフェイスなどが採用される。出力部２７から取り出された検出結果は、別に設けた管理装置において利用され、本実施形態では、検出対象Ｏｂが移動した経路を追跡することにより動線を計測する。 In the memory 26, the coordinate position of the transmission device 1 in the global coordinates X _G -Y _G obtained by the position calculation unit 24 and the time when the transmission device 1 is located at the coordinate position (the trigger reception unit 22 has received the trigger signal). Time) and the identification data of the transmitter 1 are stored in association with each other. Data stored in the memory 26 is read by the control unit 20 as necessary, and is output to an external management device through the output unit 27. The control unit 20 includes a microcomputer as a main component, and includes a CPU, a RAM, a ROM, and a serial communication interface. The output unit 27 is an output interface, and adopts a serial interface such as TIA / EIA-232-E and USB, and a parallel interface such as SCSI. The detection result taken out from the output unit 27 is used in a separate management device. In this embodiment, the flow line is measured by tracking the path along which the detection target Ob has moved.

受信装置２の各部の構成をさらに詳しく説明する。疎密波受波部２１は、複数個の受波素子を配列したアレイセンサであって、位置演算部２４では各受波素子による疎密波の受波時刻の時間差と受波素子の配列位置とに基づいて疎密波の到来方向、すなわち検出対象Ｏｂの存在する方向を求める。 The configuration of each unit of the receiving device 2 will be described in more detail. The dense wave receiving unit 21 is an array sensor in which a plurality of receiving elements are arranged. In the position calculating unit 24, the time difference between the receiving times of the dense waves by the receiving elements and the arrangement position of the receiving elements are determined. Based on this, the arrival direction of the density wave, that is, the direction in which the detection target Ob exists is obtained.

疎密波の到来方向を求めるには、疎密波を受波した受波素子での受波時刻の時間差を含む情報が必要であるから、疎密波受波部２１から出力される受波信号をＡ／Ｄ変換器２４ａをデジタル信号である受波データに変換した後、各受波素子に対応する出力を一時記憶するデータ格納部２４ｂに格納する。疎密波受波部２１は到来する疎密波を常時受波しているが、位置演算部２４での処理はトリガ受信部２２の出力が得られてから一定時間である受波ゲート期間に制限される。 In order to obtain the direction of arrival of the sparse / dense wave, information including the time difference between the reception times of the reception elements that have received the sparse / dense wave is required. After the / D converter 24a converts the received data that is a digital signal, the output corresponding to each receiving element is stored in the data storage unit 24b that temporarily stores the output. The sparse / dense wave receiving unit 21 always receives incoming sparse / dense waves, but the processing in the position calculation unit 24 is limited to a reception gate period that is a fixed time after the output of the trigger receiving unit 22 is obtained. The

データ格納部２４ｂに格納された受波データは受波ゲート期間の終了後に処理部２４ｃに読み込まれ、各受波素子での受波時刻の時間差に相当する時間を求めるために、隣接する受波素子に対応する受波データを時間軸方向に既定した時間分だけシフトして加算する。処理部２４ｃはマイクロコンピュータを主構成要素とする。 The reception data stored in the data storage unit 24b is read into the processing unit 24c after the reception gate period ends, and adjacent reception signals are obtained in order to obtain a time corresponding to the time difference between reception times at each reception element. The received data corresponding to the element is shifted by a predetermined time in the time axis direction and added. The processing unit 24c has a microcomputer as a main component.

この処理について簡単に説明する。いま、疎密波受波部２１において受波素子４０が図４に示すように同一平面上において一次元的に等間隔で配列されているものとする（実際には二次元的に配列されている）。受波素子４０が配列された面に対する超音波の波面の角度がθ_０であるとき、疎密波の到来方向もθ_０になる。音速をｃ、受波素子４０の配列ピッチ（中間間の距離）をＬとすれば、到来方向がθ_０である疎密波の波面が隣接する受波素子４０に到達する際の時間差ΔＴ_０は、ΔＴ_０＝Ｌ・ｓｉｎθ_０／ｃである。すなわち、θ_０＝ｓｉｎ^−１（ΔＴ_０・ｃ／Ｌ）であって、時間差ΔＴ_０を求めると到来方向θ_０を求めることができる。 This process will be briefly described. Now, it is assumed that the receiving elements 40 are arranged one-dimensionally at equal intervals on the same plane as shown in FIG. 4 (in practice, they are arranged two-dimensionally). ). When the angle of the wavefront of the ultrasonic wave with respect to the surface on which the wave receiving elements 40 are arranged is θ ₀ , the arrival direction of the dense wave is also θ ₀ . If the speed of sound is c and the arrangement pitch (intermediate distance) of the receiving elements 40 is L, the time difference ΔT ₀ when the wavefront of the dense wave whose arrival direction is θ ₀ reaches the adjacent receiving element 40 is , ΔT ₀ = L · sin θ ₀ / c. That is, θ ₀ = sin ⁻¹ (ΔT ₀ · c / L), and the arrival direction θ ₀ can be obtained by obtaining the time difference ΔT ₀ .

以上の関係から、各受波素子４０で受波した疎密波に対応する受波信号を到来方向θ_０に対応した時間差ΔＴ_０分だけ遅延させると、時間軸方向において受波信号の位置を一致させることができることがわかる。たとえば、隣り合う３個の受波素子４０から図５（ａ）〜（ｃ）のような受波信号が出力され、隣接する受波素子４０から出力される受波信号が時間差ΔＴ_０を有しているものとする。この場合、隣接する受波素子４０から得られる受波信号を、適宜の遅延手段によって互いにΔＴ_０だけ遅延させる。つまり、図５（ｃ）の受波信号を２ΔＴ_０だけ遅延させ、図５（ｂ）の受波信号をΔＴ_０だけ遅延させると、両受波信号は時間軸方向において図５（ａ）の受波信号の位置に一致する。各受波素子４０の出力である受波信号の時間軸方向における位置が一致していれば、これらの受波信号を加算したときに加算結果は大きな振幅になる。言い換えると、加算結果の振幅が大きければ、疎密波の到来方向θ_０は当該遅延時間ΔＴ_０に対応しているといえる。 Based on the above relationship, if the received signal corresponding to the sparse / dense wave received by each receiving element 40 is delayed by the time difference ΔT ₀ corresponding to the arrival direction θ ₀ , the position of the received signal matches in the time axis direction. You can see that For example, received signals as shown in FIGS. 5A to 5C are output from three adjacent receiving elements 40, and the received signals output from adjacent receiving elements 40 have a time difference ΔT ₀ . Suppose you are. In this case, the reception signals obtained from the adjacent reception elements 40 are delayed by ΔT _{0 from} each other by appropriate delay means. That is, when the received signal in FIG. 5C is delayed by 2ΔT ₀ and the received signal in FIG. 5B is delayed by ΔT ₀ , both received signals are shown in FIG. 5A in the time axis direction. It matches the position of the received signal. If the received signals that are the outputs of the receiving elements 40 have the same position in the time axis direction, when these received signals are added, the addition result has a large amplitude. In other words, the larger the amplitude of the addition result, the arrival direction theta ₀ of compressional wave can be said to correspond to the delay time [Delta] T _0.

本実施形態では、受信信号を時間軸方向に偏移させるのではなく、受波データを時間軸方向に偏移させる構成を採用しているが、到来方向θ_０を算出する目的においては差異はない。しかして、処理部２４ｃではデータ格納部２４ｂに格納された受波データに対して、あらかじめ設定した複数種類の遅延時間を適用して遅延させた後に加算し、加算結果が最大になるときの遅延時間を求める。この遅延時間は時間差ΔＴ_０に対応するから、遅延時間にあらかじめ到来方向θ_０を対応付けておくことにより、疎密波の到来方向をただちに求めることができる。遅延時間は、たとえば到来方向を５度刻みで検出することができるように設定される。上述のように受波データを時間軸方向に偏移させた後に加算する処理を遅延加算処理と呼ぶ。遅延加算処理は処理部２４ｃに設定したプログラムにより実現される。 In the present embodiment, the received signal is not shifted in the time axis direction, but the received data is shifted in the time axis direction. However, for the purpose of calculating the arrival direction θ ₀ , the difference is Absent. Therefore, the processing unit 24c adds the delay time to the received data stored in the data storage unit 24b after applying a plurality of preset delay times and adding the delay time, and the delay when the addition result is maximized. Ask for time. Since this delay time corresponds to the time difference ΔT ₀ , the arrival direction of the dense wave can be immediately obtained by associating the arrival direction θ ₀ with the delay time in advance. The delay time is set so that, for example, the arrival direction can be detected in increments of 5 degrees. As described above, the process of adding the received data after shifting the received data in the time axis direction is called a delay addition process. The delay addition process is realized by a program set in the processing unit 24c.

ここに、トリガ信号と疎密波とは同時に出力されており、トリガ送信部１２からのトリガ信号の送信とトリガ受信部２２でのワイヤレス信号の受信とは実質的に同時とみなせるから、トリガ受信部２２でのトリガ信号の受信時刻と、疎密波受波部２１での疎密波の受波時刻との時間差は、実質的に疎密波が媒質中を伝播する時間とみなすことができる。したがって、ワイヤレス信号を受信してから疎密波を受波するまでの時間によって受信装置２に対する送信装置１の相対的な距離を知ることができる。つまり、送信装置１の方向と距離とを知ることができるから、受信装置２では送信装置１の三次元位置を求めることができる。ただし、上述したように本実施形態では床面ＦＬの上の二次元座標での座標位置を求める。つまり、三次元位置に対して既知の高さ寸法を用いることにより床面ＦＬの上での二次元座標を求めることができる。なお、この演算は処理部２４ｃにおいて行う。 Here, since the trigger signal and the sparse / dense wave are output at the same time, the transmission of the trigger signal from the trigger transmission unit 12 and the reception of the wireless signal at the trigger reception unit 22 can be regarded as substantially simultaneous. The time difference between the reception time of the trigger signal at 22 and the reception time of the dense wave at the dense wave receiving unit 21 can be regarded as the time during which the dense wave propagates through the medium. Therefore, it is possible to know the relative distance of the transmission device 1 with respect to the reception device 2 based on the time from reception of the wireless signal to reception of the dense wave. That is, since the direction and distance of the transmission device 1 can be known, the reception device 2 can obtain the three-dimensional position of the transmission device 1. However, as described above, in this embodiment, the coordinate position in two-dimensional coordinates on the floor surface FL is obtained. That is, the two-dimensional coordinates on the floor surface FL can be obtained by using a known height dimension for the three-dimensional position. This calculation is performed in the processing unit 24c.

以上説明したように、受信装置２では送信装置１からのトリガ信号を受信すると、受波ゲート期間の制限内で受波信号を待ち受け、受波ゲート期間内に受波した疎密波のみを用いて疎密波の到来方向および送信装置１までの距離を算出し、検出対象Ｏｂの床面ＦＬの上の二次元座標（ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌ）での座標位置を求める。また、トリガ信号を受信した時刻およびトリガ信号に対応する識別データをメモリ２６に格納する。 As described above, when the receiving device 2 receives the trigger signal from the transmitting device 1, the receiving device 2 waits for the received signal within the limit of the receiving gate period, and uses only the dense wave received within the receiving gate period. The arrival direction of the sparse / dense wave and the distance to the transmission device 1 are calculated, and the coordinate position in two-dimensional coordinates (local coordinates X _L −Y _L ) on the floor surface FL of the detection target Ob is obtained. The time at which the trigger signal is received and identification data corresponding to the trigger signal are stored in the memory 26.

なお、データ格納部２４ｂの容量は、受波素子４０の素子数と受波ゲート期間とＡ／Ｄ変換器２４ａのサンプリング周期とに依存する。たとえば、受波素子４０を８素子とし、Ａ／Ｄ変換器２４ａのサンプリング周期を１μｓ、受波ゲート期間を３０ｍｓ（送信装置１までの距離が約１０ｍの範囲内）とし、１データを１ワードで保存するとすれば（つまり、Ａ／Ｄ変換器２４ａの分解能が８ビットであるとすれば）、３０ｋワード×８素子＝２４０ｋワードの容量が必要になる。この程度の容量であれば、２５６ｋｂｙｔｅの容量を有するＳＲＡＭを用いることができる。 The capacity of the data storage unit 24b depends on the number of receiving elements 40, the receiving gate period, and the sampling period of the A / D converter 24a. For example, the receiving element 40 is 8 elements, the sampling period of the A / D converter 24a is 1 μs, the receiving gate period is 30 ms (the distance to the transmitting device 1 is within a range of about 10 m), and one data is one word. Therefore, if the resolution of the A / D converter 24a is 8 bits, a capacity of 30k words × 8 elements = 240k words is required. An SRAM having a capacity of 256 kbytes can be used with such a capacity.

上述した処理によってローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を求めることができる。すなわち、位置演算部２４のうちＡ／Ｄ変換部２４ａ、データ格納部２４ｂ、処理部２４ｃによりローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌでの送信装置１の座標位置を求める送信位置演算部が構成される。一方、本実施形態では、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの受信装置２の座標位置を求める必要があり、そのため、検出対象Ｏｂをグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標位置が既知である基準位置に位置させる。 The coordinate position of the transmission apparatus 1 at the local coordinates X _L -Y _L can be obtained by the processing described above. That is, in the position calculation unit 24, the A / D conversion unit 24a, the data storage unit 24b, and the processing unit 24c constitute a transmission position calculation unit that obtains the coordinate position of the transmission device 1 at the local coordinates X _L -Y _L. On the other hand, in the present embodiment, it is necessary to obtain the coordinate position of the receiving device 2 at the global coordinates X _G -Y _G. Therefore, the detection target Ob is a reference position where the coordinate position of the global coordinates X _G -Y _G is known. To be located.

いま、図６に示すように、床面ＦＬの上でグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇが既知である基準位置Ｐｓを設定し、基準位置Ｐｓに検出対象Ｏｂを位置させた場合を想定する。ここで、検出対象Ｏｂに対する送信装置１の位置は変化しないから、検出対象Ｏｂの位置は送信装置１の位置を表しているものとみなして説明する。基準位置Ｐｓのグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける座標位置を（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）とする。グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける受信装置２の座標位置を求めるには、まず、位置演算部２４を受信装置２の位置を求めるキャリブレーションモードに設定した状態で、検出対象Ｏｂを基準位置Ｐｓに位置させる。 Now, as shown in FIG. 6, it is assumed that the reference position Ps where the global coordinates X _G -Y _G are known is set on the floor surface FL, and the detection target Ob is positioned at the reference position Ps. Here, since the position of the transmission device 1 with respect to the detection target Ob does not change, the position of the detection target Ob is assumed to represent the position of the transmission device 1 and will be described. Let the coordinate position of the reference position Ps in the global coordinates X _G -Y _{G be} (X _G11 , Y _G11 ). In order to obtain the coordinate position of the receiving device 2 in the global coordinates X _G -Y _G , first, the detection target Ob is set to the reference position Ps in a state where the position calculation unit 24 is set to a calibration mode for obtaining the position of the receiving device 2. Position.

受信装置２の送信位置演算部では、ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける送信装置１の座標位置を求めることができるから、この座標位置を（Ｘ_Ｌ１１，Ｙ_Ｌ１１）とする。ここで、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇとローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌとの座標軸との向きが一致するという制約条件を設定すれば、基準位置Ｐｓについて、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける座標位置（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）とローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標位置（Ｘ_Ｌ１１，Ｙ_Ｌ１１）との差が、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける受信装置２の座標位置（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）になる。すなわち、Ｘ_Ｒ＝Ｘ_Ｇ１１−Ｘ_Ｌ１１、Ｙ_Ｒ＝Ｙ_Ｇ１１−Ｙ_Ｌ１１として受信装置２の座標位置を求めることができる。 Since the transmission position calculation unit of the reception device 2 can obtain the coordinate position of the transmission device 1 in the local coordinates X _L -Y _L , this coordinate position is assumed to be (X _L11 , Y _L11 ). Here, if the constraint condition that the directions of the coordinate axes of the global coordinates X _G -Y _G and the local coordinates X _L -Y _L coincide with each other is set, the coordinate position in the global coordinates X _G -Y _{G with} respect to the reference position Ps. The difference between (X _G11 , Y _G11 ) and the coordinate position (X _L11 , Y _L11 ) in the local coordinates X _L -Y _L is the coordinate position (X _R , Y _R ) of the receiver 2 in the global coordinates X _G -Y _G. )become. That _is, it is possible to determine the coordinate position of the receiving apparatus 2 as _{_{_{_{X R = X G11 -X L11,}}}} Y R = Y G11 -Y L11.

グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの受信装置２の座標位置（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）は座標変換処理部２４ｄに格納され、処理部２４ｃでの以後の処理に用いられる。また、座標変換処理部２４ｄには、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける基準位置Ｐｓの座標位置（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）も格納されている。したがって、処理部２４ｃと座標変換処理部２４ｄとは受信位置演算部として機能する。また、座標変換処理部２４ｄに格納されたデータの変更頻度は少ないから、座標変換処理部２４ｄにはＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリを用いるのが望ましい。この座標位置（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）はグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの基準位置Ｐｓを実測した結果に基づいて設定される。すなわち、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇでの送信装置１の座標位置を求める運転モードでは、座標変換処理部２４ｄに格納された受信装置２の座標位置を用いることで、送信装置１の座標位置を算出するのである。なお、基準位置Ｐｓの計測は床面ＦＬの上で行うから作業は容易である。 The coordinate position (X _R , Y _R ) of the receiving device 2 in the global coordinates X _G -Y _G is stored in the coordinate conversion processing unit 24d and used for subsequent processing in the processing unit 24c. The coordinate conversion processing unit 24d also stores the coordinate position (X _G11 , Y _G11 ) of the reference position Ps in the global coordinates X _G -Y _G. Therefore, the processing unit 24c and the coordinate conversion processing unit 24d function as a reception position calculation unit. Further, since the data stored in the coordinate conversion processing unit 24d is rarely changed, it is desirable to use a nonvolatile memory such as an EEPROM for the coordinate conversion processing unit 24d. This coordinate position (X _G11 , Y _G11 ) is set based on the result of actual measurement of the reference position Ps at the global coordinates X _G -Y _G. That is, in the operation mode for obtaining the coordinate position of the transmission device 1 in the global coordinates X _G -Y _G , the coordinate position of the transmission device 1 is obtained by using the coordinate position of the reception device 2 stored in the coordinate conversion processing unit 24d. It is calculated. Since the measurement of the reference position Ps is performed on the floor surface FL, the operation is easy.

ところで、上述の説明では、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇとローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌとの座標軸との向きが一致しているという制約条件を設定したが、このような制約条件を成立させるには、受信装置２の取付方向がグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標軸とに対して一定の関係になるように施工しなければならない。したがって、受信装置２の設置施工時に座標位置については考慮しなくてもよいから設置施工が容易になるものの、以前としてグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標軸との関係については考慮しなければならない（グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標軸に沿ったラインが天井面ＣＬに設けられている場合もあるから、その場合には設置施工は比較的容易である）。 By the way, in the above description, the constraint condition that the directions of the coordinate axes of the global coordinates X _G -Y _G and the local coordinates X _L -Y _L coincide with each other is set. the mounting direction of the receiving apparatus 2 must construction such that a constant relationship to the axes of the global coordinate X _G -Y _G. Therefore, although it is not necessary to consider the coordinate position at the time of installation of the receiving apparatus 2, the installation is facilitated, but the relationship with the coordinate axes of the global coordinates X _G -Y _G must be considered as before ( since it may the line along the axis of the global coordinates X _G -Y _G is provided on the ceiling surface CL, installation construction in that case is relatively easy).

そこで、以下では受信装置２の取付方向についても制約を設けずに設置施工が可能になる技術を説明する。上述の動作ではグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける受信装置２の座標位置を求めるだけであって座標軸の回転角を考慮しないから、未知数は２であって、上述したように１個の基準位置Ｐｓについて２式を設定すれば未知数を求めることができる。一方、座標軸の回転角を考慮する場合にはグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇの座標軸に対するローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌの座標軸の回転角θ_Ｒを求めなければならないから、未知数が３個（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，θ_Ｒ）になる。つまり、１個の基準位置Ｐｓから得られる２式のみでは未知数を求めることができない。そこで、基準位置を２個設定する。 Therefore, hereinafter, a technique that enables installation without restricting the mounting direction of the receiving device 2 will be described. In the above-described operation, only the coordinate position of the receiving device 2 in the global coordinates X _G -Y _G is obtained and the rotation angle of the coordinate axis is not taken into consideration, so the unknown is 2, and as described above, one reference position Ps If two equations are set for, the unknown can be obtained. On the other hand, when considering the rotation angle of the coordinate axes, the rotation angle θ _R of the coordinate axes of the local coordinates X _L -Y _L with respect to the coordinate axes of the global coordinates X _G -Y _G must be obtained, so there are three unknowns (X _R , Y _R , θ _R ). That is, the unknown cannot be obtained by only two formulas obtained from one reference position Ps. Therefore, two reference positions are set.

いま、図７に示すように、２個の基準位置Ｐｓ１，Ｐｓ２（Ｐｓ２は図示せず）のうちの一方の基準位置Ｐｓ１について、受信装置２ではグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける座標位置（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）が既知であり、ローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標位置（Ｘ_Ｌ１１，Ｙ_Ｌ１１）が計測されているものとする。ここで、受信装置２に関する未知数（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，θ_Ｒ）とこれらの座標位置（Ｘ_Ｇ１１，Ｙ_Ｇ１１）、（Ｘ_Ｌ１１，Ｙ_Ｌ１１）との関係は、数１のように表すことができる。 Now, as shown in FIG. 7, with respect to one reference position Ps1 of two reference positions Ps1 and Ps2 (Ps2 is not shown), the receiver 2 uses the coordinate position (X in the global coordinates X _G -Y _G) . _G11, _{Y G11)} is known, it is assumed that the coordinate position in the local coordinate _{_{_{_{X L -Y L (X L11,}}}} Y L11) is measured. Here, the relationship between the unknowns (X _R , Y _R , θ _R ) related to the receiving device 2 and their coordinate positions (X _G11 , Y _G11 ), (X _L11 , Y _L11 ) is expressed as in Equation 1. Can do.

同様にして、基準位置Ｐｓ２についてもグローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける座標位置（Ｘ_Ｇ１２，Ｙ_Ｇ１２）とローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標位置（Ｘ_Ｌ１２，Ｙ_Ｌ１２）との関係を数２のように表すことができる。 Similarly, for the reference position Ps2, the relationship between the coordinate position (X _G12 , Y _G12 ) in the global coordinates X _G -Y _G and the coordinate position (X _L12 , Y _L12 ) in the local coordinates X _L -Y _L is expressed by Equation 2. It can be expressed as

数１と数２とから（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）を消去すれば、θ_Ｒに関する数３が得られる。 If (X _R , Y _R ) is eliminated from Equation 1 and Equation 2, Equation ₃ relating to θR is obtained.

さらに、数３を数１、数２に適用すれば、（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）を求めることができる。 Furthermore, if Equation 3 is applied to Equation 1 and Equation 2, (X _R , Y _R ) can be obtained.

したがって、受信装置２の位置座標を求めるには、まず検出対象Ｏｂを基準位置Ｐｓ１に位置させてローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標位置（Ｘ_Ｌ１１，Ｙ_Ｌ１１）を求め、次に、検出対象Ｏｂを基準位置Ｐｓ２に位置させてローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標位置（Ｘ_Ｌ２１，Ｙ_Ｌ１２）を求めると、グローバル座標Ｘ_Ｇ−Ｙ_Ｇにおける受信装置２の位置をローカル座標Ｘ_Ｌ−Ｙ_Ｌにおける座標軸の回転角を含めて求めることができる。 Therefore, in order to obtain the position coordinates of the receiving device 2, first, the detection object Ob is positioned at the reference position Ps1 to obtain the coordinate position (X _L11 , Y _L11 ) in the local coordinates X _L -Y _L , and then the detection object When determining the coordinate position in the local coordinate _{_{_{_{X L -Y L (X L21,}}}} Y L12) by positioning a reference position Ps2 the ob, local coordinate the position of the receiving apparatus 2 in the global coordinate _{_X} _G -Y G _X L -Y It can be determined including the rotation angle of the coordinate axis at _L.

上述の例では２個の基準位置を用いているが、３個以上の基準位置を設定して各２個ずつの基準位置を用いて未知数（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，θ_Ｒ）をそれぞれ求め、求めた未知数（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，θ_Ｒ）の平均値などを採用すれば、受信装置２について求めた位置の信頼性を向上させることができる。 In the above example, two reference positions are used, but three or more reference positions are set, and unknowns (X _R , Y _R , θ _R ) are respectively determined using two reference positions. If the average value of the obtained unknowns (X _R , Y _R , θ _R ) or the like is employed, the reliability of the position obtained for the receiving device 2 can be improved.

上述したように検出対象Ｏｂを基準位置に位置させることによって受信装置２の位置を求めることができるが、受信装置２が複数台設けられている場合に、各受信装置２ごとに基準位置を各別に設定するとすれば、基準位置の計測に手間がかかる。そこで、図８に示すように、複数台の受信装置２の検知エリアＥが重複して設定されている場合に（死角が生じないように一部の検知エリアＥを重複させる）、検知エリアＥの重複している範囲内に基準位置を設定する。図示例では３台の受信装置２が存在している。したがって、受信装置２ごとに基準位置を設定するとすれば、座標軸の回転角θ_Ｒも含めて受信装置２の位置を求めるには、６個の基準位置を設定しなければならない。これに対して、検知エリアＥの重複している範囲内に基準位置を設定すれば、３個の基準位置だけで受信装置２の位置を求めることが可能になる。 As described above, the position of the receiving device 2 can be obtained by positioning the detection object Ob at the reference position. However, when a plurality of receiving devices 2 are provided, the reference position is set for each receiving device 2. If it is set separately, it takes time to measure the reference position. Therefore, as shown in FIG. 8, when the detection areas E of a plurality of receiving apparatuses 2 are set to overlap (part of the detection areas E are overlapped so as not to cause blind spots), the detection area E Set the reference position within the overlapping range. In the illustrated example, there are three receiving apparatuses 2. Therefore, if setting a reference position for each receiver 2, to determine the position of the receiving apparatus 2, including the rotation angle theta _R coordinate axes, I am necessary to set the six reference position. On the other hand, if the reference position is set within the overlapping range of the detection area E, the position of the receiving device 2 can be obtained from only three reference positions.

ところで、送信装置１における疎密波送波部１１を構成している送波素子には、圧電素子からなる超音波振動子を用いてもよいが、圧電素子は一般にせん鋭度（Ｑ値）が１００を越えるから残響時間が比較的長く、残響時間を考慮すると疎密波を送波する時間間隔が長くなる。つまり、送信装置１を搭載する検出対象が移動体であるときには、移動体の位置を細かく計測することができない。 By the way, although the ultrasonic transducer which consists of a piezoelectric element may be used for the transmission element which comprises the dense wave transmission part 11 in the transmitter 1, a piezoelectric element generally has a sharpness (Q value). Since it exceeds 100, the reverberation time is relatively long, and considering the reverberation time, the time interval for transmitting the dense wave becomes long. That is, when the detection target on which the transmission device 1 is mounted is a moving body, the position of the moving body cannot be measured finely.

そこで、疎密波送波部１１には、図９に示す構造を有した残響時間の短い送波素子３０を用いるのが望ましい。この送波素子３０は、単結晶のｐ形のシリコン基板からなる支持基板３１の一表面（図９における上面）側に多孔質シリコン層からなる熱絶縁層３２が形成され、熱絶縁層３２上に金属薄膜（たとえば、タングステン薄膜）からなる発熱体層３３が形成され、さらに、支持基板３１の上記一表面側に発熱体層３３と電気的に接続された一対の電極パッド３４が形成されている。支持基板３１の平面形状は長方形状であって、熱絶縁層３２、発熱体層３３も平面形状はそれぞれ長方形状に形成される。 Therefore, it is desirable to use the transmission element 30 having the structure shown in FIG. In this transmission element 30, a heat insulating layer 32 made of a porous silicon layer is formed on one surface (upper surface in FIG. 9) side of a support substrate 31 made of a single crystal p-type silicon substrate. A heating element layer 33 made of a metal thin film (for example, a tungsten thin film) is formed, and a pair of electrode pads 34 electrically connected to the heating element layer 33 is formed on the one surface side of the support substrate 31. Yes. The planar shape of the support substrate 31 is rectangular, and the planar shape of the heat insulating layer 32 and the heating element layer 33 is also rectangular.

この送波素子３０は熱励起式であって、発熱体層３３に温度変化が生じるように発熱体層３３に通電し、発熱体層３３に接触している媒質の膨張収縮を促すことによって疎密波を発生させる。つまり、発熱体層３３の両端の電極パッド３４間に通電し発熱体層３３に温度変化を生じさせることで、発熱体層３３に接触している媒質である空気に温度変化を生じさせる。発熱体層３３に接触している空気は、発熱体層３３の温度上昇時には膨張し発熱体層３３の温度下降時には収縮するから、発熱体層３３への通電を制御することによって空気中を伝搬する疎密波を発生させることができるのである。 The wave transmitting element 30 is of a thermal excitation type, and the heating element layer 33 is energized so that a temperature change occurs in the heating element layer 33 and the medium in contact with the heating element layer 33 is encouraged to expand and contract. Generate a wave. That is, by energizing between the electrode pads 34 at both ends of the heating element layer 33 to cause a temperature change in the heating element layer 33, a temperature change is caused in the air that is in contact with the heating element layer 33. The air in contact with the heating element layer 33 expands when the temperature of the heating element layer 33 rises and contracts when the temperature of the heating element layer 33 decreases. It is possible to generate a dense wave.

圧電素子からなる送波素子はせん鋭度（Ｑ値）が大きいものであるから、疎密波を瞬間的に発生させたとしても、圧電素子の駆動を停止した後も図１０（ｂ）に示すように、共振によって残響が継続する。これに対して、図９に示した熱励起式の送波素子３０は、せん鋭度が小さく、実質的に共振周波数を持たないものである。熱励起式の送波素子３０では、上述したように、一対の電極パッド３４を介した発熱体層３３への通電に伴う発熱体層３３の温度変化に伴って疎密波を発生する。 Since a wave transmitting element made of a piezoelectric element has a high sharpness (Q value), even when a sparse wave is generated instantaneously, the piezoelectric element is also shown in FIG. 10B even after driving of the piezoelectric element is stopped. Thus, reverberation continues due to resonance. On the other hand, the thermally excited wave transmitting element 30 shown in FIG. 9 has a small sharpness and substantially does not have a resonance frequency. In the thermal excitation type wave transmitting element 30, as described above, a sparse wave is generated in accordance with a temperature change of the heating element layer 33 accompanying energization to the heating element layer 33 via the pair of electrode pads 34.

つまり、発熱体層３３へ与える駆動電圧ないし駆動電流の波形が正弦波形状であるときには、当該正弦波形の２倍の周波数の疎密波を発生させることができる。したがって、電極パッド３４に印加する駆動電圧の波形を、正弦波の半周期に相当する孤立波とすれば、図１０（ａ）に示すような正弦波形の１周期分の疎密波を発生させることができる。しかも、熱励起式の送波素子３０は実質的に共振周波数を持たないから残響時間はごく短くなる。また、圧電素子は固有の共振周波数を有するので発生可能な疎密波の周波数範囲が狭いが、熱励起式の送波素子３０は実質的に共振周波数を持たないので発生可能な疎密波の周波数範囲が広範囲になる。しかも、駆動電圧もしくは駆動電流の波形を孤立波とすれば、図１０（ａ）に示すように１周期程度の疎密波を発生させることができる。 That is, when the waveform of the drive voltage or drive current applied to the heating element layer 33 has a sine wave shape, a dense wave having a frequency twice that of the sine waveform can be generated. Therefore, if the waveform of the drive voltage applied to the electrode pad 34 is an isolated wave corresponding to a half cycle of a sine wave, a dense wave corresponding to one cycle of the sine waveform as shown in FIG. Can do. In addition, the reverberation time is very short because the thermal excitation type transmitting element 30 does not substantially have a resonance frequency. In addition, since the piezoelectric element has a specific resonance frequency, the frequency range of the density wave that can be generated is narrow. However, since the thermal excitation type transmission element 30 does not substantially have the resonance frequency, the frequency range of the density wave that can be generated. Becomes widespread. In addition, if the waveform of the drive voltage or drive current is an isolated wave, a sparse / dense wave of about one cycle can be generated as shown in FIG.

上述した熱励起式の送波素子３０は、支持基板３１としてｐ形のシリコン基板を用いており、熱絶縁層３２を多孔度が略７０％の多孔質シリコン層により構成している。この熱絶縁層３２は、支持基板３１として用いるシリコン基板の一部をフッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液中で陽極酸化処理することにより形成することができる。ここに、陽極酸化処理の条件（たとえば、電流密度、通電時間など）を適宜設定することにより、熱絶縁層３２となる多孔質シリコン層の多孔度や厚みそれぞれを所望の値とすることができる。 In the thermal excitation type wave transmitting element 30 described above, a p-type silicon substrate is used as the support substrate 31, and the thermal insulating layer 32 is constituted by a porous silicon layer having a porosity of approximately 70%. The thermal insulating layer 32 can be formed by anodizing a part of a silicon substrate used as the support substrate 31 in an electrolytic solution made of a mixed solution of hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol. Here, by appropriately setting conditions for anodizing treatment (for example, current density, energization time, etc.), the porosity and thickness of the porous silicon layer to be the heat insulating layer 32 can be set to desired values, respectively. .

多孔質シリコン層は、多孔度が高くなるにつれて熱伝導率および熱容量が小さくなることが知られている。たとえば、熱伝導率が１４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が１．６３×１０６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）の単結晶のシリコン基板を陽極酸化し、多孔度が６０％の多孔質シリコン層を形成すると、この多孔質シリコン層は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が０．７×１０６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）になる。本実施形態では、上述のように多孔度が略７０％の多孔質シリコン層により熱絶縁層３２を形成してあり、熱絶縁層３２の熱伝導率が０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が０．５×１０６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）になっている。 It is known that the porous silicon layer has a lower thermal conductivity and heat capacity as the porosity increases. For example, a single crystal silicon substrate having a thermal conductivity of 148 W / (m · K) and a heat capacity of 1.63 × 106 J / (m ³ · K) is anodized to form a porous silicon layer having a porosity of 60%. When formed, this porous silicon layer has a thermal conductivity of 1 W / (m · K) and a heat capacity of 0.7 × 10 6 J / (m ³ · K). In the present embodiment, as described above, the heat insulating layer 32 is formed of a porous silicon layer having a porosity of approximately 70%, and the heat conductivity of the heat insulating layer 32 is 0.12 W / (m · K), The heat capacity is 0.5 × 10 6 J / (m ³ · K).

なお、熱伝導度および熱容量について熱絶縁層３２を支持基板３１に比べて小さくし、熱伝導度と熱容量との積についても熱絶縁層３２を支持基板３１に比べて十分に小さくすることにより、発熱体層３３の温度変化を空気に効率よく伝達することができ、発熱体層３３と空気との間で効率よく熱交換させることができる。しかも、支持基板３１が熱絶縁層３２からの熱を効率よく受け取るから熱絶縁層３２の熱を逃がすことができ発熱体層３３からの熱が熱絶縁層３２に蓄積されるのを防止することができる。 The thermal insulation layer 32 is made smaller than the support substrate 31 in terms of thermal conductivity and heat capacity, and the product of thermal conductivity and thermal capacity is also made sufficiently smaller than the support substrate 31 in terms of the product of thermal conductivity and thermal capacity. The temperature change of the heat generating layer 33 can be efficiently transmitted to the air, and heat can be efficiently exchanged between the heat generating layer 33 and the air. In addition, since the support substrate 31 efficiently receives the heat from the heat insulating layer 32, the heat of the heat insulating layer 32 can be released and the heat from the heating element layer 33 is prevented from being accumulated in the heat insulating layer 32. Can do.

発熱体層３３は、高融点金属の一種であるタングステンにより形成してあり、熱伝導率が１７４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が２．５×１０６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）となっている。発熱体層３３の材料はタングステンに限らず、たとえば、タンタル、モリブデン、イリジウムなどを採用してもよい。 The heating element layer 33 is made of tungsten, which is a kind of refractory metal, and has a thermal conductivity of 174 W / (m · K) and a heat capacity of 2.5 × 10 6 J / (m ³ · K). . The material of the heating element layer 33 is not limited to tungsten, and for example, tantalum, molybdenum, iridium, or the like may be employed.

上述の熱励起式の送波素子３０は、支持基板３１の厚さを５２５μｍ、熱絶縁層３２の厚さを１０μｍ、発熱体層３３の厚さを５０ｎｍ、各電極パッド３４の厚さを０．５μｍとしてある。ただし、これらの厚さは一例であり、とくに限定する主旨ではない。また、支持基板３１の材料としてＳｉを採用しているが、支持基板３１の材料はＳｉに限らず、たとえば、Ｇｅ，ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＩｎＰなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよい。 In the thermal excitation type wave transmitting element 30 described above, the thickness of the support substrate 31 is 525 μm, the thickness of the thermal insulating layer 32 is 10 μm, the thickness of the heating element layer 33 is 50 nm, and the thickness of each electrode pad 34 is 0. .5 μm. However, these thicknesses are only examples, and are not intended to be particularly limited. Further, Si is adopted as the material of the support substrate 31, but the material of the support substrate 31 is not limited to Si, and for example, it can be made porous by anodizing treatment of Ge, SiC, GaP, GaAs, InP or the like. Other semiconductor materials may be used.

ところで、受信装置２の疎密波受波部２１に用いる受波素子４０は、疎密波を受波するとともに受波した疎密波を電気信号である受波信号に変換するものであり、疎密波受波部２１には１枚の基板（図示せず）に複数個の受波素子４０を配列して構成してある。ここでは、受波素子４０を二次元的に配列したアレイセンサを構成しているものとする。アレイセンサにおいて、受波素子４０の中心間距離（配列ピッチ）は疎密波送波部１１から発生させる疎密波の波長程度（たとえば、疎密波の波長の０．５〜５倍程度）に設定することが望ましい。これは、疎密波の波長の０．５倍よりも小さいと疎密波の波面が隣り合う受波素子４０にそれぞれ到達する時刻の時間差が小さくなり、時間差の検出が困難になるからである。受波素子４０として、圧電素子を用いることが可能であるが、疎密波送波部１１と同様に、残響の少ない構成が望ましい。したがって、疎密波の圧力（音圧）を静電容量の変化に変換する静電容量式の受波素子４０を用いることが望ましい。 By the way, the wave receiving element 40 used for the dense wave receiving unit 21 of the receiving device 2 receives the dense wave and converts the received dense wave into a received signal that is an electric signal. The wave section 21 is configured by arranging a plurality of receiving elements 40 on a single substrate (not shown). Here, it is assumed that an array sensor in which the receiving elements 40 are two-dimensionally arranged is configured. In the array sensor, the center-to-center distance (arrangement pitch) of the wave receiving elements 40 is set to about the wavelength of the density wave generated from the density wave transmission unit 11 (for example, about 0.5 to 5 times the wavelength of the density wave). It is desirable. This is because if the wavelength is smaller than 0.5 times the wavelength of the dense wave, the time difference between the times when the wave front of the dense wave reaches each of the adjacent receiving elements 40 becomes small, making it difficult to detect the time difference. Although a piezoelectric element can be used as the wave receiving element 40, a configuration with less reverberation is desirable as in the case of the dense wave transmission unit 11. Therefore, it is desirable to use a capacitive wave receiving element 40 that converts the pressure (sound pressure) of the density wave into a change in capacitance.

この種の受波素子４０は、図１１に示す構成のものがある。図示する受波素子４０は、マイクロマシンニング技術により形成され、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔４１ａを設けることで形成された矩形枠状のフレーム４１と、フレーム４１の一表面側において窓孔４１ａを囲む四辺のうちの一辺に固定されるとともに窓孔４１ａを覆う形に配置されたカンチレバー型の受圧板４２とを備える。フレーム４１の上記一表面には熱酸化膜４５を介してシリコン酸化膜４６が積層され、さらにシリコン酸化膜４６の表面はシリコン窒化膜４７で覆われる。受圧板４２の一端部は熱酸化膜４５を介してフレーム４１に固定され、受圧板４２の他端部はシリコン基板の厚み方向においてシリコン酸化膜４６に対向する。シリコン酸化膜４６における受圧板４２の他端部との対向面には金属薄膜（たとえば、クロム膜など）からなる固定電極４３ａが形成され、受圧板４２の他端部において固定電極４３ａと対向している部位であって固定電極４３ａとの対向面の背面側には金属薄膜（たとえば、クロム膜など）からなる可動電極４３ｂが形成される。フレーム４１の他表面にはシリコン窒化膜４８が形成される。ここに、受圧板４２は、各シリコン窒化膜４７，４８とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により構成される。 This type of receiving element 40 has a configuration shown in FIG. A wave receiving element 40 shown in the figure is formed by a micromachining technique and has a rectangular frame-shaped frame 41 formed by providing a silicon substrate with a window hole 41a penetrating in the thickness direction, and a window hole on one surface side of the frame 41. And a cantilever type pressure receiving plate 42 which is fixed to one of the four sides surrounding 41a and is arranged to cover the window hole 41a. A silicon oxide film 46 is laminated on the one surface of the frame 41 via a thermal oxide film 45, and the surface of the silicon oxide film 46 is covered with a silicon nitride film 47. One end of the pressure receiving plate 42 is fixed to the frame 41 via the thermal oxide film 45, and the other end of the pressure receiving plate 42 faces the silicon oxide film 46 in the thickness direction of the silicon substrate. A fixed electrode 43a made of a metal thin film (for example, a chromium film) is formed on a surface of the silicon oxide film 46 facing the other end of the pressure receiving plate 42, and the other end of the pressure receiving plate 42 faces the fixed electrode 43a. A movable electrode 43b made of a metal thin film (for example, a chromium film) is formed on the back side of the surface facing the fixed electrode 43a. A silicon nitride film 48 is formed on the other surface of the frame 41. Here, the pressure receiving plate 42 is formed of a silicon nitride film formed in a separate process from the silicon nitride films 47 and 48.

図１１に示す静電容量式の受波素子４０では、受圧板４２に疎密波の圧力（音圧）が作用すると、疎密波の圧力に応じて固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの距離が変化するから、固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの間の静電容量を検出することにより、疎密波の圧力を検出することができる。したがって、固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの間に直流バイアス電圧を印加しておけば、固定電極４３ａと可動電極４３ｂとの間には疎密波の圧力に応じた電圧変化が生じ、疎密波の音圧を電気信号に変換することができる。この種の静電容量式の受波素子４０はせん鋭度が圧電素子よりも小さいから、圧電素子を用いる場合よりも受波できる疎密波の周波数帯域幅を広くとることができる。 In the capacitive wave receiving element 40 shown in FIG. 11, when the pressure (sound pressure) of the dense wave acts on the pressure receiving plate 42, the distance between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b changes according to the pressure of the dense wave. Therefore, the pressure of the dense wave can be detected by detecting the capacitance between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b. Therefore, if a DC bias voltage is applied between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b, a voltage change corresponding to the pressure of the dense wave occurs between the fixed electrode 43a and the movable electrode 43b. Sound pressure can be converted into an electrical signal. Since this type of capacitive wave receiving element 40 has a sharpness smaller than that of the piezoelectric element, it is possible to widen the frequency bandwidth of the dense wave that can be received compared to the case where the piezoelectric element is used.

なお、受波素子４０は図１１の構造に限定されるものではなく、たとえば、シリコン基板などをマイクロマシンニング技術などにより加工して形成され疎密波の圧力を受けるダイヤフラム部からなる可動電極と、ダイヤフラム部に対向する背板部からなる固定電極との間の静電容量を検出する構成を採用してもよい。この構成では、疎密波の圧力が作用していない状態でのダイヤフラム部と背板部とのギャップ長を規定する絶縁膜からなるスペーサ部を設け、背板部には複数の排気孔を貫設する。 The wave receiving element 40 is not limited to the structure shown in FIG. 11. For example, a movable electrode formed by processing a silicon substrate or the like by a micromachining technique or the like and including a diaphragm portion that receives the pressure of a dense wave, and a diaphragm You may employ | adopt the structure which detects the electrostatic capacitance between the fixed electrodes which consist of a backplate part which opposes a part. In this configuration, a spacer portion made of an insulating film that defines the gap length between the diaphragm portion and the back plate portion when the pressure of the dense wave is not applied is provided, and a plurality of exhaust holes are provided in the back plate portion. To do.

図９に示した熱励起式の送波素子３０のせん鋭度（Ｑ値）は１程度であり、図１１に示した静電容量式の受波素子４０のせん鋭度は３〜４程度であって、圧電素子に比較するとせん鋭度が大幅に小さい。したがって、送波素子および受波素子に圧電素子を用いる場合に比較すると、疎密波送波部１１から送波される疎密波に含まれる残響成分の割合が少なくなり、疎密波受波部２１から出力される受波信号に含まれる残響成分の割合が少なくなる。つまり、送波時には疎密波の送波間隔を短くすることができ、受波時には短い時間間隔で疎密波を受波しても疎密波に対応する受波信号が重複しないように分離することができる。その結果、複数台の送信装置１からの疎密波を次々に受信することが可能であり、受信装置１の検知エリア内に比較的多くの送信装置１が存在していても、各別に分離して位置を求めることが可能になる。なお、送波素子３０および受波素子４０のせん鋭度（Ｑ値）はいずれも１０以下が望ましく、望ましくは５以下とする。 The sharpness (Q value) of the thermal excitation type transmitting element 30 shown in FIG. 9 is about 1, and the sharpness of the capacitive type receiving element 40 shown in FIG. 11 is about 3-4. However, the sharpness is significantly smaller than that of the piezoelectric element. Therefore, as compared with the case where piezoelectric elements are used for the transmitting and receiving elements, the ratio of the reverberation component included in the dense wave transmitted from the dense wave transmitting unit 11 is reduced, and the density of the dense wave receiving unit 21 is reduced. The ratio of the reverberation component contained in the output received signal is reduced. In other words, the transmission interval of the sparse / dense wave can be shortened during transmission, and the received signal corresponding to the sparse / dense wave can be separated so as not to overlap even when the sparse / dense wave is received at a short time interval during reception. it can. As a result, it is possible to receive the dense waves from a plurality of transmitters 1 one after another, and even if a relatively large number of transmitters 1 exist in the detection area of the receiver 1, they are separated separately. Position. Note that the sharpness (Q value) of each of the transmitting element 30 and the receiving element 40 is desirably 10 or less, and desirably 5 or less.

実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment. 同上の使用例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the usage example same as the above. 同上の使用例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the usage example same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の原理説明図である。It is principle explanatory drawing same as the above. 同上の他の動作での原理説明図である。It is principle explanatory drawing in other operation | movement same as the above. 同上の使用例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the usage example same as the above. 同上に用いる送波素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the wave transmission element used for the same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上に用いる受波素子の一例を示し、（ａ）は一部破断した斜視図、（ｂ）は断面図である。An example of the wave receiving element used for the above is shown, (a) is a partially broken perspective view, and (b) is a sectional view.

Explanation of symbols

１送信装置
２受信装置
１０制御部
１１疎密波送波部
１２トリガ送信部
１３識別情報送信部
２０制御部
２１疎密波受波部
２２トリガ受信部
２３識別情報受信部
２４位置演算部
２４ａＡ／Ｄ変換器
２４ｂデータ格納部
２４ｃ処理部（送信位置演算部、受信位置演算部）
２４ｄ座標変換処理部（受信位置演算部）
４０受波素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission apparatus 2 Reception apparatus 10 Control part 11 Density wave transmission part 12 Trigger transmission part 13 Identification information transmission part 20 Control part 21 Density wave reception part 22 Trigger reception part 23 Identification information reception part 24 Position calculation part 24a A / D Converter 24b Data storage unit 24c Processing unit (transmission position calculation unit, reception position calculation unit)
24d Coordinate conversion processing unit (reception position calculation unit)
40 receiving element

Claims

A mobile device that moves on the floor in the building as a detection object for position detection and is mounted on the mobile body , and has at least a dense wave transmission unit that intermittently transmits dense waves , and above the floor surface A receiving device that detects a relative position where a detection target exists by receiving a sparse wave transmitted from a transmission device installed at a fixed position on a certain ceiling surface, and a relative position of the detection target detected by the receiving device as time And a management device that measures the flow line by tracking the path along which the detection target has moved, and the reception device receives and receives the sparse / dense wave transmitted from the sparse / dense wave transmission unit. A sparse / dense wave receiving unit comprising an array sensor in which a plurality of receiving elements for converting a sparse / dense wave into a received signal, which is an electric signal, and a reception time of the sparse / dense wave by each receiving element of the sparse / dense wave receiving unit Based on the time difference and the position of each receiving element When the detection target is located at a reference position where the coordinate position in the global coordinates for specifying the coordinate position of the reception device is known, and the transmission position calculation unit that obtains the relative position of the detection target with respect to the local coordinates set in the reception device A reception position calculation unit that calculates the coordinate position of the reception device in the global coordinates using the relative position of the detection target in the local coordinates obtained by the transmission position calculation unit , the transmission device is a sparse / dense wave from the sparse / dense wave transmission unit A trigger transmitter that transmits a trigger signal using electromagnetic waves simultaneously with the transmission of the transmitter, the receiver includes a trigger receiver that receives the trigger signal transmitted from the trigger transmitter, and the transmission position calculator is a trigger receiver. Converts the time from when the trigger signal is received until the dense wave receiver receives the dense wave to the distance to the detection target, and the received signal for each receiving element. Is delayed by the time difference set in association with the arrival direction of the sparse / dense wave, and the delay time that maximizes the result of adding the delayed received signals is obtained, and the arrival direction associated with the delay time is determined. A flow line measurement system characterized in that a delay addition process is performed to obtain arrival directions of sparse and dense waves, and delay times are set in association with a plurality of arrival directions .

The reception position calculation unit uses the relative position of the detection target in the local coordinates obtained by the transmission position calculation unit for a plurality of reference positions whose coordinate positions in the global coordinates are known, and sets the coordinate position of the receiving device in the global coordinates. 2. The flow line measuring system according to claim 1, wherein the rotation angle of the coordinate axis of the local coordinate is also obtained.

A flow line measurement system including a plurality of the reception devices, wherein when there is a detection area where two or more reception devices can simultaneously receive a sparse wave from the transmission device, the reference position is within the detection area. claim 1 or claim 2 flow line measurement system, wherein the setting the.

4. The flow line measurement system according to claim 1, wherein the sparse / dense wave transmission unit transmits a pressure wave in which a change in pressure of the medium occurs once. 5.

5. The flow line measurement system according to claim 1, wherein the dense wave receiving unit includes a plurality of receiving elements arranged two-dimensionally. 6.