JP6716620B2 - Sensor device and displacement determination system - Google Patents

Sensor device and displacement determination system Download PDF

Info

Publication number
JP6716620B2
JP6716620B2 JP2018041017A JP2018041017A JP6716620B2 JP 6716620 B2 JP6716620 B2 JP 6716620B2 JP 2018041017 A JP2018041017 A JP 2018041017A JP 2018041017 A JP2018041017 A JP 2018041017A JP 6716620 B2 JP6716620 B2 JP 6716620B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
unit
data
transmission
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018041017A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019158364A (en
Inventor
和義 福士
和義 福士
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Secom Co Ltd
Original Assignee
Secom Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Secom Co Ltd filed Critical Secom Co Ltd
Priority to JP2018041017A priority Critical patent/JP6716620B2/en
Publication of JP2019158364A publication Critical patent/JP2019158364A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6716620B2 publication Critical patent/JP6716620B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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 vibration transmitted from the installation environment of a sensor 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 detecting a reflective object and determining a state by utilizing its acoustic characteristics. Therefore, the reflection type ultrasonic sensor is widely used as an ultrasonic echo device in a medical field, a fish finder in a fishery, a nondestructive inspection device for a building in the construction field, a human sensor for an automatic door, and the like. The reflection type ultrasonic sensor outputs an ultrasonic pulse and receives a reflected wave reflected by a person or an object. The presence or movement of a person or an object is detected by measuring the time difference (TOF (Time Of Flight)) from the output of this pulse to the reception and the distance from the propagation velocity to the reflector and its change.

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 baby, and by observing the state of reflection of the ultrasonic wave output toward the newborn baby, it is possible to detect minute fluctuations due to the heartbeat and respiration of the newborn baby. A sound wave type living body monitoring apparatus is disclosed. This ultrasonic sensor is intended to detect minute fluctuations from the time from the output of ultrasonic waves to the 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, in the case of detecting small body movements due to respiration in not only a newborn baby but also a sleeping adult in a general household, pulsed ultrasonic waves are transmitted as in the method of Patent Document 1 to measure the TOF. It is difficult. The reason is that the movement of the rib cage due to the respiration of the human body has a difference of at most about 1 cm between inspiration and expiration, and the difference in TOF using ultrasonic waves corresponds to about 30 [μs]. In general burst waves, the burst width is often several hundred [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。 Therefore, a method using a pulse-modulated wave as described in Patent Document 2 is adopted to detect a fine movement due to breathing or the like. In this method, when a modulated wave having a bandwidth of 8 [kHz] is used, for example, a distance resolution of about 2 [cm] (about 1 [cm] when considering the round trip from transmission to reception) is obtained, but still It is not enough to detect the movement of the rib cage as a concrete change in distance. Therefore, in Patent Document 2, the presence or absence of slight movement is determined by detecting the movement of the rib cage 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, 2016-193020, 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 technology 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 its accuracy may be deteriorated.

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。 Although the vibration of the sensor unit itself is so small that it cannot be visually confirmed (for example, the amplitude is less than 1 [mm] and the cycle is around 1 [Hz]), it is inevitable to suppress the vibration by using some fixing means. Such a minute vibration may appear as a time variation of 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 detect the minute 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 problems, and performs an appropriate state detection by eliminating the influence of minute vibration transmitted from a wall or ceiling to a device that detects a minute displacement of a target object such as a person. It is an object of the present invention to provide a sensor device capable of performing the above and a displacement determination system that determines the presence or absence of a minute displacement of a target object using the sensor 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-mentioned object, the sensor device according to the present invention is a transmitter that intermittently transmits a transmission wave toward a target object and a reference object that is present at a known position at a certain distance or more from the target object. Department,
A reflection wave receiving unit that receives a reflection wave reflected by the target object and the reference object,
A portion corresponding to the reflection from the reference object by applying a time window that is set in common to the reflected wave data based on the reflected wave for each of the transmitted waves with reference to the transmission time of each of the transmitted waves. A partial data extraction unit for extracting waveform data,
From the difference between the phase characteristics of the partial waveform data for one of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristics of the partial waveform data for the other transmission waves, the other transmission waves A waveform correction unit that corrects the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains the corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the corrected reflected wave data after the correction, and calculates displacement information of the target object from the time change of the 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, a wave transmission unit that intermittently transmits the transmission wave toward the target object,
A reflected wave receiving unit that receives the reflected wave reflected by the target object,
A reference wave receiving unit that receives the transmission wave transmitted from the wave transmitting unit as a direct wave at a position apart from the target object by a certain amount or more,
Partial waveform data corresponding to the transmission wave is applied to each of the direct wave data based on the direct wave of each of the transmission waves by applying a time window that is commonly determined in time based on the transmission time of each of the transmission waves. A partial data extraction unit to be extracted,
From the difference between the phase characteristics of the partial waveform data for one of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristics of the partial waveform data for the other transmission waves, the other transmission waves A waveform correction unit that corrects the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that calculates corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the corrected reflected wave data after the correction, and calculates displacement information of the target object from the time change of the corrected reflected wave data.
An output unit that outputs 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, a displacement determination system according to the present invention is a displacement determination system including the above-described sensor device and at least a control device including an input unit for inputting the displacement information,
When the displacement information falls below a stop determination threshold value for a predetermined time, the control device determines that the target object is inactive, 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。 Further, in the displacement determination system according to the present invention, the target object may be a person in a recumbent state on a reference plane, and the displacement information may be a change in the distance from the sensor device to the rib cage due to the breathing of the person.

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 the vibration of the sensor device itself due to the vibration transmitted from the wall or ceiling where the sensor device is installed. However, it is possible to accurately detect a minute displacement such as a movement of the chest due to the respiration 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 the target object to be detected with high accuracy by canceling the vibration transmitted from the installed wall, ceiling, or the like. 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, the activity stop state of the target object can be determined 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 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 according to the first embodiment, and (b) is a functional block diagram of a demodulated wave processing unit. 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 a 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。FIG. 7 is a waveform diagram schematically showing demodulated waves obtained by demodulating reflected waves received at different times. 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。7 is a flowchart showing the contents of processing performed by an initial setting unit. 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。6 is a graph of phase characteristics with respect to angular frequency for explaining 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 received reflected waves and demodulated wave data after phase component correction by the 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 flow chart explaining a series of processing operations of a sensor unit of a 1st 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 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 a sensor unit according to the second embodiment, and (b) is a functional block diagram of a demodulated wave processing unit. (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 a state in which a reflected wave received by a measurement microphone is demodulated, and (b) is a state in which a direct wave received by a reference microphone is demodulated It is the waveform diagram shown. 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 processing operations of the sensor unit of the second 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。 It should be noted that the drawings attached to the present specification may be schematically represented by changing the actual scales, vertical/horizontal dimensional ratios, shapes, etc., for convenience of illustration and understanding, but are only examples. However, this does not limit the interpretation of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described with reference to the accompanying drawings, and all other possible embodiments, examples, operational techniques, and the like that can be conceived by those skilled in the art based on this embodiment are the present invention. Shall be included in the category of.

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。 Further, in the following description with reference to the accompanying drawings in this specification, when the terms up, down, left, and right are used to indicate directions and positions, this is as illustrated by the user. If you look at the top, bottom, left, right matches.

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 preferred embodiments 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 a 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]
The displacement determination system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1A and 1B are diagrams schematically showing the displacement determination system 1 in the first embodiment. As shown in each drawing, the displacement measurement system 1 includes a sensor unit mounted above (ceiling or wall surface) in an observation space (room) in which 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 and, for example, when there is no movement in the vicinity of the rib cage, there is a possibility that breathing may be stopped, and a predetermined notification not shown. It is composed of a control device 20 for notifying a security company or the like.

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 the present embodiment, the target object whose displacement is detected by the sensor unit 10 is the human body 12 in bed lying on the bed 11 in the supine direction, and the minute displacement to be detected is the movement of the rib cage associated with respiration.
Further, the reference object is furniture or a floor arranged in the vicinity of the bed 11, and is conditioned on being always stationary. In the present embodiment, the existence and position (distance from the sensor unit 10) are 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 distance from the sensor unit 10 to the desk 13 and the floor 14 is input from a setting input unit (not shown) including a keyboard and a mouse and stored in a setting condition storage unit (not shown). Alternatively, it may be automatically measured by the later-described initial setting unit 110c 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。 Further, the sensor unit 10 is installed at a position where the transmission wave is transmitted to the target object and the reference object and the reception wave is surely received. In the first embodiment, the sensor unit 10 is directed downward to the ceiling almost directly above the person who is lying down. Although it is inevitable that the sensor unit 10 receives a 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 transmitting unit that transmits a transmission wave, and a reception wave that is a reflection wave that is a transmission wave that is transmitted from the speaker 101 and is reflected by a target object and a reference object A microphone 102 that functions as a wave receiving unit that receives the wave is provided. As shown in FIG. 2A, 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) in a state of facing the target object and the reference object, respectively. It is arranged.

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 control unit 108, and a reception/reception control unit. The wave demodulation unit 109, the demodulation wave processing unit 110, the demodulation wave storage unit 111, and the 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 pulse-like modulated wave refers to a frequency-modulated wave in which the frequency is linearly changed or a phase-modulated wave using an M-sequence, which is highly accurate by demodulating and capturing the position of the object in a pulsed manner. You can measure the distance. A burst wave is a signal that outputs a signal of a single frequency (for example, 40 [kHz]) in a very short time (less than 1 [ms]). In demodulation processing, the envelope detection is performed and its peak is detected. 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 in advance digital data of a sweep signal that is a pulsed modulated wave. The graph 30 of FIG. 3 illustrates the waveform of the sweep signal, and the graph 31 illustrates the time-frequency characteristic of the time of the sweep signal. The sweep signal is a signal having a property that the frequency changes temporally even though the amplitude is constant, and in the example of FIG. 3, the frequency gradually decreases with the passage of time. It is known that by using such a signal, the reception power is secured and the resolution of the distance measurement result is improved rather than the output of 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, since the sweep signal outside the audible range is adopted as the transmission wave, the transmission wave transmitted from the speaker 101 is described 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 the timing according to the output instruction of the transmission/reception 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 drives the speaker 101 by amplifying the analog data output from the D/A conversion unit 104. As a result, 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 reflected 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 according to the output instruction of 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 control unit 108 has a function of controlling the timing of transmitting ultrasonic waves and a function of associating ultrasonic waves with reflected waves.
In the present embodiment, the transmission timing of ultrasonic waves is every 200 [ms]. Further, in the present embodiment, the number of times of measurement L required to determine the presence or absence of movement of the rib cage due to breathing of the human body 12 is 15.
The number of transmitted waves can be appropriately set 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 set to 128 [ms], and the sensor unit 10 shown in FIG. 1 is attached to a position approximately 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 demodulation unit 109 demodulates the digital signal output by the A/D conversion unit 107 and outputs the demodulated digital data as reflected wave data. A pulsed 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。
In FIG. 4, the reflected wave data 40 is schematically shown. In the reflected wave data 40, a peak 41 is a component corresponding to the reflection from the desk 13, a peak 42 is a component corresponding to the reflection from the human body 12, and a 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 included in the demodulated reflected wave data by the partial data extraction unit 110a, which will be described later, and is matched with the peak of the wraparound wave (not shown). The wraparound wave that wraps around from the speaker 101 to the microphone 102 and is directly received is not affected by the vibration of the sensor unit 10. Therefore, the origin of the reflected wave data is always a certain time after the transmission time of the transmission wave. Further, the peak time almost represents the round trip time of the ultrasonic wave, and the long round trip time indicates that the distance from the sensor unit 10 to the object reflecting the ultrasonic wave is long, and the short time indicates that the distance is short. In this 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 demodulation wave processing unit 110 corrects the reflected wave data demodulated by the reception wave demodulation unit 109 to eliminate the influence of vibration of the sensor unit 10 itself, obtains displacement information regarding a minute displacement of the target object, and outputs the output unit. Output 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 is subjected to 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 times of reflected waves received while the sensor unit 10 is vibrating. Note that, in FIG. 5, the state of actual fluctuation is greatly exaggerated for easy understanding.

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. 5B is 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 thereof is the reflected wave data of FIG. 5A indicated by the alternate long and short dash line in the figure. It can be seen that the peaks are detected earlier than the peak time by shifting to the left as indicated by the arrow in the figure. Further, FIG. 5C shows a 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 thereof is the reflected wave of FIG. It can be seen that the data is detected later than the peak time of the data by shifting to the right as shown by the arrow in the figure.

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 change due to the vibration of the sensor unit 10 is superimposed on the peak time change due to the slight movement of the human body 12, and therefore the minute movement of the human body 12 cannot be simply determined from the peak time change. On the other hand, since the desk 13 or the floor 14 is immobile 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, and the peak time of the human body 12 that is the target object is corrected on the basis of the peak time of the reference object so that the sensor unit 10 vibrates in a pseudo manner. If not, the peak time change is obtained. That is, it means that the reflected wave data of FIGS. 5A to 5C are shifted in the time direction and aligned with the peak time of the reference object as a reference. As a result, it becomes possible to accurately determine even a slight displacement of the target object.

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 extraction unit 110a is a unit that extracts (cuts out) data of a predetermined time width around the peak time from the reflected wave data output by the received wave demodulation unit 109. Therefore, the partial data extraction unit 110a initializes a time window for clipping for each object in a predetermined period during which the operation is stable after the power is turned on.
That is, the partial data extraction unit 110a defines a search section based on the transmission time of ultrasonic waves and the distance to each object in the reflected wave data, obtains the absolute value of the amplitude value in the search section, and A peak time is searched for in a time section 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, for each object, 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. 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.
Then, the determined time window becomes a common setting for the reflected wave data output thereafter. As described above, the partial data extraction unit 110a applies, to each of the output reflected wave data, a time window that is commonly set for each object at a time based on the transmission time point of each corresponding transmission wave. The waveform data corresponding to the reflection from the 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 the time windows for the desk 13, the human body 12, and the floor 14, respectively, and the partial waveform data related to each object from the reflected wave data. Cut out. Then, the amplitude is set to 0 except 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 cut out by the partial data extraction unit 110a to obtain the obtained frequency characteristic (phase characteristic or phase characteristic The 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 equation of the Fourier transform processing of n) is as shown in the following Expression 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 the reflected wave data obtained by one measurement by the sampling interval (for example, 8 [kHz]). It becomes 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 represented by φ i (ω) of the following Expression 2 rewriting the above Expression 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 equation is the measurement index, that is, when the reflected wave is received after the ultrasonic wave is transmitted by the wave transmission/reception control unit 108 with reference to an appropriate time after the operation starts, for example, 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). Further, the phase term φ i (ω) is assumed to have been subjected to unwrap processing without a 2π jump, and the phase unit φ i (ω) is set to the sensor unit 10 and the floor 14 set as the reference object. The information on the distance to and 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 characteristic H i (ω) (phase characteristic, amplitude characteristic) obtained by performing the Fourier transform of the above Expression 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 performing the Fourier transform on the data 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 to determine which peak is the desk 13 (or floor 14) that is the reference object and 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 content of the processing performed by the initial setting unit 110c will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, ultrasonic waves are transmitted/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, after the power is turned on, 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 stable (ST3), and the following mathematical formula 3 is used. 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). In addition, in each Fourier-transformed partial waveform data, the amplitude value other than the portion cut out by the time window is 0, 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-mentioned equation 2. The subscript k is the number of the peak cut out in the demodulated wave having the measurement index represented by the subscript i. That is, referring to 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 times (ST5). In other words, in the present embodiment, the determination is made by performing 15 times of measurement, so in ST5, it is determined whether or not 15 times of measurement are 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 not stored for a predetermined number of times (ST5-No), the process returns to S1 again and the processes of S1 to S4 are performed.
In addition, when stored for a predetermined number of times (ST5-Yes), next, for the same measurement index i, two peaks are sequentially selected and the phases φ i,k (ω) are stored for a predetermined number of times. 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 processing of ST6 does not simply involve the subtraction of φ i,k (ω), but introduces the concept of group delay in which the distance information can be extracted 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 it does not actually become an impulse, and the phase characteristic graph has a curved shape as shown in FIG. .. Further, it is known that the inverse sign (−Δφ/Δω) of the slope of the phase characteristic 51 corresponds to the distance of the pulse from the time origin (time width from the time origin). Therefore, the initial setting unit 110c obtains the approximate straight line 52 indicated by the dotted line in the figure by the least square method for the section of ω except for the constant width ε ω in the vicinity of 0 and π of ω(0 to π), and the inverse of the slope. The value of the group delay that is the code is obtained. Note that ε ω is appropriately set to π/10 or the like as a design parameter.

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。
Further, in the following description, for the measurement timing i, the group delay for the k-th pulse is represented by τ i,k . In the present embodiment, since there are three partial waveform data to be cut out, the combinations of the differences are Δτ i,0i,0 −τ i,1 , Δτ i,1i,1 −τ i,2 , Δτ i,2i,2 −τ i,0 . Therefore, in the process of ST6, when Δτ i,p for a predetermined number of hours is referred to and a 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
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。 Further, 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 times (15 points), but the difference between the group delays for the new measurement index is stored. When asked, I try to remove the oldest group delay difference. Therefore, the demodulated wave storage unit 111 always stores the difference between the group delays for 15 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 in the brute force is calculated for the same measurement index i in ST6, the calculated Δτ i,p (p=0,1) is obtained. , 2) with time is judged to be 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 the minute displacement that is the detection target. Therefore, for example, when the movement of the rib cage of the human body 12 that is the target object is detected, the rib cage of the lying human body 12 is displaced by about 1 [cm] in the vertical direction (vertical direction). In other words, a value empirically obtained based on the standard amount of displacement to be detected (for example, a value corresponding to 1 [mm] which is 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 that of the combination of the stationary desk 13 and the floor 14, and the threshold value is definitely exceeded. Therefore, the human body 12 is included. The combination can be easily discriminated.

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 the objects corresponding to these partial waveform data both have little time change and do not move (ST8). It is stored in the demodulated wave storage unit 111 as motion information (information as to whether or not a moving object is included in the combination) (ST10). That is, when the comparison target with the threshold value is p=2, the difference between the past 14 Δτ −14,2 , Δτ −13,2 ... Δτ −1, and the latest Δτ 0,2 is less than the threshold value. Therefore, it is determined that all the objects are stationary, that is, the combination of the desk 13 and the floor 14.
On the other hand, when it is determined that the temporal change is equal to or more than the threshold value (ST7-No), it is determined that one of the objects corresponding to these partial waveform data includes an object having a movement (displacement) (ST9). ), and stores this result 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 the threshold value or more, 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。
After the processing of ST10 is finished, it is next determined whether or not all combinations of partial waveform data have been compared (ST11).
At this time, if all combinations are not compared (ST11-No), the process returns to ST6 again and the processes of ST6 to ST10 are appropriately performed.
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, and 2 and the stationary object is stopped. Of the objects, one of the stationary objects is selected as a reference object that serves as a reference for the correction processing in the waveform correction section 110d (ST12). In the present embodiment, the objects corresponding to the peaks 41 and 43 are 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 the 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。 Note that, in step ST12, .DELTA..tau i corresponding to one of k, in determining whether that set of p corresponding to the stationary object, the time change is large .DELTA..tau i as described above, set the time variation of p is The condition is that the pair is divided into small Δτ i,p . This is because if all the objects that reflected the ultrasonic waves are stationary objects, or if they are all moving bodies and have different moving directions, it will be difficult to determine and a request to the user to manually set the reference object will be displayed. Is required. Therefore, it is assumed that there are a total of three or more objects existing in the observation space, one target object and two or more stationary objects that can be 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 of the frequency characteristic of the reflection 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 transforming the reflected wave data are H i-L+1 (ω),..., H i (ω), that is, H i-14 As (ω),..., H i (ω), the correction process is performed using the following Expression 4. As a result, it is possible to determine how much vibration has an influence on a past time based on the current time.

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 correction unit 110d causes the demodulated wave storage unit 111 to store X i,m (ω) obtained by the above Equation 4 as the corrected reflected wave data 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 correction unit 110d and the reflected wave data after correction are superimposed. 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 the difference in the waveform of the reflected wave reflected from each object at each reception time can be understood. By performing the correction by the waveform correction unit 110d, the vibration received by the sensor unit 10 is canceled, and the original waveform indicating the movement of the rib cage of the human body 12 can be obtained as shown by the peak 61.

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, but 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 the present invention is not limited to this, and at least the human body 12 is reflected in the reflected wave data. The corresponding partial waveform data may be cut out in a time window, and the phase characteristic of this partial waveform data may be corrected by the phase characteristic 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 number of times of measurement L (15 times), calculates displacement information, and outputs the displacement information 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 equation 5, and the corrected reflected wave data obtained as a result is x i,m (n), m=0, ..., 14 (=L-1). Here, n represents a (discrete) time index for the reflected wave, and the larger n is, the farther from the sensor unit 10. This result is a result in which the peak times of the reflections of the reference objects are aligned and shifted 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 rib cage of the human body 12 from the time change of the corrected reflected wave data for a predetermined number in the past from the current time). Displacement) is calculated. Assuming that the human body 12 is completely stationary, the range N 0 of n corresponding to the human body 12 in the L series x i,m (n), m=0,..., 14 (=L−1). ≦n≦N 1 will have the same value.
Therefore, it is possible to determine the movement of the rib cage due to the respiration of the human body 12 by evaluating the degree of variation of the latest L series 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 following 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 and output from the average response sequence y i (n) and the time-domain signal x i,m (n) using the following Equation 7 or Equation 8. It is 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 the partial waveform data obtained by the frequency analysis unit 110b, the difference between the group delays, the movement information of the object, and the waveform correction unit 110d are used as information related to the initial setting of the initial setting unit 110c. 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 115e 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 in a wired or wireless communicable manner. The control device 20 communicates various kinds of information (whether wired or wireless) with the sensor unit 10 and with a predetermined notification destination, and the displacement information obtained at each time. From the communication unit 21 and the control unit 23 that controls the communication unit 21 and the determination unit 22 that is received from the communication unit 21 and is determined to be equal to or less than a preset threshold value (stop determination threshold value) for a predetermined time. It has 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 of the present embodiment observes the displacement (movement) of the chest of the human body 12 that is the detection target, and the stop determination that can determine that the breathing of the human body 12 is stopped as a preset threshold value. The threshold is set. Therefore, when the determination unit 22 determines that the displacement information E 1,i (or E 2,i ) is below the stop determination threshold value for a predetermined time, the control device 20 determines that the human body 12 is not breathing. It is determined that there is a possibility that it has stopped, 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 the human body 12 as the target object lies on the bed 11, and the desk 13 and the floor 14 exist as stationary objects that can be the reference object. In the present embodiment, the floor is used as the reference object. It is assumed that 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, two initial settings are performed when detecting the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body 12 using the sensor unit 10. Since the first initial setting (ST21) is a process according to the process (the flowchart shown in FIG. 6) described in the configuration of the initial setting unit 110c, 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 modulated wave storage unit 108 is transmitted from the speaker 101, the reflected wave received by the microphone 102 is demodulated, and the time window is determined. To do. In this process, the time window determined in the process of the initial setting of ST21 (flowchart shown in FIG. 6) described above may be used as it is. In addition, 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, ultrasonic waves are transmitted toward the target object and the reference object existing in the observation space, and the reflected waves reflected from each object are received (ST23). That is, in the transmission/reception control unit 108, the digital data of the ultrasonic wave to be transmitted is read from the modulated wave storage unit 103, converted into analog data by the D/A converter 104, and then converted from the speaker 101 to the target object through the speaker amplifier 105. Transmit to the reference object. Also, 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, demodulation processing 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 analysis unit 110b performs a Fourier transform on the reflected wave data demodulated by the received wave demodulation unit 109 using the above Equation 1 to obtain the frequency characteristic H i (ω) (ST25). The obtained H i (ω) is due to the latest wave transmission, so that it is stored in the demodulation wave storage unit 111, and at the same time, the already stored H i −L (ω) (that is, L times before). (Due to transmission) is deleted and updated (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)。 Further, in parallel with the processing of ST25 and ST26, the partial data extraction unit 110a corresponds to the reference object selected from the reflected wave data demodulated by the received wave demodulation unit 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-mentioned equation 2 to obtain the phase characteristic φ i (ω) (ST27). Since the obtained φ i (ω) is due to the latest wave 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) is stored. This is deleted and updated (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 processes of ST29 to 31 below are 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. It is configured to be updated and stored and to be 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 and the phase information φ i (ω) of the partial waveform data of the reference object stored in the demodulated wave storage unit 111 (ST29). These will be 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 correction section 110d corrects the reflected wave data with respect to the phase component according to the equation 4 to obtain X i,m (ω), and stores it in the demodulated wave storage section 111 (ST30). In the case of the latest frame, m=0, so the parentheses of the exponent component are 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 an inverse Fourier transform on the X i,m (ω) corrected by the waveform correction unit 110d by using the above Equation 5, and the time domain signal x i,m (n). (ST31). Since the past frame has already been stored, it is not 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 latest L number of average response series y i (n) including the current time from x i,m (n) obtained through the processes of ST29 to ST31 by the above formula 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 equation 7 or the equation 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 device 20 shown in FIG. When the process of ST33 is completed, the process returns to ST23 again along the line A in the figure to process the next frame.

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, breathing stops. If it is determined that there is a warning, a warning 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 the 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 that of the first embodiment in that a microphone installed near the bed 11 is used as a wave receiving unit instead of a known stationary reference object. Therefore, in the description of the second embodiment, the same components as those in the above-described first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description of their functions will be 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. 10A or FIG. 10B, the displacement determination system 1 according to the second embodiment includes the microphone 102 provided in the sensor unit (corresponding to the sensor device in the claims) 10 and a stationary state thereof. A reference microphone 15 whose position is known 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 performed based on the ultrasonic wave received by the reference microphone 15, the arrangement position of the reference microphone 15 is not in a positional relationship where the sound waves are aligned with the speaker 101 and the target object in a straight line. That is 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 described as a “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 body other than the human body 12 in the measurement range, the peak 71 corresponds to the human body 12.
Further, FIG. 12B schematically shows direct wave data obtained by demodulating the direct wave received by the reference microphone 15. Assuming that there is no object 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。
The reflected wave data 70 shown in FIG. 12A has the origin of the peak time (not shown) of the sneak wave from the speaker 101 to the measurement microphone 102 as described with reference to FIG. .. Further, since the A/D converter 107 digitizes the reflected wave and the direct wave in synchronization with each other, the direct wave data 72 in FIG. 12B also has the same time as the origin.
A peak 71 in FIG. 12A is a result of the ultrasonic waves transmitted from the speaker 101 of the sensor unit 10 being reflected from the human body 12 and being received by the measurement microphone 102. Therefore, in the reflected wave data 70, the ultrasonic waves appear 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, a 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 in 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 according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the reference microphone 15 includes a microphone amplifier 15a. The microphone amplifier 15 a converts the ultrasonic wave received by the reference microphone 15 into an analog signal, amplifies the 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 demodulation unit 109 demodulates the digital signal of the reflected wave received by the measurement microphone 102 and outputs the demodulated digital data as reflected wave data. Further, the received wave demodulation unit 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 determines 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 for in a time section in which the value is equal to or greater than a predetermined threshold value, and a predetermined time width is determined as a time window with the peak time as the center. This threshold value is set so that noise components can be eliminated. 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 with the same time and time width in the direct wave data for the correction processing 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 analysis unit 110b performs a Fourier transform on the reflected wave data input from the received wave demodulation unit 109 and the partial waveform data of the direct wave cut out by the partial data extraction unit 110a by using the above formula 1 or formula 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 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 uses the phase information obtained by performing Fourier transform on the partial waveform data cut out from the direct wave data stored in the demodulated wave storage unit 111 using the time window as φ i−L+1 (ω),... , Φ i (ω), that is, φ i-14 (ω),..., φ i (ω), and the result obtained by Fourier transforming the reflected wave data is H i−L+1 (ω),..., H i (Ω), that is, H i−14 (ω),..., H i (ω), the correction process is performed using the following Expression 9. It should be noted 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。

Comparing Expression 9 with Expression 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 superposed on the measurement microphone 102 by twice the vibration measured by the reference microphone 15 because the ultrasonic wave reciprocates.

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.
Regarding the same processing as the processing (the flowchart shown in FIG. 9) in the first embodiment, the corresponding step numbers are shown and the description thereof is 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, the direct wave received by the reference microphone 15 is demodulated, and the time window is determined (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 the 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 following ST43 to ST45 are the same as the processes 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 processing is performed by the above mathematical expression 1 to obtain the frequency characteristic H i (ω) of the reflected wave data. The demodulated wave storage unit 111 is updated and stored.
Further, in parallel with the processing of ST43 to ST45, the received wave demodulation unit 109 demodulates the direct wave digital signal (ST46), and the partial data extraction unit 110a extracts the direct wave data output from the received wave demodulation unit 109. , ST41 is used to cut out the partial waveform data, and the frequency analysis unit 110b performs a Fourier transform process on the cut out partial waveform data according to the equation 2 to obtain a phase characteristic φ i (ω) (ST47). ). Since the obtained φ i (ω) is due to the latest wave transmission, it is stored in the demodulated wave storage unit 111, and at the same time, φ i−L (ω) (that is, 15(=L) is already stored. ) Deleted (before transmission) and updated (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, as in the processes of ST29 and 30 in the first embodiment. Further, the processing of ST51 is the same as the processing 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 and the phase information φ i (ω) of the partial waveform data stored in the demodulated wave storage unit 111. These will be 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 section 110d corrects the phase component of the reflected wave data to obtain X i,m (ω) according to the above-mentioned equation 9, and stores it in the demodulated wave storage section 111 (ST50). In the case of the latest frame, i=0. Therefore, the parentheses of the exponent component are 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。 Further, regarding the displacement information calculation processing (ST52, 53) based on the corrected reflected wave data X i,m (ω) obtained by the inverse Fourier transform in ST51, the processing of ST32, ST33 in the first embodiment. Is the same as.

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 respiration 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 is 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, in the displacement determination system 1 according to the first embodiment, the target object to be detected is the human body 12 lying on the bed 11 and serves as a reference object that is placed in a stationary state near the target object. On condition that there are two or more desks 13 and floors 14 in the observation space, ultrasonic waves that are 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. The partial waveform data corresponding to the reflection from the reference object is extracted by applying a time window that is commonly set for the time based on the transmission time of each transmitted wave to each of the reflected wave data based on the received reflected wave. To obtain the phase characteristics. Then, from the difference between the phase characteristic of one partial waveform data of the partial waveform data for a plurality of transmission waves and the phase characteristic of the partial waveform data for another transmission wave, the frequency characteristic of the reflected wave data for the other transmission wave is obtained. The corrected reflected wave data is obtained from the frequency characteristics of the corrected reflected wave data after correction, and the displacement information of the target object is calculated from the time change of the 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 arranged 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 reference microphone 15 directly receives the ultrasonic wave, and the microphone 102 receives the reflected wave from the target object. Next, the partial wave 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 commonly set in the time with the transmission time of each transmission wave as a reference. To obtain the phase characteristic. Then, from the difference between the phase characteristic of one partial waveform data of the partial waveform data for a plurality of transmission waves and the phase characteristic of the partial waveform data for another transmission wave, the frequency characteristic of the reflected wave data for the other transmission wave is obtained. The corrected reflected wave data is obtained from the frequency characteristics of the corrected reflected wave data after correction, and the displacement information of the target object is calculated from the time change of the 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 the vibration of the sensor unit 10 itself due to the vibration transmitted from the wall or ceiling where the sensor unit 10 is installed. Can be accurately detected.

[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, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be carried out by appropriately changing it according to a use environment and the like, for example, as shown below.

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 above-described first embodiment, it is assumed that at least two of the desk 13 and the floor 14 are present as reference objects, but as the installation condition of the sensor unit 10 according to the present invention, the sensor unit 10 is connected 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 the sensor unit 10, even one reference object has the same effect.
That is, by referring to the reflected wave data and manually inputting which peak corresponds to the target object or the reference object, the automatic determination process described with reference to FIG. 6 can be omitted. It is possible to significantly reduce the processing amount. 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 has been described as determining the time window at a time when the operation is stable after the power is turned on, but is not limited to this.
For example, when the desk 13 is selected as the reference object instead of the floor 14 in the first embodiment, moving the desk 13 makes it difficult to detect the movement of the thorax accompanying the breathing of the person 12, and thus the reflected wave data is obtained. It is preferable to continuously refer to the peak intensity of the reference object in 1) and perform the time window determination process again when the intensity falls below a certain level.
In addition, in the second embodiment, when the reference microphone 15 is moved, it becomes difficult to detect the movement of the rib cage associated with the breathing of the person 12, so that the intensity of the peak 73 in the direct wave data is continuously referred to. Then, when it falls below a certain level, it is preferable to perform the time window determination process again.

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。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the example in which the waveform correction unit 110d corrects the reflected wave data in the same number as the number of times of measurement L is shown as a unit, but the unit of correction is 2 or more and the number M different from L is used. 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 the pieces of displacement information of the reflected wave data.
Further, when M>L, the displacement information calculation unit 110e calculates the displacement information by using L pieces of the M pieces of reflected wave data corrected by 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。 Further, in each of the above-described embodiments, the configuration has been described in which the respiratory arrest is detected as an abnormal state by being installed in a public facility (hospital, nursing facility, etc.) or general home, but the present invention is not limited to this. As another application example, for example, the sensor unit 10 is installed in an unattended bank ATM booth, a toilet installed in a station or a commercial facility, and used as a living body detection system for detecting a suspicious person such as a drunken 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 it is adopted in an unmanned bank ATM, it can be detected that a suspicious person enters a bank ATM booth and lays down on the floor (reference object) as it is. At this time, in addition to the fact that the suspicious individual has stopped breathing, when it is determined that the person is lying down and resting, it is possible to notify the outside to that effect. Further, if the activity state is maintained after entering the room and the user exits the room as it is, the notification processing is not particularly performed, so that unnecessary alarm output can be suppressed.

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。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the ultrasonic sensor is attached at a high place and is directed substantially directly below, but the present invention is not limited to this. For example, in the case of detecting a suspicious person leaning against a wall and getting drunk, such a suspicious person can be detected by the same determination method even when the ultrasonic sensor is directed obliquely downward or sideways.
In this way, the present invention can be realized in a form that does not exceed 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
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... Judgment unit, 23... Control unit)
101... Speaker 102... Microphone 103... Modulated wave storage section 104... D/A conversion section 105... Speaker amplifier 106... Microphone amplifier 107... A/D conversion section 108... Transmission/reception control section 109... Reception wave demodulation section 110... Demodulation 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 amount or more,
A reflection wave receiving unit that receives a reflection wave reflected by the target object and the reference object,
A portion corresponding to the reflection from the reference object by applying a time window that is commonly set in the time based on the transmission time of each transmission wave to each of the reflection wave data based on the reflection wave of each transmission wave. A partial data extraction unit for extracting waveform data,
From the difference between the phase characteristics of the partial waveform data for one of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristics of the partial waveform data for the other transmission waves, the other transmission waves a waveform correcting unit that corrects the frequency characteristics of the reflected wave data against the,
A displacement information calculation unit that obtains the corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the corrected reflected wave data after the correction, and calculates displacement information of the target object from the time change of the 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 wave transmission unit that intermittently transmits a transmission wave toward a target object,
A reflected wave receiving unit that receives the reflected wave reflected by the target object,
A reference wave receiving unit that receives the transmission wave transmitted from the wave transmitting unit as a direct wave at a position apart from the target object by a certain amount or more,
Partial waveform data corresponding to the transmission wave is applied to each of the direct wave data based on the direct wave of each of the transmission waves by applying a time window that is commonly determined in time based on the transmission time of each of the transmission waves. A partial data extraction unit to be extracted,
From the difference between the phase characteristic of the partial waveform data for one of the partial waveform data for the plurality of transmission waves and the phase characteristic of the partial waveform data for the other transmission wave, the other transmission wave A waveform correction unit that corrects the frequency characteristics of the reflected wave data with respect to
A displacement information calculation unit that obtains the corrected reflected wave data from the frequency characteristics of each of the corrected reflected wave data after the correction, and calculates displacement information of the target object from the time change of the corrected reflected wave data.
An output unit that outputs 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 at least a control device including an input unit for inputting the displacement information,
The displacement determination system, wherein the control device determines that the target object is inactive and outputs an alarm when the displacement information falls below a stop determination threshold value for a 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 in a recumbent state on a reference plane, and the displacement information is a change in distance from the sensor device to the rib cage due to breathing of the person. ..
JP2018041017A 2018-03-07 2018-03-07 Sensor device and displacement determination system Active JP6716620B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018041017A JP6716620B2 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Sensor device and displacement determination system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018041017A JP6716620B2 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Sensor device and displacement determination system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019158364A JP2019158364A (en) 2019-09-19
JP6716620B2 true JP6716620B2 (en) 2020-07-01

Family

ID=67996790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018041017A Active JP6716620B2 (en) 2018-03-07 2018-03-07 Sensor device and displacement determination system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6716620B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01237483A (en) * 1988-03-18 1989-09-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic detector of invader
JP3130223B2 (en) * 1994-11-18 2001-01-31 三菱電機株式会社 Detection method and detection device
JP4189229B2 (en) * 2003-02-05 2008-12-03 住友大阪セメント株式会社 Motion detection device
JP2011007518A (en) * 2009-06-23 2011-01-13 Panasonic Corp Device, system and method for detecting suspicious person
JP5812317B2 (en) * 2010-12-02 2015-11-11 学校法人 工学院大学 Ultrasonic measurement system
WO2015033436A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 楽天株式会社 Distance measurement device
JP6412458B2 (en) * 2015-03-31 2018-10-24 セコム株式会社 Ultrasonic sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019158364A (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6412458B2 (en) Ultrasonic sensor
JP5848469B1 (en) Biological condition detection device
CN107064939A (en) Circuit for sounding
JP5477424B2 (en) Object detection apparatus, object detection method, and program
US20180289332A1 (en) Sensor system, sensor information processing apparatus, non-transitory computer-readable recording medium having stored therein sensor information processing program, and bed
KR101673579B1 (en) Position detection apparatus and method for a movable matter, lighting apparatus, air conditioning apparatus, security apparatus, and parking apparatus
KR20180015162A (en) Remote monitoring of human activities
EP0720443A1 (en) Ultrasonic monitor
US9030916B2 (en) Method and system for monitoring fire based on detection of sound field variation
CN107928674B (en) Non-contact type respiration detection method based on acoustic ranging
JP6874679B2 (en) Monitoring device
JP6716621B2 (en) Object determination device and sensor device
JP2000298776A (en) Intrusion detecting method and its device
JP6716620B2 (en) Sensor device and displacement determination system
US20170299718A1 (en) Detection of animate presence with an ultrasonic signal
JP4543214B2 (en) Ultrasonic position measuring device
KR20190071307A (en) System and methodof monitoing sleep apnea using radar
JP2016135233A (en) Organism status detector
JP6754793B2 (en) Sensor device and displacement judgment system
JP2019092726A (en) Biological information detection device and control method of biological information detection device
JP5103794B2 (en) Obstacle detection device and position identification method
JP6296768B2 (en) Ecology detection device and ecology detection method
JP5845372B1 (en) Health condition monitoring system
Hammoud et al. Enhanced still presence sensing with supervised learning over segmented ultrasonic reflections
WO2009022089A1 (en) Wireless position sensing in three dimensions using ultrasound

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190422

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190422

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200421

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200526

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200610

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6716620

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250