JPH05281353A - 作業用警報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】親局と子局の間の超音波の送受信により、作業
時の危険を判断する作業用警告装置において、子局から
の送信信号と外来ノイズを親局での信号処理により区別
し、誤警告のない作業用警告装置を提供する。 【構成】親局超音波送信器７、駆動回路１４、信号処理
ＤＳＰ１７、Ａ／Ｄ変換器１６、親局超音受信器８、Ｒ
ＡＭメモリ１８、時間計測タイマ１０、親局警告手段１
３を有して構成される。 【効果】外来ノイズと子局からの送信信号を正確に区別
でき、誤警告の少ない作業用警告装置を提供できる。ま
た、どの子局が、危険状態にあるかを判断し、所定の危
険回避操作を速やかに行うことができることにもなる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】親局を工事用のパワーショベル等
に搭載し、子局を作業者のヘルメット等に装着して、親
局と子局の間で超音波信号の送受信を行い、親局から所
定距離内に子局が存在するとき、両局に対してそれぞれ
警告情報が与えられ、作業中の作業員の安全の確保をお
こなうための警報装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の作業用警報装置を図２を参照して
説明する。

【０００３】親局装置１５内の親局側ＣＰＵ９は、駆動
回路１４を駆動し、親局超音波送信器７から、ｆ０なる
周波数の超音波が発信される。また該発信は、ＣＰＵ９
により一定の周期ごとに行われ、発信と同時に時間計測
タイマ１０をオンさる。

【０００４】子局装置６が、親局装置１５に近ずき、超
音波受信エリア内に侵入すると、子局超音波送受信器１
（図２では、４個設けられている）は超音波を検出し、
該検出レベルがコンパレータ２を超えたとき、子局側Ｃ
ＰＵ３は、子局側警告装置４を作動せしめ、子局携帯者
に注意を喚起せしめる。

【０００５】この時、子局側ＣＰＵ３は、駆動回路５を
駆動せしめ、親局超音波送信周波数ｆ０とは異なる、ｆ
１なる送信周波数の超音波を、子局超音波送受信器１か
ら親局超音波受信器８へ向けて送信する。

【０００６】親局超音波受信器８にて受信された受信レ
ベルは、予めしきい値設定回路１２にて設定されたしき
い値を有するコンパレータ１１にて比較され、前記しき
い値を超える受信信号が存在する時、時間計測タイマ１
６をオフさせる。

【０００７】親局側ＣＰＵ９は、時間計測タイマ１０の
値を読み込み、送受信にかかった時間と、超音波の速度
から、親局装置１５と子局装置６の距離を演算し、該演
算値が、例えば、予め設定されている距離より小さけれ
ば、危険状態と判断し、親局警告手段１３を駆動せし
め、例えば、親局装置１３内に警報をならしめる。

【０００８】このような装置において、例えば親局装置
１５をパワーショベルに搭載し、子局装置６を作業員が
かぶるヘルメットに装着し、作業員およびパワーショベ
ルの運転者に注意を喚起せしめ、作業の安全性の向上を
図っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来例に
よれば、親局装置１５は、予め設定されたしきい値を超
える受信信号を受信したときに、これを子局からの受信
信号と判断して警告手段を作動せしめている。

【００１０】したがって、外来ノイズが入力されても、
予め設定されたしきい値を超えてしまえば、これを受信
信号と扱うため誤警告が頻繁に発生するという事態が生
ずる。 また、一般に超音波の送受信波の搬送周波数は
２０〜３０（ＫＨｚ）であるが、工事用パワーショベル
のキャタピラ等が発生する超音波も、この帯域の周波数
に属するものが多いという事実も存在する。

【００１１】このように誤警告が頻発すると、警告に対
する信頼性も薄れ、本装置の商品価値も低下する。

【００１２】さらに、警告の都度、操作を中止すること
により作業能率の著しい低下を招く事態も生ずることに
なる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明を実施するための
手段として、以下に示すものが、考えられる。

【００１４】親局と、少なくとも１局の子局から構成さ
れ、前記親局は、ある周波数の超音波を送信する手段
と、送信周波数とは異なった周波数の超音波を受信する
手段と、受信波の周波数成分の分析をする手段と、予め
設定された第一の実験値と受信波のパワースペクトルと
の誤差を計算する手段と、受信波の周波数成分に子局の
送信波の基本周波数が含まれているか否かを判断する手
段と、送信から受信までの時間を計測する手段と、受信
波のパワースペクトルと前記第一の実験値との差の２乗
の、総和の平方根が、第二の実験値以下であり、さら
に、受信波のパワースペクトルに、前記受信手段にて受
信する異なった周波数成分を有する時にのみ、送信から
受信までの計測時間から危険状態を判断する手段と、危
険と判断されたときに警告する手段とからなり、さら
に、前記子局は、親局からの送信信号を受信する手段
と、親局の送信周波数とは異なる周波数の超音波を送信
する手段と、親局の送信信号の受信レベルが、予め設定
されたしきい値以上の時警告を行う手段とからなる構成
が考えられる。

【００１５】また、前記、受信波の周波数成分の分析を
する手段が、しきい値設定手段を有する構成も考えられ
る。

【００１６】さらに、子局が複数存在する時、どの子局
が頻繁に、危険領域に侵入するかを認識し、作業開始前
に予め、当該作業員に特に安全指導を行い、作業中の事
故を防止する等のため、子局ごとに異なる送信周波数を
送信する手段を設け、親局も該周波数に対応した受信手
段を有する構成も考えられる。

【００１７】なお、親局内の送受信手段を、少なくとも
２方向に配置する構成も考えられる。 もちろん２方向
に限られず、例えば４方向に配置する構成等も考えられ
る。

【００１８】さらに、信号とノイズとを識別するため
に、以下のような手段を用いても良い。 親局と、少な
くとも１局の子局からなり、前記親局は、超音波を送信
する手段と、符号化された超音波信号を受信する手段
と、該受信信号の相関関数の演算手段と、送信から符号
化された超音波信号を受信するまでの時間を計測する手
段と、前記相関関数の演算手段による演算結果が、予め
設定されたしきい値以上の時にのみ、送信から受信まで
の計測時間から危険状態を判断する手段と、危険と判断
されたとき警告する手段とからなり、さらに、前記子局
は、親局からの送信信号を受信する手段と、親局の送信
信号の受信レベルが予め設定されたしきい値以上の時警
告を行う手段と、符号化された超音波信号を送信する手
段とからなる構成である。

【００１９】

【作用】本発明は、例えば親局を作業用パワーショベル
に、子局を作業員が、かぶるヘルメットに装着し、作業
員およびパワーショベルの運転者に注意を喚起せしめ、
作業の安全性の向上を図る装置である。

【００２０】まず、親局は、送信波の駆動回路を駆動
し、親局内に設けられた送信器から、ある周波数（例え
ばｆ０）の超音波が発信される。

【００２１】また該発信と同時に、時間計測タイマをオ
ンさせる。

【００２２】子局が、親局に近ずき、超音波受信エリア
内に侵入すると、子局の超音波送受信器（指向性を考慮
し、通常複数個設けられている）は超音波を検出し、該
検出レベルが、あるしきい値を超えたとき、子局は、子
局内の警告装置を作動せしめ、子局携帯者に注意を喚起
せしめる。

【００２３】これと同時に、子局は、送信波の駆動回路
を駆動し、ｆ０とは異なる、ｆ１なる送信周波数の超音
波を、子局内の超音波送受信器から親局の超音波受信器
へ向けて送信する。

【００２４】親局の超音波受信器にて受信された信号
は、ＦＦＴ等により周波数分析し、そのパワースペクト
ルを求める。

【００２５】この、パワースペクトルの値と、予め実験
等により設定されている第一の実験値との誤差演算を行
い、該演算結果が、予め実験等により設定されている第
二の実験値以内であり、かつ、子局の基本周波数ｆ１を
含む場合には、受信信号は外来ノイズではなく、子局か
らの送信信号と判断し、時間計測タイマをオフする。

【００２６】親局は、時間計測タイマの値を、読み込
み、送受信にかかった時間と、超音波の速度から、親局
と子局の距離を演算し、該演算値が例えば、予め設定さ
れている距離より小さければ、危険状態と判断し、親局
警告手段を駆動せしめる。

【００２７】例えば、親局内に警報をならしめる。

【００２８】本発明によれば、外来ノイズと受信信号を
確実に区別でき、誤警告のない信頼性の高い装置を提供
できる。

【００２９】また、本装置による親局内での信号処理
は、受信信号の全てについて行うのではなく、あるしき
い値を超えた受信信号のみを対象として、信号処理の高
速化を図っても良い。

【００３０】さらに、子局（作業員）が複数存在する
時、子局の超音波の送信周波数が、子局ごとに異る構成
とし、これに対応した受信器を親局側でも有する構成と
することで、どの子局が頻繁に、危険領域に侵入するか
を認識し、作業開始前に予め、当該作業員に特に安全指
導を行い、作業中の事故の未然防止を一層図ることが可
能となる。

【００３１】加えて、親局が子局の送信周波数に対応す
る受信器を、例えば４方向に配置することにより、どの
方向の、どの子局が、危険エリアに侵入しているか否か
を認識でき、親局装置を搭載した車両の運転者は、速や
かに、危険回避を行うことができることにもなる。

【００３２】以上は、受信パワースペクトルによる信号
処理を利用したものであるが、以下に符号化信号を利用
した信号とノイズの区別を行なう方法について説明す
る。

【００３３】まず、親局は、送信波の駆動回路を駆動
し、親局内に設けられた送信器から、ある周波数（例え
ばｆ０）の超音波が発信される。

【００３４】また該発信と同時に、時間計測タイマをオ
ンさせる。

【００３５】子局が、親局に近ずき、超音波受信エリア
内に侵入すると、子局の超音波送受信器（指向性を考慮
し、通常複数個設けられている）は超音波を検出し、該
検出レベルが、あるしきい値を超えたとき、子局は、子
局内の警告装置を作動せしめ、子局携帯者に注意を喚起
せしめる。

【００３６】これと同時に、子局は、符号発生回路３０
にて符号化された送信波を、駆動回路の駆動により発振
し、符号化された送信周波数の超音波を、子局内の超音
波送受信器から親局の超音波受信器へ向けて送信する。

【００３７】ここで、符号化の例としては、例えばＭ系
列等がある。

【００３８】親局の超音波受信器にて受信された信号
は、相関関数の計算により、相関関数値を求める。

【００３９】該相関関数演算値が、予め実験等により設
定されている基準レベル以上であれば、受信信号は、外
来ノイズではなく子局からの送信信号と判断し、時間計
測タイマをオフする。

【００４０】親局は、時間計測タイマの値を、読み込
み、送受信にかかった時間と、超音波の速度から、親局
と子局の距離を演算し、該演算値が例えば、予め設定さ
れている距離より小さければ、危険状態と判断し、親局
警告手段を駆動せしめる。

【００４１】親局警告手段の駆動方法としては、例え
ば、親局内に警報をならしめる等が考えられる。

【００４２】本発明によっても、外来ノイズと受信信号
を確実に区別でき、誤警告のない信頼性の高い装置を提
供できる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の第一実施例を図１、３を参照
して説明する。

【００４４】本実施例は子局装置６、および、親局装置
Ａ１９を有して構成される。

【００４５】また、子局装置６は、一般には、同時に複
数個使用する。

【００４６】子局装置６は、子局超音波送受信器１、コ
ンパレータ２、子局側ＣＰＵ３、子局側警告手段４、お
よび、駆動回路５を有して構成される。

【００４７】子局超音波送受信器１は、子局からの超音
波の送受信を行う手段であり、通常１局に複数個設けら
れ、セラミック等の圧電素子にて構成される。

【００４８】コンパレータ２は、子局超音波送受信器１
にて受信された、親局からの送信信号の受信レベルが所
定以上か否かを判断する手段であり、オペアンプ等の電
子デバイスにて構成される。

【００４９】子局側ＣＰＵ３は、コンパレータ２の出力
レベルが所定値以上である場合、警告すべきと判断し、
子局側警告手段４を駆動せしめる手段であり、半導体マ
イクロプロセッサ等の電子デバイスで構成される。

【００５０】子局側警告手段４は、子局携帯者に危険状
況を知らせるための警告を行う手段であり、ＬＥＤ、チ
ャイム等で構成される。

【００５１】駆動回路５は、親局からの送信信号に対応
して、子局装置６が、超音波を送信するため、子局超音
波送受信器１を駆動するための手段であり、トランジス
タ、ＴＴＬ等の電子デバイスにて構成される。

【００５２】親局装置Ａ１９は、親局超音波送信器７、
親局超音波受信器８、Ａ／Ｄ変換器１６、信号処理ＤＳ
Ｐ１７、駆動回路１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１
３、時間計測タイマ１０を有して構成される。

【００５３】親局超音波送信器７、親局超音波受信器８
は、それぞれ親局から超音波を送信する手段、親局から
の超音波の送信に対応して子局装置６が送信した超音波
信号を受信する手段であり、いずれもセラミック等の圧
電素子を用いて構成される。なお、親局超音波送信器
７、親局超音波受信器８は、超音波信号の指向特性を考
慮し、複数個設けても良い。

【００５４】Ａ／Ｄ変換器１６は、親局超音波受信器８
にて受信された信号を、アナログ・デジタル変換する手
段であり、抵抗、ＴＴＬ等の電子デバイスにて構成され
る。

【００５５】時間計測タイマ１０は、親局装置Ａが親局
超音波送信器７にて超音波を送信してから、該送信信号
に対応して、子局装置６が、送信した超音波を親局超音
波受信器８、Ａ／Ｄ変換器１６を介して、信号処理ＤＳ
Ｐ１７が受信するまでの時間を計測するための手段であ
り、各種ＴＴＬによるクロック回路、分周器、抵抗等の
電子デバイスにて構成される。

【００５６】信号処理ＤＳＰ１７は、受信信号をＲＡＭ
１８に一旦格納し、時間計測タイマ１０をオフするとと
もに、受信信号をＦＦＴ変換し、パワースペクトルを求
め、所定の演算を施し、受信信号がノイズか否かを判断
し、子局装置６からの信号であると判断した場合、時間
計測タイマ１０にて計測された時間、および超音波の速
度から、子局装置６との距離を演算し、該距離が所定値
以下の時、親局警告手段１３を駆動する手段であり、半
導体デジタルシグナルプロセッサ（以下「ＤＳＰ」と記
す）を用いて構成される。

【００５７】また、信号処理ＤＳＰ１７内部には、演算
処理プログラム等がＲＯＭ化されたものが内蔵されてい
る。

【００５８】駆動回路１４は、親局装置Ａから超音波を
送信するため、親局超音波送信器７を駆動するための手
段であり、トランジスタ、ＴＴＬ等の電子デバイスにて
構成される。

【００５９】ＲＡＭ１８は、信号処理ＤＳＰ１７にて行
われるあらゆる演算結果の格納等の手段であり、半導体
メモリ等により構成される。

【００６０】親局警告手段１３は、信号処理ＤＳＰ１７
からの駆動信号により、親局装置Ａ１９を装着している
者に対して、危険状態を警告するための手段であり、Ｌ
ＥＤ、チャイム等にて構成される。

【００６１】図３、４にもとずき第一実施例の動作を説
明する。

【００６２】信号処理ＤＳＰ１７からの駆動信号にもと
ずき、駆動回路１４は、親局超音波送信器７にトリガ信
号を送る。

【００６３】親局超音波送信器７は、周波数ｆ０なる超
音波を送信する（図３（ａ）参照）。 該送信信号は、
子局超音波送受信器１にて、受信される（図３（ｂ）参
照）。

【００６４】該受信信号の受信レベルが、コンパレータ
２にて、あるしきい値と比較され、受信レベルが、該し
きい値より小さなときは、このままの状態を維持する。

【００６５】この時、親局装置Ａからは、一定の周期Ｔ
（例えば、１５０（ｍｓｅｃ））にて、次々と、超音波
は送信されている。

【００６６】該受信信号の受信レベルが、しきい値より
大きな時は、子局側ＣＰＵ３は、子局側警告手段４を駆
動せしめ、子局装置６の携帯者に警告を与える。

【００６７】警告方法としてはＬＥＤによる発光、チャ
イムの警告等、警告を促す手段であれば良い。

【００６８】ところで、子局側ＣＰＵ３は、受信信号の
レベルが、予め設定されたあるしきい値より大きなとき
には、子局側警告手段４の駆動と同時に、駆動回路５を
駆動し、子局超音波送受信器１にて超音波を送信せしめ
る。

【００６９】該超音波の送信は、親局装置Ａ１９に向け
おこなわれ、その搬送周波数は、親局の送信信号と異な
る（ｆ１）ものとする（図３（ｃ）参照）。

【００７０】該子局装置６からの送信信号は、親局超音
波受信器８にて受信され、時間計測タイマ１０による時
間の計測は停止する（図３（ｄ）参照）。

【００７１】時間計測タイマ１０により、親局装置Ａ１
９の超音波の送信から受信までの時間Δｔが、計測され
ることになる。

【００７２】受信信号が、子局装置６からの信号である
場合、次式１により、 Ｒ＝（Ｃ×Δｔ）／２ （式１） （但し、Ｒは親局装置Ａ１９と子局装置６との距離；Ｃ
は、超音波の速度） 親局装置Ａ１９と子局装置６との距離が求められ、ＲＡ
Ｍ１２に格納される。該距離が、所定値以下のとき、信
号処理ＤＳＰ１７は、親局警告手段１３に信号を送り、
親局装置Ａ１９を搭載している者に警告を与える。

【００７３】警告方法としてはＬＥＤによる発光、チャ
イムの警報等、いかなる手段でも良い。

【００７４】また、該警告の出力にかかわらず、周期Ｔ
（例えば、１５０（ｍｓｅｃ））で、新たに親局装置Ａ
からの超音波の送信が始まる（図３（ｅ）参照）。

【００７５】ところで、受信信号が真に、子局装置６か
らの送信信号であれば、上述の処理を行っていけばよい
のであるが、外来ノイズが混入する場合、前記警告は、
外来ノイズによる誤警告となり、装置の信頼性が低下す
る。

【００７６】したがって、外部からの受信信号を、Ａ／
Ｄ変換器１６にてデジタル信号に変換した後、外来ノイ
ズか否かを判断する。

【００７７】以下、図４を参照して説明する。

【００７８】まず、受信信号のデータ（Ｘｎ）を、複数
個蓄積し、統計処理により平均（ＸＡ）、分散（σｘ）
を算出し、受信データの分布を正規分布とするための正
規化処理を行い、正規化処理データＸ（ｎ）が得られる
（ステップ１００）。

【００７９】次に、正規化されたデータのＦＦＴ処理を
行う。

【００８０】ＦＦＴ処理を行うには、まずＷＩＮＤＯＷ
処理を行う（ステップ１１０）。

【００８１】ＦＦＴによる周波数解析は、フーリエ変換
と異なり、無限大の時間軸上に存在する信号のうち、あ
る時間分だけを取り出すことになる。

【００８２】この時に、ある時間分だけ取り出したこと
による影響を避けるため、ＷＩＮＤＯＷ関数（窓関数と
も称する）と呼ばれる、重み関数を乗じる必要があり、
これをＷＩＮＤＯＷ処理と称する。

【００８３】前記、窓関数には、矩形窓、ハミング窓、
ガウス窓等各種の窓関数が存在するが、ここでは一般に
良く使用されるハミング窓を使用する。

【００８４】ハミング窓関数Ｗ（ｎ）は、一般に次式２
にて与えられる。

【００８５】 Ｗ（ｎ）＝０．５４−０．４６ｃｏｓ（２πｎ／（Ｎ−１）） （式２） （但し、０≦ｎ≦Ｎ−１、Ｎはサンプリングデータ数） 従って、Ｘ（ｎ）に窓関数Ｗ（ｎ）を乗じたＸ（ｎ）×
Ｗ（ｎ）を新たに、Ｘ（ｎ）とする。

【００８６】次に、実際にＦＦＴ処理を行い、その大き
さである振幅スペクトルを求める。

【００８７】Ｘ（ｎ）のＦＦＴ処理結果は、次式３によ
り、以下のように求められる。

【００８８】 Ｘ（ｋ）＝ΣＸ（ｎ）ｅｘｐ（−ｊ２πｎｋ／Ｎ） （式３） （但し、Σは、ｎついての、ｎ＝０から、Ｎ−１までの
総和を、ｊは虚数単位を、ｅｘｐは、指数関数を表
す。） また、Ｘ（ｋ）の絶対値を求めることで、振幅スペクト
ル、｜Ｘ（ｋ）｜が、求まる（ステップ１２０）。

【００８９】次に、ステップ１３０にて、パワースペク
トラムＸｉを求める。

【００９０】パワースペクトラムＸｉは、振幅スペクト
ル｜Ｘ（ｋ）｜の２乗により求まる。 次に、ステップ
１４０にて、ユークリッド距離演算を行う。

【００９１】本演算は、予め実験、シミュレーション等
により設定されている、第一の実験値Ｙｉとパワースペ
クトラムＸｉとの誤差ｄを求め、受信信号と外来ノイズ
との識別を行うための、前処理演算を行う。

【００９２】誤差ｄは、次式４により求める。

【００９３】 ｄ＝ＳＱＲ（Σ（Ｘｉ−Ｙｉ）²） （式４） （但し、Σは、ｉついての、ｉ＝１から、Ｎまでの総和
を、ＳＱＲは、平方根を求める関数を表す） ステップ１５０では、上記ｄと、予め実験、シミュレー
ション等により設定されている第二の実験値である、ス
レッショルドレベルＳを比較する。

【００９４】ｄが、Ｓより大きな場合、外来ノイズと判
断される。

【００９５】ｄが、Ｓ以下の場合、子局からの送信信号
の可能性が大きなため、ステップ１６０へとブランチす
る。

【００９６】ステップ１６０では、ｄの周波数成分に、
子局の送信周波数成分ｆ１が、存在するか否かを判断す
る。

【００９７】存在しない場合は、外来ノイズと判断され
る。

【００９８】存在する場合には、子局からの送信信号と
判断する。

【００９９】以上の、一連の処理により、受信信号が外
来ノイズか、子局からの送信信号かを正確に区別できる
ことになる。

【０１００】以上のような装置を工事現場で使用する場
合、例えば親局装置Ａ１９を作業用パワーショベルに搭
載し、子局装置６を作業者のヘルメットに装着する等の
使用方法が考えられる。

【０１０１】本発明によれば、工事中に発生する各種の
外来ノイズと子局からの信号を、正確に識別することが
でき、親局を搭載したパワーショベルの運転者は、警告
に注意しながら作業を進めればよく、作業能率の向上、
安全性の向上を図ることができる。

【０１０２】次に、本発明の第二実施例を図５を参照し
て説明する。

【０１０３】本実施例は子局装置６、および、親局装置
Ｂ２０を有して構成される。

【０１０４】また、子局装置６は、一般には、同時に複
数個使用する。

【０１０５】子局装置６は、子局超音波送受信器１、コ
ンパレータ２、子局側ＣＰＵ３、子局側警告手段４およ
び駆動回路５を有して構成され、第一実施例と同じもの
を使用することができるため、構成要素の詳細説明は省
略する。

【０１０６】親局装置Ｂ２０は、親局超音波送信器７、
親局超音波受信器８、Ａ／Ｄ変換器１６、信号処理ＤＳ
Ｐ１７、駆動回路１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１
３、時間計測タイマ１０、しきい値設定部２７を有して
構成される。

【０１０７】親局超音波送信器７、親局超音波受信器
８、Ａ／Ｄ変換器１６、信号処理ＤＳＰ１７、駆動回路
１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１３、時間計測タイマ
１０は、第一実施例と同じものが使用されるため、ここ
では詳細説明を省略する。

【０１０８】なお、しきい値設定部２７は、Ａ／Ｄ変換
した後の受信信号レベルを信号処理ＤＳＰ１７が検出
し、該レベルに対応して、しきい値を設定した後、ある
しきい値を超えた信号のみを、Ａ／Ｄ変換器１６に入力
するための手段であり、オペアンプ、抵抗、電源等の電
子デバイスにて構成される。

【０１０９】本発明は、受信信号すべてについて、第一
実施例にて説明した、ＦＦＴ処理を施すのではなく、受
信信号のレベルに応じて設定された、しきい値レベルを
超えた受信信号のみを、ＦＦＴ処理し、信号処理の高速
化を図るようにしたものである。

【０１１０】親局超音波受信器８にて受信された信号
は、Ａ／Ｄ変換器１６にてアナログ・デジタル変換さ
れ、信号処理ＤＳＰ１７に送られる。

【０１１１】本装置の起動とともに、所定時間（例えば
１分間）、一定周期で、親局が送信を継続し、受信レベ
ルのデータを、ＲＡＭ１８に蓄積し、その平均値を信号
処理ＤＳＰ１７にて演算し、例えば、平均値の７０％
を、しきい値として採用し、しきい値設定部２７の設定
しきい値を、信号処理ＤＳＰ１７にて、自動的に変更せ
しめる方法が考えられる。

【０１１２】また、該しきい値は、例えば作業前に、所
定距離だけ子局装置６を、親局装置Ｂ２０から離し、実
験的に受信レベルを求めておき（例えばＡ／Ｄ変換器１
６の入力電圧をオシロスコープ等で観測する）、子局装
置６からの送信信号のみを、コンパレートする、おおよ
その値に、マニュアルで設定する構成にしておく方法も
考えられる。

【０１１３】Ａ／Ｄ変換器１６に受信信号が、入力され
てからは、図４に示したフローチャートにそって、外来
ノイズか否かを判断するための、一連の処理が行われる
が、これは第一実施例と全く同じなため、ここでは説明
を省略する。

【０１１４】本実施例により、より高速に受信信号の処
理を行うことができる装置を、提供することができる。

【０１１５】次に、本発明の第三実施例を図６を参照し
て説明する。

【０１１６】本実施例は、子局が複数存在する場合の実
施例であり、説明を簡単にするため子局を２局（第一子
局装置２４および第二子局装置２５）としているが。２
局以上であってもよい。

【０１１７】親局装置Ｃ２１は、親局超音波送信器７、
ｆ１用受信器２２、ｆ２用受信器２３、Ａ／Ｄ変換器１
６Ａ、Ａ／Ｄ変換器１６Ｂ、信号処理ＤＳＰ１７、駆動
回路１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１３、時間計測タ
イマ１０Ａ、時間計測タイマ１０Ｂ、表示装置２６を有
して構成される。

【０１１８】親局超音波送信器７、Ａ／Ｄ変換器１６
Ａ、Ａ／Ｄ変換器１６Ｂ、信号処理ＤＳＰ１７、駆動回
路１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１３、時間計測タイ
マ１０Ａ、時間計測タイマ１０Ｂは、第一実施例と同じ
ものを使用しているため、これらに関する詳細説明は省
略する。

【０１１９】ｆ１用受信器２２は、第一子局装置２４か
らの送信信号（周波数ｆ１）を受信するための手段であ
る。

【０１２０】ｆ２用受信器２３は、第二子局装置２５か
らの送信信号（周波数ｆ２）を受信するための手段であ
る。

【０１２１】表示装置２６は、子局が危険エリアに侵入
した回数等を表示する装置であり、ＣＲＴ、液晶ディス
プレイ等で構成される。

【０１２２】なお、Ａ／Ｄ変換器１６Ａ、Ａ／Ｄ変換器
１６Ｂ、時間計測タイマ１０Ａ、時間計測タイマ１０Ｂ
は、子局の数に対応して２個設けられている。

【０１２３】第一子局装置２４、第二子局装置２５はと
もに、子局超音波送受信器１、コンパレータ２、子局側
ＣＰＵ３、子局側警告手段４および駆動回路５を有して
構成される。

【０１２４】これらの構成要素は、第一実施例と同じも
のを使用しているため、ここでの説明は避ける。

【０１２５】だだし、第一子局装置２４に内蔵される、
子局超音波送受信器１の送信周波数はｆ１であり、第二
子局装置２５に内蔵される、子局超音波送受信器１の送
信周波数はｆ２であり、ｆ１とｆ２は異なる。

【０１２６】なお、圧電素子であるセラミックの印加電
圧を変化させることにより、子局の送信周波数を、変化
させることが可能となる。

【０１２７】子局と親局の送受信波のやりとり、およ
び、親局が、子局からの送信波を受信した後の信号処理
は、第一実施例と概ね同じであるが、若干説明する。

【０１２８】親局装置Ｃ２１からの、送信信号（周波数
ｆ０）に対応し、第一子局装置２４は、周波数ｆ１の超
音波を親局装置Ｃ２１に送信し、ｆ１用受信器２２にて
受信される。

【０１２９】親局装置Ｃ２１は、超音波の送受信にかか
った時間を、時間計測タイマ１０Ａにて計測し、危険エ
リア内に子局が存在するか否かを判断し、危険時には親
局警告手段１３により警告せしめる。

【０１３０】また、この際、信号処理ＤＳＰ１７は、警
告した回数を、ＲＡＭ１８に蓄えるとともに表示装置２
６に、第一子局装置２４による警告の回数を表示せしめ
る。

【０１３１】表示方法としては、単に子局ごとの警告回
数を表示する方法、子局ごとの警告回数を累積度数分布
グラフとして表示する方法等が考えられる。

【０１３２】また、作業後に、子局ごとの警告回数をプ
リントアウトするためのプリンタをインタフェイスを介
して信号処理ＤＳＰ１７に接続しても良い。

【０１３３】この場合、信号処理ＤＳＰ１７は、ＲＡＭ
１８に蓄積されているデータを呼出し、プリンタへと該
データを伝送する。

【０１３４】親局装置Ｃ２１と、第二子局装置２５の間
でも、第二子局装置２５から送信された周波数ｆ２の超
音波を利用して、同様の動作が行われる。

【０１３５】本実施例により、頻繁に危険エリア内に侵
入する子局が、どの子局であるかを把握することがで
き、該子局の携帯者に、作業前の安全説明を十分に行う
事等により、作業者の安全を確保する作業用警告装置
を、提供することができる。

【０１３６】さらに、図７（子局図示せず）に示すよう
に、親局装置Ｄ２８に、例えば、ｆ１用受信器２２、ｆ
２用受信器２３を４方向に４つずつ設けることにより親
局装置Ｄ２８は、どの方向の、どの子局が危険エリアに
侵入したかを判断することができる。

【０１３７】すなわち、信号処理ＤＳＰ１７は、Ａ／Ｄ
変換された、信号レベルを検出し、どの方向から送信信
号が送られてきたかを、検出するわけである。

【０１３８】この結果も、表示装置２６にて表示される
ことが可能である。

【０１３９】このように、子局の送信器および受信器
を、所定方向に配置することにより、子局の存在方向を
認識でき、親局装置Ｄ２８を搭載しているパワーショベ
ルの運転者は、速やかに危険回避を行うことができるこ
とになる。

【０１４０】また、子局も図１１に示すように超音波の
送受信部を４方向に設け、親局からの送信信号を、もれ
なく受信する構成としてもよい。

【０１４１】次に、符号化された超音波送信信号の相関
関数演算を用いて、信号とノイズを区別する発明につい
て図を参照して説明する。

【０１４２】図８に本発明の一実施例を示す。

【０１４３】本実施例は、子局装置６、および、親局装
置Ｅ２９を有して構成される。

【０１４４】また、子局装置６は、一般には、同時に複
数個使用する。

【０１４５】子局装置６は、子局超音波送受信器１、コ
ンパレータ２、子局側ＣＰＵ３、子局側警告手段４、駆
動回路５、符号発生回路３０を有して構成される。

【０１４６】子局超音波送受信器１は、子局からの超音
波の送受信を行う手段であり、通常１局に複数個設けら
れ、セラミック等の圧電素子にて構成される。

【０１４７】コンパレータ２は、子局超音波送受信器１
にて受信された、親局からの送信信号の受信レベルが所
定以上か否かを判断する手段であり、オペアンプ等の電
子デバイスにて構成される。

【０１４８】子局側ＣＰＵ３は、コンパレータ２の出力
レベルが所定値以上である場合、警告すべきと判断し、
子局側警告手段４を駆動せしめる手段であり、半導体マ
イクロプロセッサ等の電子デバイスで構成される。

【０１４９】子局側警告手段４は、子局携帯者に危険状
況を知らせるための警告を行う手段であり、ＬＥＤ、チ
ャイム等で構成される。

【０１５０】符号発生回路３０は、親局装置Ｅ２９から
の送信信号の受信に応じて、符号化された超音波信号を
送信するために、超音波信号を符号化する手段あり、Ｃ
ＰＵ、各種ＴＴＬ等の電子デバイスにて構成される。

【０１５１】駆動回路５は、子局装置６が符号化された
超音波信号を送信するため、子局超音波送受信器１を駆
動するための手段であり、トランジスタ、ＴＴＬ等の電
子デバイスにて構成される。

【０１５２】親局装置Ｅ２９は、親局超音波送信器７、
親局超音波受信器８、Ａ／Ｄ変換器１６、信号処理ＤＳ
Ｐ１７、駆動回路１４、ＲＡＭ１８、親局警告手段１
３、時間計測タイマ１０を有して構成される。

【０１５３】親局超音波送信器７、親局超音波受信器８
は、それぞれ親局から超音波を送信する手段、親局から
の超音波の送信に対応して子局装置６が送信した超音波
信号を受信する手段であり、いずれもセラミック等の圧
電素子を用いて構成される。なお、親局超音波送信器
７、親局超音波受信器８は、超音波信号の指向特性を考
慮し、複数個設けても良い。

【０１５４】Ａ／Ｄ変換器１６は、親局超音波受信器８
にて受信された信号を、アナログ・デジタル変換する手
段であり、抵抗、ＴＴＬ等の電子デバイスにて構成され
る。

【０１５５】時間計測タイマ１０は、親局装置Ａが親局
超音波送信器７にて超音波を送信してから、該送信信号
に対応して、子局装置６が、送信した超音波を親局超音
波受信器８、Ａ／Ｄ変換器１６を介して、信号処理ＤＳ
Ｐ１７が受信するまでの時間を計測するための手段であ
り、各種ＴＴＬによるクロック回路、分周器、抵抗等の
電子デバイスにて構成される。

【０１５６】信号処理ＤＳＰ１７は、受信信号をＲＡＭ
１８に一旦格納し、時間計測タイマ１０をオフするとと
もに、符号化された受信信号の相関関数演算を行ない、
該受信信号が、信号であるかノイズであるかを判断し、
子局装置６からの信号であると判断した場合、時間計測
タイマ１０にて計測された時間、および超音波の速度か
ら、子局装置６との距離を演算し、該距離が所定値以下
の時、「危険状態」と判断し、親局警告手段１３を駆動
する手段であり、半導体デジタルシグナルプロセッサ
（以下「ＤＳＰ」と記す）等を用いて構成される。

【０１５７】また、信号処理ＤＳＰ１７内部には、演算
処理プログラム等がＲＯＭ化されたものが内蔵されてい
る。

【０１５８】駆動回路１４は、親局装置Ａから超音波を
送信するため、親局超音波送信器７を駆動するための手
段であり、トランジスタ、ＴＴＬ等の電子デバイスにて
構成される。

【０１５９】ＲＡＭ１８は、信号処理ＤＳＰ１７にて行
われるあらゆる演算結果の格納等の手段であり、半導体
メモリ等により構成される。

【０１６０】親局警告手段１３は、信号処理ＤＳＰ１７
からの駆動信号により、親局装置Ｅ２９を装着している
者に対して、危険状態を警告するための手段であり、Ｌ
ＥＤ、チャイム等にて構成される。

【０１６１】図９、１０にもとずき本実施例の動作を説
明する。

【０１６２】信号処理ＤＳＰ１７からの駆動信号にもと
ずき、駆動回路１４は、親局超音波送信器７にトリガ信
号を送る。

【０１６３】親局超音波送信器７は、周波数ｆ０なる超
音波を送信する（図９（ａ）参照）。 該送信信号は、
子局超音波送受信器１にて、受信される（図９（ｂ）参
照）。

【０１６４】該受信信号の受信レベルが、コンパレータ
２にて、所定のしきい値と比較され、受信レベルが、該
しきい値より小さなときは、このままの状態を維持す
る。

【０１６５】この時、親局装置Ａからは、一定の周期Ｔ
（例えば、１５０（ｍｓｅｃ））にて、次々と、超音波
は送信されている。

【０１６６】該受信信号の受信レベルが、しきい値より
大きな時は、子局側ＣＰＵ３は、子局側警告手段４を駆
動せしめ、子局装置６の携帯者に警告を与える。

【０１６７】警告方法としてはＬＥＤによる発光、チャ
イムの警告等、警告を促す手段であれば良い。

【０１６８】ところで、子局側ＣＰＵ３は、受信信号の
レベルが、あるしきい値より大きなときには、子局側警
告手段４の駆動と同時に、符号発生回路３０にて符号化
された送信信号を駆動回路５にて駆動せしめ、子局超音
波送受信器１から符号化超音波信号を送信せしめる。

【０１６９】図９（ｃ）に、一例として４ビットのＭ系
列符号「１１０１」を利用して、送信超音波信号を符号
化した場合について示す。

【０１７０】「１」の符号が付加された部分には、周波
数ｆ１なる超音波の信号が、キャリアとなっている。

【０１７１】ビット数を多くすることにより、信号とノ
イズの識別精度は、向上するが、相関関数計算時間と
の、かねあいを考慮し、適当なビット数にて符号化され
ることとなる。

【０１７２】なお、符号発生回路３０は、各種ＴＴＬ等
の電子デバイスにて構成され、所定の符号、例えば上記
例では「１１０１」なる、デジタル信号を発生させる。

【０１７３】該符号が、駆動回路５に送信されると、
「１」の信号に対応して、超音波を送信する構成にして
おけばよい。

【０１７４】例えば、「１」の信号を、入力トリガ信号
とする単安定マルチバイブレータ等の電子回路にて構成
できる。

【０１７５】なお、符号化の方法は、Ｍ系列に限られず
各種の符号が、考えられる。

【０１７６】該超音波の送信は、親局装置Ｅ２９に向け
おこなわれ、その搬送周波数は、親局の送信信号と異な
る（ｆ１）ものとする（図９（ｃ）参照）。

【０１７７】該子局装置６からの送信信号は、親局超音
波受信器８にて受信され、時間計測タイマ１０による時
間の計測は停止する（図９（ｄ）参照）。

【０１７８】時間計測タイマ１０により、親局装置Ａ１
９の超音波の送信から受信までの時間Δｔが、計測され
ることになる。

【０１７９】受信信号が、子局装置６からの信号である
場合、式１により、親局装置Ｅ２９と、子局装置６との
距離が求められ、該距離データは、ＲＡＭ１２に格納さ
れる。 該距離が、所定値以下のとき、信号処理ＤＳＰ
１７は、親局警告手段１３に信号を送り、親局装置Ａ１
９を搭載している者に警告を与える。

【０１８０】警告方法としてはＬＥＤによる発光、チャ
イムの警報等、いかなる手段でも良い。

【０１８１】また、該警告の出力にかかわらず、周期Ｔ
（例えば、１５０（ｍｓｅｃ））で、新たに親局装置Ａ
からの超音波の送信が始まる（図９（ｅ）参照）。

【０１８２】ところで、受信信号が真に、子局装置６か
らの送信信号であれば、上述の処理を行っていけばよい
のであるが、外来ノイズが混入する場合、前記警告は、
外来ノイズによる誤警告となり、装置の信頼性が低下す
る。

【０１８３】したがって、外部からの受信信号を、Ａ／
Ｄ変換器１６にてデジタル信号に変換した後、外来ノイ
ズか否かを判断する。

【０１８４】以下、図１０を参照して説明する。

【０１８５】まず、受信信号のデータ（Ｘｎ）を、複数
個蓄積し、統計処理により平均（ＸＡ）、分散（σｘ）
を算出し、受信データの分布を正規分布とするための正
規化処理を行い、正規化処理データＸ（ｎ）が得られる
（ステップ２００）。

【０１８６】次に、正規化されたデータのＦＦＴ処理を
行う。

【０１８７】ＦＦＴ処理を行うには、前述のようにＷＩ
ＮＤＯＷ処理を行う（ステップ２１０）。

【０１８８】ここでは、窓関数として、一般に良く使用
されるハミング窓を使用する。

【０１８９】ハミング窓関数は、前述の式２にて与えら
れる。

【０１９０】従って、Ｘ（ｎ）に窓関数Ｗ（ｎ）を乗じ
たＸ（ｎ）×Ｗ（ｎ）を新たに、Ｘ（ｎ）とする（ステ
ップ２１０） 次に、ＦＦＴ処理を行なう。

【０１９１】Ｘ（ｎ）のＦＦＴ処理結果は、式３によ
り、以下のように求められる（ステップ２２０）。

【０１９２】 Ｘ（ｋ）＝ΣＸ（ｎ）ｅｘｐ（−ｊ２πｎｋ／Ｎ） （但し、Σは、ｎついての、ｎ＝０から、Ｎ−１までの
総和を、ｊは虚数単位を、ｅｘｐは、指数関数を表
す。） 次に、ステップ２３０にて、クロスパワースペクトラム
処理を行なう。

【０１９３】クロスパワースペクトラムＳｘｙ（ｋ）
は、Ｘ（ｋ）と、符号化されたデータ列のＦＦＴ処理さ
れた結果の共役複素数Ｙ＊（ｋ）の積（式５）により求
まる。

【０１９４】 Ｓｘｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）・Ｙ＊（ｋ） （式５） なお、符号化方法が定められておれば、Ｙ＊（ｋ）の値
は、予め計算し、信号処理ＤＳＰ１７内のＲＯＭ領域等
に記憶させておけばよい。

【０１９５】次に、ステップ２４０にて、Ｓｘｙ（ｋ）
の逆ＦＦＴ処理を行ない、最終的に、相関関数Ｒｘｙ
（Ｍ）を求める（式６）。

【０１９６】 Ｒｘｙ（Ｍ）＝（ΣＳｘｙ（ｋ）ｅｘｐ（ｊ２πｎｋ／Ｎ））／Ｎ （式６） （但し、Σは、ｎついての、ｎ＝０から、Ｎ−１までの
総和を、ｊは虚数単位を、ｅｘｐは、指数関数を表
す。） 最後に、Ｒｘｙ（Ｍ）が、予め設定された相関スレッシ
ョルド値Ｌ以上のとき、子局からの信号、それ以外の時
は、外来ノイズと判定する（ステップ２５０）。

【０１９７】なお、かかるスレッショルド値Ｌは、予め
実験、シミュレーション等により求めておく。

【０１９８】以上の、信号処理ＤＳＰ１７内での一連の
処理によっても、受信信号が外来ノイズか、子局からの
送信信号かを正確に区別できることになる。

【０１９９】本発明によっても、工事中に発生する各種
の外来ノイズと子局からの信号を、正確に識別すること
ができ、親局を搭載したパワーショベル等の運転者は、
警告に注意しながら作業を進めればよく、作業能率の向
上、安全性の向上を図ることができる

【０２００】

【発明の効果】親局内での受信波の信号処理により、外
来ノイズと子局からの送信信号を正確に区別でき、誤警
告の少ない作業用警告装置を提供できる。

【０２０１】また、どの子局が、頻繁に、危険状態にな
るかを把握できるため、予防安全対策を講じることや、
子局の存在方向を認識でき、速やかに危険回避を行うこ
とができることにもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の構成の説明図である。

【図２】従来の技術の説明図である。

【図３】本発明の第一実施例の説明図である。

【図４】本発明の第一実施例の機能を説明する工程図で
ある。

【図５】本発明の第二実施例の構成の説明図である。

【図６】本発明の第三実施例の構成の説明図である。

【図７】本発明の実施例の構成の説明図である。

【図８】本発明の実施例の構成の説明図である。

【図９】本発明の実施例の説明図である。

【図１０】本発明の実施例の機能を説明する工程図であ
る。

【図１１】本発明の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１…子局超音波送受信器、２…コンパレータ、３…子局
側ＣＰＵ、４…子局側警告手段、５…駆動回路、６…子
局装置、７…親局超音波送信器、８…親局超音波受信
器、９…親局側ＣＰＵ、１０…時間計測タイマ、１０Ａ
…時間計測タイマ、１０Ｂ…時間計測タイマ、１０Ｃ…
時間計測タイマ、１０Ｄ…時間計測タイマ、１０Ｅ…時
間計測タイマ、１０Ｆ…時間計測タイマ、１０Ｇ…時間
計測タイマ、１０Ｈ…時間計測タイマ、１０Ｉ…時間計
測タイマ、１０Ｊ…時間計測タイマ、１１…コンパレー
タ、１２…しきい値設定回路、１３…親局警告手段、１
４…駆動回路、１５…親局装置、１６…Ａ／Ｄ変換器、
１６Ａ…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｂ…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｃ
…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｄ…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｅ…Ａ／
Ｄ変換器、１６Ｆ…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｇ…Ａ／Ｄ変換
器、１６Ｈ…Ａ／Ｄ変換器、１６Ｉ…Ａ／Ｄ変換器、１
６Ｊ…Ａ／Ｄ変換器、１７…信号処理ＤＳＰ、１８…Ｒ
ＡＭ、１９…親局装置Ａ、２０…親局装置Ｂ、２１…親
局装置Ｃ、２２…ｆ１用受信器、２３…ｆ２用受信器、
２４…第一子局装置、２５…第二子局装置、２６…表示
装置、２７…しきい値設定部、２８…親局装置Ｄ、２９
…親局装置Ｅ、３０…符号発生回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】親局と、少なくとも１局の子局から構成さ
   れ、 前記親局は、ある周波数の超音波を送信する手段と、送
   信周波数とは異なった周波数の超音波を受信する手段
   と、受信波の周波数成分の分析をする手段と、予め設定
   された第一の実験値と受信波のパワースペクトルとの誤
   差を計算する手段と、受信波の周波数成分に子局の送信
   波の基本周波数が含まれているか否かを判断する手段
   と、送信から受信までの時間を計測する手段と、受信波
   のパワースペクトルと前記第一の実験値との差の２乗
   の、総和の平方根が、第二の実験値以下であり、さら
   に、受信波のパワースペクトルに、前記受信手段にて受
   信する異なった周波数成分を有する時にのみ、送信から
   受信までの計測時間から危険状態を判断する手段と、危
   険と判断されたときに警告する手段とからなり、 さらに、前記子局は、親局からの送信信号を受信する手
   段と、親局の送信周波数とは異なる周波数の超音波を送
   信する手段と、親局の送信信号の受信レベルが、予め設
   定されたしきい値以上の時警告を行う手段とからなる、
   作業用警報装置。
2. 【請求項２】請求項１記載において、受信波の周波数成
   分の分析をする手段が、しきい値設定手段を有すること
   を特徴とする作業用警報装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載において、子局の超
   音波の送信周波数が、子局ごとに異り、親局も該周波数
   に対応した受信手段を有することを特徴とする作業用警
   報装置。
4. 【請求項４】請求項３記載において、親局の送信手段お
   よび受信手段を、少なくとも２方向に配置したことを特
   徴とする作業用警報装置。
5. 【請求項５】親局と、少なくとも１局の子局からなり、 前記親局は、超音波を送信する手段と、符号化された超
   音波信号を受信する手段と、該受信信号の相関関数の演
   算手段と、送信から符号化された超音波信号を受信する
   までの時間を計測する手段と、前記相関関数の演算手段
   による演算結果が、予め設定されたしきい値以上の時に
   のみ、送信から受信までの計測時間から危険状態を判断
   する手段と、危険と判断されたとき警告する手段とから
   なり、 さらに、前記子局は、親局からの送信信号を受信する手
   段と、親局の送信信号の受信レベルが予め設定されたし
   きい値以上の時警告を行う手段と、符号化された超音波
   信号を送信する手段とからなる、作業用警報装置。