JPH1062536A - 速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置が電池等により動作する場合であって，
受信信号が信号強度及び周波数の異なる複数の超音波の
信号である場合でも，当該受信信号を飽和させることな
く，また信号波形を歪ませることなく信号処理を行い，
高精度に移動物体の速度を測定できるようにする。 【解決手段】 送波器３から直接受波器４に入射する超
音波による信号，静止物体により反射された音波による
信号及び移動物体により反射された音波による信号とが
混じった受信信号から移動物体により反射された音波に
よる信号のみを分離して当該移動物体の速度を求めるべ
く，ノッチフィルタ６により基準信号の周波数と同じ周
波数の信号を減衰させ，その後高利得増幅器７により以
後の信号処理に必要な信号レベルまで増幅して移動物体
の速度を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，ドップラ効果を利
用して移動物体の速度を求める装置が電池により駆動さ
れ，かつ，複数の信号強度及び周波数の異なる音波を受
波してなる受信信号に基づき移動物体の速度を求める場
合に，射出した音波と同じ周波数の信号成分を受信信号
から除去して，移動物体の速度を高精度で計測可能にし
た速度測定装置に関す。

【０００２】

【従来技術】従来，超音波を用いた速度測定装置におい
ては，移動物体に既知の周波数の超音波を照射し，当該
移動物体からの反射波を受波して，その周波数変化から
移動物体の速度を求めている。

【０００３】図３はかかる速度測定装置の構成を示すブ
ロック図の一例である。なお本明細書では，説明の都合
から移動物体は観測者側に近づいてくる場合について説
明するが，遠ざかる場合も同様に説明することができる
ことを念のため附記する。

【０００４】基準発振器１から出力された周波数Ｆｏｕ
ｔの基準信号は，電力増幅器２により所定のゲインで電
力増幅され，送波器３により超音波が射出される。

【０００５】このように射出された超音波は，移動物体
等により反射されてドップラシフトを受け，周波数Ｆｉ
ｎの反射波となって受波器４に受波され電気信号に変換
される。

【０００６】当該信号は，前置増幅器５により後段の処
理が可能な信号レベルまで増幅されて受信信号となりミ
キサ／検波器１１に入力し，当該ミキサ／検波器１１よ
り基準信号と受信信号との差分周波数の信号が求められ
て差分周波数信号として出力される。

【０００７】その後，差分周波数信号は，ローパスフィ
ルタ１２に入力されて周波数Ｆｄのドップラ信号が抽出
されて周波数計測器８に出力され，当該周波数計測器８
によりドップラ信号の周波数が計測される。

【０００８】その後，演算器９において， Ｆｄ＝２・Ｖ・Ｆｏｕｔ／（Ｃ−Ｖ） ・・・・（１） で示される演算式に従って移動物体の速度が演算され，
当該速度が表示器１０により表示される。なお，上式に
おいて，Ｖは移動物体の速度，Ｃは音速を示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上述し
た構成では，受波器４で受波される超音波は移動物体か
らの反射波のみでないため以下のような問題があった。

【００１０】即ち，移動物体の速度が小さい場合や計測
距離が離れている場合には，反射波のエネルギーが小さ
いので，前置増幅器５では，後段の処理（例えばミキサ
／検波器における処理等）が可能な信号レベルまで受信
信号を増幅する構成となっている。

【００１１】しかし，受波器４には移動物体からの反射
波以外に，送波器３から射出された超音波が直接受波器
４に回り込んで入射する場合や測定器の近辺にある静止
物体からの反射波が入射する場合があり，これらによる
超音波のエネルギーは先に述べた移動物体からの反射波
のエネルギーに比べ大きい場合がある。

【００１２】従って，前置増幅器５の増幅度を移動物体
からの反射波に対して設定すると，装置が電池駆動のよ
うに電源電圧を高くできない場合には，当該前置増幅器
５から出力された信号が飽和したり歪んだりする場合が
あり，このためミキサ／検波器１１等で適正にドップラ
周波数を抽出することが困難となる問題があった。

【００１３】また，移動物体が小さく，かつ，計測距離
が離れている場合は，受波される反射波の波数が少なく
なる場合がある。このような場合，基準信号と受信信号
との周波数の差をビートで抽出するミキサを用いた方法
では，図４に示すようにビート波形１周期分を得るため
に，周波数Ｆｉｎの受信信号の波数が多く必要となり，
以後の信号処理ができなくなる場合があった。

【００１４】例えば，基準信号の周波数Ｆｏｕｔが４０
ｋＨｚ，受信信号の周波数Ｆｉｎが４２ｋＨｚの時，周
波数Ｆｄの差分周波数信号（ドップラ信号）を１周期得
るためには，受信信号は２１周期分必要となる。

【００１５】従って，受信信号の波数が少ない場合に
は，差分周波数信号，即ちドップラ信号の抽出が困難と
なる。

【００１６】そこで，本発明は，装置が電池等により動
作する場合であって，信号強度及び周波数の異なる複数
の信号からなる受信信号である場合でも，当該受信信号
を歪ませたり飽和させたりすることなく高精度に移動物
体の速度を測定できる速度測定装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，請求項１にかかる発明は，所定周波数の基準信号に
基づき音波を射出する音波射出手段と，音波を受波し，
これを受信信号として出力する受波手段と，前記基準信
号と受信信号とから移動物体の速度を演算する速度演算
手段とを有した速度測定装置において，前記速度演算手
段が，前記受信信号の中から基準信号の周波数成分のみ
を減衰させて出力する帯城周波数遮断部と，該帯城周波
数遮断部からの信号を高利得で増幅する高利得増幅部と
を有して，移動物体の速度を演算することを特徴とす
る。

【００１８】即ち，送波手段から受波手段に直接入射す
る音波による信号，静止物体により反射された音波によ
る信号及び移動物体により反射された音波による信号と
からなる受信信号から，移動物体により反射された音波
による信号のみを分離して当該移動物体の速度を求める
べく，帯城周波数遮断部により基準信号の周波数と同じ
周波数の信号を減衰させ，その後高利得増幅部により以
後の信号処理に必要な信号レベルまで増幅して移動物体
の速度を計測することを特徴とする。

【００１９】請求項２にかかる発明は，前記帯城周波数
遮断部の中心周波数が基準信号の周波数と略同じ周波数
に設定されて，前記受波手段が受波した音波のうち基準
信号の周波数と同じ周波数の音波による受信信号の成分
を減衰させることを特徴とする。

【００２０】請求項３にかかる発明は，前記帯城周波数
遮断部が，ノッチフィルタからなることを特徴とする。

【００２１】請求項４にかかる発明は，前記帯城周波数
遮断部が，少なくとも２以上のノッチフィルタと，当該
ノッチフィルタの間に設けられて信号レベルの調整を行
う中間増幅器とを有することを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１は本実施の形態にかかる速度測定装置
の構成ブロック図である。

【００２３】音波射出手段は，周波数Ｆｏｕｔの基準信
号を発生する基準信号発生器１，当該基準信号を電力増
幅する出力増幅器２，増幅された基準信号を超音波とし
て空中に射出する送波器３等を有している。

【００２４】また受波手段は，送波器３から射出された
超音波が移動物体等によりドップラシフトを受けて反射
された超音波を受波して電気信号に変換する受波器４，
該受波器４からの信号を増幅して受信信号として出力す
る前置増幅器５等を有している。

【００２５】速度演算手段は，受信信号の中から基準信
号の特定周波数成分のみを減衰して出力する帯域周波数
遮断部であるノッチフィルタ６，該ノッチフィルタ６の
出力を増幅する高利得増幅部である高利得増幅器７，周
波数を計測する周波数計測器８を有し，さらに周波数計
測器８の結果から速度を演算する演算器９，演算結果を
表示する表示器１０を有している。

【００２６】上記構成のもと，基準信号発生器１により
発生された基準信号は送波器４を駆動するためのレベル
まで出力増幅器２により増幅されて送波器３から超音波
として射出される。

【００２７】射出された超音波は，移動物体等に反射さ
れて受波器４により受波されて受信信号となる。なお，
移動物体により反射された超音波はドップラ効果により
ドップラシフトを受けて周波数が変化しているが，静止
物体により反射された超音波や送波器３から直接回り込
んで受波された超音波はドップラ効果を受けていないの
で基準信号と同じ周波数である。

【００２８】このような，ドップラ効果を受けた超音波
及びドップラ効果を受けていない超音波等の全ての超音
波を受波して電気信号に変換して前置増幅器５に出力
し，当該前置増幅器５で増幅されて受信信号となってノ
ッチフィルタ６に出力される。

【００２９】この時，前置増幅器５における増幅率を移
動物体からの反射波の信号強度に合わせて大きくする
と，受信信号には直接波や静止物体からの反射波による
信号強度の大きな信号が含まれるために，当該受信信号
が飽和したり歪んだりする場合が生じる。

【００３０】そこで本発明では，前置増幅器５における
増幅率を，次に続くノッチフィルタ６で処理できる信号
レベルまでの増幅に止めて，受信信号の飽和や波形の歪
みを防止している。

【００３１】そして，ノッチフィルタ６では，図２に示
すように基準信号の周波数成分を狭帯域に遮断して減衰
させる。即ち，ノッチフィルタ６は遮断周波数Ｆｃが同
一のローパスフィルタとハイパスフィルタとを組合わせ
た構成となっており，当該遮断周波数Ｆｃを基準信号の
周波数Ｆｏｕｔに設定することにより受信信号から基準
信号と同じ周波数を持つ信号成分のみを減衰させてい
る。

【００３２】従って，周波数Ｆｏｕｔの信号成分が選択
的に減衰させることが可能になり，かかる周波数を持つ
直接波や静止物体による反射波等による信号が遮断され
る。よってノッチフィルタ６からの信号は，ドップラ信
号とみなすことが可能になる。

【００３３】このようにして得たドップラ信号に対し
て，高利得増幅器７で後の処理が可能なように増幅す
る。これにより，電池等で動作する場合にも増幅された
信号が飽和したり歪んだりするのを防止することが可能
になる。

【００３４】高利得増幅器７からの信号は，周波数計測
器８により周波数が計測されて，演算器９により移動物
体の速度が演算され，表示器１０で速度表示が行われ
る。

【００３５】なお，演算器９における速度の演算は，式
１にしたがって行われる。また，音速の温度補正を行う
場合には， Ｃ＝３３１．５＋０．６ｔ ・・・・（２） にしたがって行う。ここで，ｔは外気温で，当該外気温
を測定するためには，適宜温度計測手段や補正回路を設
ければ良い。

【００３６】なお，上記説明においてはノッチフィルタ
６を１つ設けた場合について説明したが，当該１つのノ
ッチフィルタ６で十分に基準周波数成分を減衰させるこ
とができない場合には，複数のノッチフィルタを用いる
ことが可能である。

【００３７】この場合には，各ノッチフィルタの間に中
間増幅器を設けて，前段のノッチフィルタからの信号を
後段のノッチフィルタで処理できる程度の信号レベルに
増幅するようにすれば好適である。

【００３８】以上説明したように，本発明によれば，送
波器からの直接波や静止物体からの反射波をフィルタリ
ングした後，高利得増幅を行うようにしたので，電池等
の低電圧電源により駆動される場合であっても，信号を
飽和させることなく所望の信号を処理することが可能に
なった。

【００３９】また，ノッチフイルタを用いてドップラ周
波数成分を抽出しているため，ミキサ方式に比べ，入力
信号の波数が少ない場合でも信号処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる速度測定装置のブロック図であ
る。

【図２】ノッチフィルタの原理を説明する図である。

【図３】従来の技術の説明似適用される速度測定装置の
ブロック図である。

【図４】従来の技術におけるミキサ方式によるドップラ
成分の抽出例を示した波形の模式図である。

【符号の説明】

１ 基準発振器 ２ 出力増幅器 ３ 超音波送波器 ４ 超音波受波器 ５ 前置増幅器 ６ ノッチフィルタ ７ 高利得増幅器 ８ 周波数計測器 ９ 演算器 １０ 表示器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定周波数の基準信号に基づき音波を射
   出する音波射出手段と，音波を受波し，これを受信信号
   として出力する受波手段と，前記基準信号と受信信号と
   から移動物体の速度を演算する速度演算手段とを有した
   速度測定装置において，前記速度演算手段が，前記受信
   信号の中から基準信号の周波数成分のみを減衰させて出
   力する帯城周波数遮断部と，該帯城周波数遮断部からの
   信号を高利得で増幅する高利得増幅部とを有して，移動
   物体の速度を演算することを特徴とする速度測定装置。
2. 【請求項２】 前記帯城周波数遮断部の中心周波数が基
   準信号の周波数と略同じ周波数に設定されて，前記受波
   手段が受波した音波のうち基準信号の周波数と同じ周波
   数の音波による受信信号の成分を減衰させることを特徴
   とする請求項１記載の速度測定装置。
3. 【請求項３】 前記帯城周波数遮断部が，ノッチフィル
   タからなることを特徴とする請求項１又は２記載の速度
   測定装置。
4. 【請求項４】 前記帯城周波数遮断部が，少なくとも２
   以上のノッチフィルタと，当該ノッチフィルタの間に設
   けられて信号レベルの調整を行う中間増幅器とを有する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の速度測定装置。