JP6754793B2 - Sensor device and displacement judgment system - Google Patents

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Description

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

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。 Ultrasound is known to be suitable for detecting a reflecting object and determining a state by utilizing its acoustic characteristics. For this reason, reflective ultrasonic sensors are widely used in ultrasonic echo devices in medical settings, fish finder in fisheries, non-destructive inspection devices for buildings in the construction field, and human detection sensors for automatic doors. The reflection type ultrasonic sensor outputs an ultrasonic pulse and receives a reflected wave reflected by a person or an object. The time difference (TOF (Time Of Flight)) from the output of this pulse to the reception of the wave, the distance from the propagation velocity to the reflector, and the change thereof are measured to detect the existence and movement of a person or an object.

特許文献1には、超音波センサを新生児用の保育器に設置し、新生児に向けて出力した超音波の反射の様子を観察することにより、新生児の心拍や呼吸による微小な変動を検出する超音波式の生体監視装置が開示されている。この超音波センサは、超音波を出力してから反射波を受波するまでの時間から微小な変動を捉えるものである。 In Patent Document 1, an ultrasonic sensor is installed in an incubator for a newborn baby, and by observing the state of reflection of ultrasonic waves output to the newborn baby, an ultra-ultrasonic sensor that detects minute fluctuations due to the heartbeat and respiration of the newborn baby is detected. A sound wave type biological monitoring device is disclosed. This ultrasonic sensor captures 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1[cm]程度の差であり、超音波を用いたTOFの差は30[μs]程度に相当している。一般的なバースト波では、そのバースト幅は数百[μs]とすることが多く、そのバースト長から30[μs]程度のTOFの差を捉えるには、測距装置に極めて高い精度が求められるからである。 However, for example, when detecting minute body movements due to respiration or the like not only in a newborn baby but also in a sleeping adult in a general household, a pulsed ultrasonic wave is transmitted to measure the TOF as in the method of Patent Document 1. It is difficult. The reason is that the movement of the thorax 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 a general burst wave, the burst width is often several hundred [μs], and an extremely high accuracy is required for the distance measuring device in order to capture a TOF difference of about 30 [μs] from the burst length. 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の検出を可能としている。 Therefore, in order to detect tremors due to respiration or the like, a method using a pulse-modulated wave as described in Patent Document 2 is adopted. In this method, for example, when a modulated wave having a bandwidth of 8 [kHz] is used, a distance resolution of about 2 [cm] (about 1 [cm] when considering the round trip from the transmission to the reception) can be obtained, but still. It is not enough to detect the movement of the thorax as a specific change in distance. Therefore, Patent Document 2 makes it possible to detect the presence or absence of fine movement by detecting the movement of the thorax as a specific change in distance from the time variation of the waveform of the reflected wave.

特開2010−158517号公報JP-A-2010-158517 特開2016−193020号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-193020

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 movement 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 deteriorate.

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

本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、人体などの対象物体の微小な変位を検出する装置において、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 in a device for detecting minute displacements of an object object such as a human body, it is possible to eliminate the influence of minute vibrations transmitted from walls, ceilings, etc. to detect an appropriate state. It is an object of the present invention to provide a sensor device that can be performed and a displacement determination system that determines the presence or absence of minute displacement of a target object by using the device.

上記した目的を達成するために、請求項1に記載されたセンサ装置は、対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え
前記送受波制御部は、
前記送波部による前記送信波のデータのD/A変換動作を、前記補正前送波時刻から前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に行わせるとともに、
前記受波部による前記反射波のA/D変換動作を、前記補正前受波時刻から前記反射波ずれ時間だけずらした時刻に行わせることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the sensor device according to claim 1 is a sensor device that calculates displacement information of a target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the data of the transmitted wave sampled at a predetermined cycle, and
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and eliminates the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated .
The transmission / reception control unit
The D / A conversion operation of the transmitted wave data by the wave transmitting unit is performed at a time shifted from the pre-correction wave transmitting time by the transmitted wave deviation time.
The reflected wave of the A / D conversion operation by the wave reception modules, the so from the pre-correction wave receiving time performed at a time shifted by said reflected wave deviation time for said Rukoto.

請求項2に記載されたセンサ装置は、対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え、
前記送受波制御部は、
前記送信波のデータに内挿関数を適用して前記サンプリングの時点から前記送信波ずれ時間だけずれた時点の補間データを求め、前記送波部による当該補間データのD/A変換を行わせ、
前記受波部によりA/D変換された前記反射波のデータに内挿関数を適用して、当該反射波のデータをサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点のデータに置き換えることを特徴としている
The sensor device according to claim 2 is a sensor device that calculates displacement information of a target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the data of the transmitted wave sampled at a predetermined cycle, and
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and eliminates the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated.
The transmission / reception control unit
An interpolation function is applied to the transmitted wave data to obtain the interpolated data at the time when the transmitted wave shift time deviates from the sampling time, and the wave transmitting unit performs D / A conversion of the interpolated data.
By applying the interpolation function to the data of the reflected wave is A / D converted by the reception unit, to replace the data of the reflected waves from the point of sampling data when displaced by the reflected wave deviation time It is a feature .

請求項3に記載されたセンサ装置は、対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を所定周期にて送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
前記所定周期よりも短い短周期にてアップサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え、
前記送受波制御部は、
前記記憶部に記憶された前記送信波のデータのうち、前記所定周期のデータを前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に送波すべき送信波の振幅であるアップサンプリングされた前記送信波のデータを選択し、前記送波部によりD/A変換させて送波させ、
前記受波部により前記所定周期でA/D変換された前記反射波のデータを前記短周期でアップサンプリングし、当該アップサンプリング前のデータを当該データのサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点の当該アップサンプリング後のデータに置き換えることを特徴としている
The sensor device according to claim 3 is a sensor device that calculates displacement information of a target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object at a predetermined period,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the data of the transmitted wave upsampled in a short cycle shorter than the predetermined cycle, and a storage unit.
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and eliminates the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated.
The transmission / reception control unit
Of the transmitted wave data stored in the storage unit, the upsampled transmitted wave data which is the amplitude of the transmitted wave to be transmitted at a time when the data of the predetermined period is shifted by the transmitted wave shift time. Is selected, and D / A conversion is performed by the wave transmitter to transmit the wave.
The reflected wave data that has been A / D converted by the receiving unit in the predetermined cycle is upsampled in the short cycle, and the data before the upsampling is shifted by the reflected wave shift time from the time of sampling the data. It is characterized in that it is replaced with the data after the upsampling at that time .

また、請求項4に記載された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外部に警報出力することを特徴とする。
Further, the displacement determination system according to claim 4 is a displacement determination system having the above-mentioned sensor device and at least a control device including an input unit for inputting the displacement information.
The control device is characterized in that when the displacement information falls below the stop determination threshold value for a predetermined time, the activity stop of the target object is determined and an alarm is output to the outside.

本発明のセンサ装置によれば、振動計測部でセンサ装置が設置される壁や天井などから伝わる振動を検出し、この検出した振動量に基づいてセンサ装置自体の振動の影響を排除することができるため、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, the vibration measuring unit can detect the vibration transmitted from the wall or ceiling on which the sensor device is installed, and eliminate the influence of the vibration of the sensor device itself based on the detected vibration amount. Therefore, it is possible to accurately detect minute displacements such as the movement of the thorax accompanying the breathing of the human body.

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

本発明に係る変位判定システムの概要を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the outline of the displacement determination system which concerns on this invention. センサユニットの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a sensor 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 waveform diagram which shows an example of the ultrasonic wave (sweep signal) transmitted as a transmission wave. センサユニットが振動の影響を受けたときの状態を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state when a sensor unit is affected by vibration. 振動量に基づき送信波及び受信波のD/A又はA/D変換タイミングを可変した状態を模式的に示した図である。It is a figure which showed typically the state which changed the D / A or A / D conversion timing of a transmitted wave and a received wave based on a vibration amount. 反射波を復調した復調波を模式的に示した波形図である。It is a waveform diagram which shows typically the demodulated wave which demodulated the reflected wave. 受波した反射波の復調波データと振動量を排除した反射波の復調波データを重ねた模式図である。It is a schematic diagram in which the demodulated wave data of the received reflected wave and the demodulated wave data of the reflected wave excluding the vibration amount are superimposed. センサユニットの一連の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a series of processing contents of a sensor unit.

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 attached 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。 The drawings attached to this specification may be represented schematically by changing the scale, aspect ratio, shape, etc. from the actual product for convenience of illustration and comprehension. However, it does not limit the interpretation of the present invention. Therefore, the present invention is not limited by the embodiments described with reference to the attached drawings, and all other feasible embodiments, examples, operational techniques, etc. that can be considered by those skilled in the art based on this embodiment are the present invention. It 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。 In addition, in the following description with reference to the attached figures in the present specification, when the terms up, down, left, and right are used to indicate the direction or position, this means that the user shows each figure as illustrated. It matches the top, bottom, left, and right when viewed in.

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実施形態について説明する。 Hereinafter, as a preferred embodiment of the present invention, an embodiment in which the sensor device according to the present invention is applied to a biological detection technique for detecting the state of a person will be described.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る変位判定システム1について、図1〜8を適宜参照しながら説明する。
[First Embodiment]
The displacement determination system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as appropriate.

図1は、変位判定システム1を模式的に示した図である。図1に示すように、変位測定システム1は、対象物体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。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a displacement determination system 1. As shown in FIG. 1, the displacement measurement system 1 includes a sensor unit (corresponding to the sensor device in the claim) 10 mounted above (ceiling or wall surface) in the observation space (room) where the target object exists, and the sensor unit. With the control device 20, which receives the signal from No. 10 wirelessly or by wire, and notifies, for example, a security company, which is a predetermined notification destination (not shown), that there is a possibility of respiratory arrest when there is no movement near the thorax. It is composed.

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。 In the present embodiment, the object whose displacement is detected by the sensor unit 10 is a sleeping human body 12 lying on its back on the bed 11, and the minute displacement to be detected is the movement of the thorax accompanying respiration.

また、センサユニット10は、対象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。本実施形態では、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することができる。 Further, the sensor unit 10 is installed at a position where the transmitted wave is transmitted to the target object and the received wave is reliably received. In this embodiment, the sensor unit 10 is directed downward toward the ceiling substantially directly above the person 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 influence of the vibration can be eliminated by the present invention.

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にて反射した反射波を受信波として受波するマイク102が設けられている。図2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、対象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 for transmitting a transmitted wave and a microphone 102 for receiving the reflected wave reflected by the target object from the transmitted wave transmitted from the speaker 101 as a received wave are provided. ing. As shown in FIG. 2, the transmitting portion of the speaker 101 and the receiving portion of the microphone 102 are arranged below the sensor unit 10 (the surface facing the installation surface) while facing the target object.

また、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、振動量計測部108と、送受波制御部109と、受信波復調部110と、変位情報算出部111と、復調波記憶部112と、出力部113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, and a vibration amount measuring unit 108. The transmission / reception wave control unit 109, the reception wave demodulation unit 110, the displacement information calculation unit 111, the demodulation wave storage unit 112, and the output unit 113 are provided.

なお、特許請求の範囲でいう「送波部」とは、スピーカー101、D/A変換部104及びスピーカーアンプ105の総称であり、「受波部」とは、マイク102、マイクアンプ106及びA/D変換部107の総称である。 The "wave transmitter" in the claims is a general term for the speaker 101, the D / A conversion unit 104, and the speaker amplifier 105, and the "receiver" is the microphone 102, the microphone amplifier 106, and A. It is a general term for the / D conversion unit 107.

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 modulation wave refers to a frequency modulation wave in which the frequency is linearly changed or a phase modulation wave using an M series or the like, and is demodulated to capture the position of an object in a pulsed manner with high accuracy. 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 the demodulation process, the envelope detection is performed and the peak is detected. The distance can be measured by the position.

本実施形態の変調波記憶部103は、周波数変調させた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2[cm]の分解能とすることができる。 The modulated wave storage unit 103 of the present embodiment stores in advance digital data of a sweep signal which is a frequency-modulated pulsed modulated wave. Graph 30 of FIG. 3 exemplifies the waveform of the sweep signal, and graph 31 exemplifies the time-frequency characteristics of the time of the sweep signal. The sweep signal is a signal having a property that the frequency changes with time while 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 as compared with the output of a simple pulse signal. For example, by changing the frequency in the range of 32 [kHz] to 24 [kHz], the resolution of the distance 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 referred to 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 wave control unit 108, and D / A-converts the read digital data.

スピーカーアンプ105は、D/A変換部104から出力したアナログデータを増幅してスピーカー101を駆動する。これにより、スピーカー101から対象物体及び参照物体に向けて超音波が送波される。送波された超音波は、対象物体にて反射し、この反射した反射波をマイク102で受波する。マイク102で受波した反射波は、電気信号(アナログ信号)に変換される。 The speaker amplifier 105 amplifies the analog data output from the D / A conversion unit 104 and drives the speaker 101. As a result, ultrasonic waves are transmitted from the speaker 101 toward the target object and the reference object. The transmitted ultrasonic waves are reflected by the target object, and the reflected reflected waves are 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(デジタルデータ)に変換して送受波制御部109の出力指示に従って受信波復調部110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 (digital data) and outputs the analog signal to the reception wave demodulation unit 110 according to the output instruction of the transmission / reception wave control unit 109.

振動量計測部108は、センサユニット10が受ける振動量(基準位置から移動した距離)を直接検出する手段であり、センサユニット10の鉛直方向への振動量を検出可能なセンサ機器(例えば周知の加速度センサ)で構成される。振動量計測部108は、鉛直方向下向き、すなわちセンサユニット10から人体12に向かう下向きの方向を正の値とし、計測した加速度からセンサユニット10全体の微細な振動量を計測する。得られた振動量は、送受波制御部109に出力され、後述のようにセンサユニット10の振動の影響を排除するために使用される。 The vibration amount measuring unit 108 is a means for directly detecting the vibration amount (distance moved from the reference position) received by the sensor unit 10, and is a sensor device capable of detecting the vibration amount in the vertical direction of the sensor unit 10 (for example, a well-known sensor device). Acceleration sensor). The vibration amount measuring unit 108 sets a positive value in the vertical downward direction, that is, the downward direction from the sensor unit 10 toward the human body 12, and measures a minute vibration amount of the entire sensor unit 10 from the measured acceleration. The obtained vibration amount is output to the transmission / reception wave control unit 109, and is used to eliminate the influence of the vibration of the sensor unit 10 as described later.

なお、振動量計測部108は、センサユニット10を導入してから電源が投入され、動作が安定した状態における一時刻での位置を基準位置として振動の検出動作が開始されると、振動の有無に拘わらず常時検出信号が送受波制御部109に出力される。よって、振動が検出されたときは、振動量が0でないことを示す検出信号が出力され、振動が検出されないときは、振動量が0であることを示す検出信号が出力される。 When the power is turned on after the sensor unit 10 is introduced and the vibration detection operation is started with the position at one time in a stable operation as the reference position, the vibration amount measuring unit 108 has vibration. Regardless of this, the detection signal is always output to the transmission / reception control unit 109. Therefore, when vibration is detected, a detection signal indicating that the vibration amount is not 0 is output, and when vibration is not detected, a detection signal indicating that the vibration amount is 0 is output.

送受波制御部109は、超音波を送波するタイミングを制御する機能と、送信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、送信波の送波タイミングは200[ms]毎である。ちなみに、本実施形態において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。
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。
The transmission / reception wave control unit 109 has a function of controlling the timing of transmitting ultrasonic waves and a function of associating the transmitted wave with the reflected wave. In the present embodiment, the transmission timing of the transmitted wave is every 200 [ms]. Incidentally, in the present embodiment, the number of measurements L required to determine the presence or absence of movement of the thorax due to breathing or the like is 15.
In the present embodiment, the time length of the sweep signal (reference numeral 30) shown in FIG. 3 is 128 [ms], and the sensor unit 10 shown in FIG. 1 is attached at a position of about 2 [m] directly above the human body 12. To do.

また、送受波制御部109は、振動量計測部108から入力した振動量に基づき、スピーカー101から送波する送信波のD/A変換動作を振動量によるずれ時間を排除した時刻にするとともに、マイク102で受波する反射波のA/D変換動作を振動量によるずれ時間を受波した時刻から排除した時刻にする制御を行い、反射波を得る。
つまり、予め定めた時間間隔によって決まるずれ時間排除前の送波時刻を補正前時刻、排除後の送波時刻を単に送波時刻、送波時刻を基準にして決まるずれ時間排除前の受波時刻を補正前受波時刻とすると、送受波制御部109は、振動量計測部108で検出された振動量で振動しているセンサ装置10から補正前送波時刻で送波された送信波の、基準位置にあるセンサ装置10から補正前送波時刻に送波した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出し、この送信波ずれ時間だけずらした時刻にD/A変換部104によるD/A変換動作を行わせる。また、振動量計測部108で検出した振動量で振動しているセンサ装置10が補正前受波時刻に受波した反射波の、基準位置にあるセンサ装置10が補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出し、マイク102が反射波を受波する時刻から反射波ずれ時間だけずらした時刻にA/D変換部107によるA/D変換動作を行わせている。これにより、あるタイミングでセンサユニット10が受けた振動を相殺して恰もセンサユニット10に微小な振動が無かったかのような計測結果を得ることができる。
Further, the transmission / reception wave control unit 109 sets the D / A conversion operation of the transmission wave transmitted from the speaker 101 to a time excluding the deviation time due to the vibration amount based on the vibration amount input from the vibration amount measurement unit 108. The A / D conversion operation of the reflected wave received by the microphone 102 is controlled to be a time excluding the deviation time due to the vibration amount from the received time, and the reflected wave is obtained.
In other words, the transmission time before the deviation time exclusion determined by the predetermined time interval is the pre-correction time, the transmission time after exclusion is simply the transmission time, and the reception time before the deviation time exclusion is determined based on the transmission time. When is set to the pre-correction reception time, the transmission / reception control unit 109 of the transmission wave transmitted at the pre-correction transmission time from the sensor device 10 vibrating at the vibration amount detected by the vibration amount measurement unit 108. The transmission wave deviation time with respect to the transmitted wave when the sensor device 10 at the reference position transmits the wave at the pre-correction transmission time is calculated, and the D / A by the D / A conversion unit 104 is shifted by this transmission wave deviation time. Perform the conversion operation. Further, the sensor device 10 at the reference position receives the reflected wave received at the pre-correction receiving time by the sensor device 10 vibrating at the vibration amount detected by the vibration amount measuring unit 108. The reflected wave deviation time with respect to the reflected wave is calculated, and the A / D conversion operation is performed by the A / D conversion unit 107 at a time shifted by the reflected wave deviation time from the time when the microphone 102 receives the reflected wave. There is. As a result, it is possible to cancel the vibration received by the sensor unit 10 at a certain timing and obtain a measurement result as if the sensor unit 10 had no minute vibration.

ここで、振動量計測部108が求めた振動量を使い、送受波制御部109がセンサユニット10の微小な振動の影響を排除する処理の考え方について図4を参照しながら説明する。 Here, a concept of processing in which the transmission / reception wave control unit 109 eliminates the influence of minute vibration of the sensor unit 10 by using the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108 will be described with reference to FIG.

図4に示すようにセンサユニット10に配置されたスピーカー101とマイク102を向けた方向を正として軸を考える。図4でいう右方向が図1でいうセンサユニット10から人体12に向かう方向になる。ある時刻において振動量計測部108の出力が0であり、センサユニット10が基準位置40に存在したとする。そして、計測時刻nにおいて、振動量計測部108が計測した振動量をdと表記する。 As shown in FIG. 4, the axis is considered with the direction in which the speaker 101 and the microphone 102 arranged in the sensor unit 10 are directed as positive. The right direction in FIG. 4 is the direction from the sensor unit 10 in FIG. 1 toward the human body 12. It is assumed that the output of the vibration amount measuring unit 108 is 0 at a certain time and the sensor unit 10 is present at the reference position 40. Then, at the measurement time n, the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108 is referred to as d n .

図4では、図示のようにセンサユニット10が符号41に示すように振動して基準位置40から図中右方向に(正の方向)dだけ移動した場合、センサユニット10は、人体12に近付く方向に動いていることを意味する。そのため、音速をCと表記して何らかの処理をしないと送信波が距離dを伝搬するのに要する時間d/Cだけ出力時刻が早まったことと等価になる。よって、送受波制御部109は、超音波の送波時刻を時間d/Cだけ遅らせるようにD/A変換部104のD/A変換動作をずらすことで、d=0の場合と同じ超音波をスピーカー101から出力することができる。 In Figure 4, if the sensor unit 10 as shown is moved from the vibration to the reference position 40 as indicated by reference numeral 41 in the drawing the right direction by (positive direction) d n, the sensor unit 10, the body 12 It means that it is moving in the direction of approaching. Therefore, if the speed of sound is expressed as C and no processing is performed, it is equivalent to the fact that the output time is advanced by the time d n / C required for the transmitted wave to propagate the distance d n . Therefore, the transmission / reception control unit 109 shifts the D / A conversion operation of the D / A conversion unit 104 so as to delay the ultrasonic wave transmission time by the time d n / C, which is the same as the case of d n = 0. Ultrasonic waves can be output from the speaker 101.

逆に、センサユニット10が図4とは逆方向(符号41とは逆方向)に、すなわち振動して基準位置から図中左方向に(負の方向)dだけ移動した場合、センサユニット10は、人体12から離れる方向に動いていることを意味する。そのため、何らの処理をしないと送信波が距離dを伝搬するのに要する時間d/Cだけ出力時刻が遅くなったことと等価になる。よって、送受信波制御部109は、超音波の送波時刻を時間d/Cだけ早まるようにD/A変換部104のD/A変換動作をずらすことで、d=0の場合と同じ送信波をスピーカー101から出力することができる。 On the contrary, when the sensor unit 10 vibrates in the direction opposite to that in FIG. 4 (opposite direction to the reference numeral 41), that is, moves from the reference position to the left in the figure (negative direction) by d n. Means that it is moving away from the human body 12. Therefore, if no processing is performed, it is equivalent to delaying the output time by the time d n / C required for the transmitted wave to propagate the distance d n . Therefore, the transmission / reception wave control unit 109 shifts the D / A conversion operation of the D / A conversion unit 104 so that the ultrasonic wave transmission time is advanced by the time d n / C, which is the same as the case of d n = 0. The transmitted wave can be output from the speaker 101.

反射波の処理についても考え方は同様である。図示のようにセンサユニット10が符号41に示すように振動して基準位置から図中右方向に(正の方向)dだけ移動した場合、何らの処理をしないと反射波が距離dを伝搬するのに要する時間d/Cだけ受波時刻が早まったことと等価になる。よって、送受波制御部109は、反射波を受波する時刻を時間d/Cだけ遅らせるようにA/D変換部107のA/D変換動作をずらすことで、d=0の場合と同じように反射波をマイク102で受波することができる。 The idea is the same for the processing of reflected waves. As shown in the figure, when the sensor unit 10 vibrates as shown by reference numeral 41 and moves from the reference position to the right (positive direction) d n in the figure, the reflected wave increases the distance d n unless any processing is performed. It is equivalent to the fact that the receiving time is advanced by the time d n / C required for propagation. Therefore, the transmission / reception wave control unit 109 shifts the A / D conversion operation of the A / D conversion unit 107 so as to delay the time of receiving the reflected wave by the time d n / C, so that the case where d n = 0 Similarly, the reflected wave can be received by the microphone 102.

逆に、センサユニット10が振動して基準位置から図中左方向に(負の方向)dだけ移動した場合、何らの処理をしないと反射波が距離dを伝搬するのに要する時間d/Cだけ受波時刻が遅くなったことと等価になる。よって、送受信波制御部109は、反射波を受波する時刻を時間d/Cだけ早まるようにA/D変換部107のA/D変換動作をずらすことで、d=0の場合と同じように反射波をマイク102で受波することができる。 On the contrary, when the sensor unit 10 vibrates and moves from the reference position to the left (negative direction) d n in the figure, the time d required for the reflected wave to propagate the distance d n without any processing. It is equivalent to the reception time being delayed by n / C. Therefore, the transmission / reception wave control unit 109 shifts the A / D conversion operation of the A / D conversion unit 107 so that the time for receiving the reflected wave is advanced by the time d n / C, so that the case where d n = 0 Similarly, the reflected wave can be received by the microphone 102.

図5は、送受波制御部109が超音波についてD/A変換部104、反射波についてA/D変換部107の動作時刻を時間d/Cに応じて変化させる際の処理を模式的に示した図である。図示のように、サンプリング周波数S[Hz]とすると、D/A変換部104、A/D変換部107は、1/S[s]ごとの等間隔の変換動作を基準とする。 FIG. 5 schematically shows a process in which the transmission / reception wave control unit 109 changes the operation time of the D / A conversion unit 104 for ultrasonic waves and the A / D conversion unit 107 for reflected waves according to the time d n / C. It is a figure shown. As shown in the figure, assuming that the sampling frequency is S [Hz], the D / A conversion unit 104 and the A / D conversion unit 107 are based on the conversion operation at equal intervals for each 1 / S [s].

そこで本発明においては、各時刻での振動量dが得られると、それに応じてD/A変換部104によるD/A変換処理と、A/D変換部107によるA/D変換処理の動作時刻を調整している。
図5では、センサユニット10が図中右方向、つまり人体12に近付いているので、動作時刻を本来の時刻、すなわち1/S[s]毎の時刻よりも遅らせた状態を模式的に示している。当然のことながら、逆に、センサユニット10が基準位置から図中左方向、つまり人体12から離れる方向に移動した場合は、動作時刻を本来の時刻、すなわち1/S[s]毎の時刻よりも早めることになる。
Therefore, in the present invention, when the vibration amount d n at each time is obtained, the D / A conversion process by the D / A conversion unit 104 and the operation of the A / D conversion process by the A / D conversion unit 107 are performed accordingly. The time is being adjusted.
In FIG. 5, since the sensor unit 10 is approaching the human body 12 in the right direction in the figure, a state in which the operation time is delayed from the original time, that is, the time for each 1 / S [s] is schematically shown. There is. As a matter of course, conversely, when the sensor unit 10 moves from the reference position to the left in the figure, that is, in the direction away from the human body 12, the operation time is set to the original time, that is, the time every 1 / S [s]. Will also be hastened.

受信波復調部110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。受信波復調部110が出力する反射波データは、送受波制御部109においてD/A変換部104及びA/D変換部107がセンサユニット10の振動量を加味した状態で動作時刻が制御された状態のデータとなる。 The received wave demodulation unit 110 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. The operation time of the reflected wave data output by the received wave demodulation unit 110 is controlled in the transmission / reception wave control unit 109 with the D / A conversion unit 104 and the A / D conversion unit 107 taking into account the vibration amount of the sensor unit 10. It becomes the state data.

図6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、図3に示すスイープ波を送波する間隔(200[ms]毎)から、送波毎に振動量計測部108にて検出された送波時のずれ時間を排除した時刻を基準にして、受波時のずれ時間だけA/D変換の時刻から変更した時刻とする。この際、A/D変換の動作時刻について、スピーカー101からマイク102への回り込み波の到達時間を考慮してもよい。或いは、当該到達時間は、送波の間隔よりも遥かに短いため省略して近似しても大凡同様な効果を得ることができる。
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. 6, the horizontal axis represents time. The origin of the reflected wave data 40 excludes the deviation time at the time of transmission detected by the vibration amount measuring unit 108 for each transmission from the interval (every 200 [ms]) for transmitting the sweep wave shown in FIG. Based on the time, the time is changed from the A / D conversion time by the deviation time at the time of receiving the wave. At this time, regarding the operation time of the A / D conversion, the arrival time of the wraparound wave from the speaker 101 to the microphone 102 may be taken into consideration. Alternatively, since the arrival time is much shorter than the wave transmission interval, the same effect can be obtained even if it is omitted and approximated.
Further, the peak time substantially represents the round-trip time of the ultrasonic wave, and when the round-trip time is long, the distance from the sensor unit 10 to the object reflecting the ultrasonic wave is long, and when it is short, the distance is short.
In this embodiment, the length of the reflected wave data is 128 [ms].

変位情報算出部111は、復調波記憶部112に記憶されている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113に出力する。 The displacement information calculation unit 111 reads out the reflected wave data stored in the demodulated wave storage unit 112 for the number of measurements L (for 15 time points), calculates the displacement information, and outputs the displacement information to the output unit 113.

変位情報算出部111は、現在の時刻から過去に14フレーム(=L−1)だけ遡った反射波データxi,m(n)を用いるので、時間を追うと同じ反射波を繰り返し用いる。
なお、添え字iは現在の計測時刻、mは以下で述べるように平均処理などをするためのカウンタ(m=0,…,14)、nはそれぞれの反射波における原点からの時刻をサンプリングした番号である。また、nは反射波データについての(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。
Since the displacement information calculation unit 111 uses the reflected wave data x i, m (n) that is 14 frames (= L-1) back in the past from the current time, the same reflected wave is repeatedly used as time goes by.
The subscript i is the current measurement time, m is the counter (m = 0, ..., 14) for averaging as described below, and n is the time from the origin of each reflected wave. It is a number. Further, n represents a (discrete) time index for the reflected wave data, and the larger n represents the position farther from the sensor unit 10.

また、変位情報算出部111は、受信波復調部110から出力された反射波データxi,m(n)を復調波記憶部112に記憶させる。同時に、復調波記憶部112は所定数、つまり計測回数L(=15)個だけ当該データを記憶するように古いデータから順に削除して更新する。 Further, the displacement information calculation unit 111 stores the reflected wave data xi , m (n) output from the received wave demodulation unit 110 in the demodulation wave storage unit 112. At the same time, the demodulated wave storage unit 112 deletes and updates the data in order from the oldest data so as to store the data by a predetermined number, that is, the number of measurements L (= 15).

変位情報算出部111は、復調波記憶部112に記憶されている反射波データ(xi,m(n))を計測回数L(=15)だけ読み出し、変位情報を算出して出力部113に出力する。 The displacement information calculation unit 111 reads out the reflected wave data (xi , m (n)) stored in the demodulated wave storage unit 112 for the number of measurements L (= 15), calculates the displacement information, and sends the output unit 113. Output.

現時刻から過去所定数分の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。
The displacement information of the target object (that is, the displacement of the thorax of the human body 12) is calculated from the time change of the reflected wave data for the past predetermined number of minutes from the current time. 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, the movement of the thorax due to the respiration of the human body 12 can be determined by evaluating the degree of fluctuation of the latest L series including the current frame.

すなわち、下記数1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 equation 1 is used to calculate the latest 15 (= L) average response series of x i, m (n).

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2若しくは数3を用いて変位情報E1,i(又はE2,i)を算出して出力部113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 signals x i, m (n) using the following equations 2 or 3. Output to unit 113.

図7は、受波した反射波の復調波データと、送受波制御部109において振動量計測部108で計測した振動量に応じて送受波制御部109がD/A変換部104及びA/D変換部107の変換タイミングを制御した後の復調波データを重ねたグラフ60が模式的に示されている。図中の矩形61で囲われた部分における実線と点線で示したピークには対象物体である人体12の胸郭の変位が現れており、振動の影響により反射のピーク時刻に変動があっても変位情報として把握できる状態となっている。 In FIG. 7, the transmission / reception wave control unit 109 has the D / A conversion unit 104 and the A / D according to the demodulated wave data of the received reflected wave and the vibration amount measured by the vibration amount measurement unit 108 in the transmission / reception wave control unit 109. A graph 60 in which demodulated wave data after controlling the conversion timing of the conversion unit 107 is superimposed is schematically shown. Displacement of the thorax of the human body 12, which is the target object, appears in the peaks shown by the solid line and the dotted line in the part surrounded by the rectangle 61 in the figure, and even if the peak time of the reflection fluctuates due to the influence of vibration, the displacement appears. It is in a state where it can be grasped as information.

復調波記憶部112は、受信波復調部110で復調処理して得られた反射波データを記憶する。 The demodulated wave storage unit 112 stores the reflected wave data obtained by demodulation processing by the received wave demodulation unit 110.

出力部113は、変位情報算出部111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 113 outputs the displacement information E 1, i (or E 2, i ) calculated by the displacement information calculation unit 111 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 manner. The control device 20 communicates various information (whether wired or wireless) with the sensor unit 10 and with a predetermined notification destination, and the displacement information obtained at each time is transmitted to the sensor unit 10. A determination unit 22 that receives from and determines whether or not it continues to be equal to or less than a preset threshold value (stop determination threshold value) for a predetermined time, and a control unit 23 that controls the communication unit 21 and the determination unit 22. And have.

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 thorax of the human body 12 to be detected, and can determine that the human body 12 has stopped breathing as a preset threshold value. A threshold is set. Therefore, when the determination unit 22 determines that the displacement information E 1, i (or E 2, i ) has fallen below the stop determination threshold value for a predetermined time, the control device 20 causes the human body 12 to breathe. It is determined that the device may have stopped, and a process of notifying a predetermined notification destination via the communication unit 21 is performed.

次に、図8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に横たわっているときの処理動作である。
Next, the processing operation of the sensor unit 10 of the first embodiment described above will be described with reference to FIG.
Here, it is a processing operation when the human body 12 as the target object is lying on the bed 11 in the observation space shown in FIG.

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、初期設定を行う(ST1)。この初期設定では、図1に示すような設置条件において、床13からセンサユニット10までの高さ、人体12のまでの高さについて、利用者が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を用いて設定入力する。この高さは、得られた反射波において、何れの振幅ピークが人体13からの反射のものかを把握するための情報であるため大凡の数字を設定すればよい。その他、必要なパラメーター設定なども適宜行い、これらの高さなど設定情報は不図示の設定条件記憶部に記憶される。 First, the initial setting is performed when the sensor unit 10 is used to detect the movement of the thorax accompanying the respiration of the human body 12 (ST1). In this initial setting, under the installation conditions as shown in FIG. 1, the height from the floor 13 to the sensor unit 10 and the height to the human body 12 are not shown, in which the user includes a keyboard and a mouse. Input the settings using the setting input means. Since this height is information for grasping which amplitude peak is the reflection from the human body 13 in the obtained reflected wave, an approximate number may be set. In addition, necessary parameter settings are appropriately set, and setting information such as their heights is stored in a setting condition storage unit (not shown).

ST2〜ST6の処理は、スピーカー101から図3に示す送信波が送波され、マイク102で受波される度に繰り返し行われる。 The processes of ST2 to ST6 are repeated each time the transmitted wave shown in FIG. 3 is transmitted from the speaker 101 and received by the microphone 102.

振動量計測部108は、センサユニット10自体の振動を計測して、その振動に基づく振動量を算出する(ST2)。振動量は、ユニット全体の動作開始直後、設置に伴う過渡状態が終了した後に、ある時刻において振動量計測部108の出力が0の時刻におけるセンサユニット10の位置を基準位置とし、当該基準位置からの動き量とする。振動量計測部108は、求めた振動量を送受波制御部109に出力する。 The vibration amount measuring unit 108 measures the vibration of the sensor unit 10 itself and calculates the vibration amount based on the vibration (ST2). The vibration amount is determined from the reference position with the position of the sensor unit 10 at the time when the output of the vibration amount measuring unit 108 is 0 at a certain time immediately after the operation of the entire unit starts and after the transition state due to the installation ends. The amount of movement of. The vibration amount measuring unit 108 outputs the obtained vibration amount to the transmission / reception wave control unit 109.

次に、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する(ST3)。すなわち、送受波制御部109は、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、振動量計測部108で計測された振動量に基づいて振動によるずれ時間を排除した時刻にD/A変換動作をするようD/A変換部104を制御する。そして、D/A変換部104でD/A変換されたアナログ信号は、スピーカーアンプ105を通じてスピーカー101から対象物体に向けて超音波として送波される。
また、対象物体からの反射波をマイク102で受波し、マイクアンプ106で増幅後、A/D変換部107でデジタルデータに変換する。この際、送受波制御部109は、振動量計測部108で計測された振動量に基づいて振動によるずれ時間を排除した時刻にA/D変換動作をするようA/D変換部107を制御し、デジタル化された反射波を得る。
Next, the transmitted wave is transmitted toward the target object existing in the observation space, and the reflected wave reflected by the target object is received (ST3). That is, the transmission / reception wave control unit 109 reads out the digital data of the ultrasonic waves transmitted from the modulated wave storage unit 103, and D at the time when the deviation time due to vibration is excluded based on the vibration amount measured by the vibration amount measurement unit 108. The D / A conversion unit 104 is controlled so as to perform the / A conversion operation. Then, the analog signal D / A-converted by the D / A conversion unit 104 is transmitted as ultrasonic waves from the speaker 101 toward the target object through the speaker amplifier 105.
Further, the reflected wave from the target object is received by the microphone 102, amplified by the microphone amplifier 106, and then converted into digital data by the A / D conversion unit 107. At this time, the transmission / reception wave control unit 109 controls the A / D conversion unit 107 so that the A / D conversion operation is performed at a time excluding the deviation time due to vibration based on the vibration amount measured by the vibration amount measurement unit 108. , Get a digitized reflected wave.

次に、デジタルデータに変換された反射波の復調処理を行う(ST4)。つまり、受信波復調部110において、A/D変換部107でデジタルデータに変換された反射波を復調して反射波データを得る。 Next, demodulation processing of the reflected wave converted into digital data is performed (ST4). That is, the received wave demodulation unit 110 demodulates the reflected wave converted into digital data by the A / D conversion unit 107 to obtain the reflected wave data.

なお、ST4の処理で得られた反射波データは、次工程のST5において使用されるデータであり、現時刻及び過去に遡った所定フレーム数L、すなわち本実施の形態では15フレーム分のデータが必要となるため、復調波記憶部112には所定フレーム数L(15個)分記憶しておく必要がある。よって、センサユニット10を導入した際は、ST2,ST3の処理を所定フレーム数分だけ繰り返す必要があるが、それ以降は装置導入後に処理量の削減を図るため、一度計算したらその都度復調波記憶部112に更新記憶させて次の時刻以降に読み出すような構成となっている。以下では、導入後の処理として説明する。 The reflected wave data obtained in the process of ST4 is the data used in ST5 of the next step, and the predetermined number of frames L retroactive to the current time and the past, that is, the data for 15 frames in the present embodiment is obtained. Since it is necessary, it is necessary to store a predetermined number of frames L (15) in the demodulated wave storage unit 112. Therefore, when the sensor unit 10 is introduced, it is necessary to repeat the processing of ST2 and ST3 for a predetermined number of frames, but after that, in order to reduce the processing amount after the introduction of the device, once the calculation is performed, the demodulated wave is stored each time. It is configured to be updated and stored in unit 112 and read out after the next time. Hereinafter, the processing after the introduction will be described.

次に、変位情報算出部111は、復調波記憶部112に記憶されるxi,m(n)から現在時刻を含む直近15(=L)個分の平均応答系列y(n)を上記数1により算出し、得られた平均応答系列y(n)とxi,m(n)から上記数2又は数3を用いて変位情報E1,i(又はE2,i)を求める(ST5)。 Next, the displacement information calculation unit 111 obtains the average response series y i (n) for the latest 15 (= L) pieces including the current time from x i, m (n) stored in the demodulated wave storage unit 112. Displacement information E 1, i (or E 2, i ) is obtained from the average response series y i (n) and x i, m (n) calculated by Equation 1 using the above Equation 2 or 3. (ST5).

そして、求めた変位情報E1,i(又はE2,i)を出力部113に出力する(ST6)。本実施形態では図1に示す制御装置20に出力する。ST6の処理が終了すると、再度ST2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 113 (ST6). In this embodiment, the output is output to the control device 20 shown in FIG. When the processing of ST6 is completed, the process returns to ST2 and the processing of the next frame is performed.

また、変位判定システム1の処理動作としては、ST6においてセンサユニット10から出力された変位情報に基づき、制御装置20が対象物体である人体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、異常として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 the processing operation of the displacement determination system 1, whether or not the movement of the thorax accompanying the respiration of the human body 12 which is the target object by the control device 20 is normal based on the displacement information output from the sensor unit 10 in ST6. If it is determined that breathing has stopped as an abnormality, an alarm is output to a predetermined notification destination.

[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態の変位判定システムについて説明する。
第2実施形態の変位判定システム1は、送受波制御部109によるセンサユニット10が受ける振動量の影響を排除する構成が第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。
[Second Embodiment]
Next, the displacement determination system of the second embodiment according to the present invention will be described.
The displacement determination system 1 of the second embodiment is different from the first embodiment in that it eliminates the influence of the amount of vibration received by the sensor unit 10 by the transmission / reception wave control unit 109.
Therefore, in the description of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, the functional description and the like are omitted, and only the differences from the first embodiment will be described. ..

第2実施形態では、内挿関数を用いて送信波の振幅についてサンプリング時点間を補間処理し、振動量計測部108で得た振動量から算出した送信波ずれ時間を排除した時刻に送波すべき送信波の振幅に基づいてスピーカー101から送信波を送波させる。すなわち、当該送信波ずれ時間だけずれた時刻における送信波の振幅を補間処理により求めて送波する。また、マイク102で受波した反射波についても内挿関数を用いてサンプリング時点間を補間処理し、受波時刻から振動量計測部108で得た振動量から算出した反射波ずれ時間を排除した時刻の振幅に基づく反射波を得る。すなわち、サンプリング時点から当該反射波ずれ時間だけずれた時刻における反射波の振幅を補間処理により求めた振幅におい変える。 In the second embodiment, the amplitude of the transmitted wave is interpolated between the sampling time points using the interpolation function, and the wave is transmitted at a time excluding the transmission wave deviation time calculated from the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108. The transmitted wave is transmitted from the speaker 101 based on the amplitude of the transmitted wave to be transmitted. That is, the amplitude of the transmitted wave at the time deviated by the transmitted wave deviating time is obtained by interpolation processing and transmitted. In addition, the reflected wave received by the microphone 102 is also interpolated between the sampling time points using the interpolation function, and the reflected wave deviation time calculated from the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108 from the received wave time is eliminated. Obtain a reflected wave based on the amplitude of time. That is, the amplitude of the reflected wave at the time deviated by the reflected wave deviation time from the sampling time is changed to the amplitude obtained by the interpolation process.

第2実施形態では、上述した第1実施形態における実現形式とは異なり、D/A変換部104やA/D変換部107における動作間隔は、固定のサンプリング周波数S[Hz]、すなわち1/S[s]とする。そして、送受波制御部109により、送信波及び反射波を周知の補間処理を用いて送波及び受波の都度補間処理している。 In the second embodiment, unlike the implementation form in the first embodiment described above, the operation interval in the D / A conversion unit 104 and the A / D conversion unit 107 is a fixed sampling frequency S [Hz], that is, 1 / S. Let it be [s]. Then, the transmission / reception wave control unit 109 interpolates the transmitted wave and the reflected wave each time the transmitted wave and the reflected wave are transmitted and received by using a well-known interpolation process.

送受波制御部109による送信波の補間処理の方法としては、例えばスプライン補間や多項式補間など幾多もあるが、本実施形態では内挿関数としてSINC関数を用いた方法を示す。 There are many methods of interpolation processing of transmitted waves by the transmission / reception wave control unit 109, for example, spline interpolation and polynomial interpolation, but in this embodiment, a method using a SINC function as an interpolation function is shown.

SINC関数とは、xを独立変数として(sin(x))/xと表される一価関数であり、x=0のときに最大値1をとり、xが原点から離れるに連れて、プラスとマイナスに渡る振幅が小さくなる。本実施形態に係る補間処理を表す式を下記数4に示す。 The SINC function is a monovalent function expressed as (sin (x)) / x with x as an independent variable, takes a maximum value of 1 when x = 0, and becomes positive as x moves away from the origin. And the negative amplitude becomes smaller. The formula representing the interpolation process according to the present embodiment is shown in Equation 4 below.

上記数4において、p(n)は、変調波記憶部103に記憶されているサンプリング周波数S[Hz]でサンプリングされる送信波のデジタルデータであり、Cは音速である。また、dは振動量計測部108で得られた振動量である。さらに、Mは補間に要するデータ数を規定する係数であり、大きいほど補間の精度が高くなる。ここでは例えばM=20とする。 In the above equation 4, p (n) is digital data of the transmitted wave sampled at the sampling frequency S [Hz] stored in the modulated wave storage unit 103, and C is the speed of sound. Further, d n is the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108. Further, M is a coefficient that defines the number of data required for interpolation, and the larger the coefficient, the higher the accuracy of interpolation. Here, for example, M = 20.

反射波の補間処理についても、送信波の補間処理と考え方自体は同様であるが、上記数4からもわかるように、n時点での補間値を得るには、n+M時点までのデータが必要になるため、少なくともM個のサンプリングデータが得られた後に処理をすることになる。 The concept of the reflected wave sampling process is the same as that of the transmitted wave sampling process, but as can be seen from the above equation 4, data up to the n + M time point is required to obtain the interpolation value at the n time point. Therefore, the processing is performed after at least M sampling data are obtained.

以上のように、第2実施形態では、送受波制御部109の処理として、振動量計測部108で計測した振動量に基づき、センサユニット10が受ける振動などによって刻々と変化する送信波及び反射波を補間処理することで、第1実施形態と同様、恰もセンサユニット10に微小な振動が無かったかのように制御することができる。 As described above, in the second embodiment, as the processing of the transmission / reception wave control unit 109, the transmission wave and the reflected wave that change momentarily due to the vibration received by the sensor unit 10 based on the vibration amount measured by the vibration amount measurement unit 108. By interpolating the above, it is possible to control the sensor unit 10 as if there were no minute vibrations, as in the first embodiment.

次に、第2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。
第2実施形態の処理動作は、図8に示す第1実施形態の処理動作と略同じであり、相違点として、第2実施形態で示した送受波制御部109による補間処理は、ST3で行われることになる。よって、ST1、ST2、ST4〜ST6についての処理は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
但し、ST4における復調処理によって得られる反射波データの時間原点(図6参照)は、変位情報算出部111が、復調された反射波データに含まれる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。よって、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。
Next, the processing operation of the sensor unit 10 of the second embodiment will be described.
The processing operation of the second embodiment is substantially the same as the processing operation of the first embodiment shown in FIG. 8, and the difference is that the interpolation processing by the transmission / reception wave control unit 109 shown in the second embodiment is performed in ST3. Will be Therefore, since the processes for ST1, ST2, and ST4 to ST6 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
However, the time origin (see FIG. 6) of the reflected wave data obtained by the demodulation processing in ST4 is the displacement information calculation unit 111 that matches the peak of the wraparound wave (not shown) included in the demodulated reflected wave data. is there. Therefore, 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, so that the origin of the reflected wave data is always a certain time after the transmission time of the transmitted wave. ..

ST3において、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する。
すなわち、送受波制御部109は、変調波記憶部103から送波する送信波のデジタルデータを読み出し、振動量計測部108で得られた振動量に基づいて上記数4を用いて補間処理を行う。そして、補間処理した振動量について排除済みの送信波のデジタルデータをD/A変換部104でアナログ信号に変換した後、スピーカーアンプ105を通じてスピーカー101から対象物体に向けて送波する。
また、反射波をマイク102で受波し、マイクアンプ106で増幅後、A/D変換部107でデジタルデータに変換する。送受波制御部109は、受信した反射波のデータを、振動量計測部108で得られた振動量に基づいて上記数4に従って補間処理を行う。そして、補間処理した振動量について排除済みの受信波のデジタルデータを復調波記憶部112に記憶させる。
In ST3, the transmitted wave is transmitted toward the target object existing in the observation space, and the reflected wave reflected by the target object is received.
That is, the transmission / reception wave control unit 109 reads out the digital data of the transmission wave transmitted from the modulated wave storage unit 103, and performs interpolation processing using the above equation 4 based on the vibration amount obtained by the vibration amount measurement unit 108. .. Then, the digital data of the transmitted wave that has been excluded from the interpolated vibration amount is converted into an analog signal by the D / A conversion unit 104, and then transmitted from the speaker 101 toward the target object through the speaker amplifier 105.
Further, the reflected wave is received by the microphone 102, amplified by the microphone amplifier 106, and then converted into digital data by the A / D converter 107. The transmission / reception wave control unit 109 interpolates the received reflected wave data according to the above equation 4 based on the vibration amount obtained by the vibration amount measurement unit 108. Then, the demodulated wave storage unit 112 stores the digital data of the received wave that has been excluded from the vibration amount that has been interpolated.

また、変位判定システム1の処理動作としては、ST6においてセンサユニット10から出力された変位情報に基づき、制御装置20が対象物体である人体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、異常として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 the processing operation of the displacement determination system 1, whether or not the movement of the thorax accompanying the respiration of the human body 12 which is the target object by the control device 20 is normal based on the displacement information output from the sensor unit 10 in ST6. If it is determined that breathing has stopped as an abnormality, an alarm is output to a predetermined notification destination.

[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態の変位判定システムについて説明する。
第3実施形態の変位判定システム1は、送受波制御部109によるセンサユニット10が受ける振動量の影響を排除する構成が第1実施形態及び第2実施形態と相違する。
よって、第3実施形態の説明では、上述した第1実施形態、第2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実施形態及び第2実施形態との相違点についてのみ説明する。
[Third Embodiment]
Next, the displacement determination system of the third embodiment according to the present invention will be described.
The displacement determination system 1 of the third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in the configuration of eliminating the influence of the vibration amount received by the sensor unit 10 by the transmission / reception wave control unit 109.
Therefore, in the description of the third embodiment, the same components as those of the first embodiment and the second embodiment described above are designated by the same reference numerals and their functional explanations and the like are omitted, and the first embodiment and the second embodiment are omitted. Only the differences from the embodiments will be described.

第3実施形態では、サンプリング周波数よりもN倍(N>1)にアップサンプリングした送信波となるデジタルデータを予め記憶しておき、このデジタルデータの中から振動量計測部108で得た振動量から算出した送信波ずれ時間だけずらした時刻に送波すべき送信波の振幅を選択してD/A変換により得られた送信波をスピーカー101から送波させる。また、マイク102で受けた反射波をアップサンプリングして受波時刻から振動量計測部108で得た振動量から算出した反射波ずれ時間だけずれた時刻のアップサンプリング後の振幅のデジタル化された反射波を得る。 In the third embodiment, digital data to be a transmitted wave upsampled to N times (N> 1) the sampling frequency is stored in advance, and the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108 from this digital data is stored in advance. The amplitude of the transmitted wave to be transmitted is selected at a time shifted by the transmitted wave deviation time calculated from the above, and the transmitted wave obtained by the D / A conversion is transmitted from the speaker 101. In addition, the reflected wave received by the microphone 102 was upsampled, and the amplitude after upsampling was digitized at a time deviated by the reflected wave deviation time calculated from the vibration amount obtained by the vibration amount measuring unit 108 from the received wave time. Get the reflected wave.

第3実施形態では、D/A変換部104やA/D変換部107における動作間隔は、上記第2実施形態と同様、固定のサンプリング周波数S[Hz]、すなわち1/S[s]とする。 In the third embodiment, the operation interval in the D / A conversion unit 104 and the A / D conversion unit 107 is a fixed sampling frequency S [Hz], that is, 1 / S [s], as in the second embodiment. ..

また、第3実施形態では、初期設定時において、送信波のデジタルデータを変調波記憶部103に記憶させるが、この記憶されるデジタルデータは、固定されるサンプリング周波数よりも短い短周期となるようにN倍にアップサンプリングされたデジタルデータ(例えば、サンプリング周波数S[Hz]に対して100倍にアップサンプリングした100S[Hz]のデータ)となる。
よって、第3実施形態でアップサンプリングの倍率を例えば100倍に設定した場合、第1、第2実施形態の変調波記憶部103に記憶される送信波となるデジタルデータは、サンプリング間隔が1/S[s]のデータであるが、第3実施形態では、サンプリング間隔が1/100S[s]のデータとなる。
Further, in the third embodiment, the digital data of the transmitted wave is stored in the modulated wave storage unit 103 at the time of initial setting, but the stored digital data has a short period shorter than the fixed sampling frequency. The digital data is upsampled N times (for example, 100 S [Hz] data upsampled 100 times with respect to the sampling frequency S [Hz]).
Therefore, when the upsampling magnification is set to, for example, 100 times in the third embodiment, the sampling interval of the digital data to be the transmission wave stored in the modulated wave storage unit 103 of the first and second embodiments is 1 /. The data is S [s], but in the third embodiment, the sampling interval is 1/100 S [s].

なお、変調波記憶部103に記憶される超音波のデジタル信号は、センサユニット10の振動量や対象物体の検出したい変位に応じて求められる精度が異なるため、使用環境に応じて任意にアップサンプリングの倍率を設定することができる。本発明の各形態で例示したように、例えば検出したい変位が人体の呼吸に伴う胸郭の動きの場合は、基準となるサンプリング周波数から概ね10〜100倍の範囲で設定すればよい。 Since the ultrasonic digital signal stored in the modulated wave storage unit 103 has different required accuracy depending on the vibration amount of the sensor unit 10 and the displacement of the target object to be detected, it is arbitrarily upsampled according to the usage environment. Magnification can be set. As illustrated in each embodiment of the present invention, for example, when the displacement to be detected is the movement of the thorax accompanying the respiration of the human body, it may be set in a range of approximately 10 to 100 times from the reference sampling frequency.

そして、送受波制御部109は、振動量計測部108から入力した振動量の値に応じて、変調波記憶部103に記憶されるアップサンプリング済みのデジタルデータから送波すべき超音波の振幅を選択して送波処理する。
つまり、送波時にはセンサユニット10が受けた振動量によってセンサユニット10自体が図4における符号41の方向(図中右方向となる正の方向)若しくは逆方向(図中左方向となる負の方向)に移動して送波タイミングが遅れたり進んだりするが、変調波記憶部103に記憶されるデジタルデータにおいて振動量計測部108で得た振動量から算出した送信波ずれ時間を排除した送波時刻に選択すべき送信波の振幅を選択して送波する。
Then, the transmission / reception wave control unit 109 determines the amplitude of the ultrasonic wave to be transmitted from the upsampled digital data stored in the modulated wave storage unit 103 according to the vibration amount value input from the vibration amount measurement unit 108. Select and send waves.
That is, when transmitting waves, the sensor unit 10 itself is in the direction of reference numeral 41 in FIG. 4 (positive direction in the right direction in the figure) or in the opposite direction (negative direction in the left direction in the figure) depending on the amount of vibration received by the sensor unit 10. ), But the transmission timing is delayed or advanced, but the transmission wave shift time calculated from the vibration amount obtained by the vibration amount measurement unit 108 in the digital data stored in the modulation wave storage unit 103 is excluded. Select the amplitude of the transmitted wave to be selected at the time and transmit it.

また、受波する反射波に関しては、反射波データを所定量(例えば反射波の1周期分)バッファリングし、所定量のバッファリングが完了する度に、送受波制御部109がA/D変換部107でA/D変換されたデジタルデータをN倍にアップサンプリングし、振動量計測部108で計測された振動量に基づいて適切なサンプルを選択する。
つまり、受波時にはセンサユニット10が受けた振動量によってセンサユニット10自体が図4における符号41の方向(図中右方向となる正の方向)若しくは逆方向(図中左方向となる負の方向)に移動して受波タイミングが遅れたり進んだりするが、反射波のデジタルデータをN倍にアップサンプリングしてサンプリング間隔が1/Nのデータとなるように補間し、受波時刻から振動量計測部108で得た振動量によるずれ時間を排除した時刻に対応する振幅に基づくサンプルを選択する。
Further, regarding the reflected wave to be received, the reflected wave data is buffered by a predetermined amount (for example, one cycle of the reflected wave), and each time the buffering of the predetermined amount is completed, the transmission / reception control unit 109 performs A / D conversion. The A / D converted digital data is upsampled N times by the unit 107, and an appropriate sample is selected based on the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108.
That is, when receiving a wave, the sensor unit 10 itself is in the direction of reference numeral 41 in FIG. 4 (positive direction in the right direction in the figure) or in the opposite direction (negative direction in the left direction in the figure) depending on the amount of vibration received by the sensor unit 10. ), But the reception timing is delayed or advanced, but the digital data of the reflected wave is upsampled N times and interpolated so that the sampling interval becomes 1 / N data, and the vibration amount is increased from the reception time. A sample based on the amplitude corresponding to the time excluding the deviation time due to the vibration amount obtained by the measuring unit 108 is selected.

以上のように、第3実施形態では、送信波のデジタルデータが予めN倍にアップサンプリングされており、送受波制御部109の処理として、送波する際に、デジタルデータから振動量計測部108で計測した振動量を排除した振幅を選択し、この振幅に基づく超音波を送波する。また、反射波のデジタルデータをバッファリングし、N倍にアップサンプリングし、このアップサンプリングされた反射波の中から振動量計測部108で計測した振動量を排除した受波すべきサンプルを選択する。これにより、第1実施形態及び第2実施形態と同様、恰もセンサユニット10に微小な振動が無かったかのように制御することができる。 As described above, in the third embodiment, the digital data of the transmitted wave is upsampled N times in advance, and as a process of the transmission / reception wave control unit 109, the vibration amount measuring unit 108 is converted from the digital data when transmitting the wave. Select the amplitude excluding the vibration amount measured in step 1, and send ultrasonic waves based on this amplitude. In addition, the digital data of the reflected wave is buffered, upsampled N times, and a sample to be received is selected from the upsampled reflected waves by excluding the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108. .. Thereby, as in the first embodiment and the second embodiment, it is possible to control the sensor unit 10 as if there were no minute vibrations.

次に、第3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。
第3実施形態の処理動作は、図8に示す第1実施形態の処理動作と略同じであり、相違点として、N倍にアップサンプリングされた送信波のデジタルデータを変調波記憶部103に記憶させる処理をST1で行い、第3実施形態で示した送受波制御部109によるアップサンプリング処理は、ST3で行われることになる。よって、ST2、ST4〜ST6についての処理は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
但し、ST4における復調処理によって得られる反射波データの時間原点(図6参照)は、変位情報算出部111が、復調された反射波データに含まれる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。よって、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。
Next, the processing operation of the sensor unit 10 of the third embodiment will be described.
The processing operation of the third embodiment is substantially the same as the processing operation of the first embodiment shown in FIG. 8, and the difference is that the digital data of the transmitted wave upsampled N times is stored in the modulated wave storage unit 103. The process of performing the upsampling is performed in ST1, and the upsampling process by the transmission / reception control unit 109 shown in the third embodiment is performed in ST3. Therefore, since the processes for ST2 and ST4 to ST6 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
However, the time origin (see FIG. 6) of the reflected wave data obtained by the demodulation processing in ST4 is the displacement information calculation unit 111 that matches the peak of the wraparound wave (not shown) included in the demodulated reflected wave data. is there. Therefore, 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, so that the origin of the reflected wave data is always a certain time after the transmission time of the transmitted wave. ..

ST1において、初期設定として、対象物体の位置情報の設定の他、送信波のデジタルデータをN倍にアップサンプリングした送信波となるデジタルデータを変調波記憶部103に予め記憶させる処理も行う。例えば、サンプリング周波数S[Hz]に対して100倍にアップサンプリングする場合は、記憶されるデジタルデータはサンプリング間隔が1/100S[s]のデータを変調波記憶部103に記憶させる。 In ST1, as an initial setting, in addition to setting the position information of the target object, a process of preliminarily storing the digital data of the transmitted wave, which is an upsampled digital data of the transmitted wave N times, in the modulated wave storage unit 103 is also performed. For example, when upsampling 100 times with respect to the sampling frequency S [Hz], the stored digital data is stored in the modulated wave storage unit 103 at a sampling interval of 1 / 100S [s].

また、ST3では、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する。
すなわち、送受波制御部109は、変調波記憶部103から送波する超音波のデジタルのデータを読み出し、振動量計測部108で得られた振動量に基づいて送波すべき振幅を選択する。そして、選択された超音波のデジタルデータをD/A変換部104でアナログ信号に変換した後、スピーカーアンプ105を通じてスピーカー101から対象物体に向けて送波する。
また、対象物体からの反射波をマイク102で受波し、マイクアンプ106で増幅後、A/D変換部107でデジタルデータに変換する。送受波制御部109は、受波した反射波のデジタルデータを所定周期分だけバッファリングし、アップサンプリングし、振動量計測部108で得られた振動量に基づいて受波すべきサンプルを選択してこのデータを復調波記憶部112に記憶させる。
Further, in ST3, the transmitted wave is transmitted toward the target object existing in the observation space, and the reflected wave reflected by the target object is received.
That is, the transmission / reception control unit 109 reads out the digital data of the ultrasonic waves transmitted from the modulated wave storage unit 103, and selects the amplitude to be transmitted based on the vibration amount obtained by the vibration amount measurement unit 108. Then, after the digital data of the selected ultrasonic waves is converted into an analog signal by the D / A conversion unit 104, the waves are transmitted from the speaker 101 toward the target object through the speaker amplifier 105.
Further, the reflected wave from the target object is received by the microphone 102, amplified by the microphone amplifier 106, and then converted into digital data by the A / D conversion unit 107. The transmission / reception control unit 109 buffers the digital data of the received reflected wave for a predetermined period, upsamples it, and selects a sample to be received based on the vibration amount obtained by the vibration amount measurement unit 108. The lever data is stored in the demodulated wave storage unit 112.

また、変位判定システム1の処理動作としては、ST6においてセンサユニット10から出力された変位情報に基づき、制御装置20が対象物体である人体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、異常として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 the processing operation of the displacement determination system 1, whether or not the movement of the thorax accompanying the respiration of the human body 12 which is the target object by the control device 20 is normal based on the displacement information output from the sensor unit 10 in ST6. If it is determined that breathing has stopped as an abnormality, an alarm is output to the specified notification destination.

[本発明の作用・効果]
以上説明したように、上述した第1実施形態に係る変位判定システム1を構成するセンサユニット10は、振動量計測部108から入力した振動量から算出した送信波ずれ時間又は反射波ずれ時間に基づき、スピーカー101から送波する超音波のD/A変換部104によるD/A変換動作と、マイク102で受波する反射波のA/D変換部107によるA/D変換動作を遅らせたり進ませたりする制御をリアルタイムに行う送受波制御部109を備えている。
[Action / Effect of the present invention]
As described above, the sensor unit 10 constituting the displacement determination system 1 according to the first embodiment described above is based on the transmission wave deviation time or the reflected wave deviation time calculated from the vibration amount input from the vibration amount measuring unit 108. , The D / A conversion operation by the D / A conversion unit 104 of the ultrasonic wave transmitted from the speaker 101 and the A / D conversion operation by the A / D conversion unit 107 of the reflected wave received by the microphone 102 are delayed or advanced. It is provided with a transmission / reception control unit 109 that performs real-time control.

また、第2実施形態に係る変位判定システム1を構成するセンサユニット10は、振動量計測部108で計測した振動量から算出した送信波ずれ時間又は反射波ずれ時間に基づき、センサユニット10が受ける振動などによって刻々と変化する超音波及び反射波の補間処理を送受波処理の都度行う送受波制御部109を備えている。 Further, the sensor unit 10 constituting the displacement determination system 1 according to the second embodiment receives the sensor unit 10 based on the transmission wave deviation time or the reflected wave deviation time calculated from the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108. It is provided with a transmission / reception wave control unit 109 that performs interpolation processing of ultrasonic waves and reflected waves that change momentarily due to vibration or the like each time transmission / reception processing is performed.

また、第3実施形態に係る変位判定システム1を構成するセンサユニット10は、予めアップサンプリングされた超音波となるデジタルデータの中から振動量計測部108で計測した振動量から算出した送信波ずれ時間に基づいて振動量を排除した振幅を選択して送波するとともに、受波した反射波をアップサンプリングし、このアップサンプリングされた反射波の中から振動量計測部108で計測した振動量から算出した反射波ずれ時間を排除した受波すべきサンプルを選択して取り込む送受波制御部109を備えている。 Further, the sensor unit 10 constituting the displacement determination system 1 according to the third embodiment has a transmission wave deviation calculated from the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108 from the digital data which is the ultrasonic waves pre-sampled. The amplitude that excludes the vibration amount is selected based on the time and transmitted, and the received reflected wave is upsampled, and from the upsampled reflected wave, the vibration amount measured by the vibration amount measuring unit 108 is used. It is provided with a transmission / reception control unit 109 that selects and captures a sample to be received, excluding the calculated reflected wave deviation time.

これにより、振動計側部108でセンサユニット10が設置される壁や天井などから伝わる振動を直接検出し、この検出した振動量に基づいてセンサユニット10自体の振動の影響を排除することができるため、恰もセンサユニット10に微小な振動が無かったかのような計測結果を得ることができる。そのため、観察空間内に存在する対象物体の検出したい微小な変位を高精度に検出することができる。 As a result, the vibration transmitted from the wall or ceiling on which the sensor unit 10 is installed can be directly detected by the vibrometer side portion 108, and the influence of the vibration of the sensor unit 10 itself can be eliminated based on the detected vibration amount. Therefore, it is possible to obtain a measurement result as if the sensor unit 10 did not have a minute vibration. Therefore, it is possible to detect the minute displacement of the target object existing in the observation space with high accuracy.

[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。
[About other embodiments]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented according to the usage environment and the like, for example, as shown below.

上述した実施形態では、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。 In the above-described embodiment, the configuration has been described in which it is installed in a public facility (hospital, long-term care facility, etc.) or a general household to detect respiratory arrest as an abnormal state, but the present invention is not limited to this. As another application example, for example, the sensor unit 10 is installed in an unmanned bank ATM booth, a toilet installed in a station yard or a commercial facility, and used as a biological detection system for detecting a suspicious person such as a drunk person. You can also do it.

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 adopted for an unmanned bank ATM, it is possible to detect that a suspicious person enters the bank ATM booth and lies on the floor as it is and falls asleep. At this time, in addition to the fact that the suspicious person's breathing has stopped, if it is determined that the suspicious person is lying down and in a resting state, it is possible to notify the outside to that effect. In addition, unnecessary alarm output can be suppressed by maintaining the active state after entering the room and not performing any notification processing when leaving the room as it is.

さらに、上述した実施形態では、超音波センサを高所に取り付けて略直下に向けるものとしていたが、これに限られない。例えば壁にもたれて酔いつぶれる不審者を検出する場合には、超音波センサを斜め下向き、あるいは横向きにしても全く同様の判定手法でそのような不審者の検出ができる。
このように、本発明の範囲を超えない形態で実現が可能となる。
Further, in the above-described embodiment, the ultrasonic sensor is attached to a high place and directed substantially directly below, but the present invention is not limited to this. For example, in the case of detecting a suspicious person who leans against a wall and gets drunk, such a suspicious person can be detected by the same determination method even if the ultrasonic sensor is turned diagonally downward or sideways.
In this way, it 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…床
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…振動量計測部
109…送受波制御部
110…受信波復調部
111…変位情報算出部
112…復調波記憶部
113…出力部
1 ... Displacement judgment system 10 ... Sensor unit 11 ... Bed 12 ... Human body 13 ... Floor 20 ... Control device (21 ... Communication unit, 22 ... Judgment unit, 23 ... Control unit)
101 ... Speaker 102 ... Microphone 103 ... Modulated wave storage unit 104 ... D / A conversion unit 105 ... Speaker amplifier 106 ... Microphone amplifier 107 ... A / D conversion unit 108 ... Vibration amount measurement unit 109 ... Transmission / reception wave control unit 110 ... Received wave Demodulation unit 111 ... Displacement information calculation unit 112 ... Demodulation wave storage unit 113 ... Output unit

Claims (4)

対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え
前記送受波制御部は、
前記送波部による前記送信波のデータのD/A変換動作を、前記補正前送波時刻から前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に行わせるとともに、
前記受波部による前記反射波のA/D変換動作を、前記補正前受波時刻から前記反射波ずれ時間だけずらした時刻に行わせることを特徴とするセンサ装置。
It is a sensor device that calculates the displacement information of the target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the data of the transmitted wave sampled at a predetermined cycle, and
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and excludes the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated .
The transmission / reception control unit
The D / A conversion operation of the transmitted wave data by the wave transmitting unit is performed at a time shifted from the pre-correction wave transmitting time by the transmitted wave deviation time.
Sensor device according to claim Rukoto the A / D conversion of the reflected wave, to perform the time shifted by the reflected wave deviation time from the pre-correction reception time by the reception unit.
対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え
前記送受波制御部は、
前記送信波のデータに内挿関数を適用して前記サンプリングの時点から前記送信波ずれ時間だけずれた時点の補間データを求め、前記送波部による当該補間データのD/A変換を行わせ、
前記受波部によりA/D変換された前記反射波のデータに内挿関数を適用して、当該反射波のデータをサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点のデータに置き換えることを特徴とするセンサ装置。
It is a sensor device that calculates the displacement information of the target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the transmitted wave data sampled at a predetermined cycle, and
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and eliminates the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated .
The transmission / reception control unit
An interpolation function is applied to the transmitted wave data to obtain the interpolated data at the time when the transmitted wave shift time deviates from the sampling time, and the wave transmitting unit performs D / A conversion of the interpolated data.
By applying the interpolation function to the data of the reflected wave is A / D converted by the reception unit, Rukoto replacing data of the reflected waves from the point of sampling data when displaced by the reflected wave deviation time A sensor device characterized by.
対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を所定周期にて送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
前記所定周期よりも短い短周期にてアップサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部とを備え
前記送受波制御部は、
前記記憶部に記憶された前記送信波のデータのうち、前記所定周期のデータを前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に送波すべき送信波の振幅であるアップサンプリングされた前記送信波のデータを選択し、前記送波部によりD/A変換させて送波させ、
前記受波部により前記所定周期でA/D変換された前記反射波のデータを前記短周期でアップサンプリングし、当該アップサンプリング前のデータを当該データのサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点の当該アップサンプリング後のデータに置き換えることを特徴とするセンサ装置。
It is a sensor device that calculates the displacement information of the target object.
A vibration amount measuring unit that detects the vibration amount with respect to the reference position of the sensor device, and
A wave transmitter capable of transmitting a transmitted wave toward the target object at a predetermined period ,
A receiving part that receives the reflected wave reflected by the target object,
A storage unit that stores the data of the transmitted wave upsampled in a short cycle shorter than the predetermined cycle, and a storage unit.
It is assumed that the transmitted wave when the wave is transmitted from the sensor device vibrating at the vibration amount at a predetermined pre-correction transmission time is transmitted from the sensor device at the reference position at the pre-correction transmission time. The transmission wave deviation time with respect to the transmission wave in the case of the above is calculated, and the transmission unit is made to perform the transmission wave excluding the transmission wave deviation time.
With respect to the reflected wave when the sensor device vibrating with the vibration amount is received at the pre-correction receiving time, the reflected wave when the sensor device at the reference position is received at the pre-correction receiving time. A wave transmission / reception control unit that calculates the reflected wave deviation time and eliminates the reflected wave deviation time from the time when the receiving unit receives the reflected wave.
It is provided with a displacement information calculation unit that calculates displacement information of the target object based on the reflected wave from which the reflected wave deviation time is eliminated .
The transmission / reception control unit
Of the transmitted wave data stored in the storage unit, upsampled transmitted wave data which is the amplitude of the transmitted wave to be transmitted at a time when the data of the predetermined period is shifted by the transmitted wave shift time. Is selected, and D / A conversion is performed by the wave transmitter to transmit the wave.
The reflected wave data that has been A / D converted in the predetermined period by the receiving unit is upsampled in the short cycle, and the data before the upsampling is deviated by the reflected wave deviation time from the time of sampling the data. sensor device characterized by replacing the data after the up-sampling time point.
請求項1〜の何れか1つの請求項に記載のセンサ装置を有し、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外部に警報出力することを特徴とする変位判定システム。
A displacement determination system having the sensor device according to any one of claims 1 to 3 and at least a control device including an input unit for inputting the displacement information.
The control device is a displacement determination system characterized in that when the displacement information falls below the stop determination threshold value for a predetermined time, the activity stop of the target object is determined and an alarm is output to the outside.
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