JPS61186884A - 速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 本発明は速度計測装置、さらに詳しくは、移動物体の移
動速度を超音波やマイクロ波のような検知波のドツプラ
効果を用いて測定する速度計測装置に関するものである
。

［背景技術］ 一般にドツプラ効果を用いて移動物体の速度を測定する
この種の速度計測装置は検知波の送出方向と移動物体の
移動方向とのなす角度により測定値が変化するという欠
点がある。

［発明の目的１ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
主な目的とするところは、検知波の送出方向と移動物体
の移動方向とのなす角度に対応した補正が行なえるよう
にし、移動物体の速度を正確に検出できるようにした速
度計測装置を提供することにある。

［発明の開示１ （実施例１） 実施例１においては、検知波の送出方向と移動物体の移
動方向とのなす角度を目視によって測定できるようにし
、測定された角度に対応した角度補正信号が得られるよ
うにしている。なお、以下の説明において検知波として
超音波を用νまた例を示すが、マイクロ波などを用いて
も同等の作用をなすことができるものである。

第１図に示すように、検知製退出手段１は発振回路１１
、駆動回路１２、および送波器１３により構ｒ１．され
る。発振回路１１は送出すべき超音波の周波数に等しい
周波数（たとえば４０　ＫＨｚ）で発振し、その出力が
駆動回路１２により増幅され、圧電素子などで構成され
た送波器１３により超音波ｔ：変換され、超音波が退出
さ胱る。

検知製受信手段２は受渡器２１、増幅回路２２、帯域フ
ィルタ回路２３により構成される。受渡器２１は圧電素
子などにより構成され、超音波を受信して電気信号に変
換する。受渡器２１の出力は増幅回路２２により増幅さ
れ、帯域フィルタ回路２３により不要な周波数成分が除
去される。ここで、受渡器２１で受信される超音波のう
ち必要な超音波は送波器１３より送出され移動物体３に
よって反射された反射波のみであるから、検出限界速度
１こ応ヒて帯域フィルタ回ｗ１２３の通過周波数特性を
設定すればよい。

帯域フィル・り回路２３の出力は周波数計測回路３１に
入力される。周波数計測回路３１は帯域フィルタ回路２
３を通過した信号の周波数を計測するカウンタでありて
、周波数値をデジタル信号として出力する。周波数計測
回路３１の出力は速度演算手段４に入力される。

速度演算手段４は、補正演算回路４１、判定演算回路４
２、速度フィルタ回路４３、補正値取り込み回路４４に
より構成される。補正演算回路４１は媒質、すなわち空
気の温度、および超音波の送出方向と移動物体３の移動
方向とのなす角度とに関する補正を行なう回路である。

空気中での音速Ｖは気温を摂氏り度とすると、 ｖ”３３１．５＋０．６ｔ で表わされることが知られている。まｒこ、送出される
超音波の周波数をＩｔ、受信された超音波の周波数をｆ
ｒ、空気中での音速をＶ、超音波の送出方向と移動物体
３の移動方向とのなす角度をθとすると、ドツプラ効果
により移動物体３の速度■はＶ＝ｖ（ｆｒ−ｆｔ）／（
ｆｒ＋ｆｔ）ｃｏｓθと算出できることが知られている
。したがって、補正演算回路４１では次式のような演算
を行なって温度補正と角度補正とを行ない、移動物体３
の速度Ｖを求めるのである。

Ｖ　＝（３３１，５＋０．６ｔ）（ｆｒ　−Ｉｔ）バｆ
ｒ＋［）ｃｏｓθところで、気温に関する補正と角度に
関する補正とのらとになる気温と角度との検出は以下の
ようにして行なわれる。すなわち、温度計測部４５と角
度検出部４６とが設けられ、温度計測部４５からの温度
検出信号は補正演算回路４１に直接入力され、角度検出
部４６はインターフェースとしての補正値取り込み回路
４４を介して角度検出信号を補正演算回路４１に入力す
る。温度検出部４５は温度センサとに／Ｄ変換回路とな
どから構成される。主た角度検出部４６は、第３図に示
す社うに、スコープ３２と、角度検出信号発生部３３と
により構成される。スコープ３２は回動自在に設けられ
ており、スコープ３２の回動角度に応じて角度検出信号
発生部３３より角度検出信号が出力されるようになって
いる。角度検出信号発生部３３は第４図に示すように、
可変抵抗器３４と電池３５とＡ／Ｄ変換回路３６とに上
り構ｒ＆される。

しかして、スコープ３２の回転に応じて可変抵抗器３４
が回転し、その回転角度に対応した電圧を取り出し、Ａ
／Ｄ変換回路３６によりこの電圧に対応するデジタル信
号を角度検出信号として出力するようになっている。ま
た、第５図に示すように、角度検出信号発生部３３を共
通端子が接地されたロータリースイッチ３７とロータリ
ースイッチの各接点に接続された複数のプルアップ抵抗
３８とにより構成し、スコープ３２の回転に応じてロー
タリースイッチ３７を回転させることにより、ロータリ
ースイッチ３７のいずれか１個の端子がＬレベルとなる
ことを利用して角度検出信号を得てもよい。超音波の送
出方向と移動物体３の移動方向とのなす角度の検出にあ
たっては、第６図に示すようにスコープ３２の軸方向を
移動物体３の移動方向に合致させ、送波器１３を移動物
体３に向ければよいものである。以上のようにして温度
補正と角度補正とが加えられた補正演算回路４１の出力
値は判定演算回路４２に入力され、ノイズの影響によっ
て生じたと考えられる偏差の大とい値が除去される。

判定演算回路４２はマイクロプロセッサを用いて構成さ
れるものであって、補正演算回路４１の出力値を一定周
期でサンプリングした後、第７図に示すような処理を行
なうように構成される。すなわち、この処理は補正演算
回路４１の出力値のうち偏差の大きい値を除去するもの
であって、偏差を量る基準値としてはサンプリングされ
た４個の値の平均値を用いるようになっている。以下、
この演算処理について説明する。まず、サンプリングさ
れた４個の値を記憶する配列■（１）〜■（４）および
入力信号の個数を計数するカウンタｎが初期化される。

ここで入力信号があれはカウンタｎをインクリメントし
てｎ”１とし、配列ｖ（１）に入力値Ｖｉｎを記憶する
。次に入力信号があればさらにカウンタｎをインクリメ
ントしてｎ＝２とし、そのカウンタｎに対応する配列■
（２）に入力値Ｖｉｎを記憶する。これを繰り返しカウ
ンタｎの値が４になると速度処理を行なう。速度処理に
おいては、まずサンプリングされた各位を採用するかど
うかを判定するフラグとなる配列Ｖｓｕ＋（１）−Ｖｓ
ｗ（４）とカウンタＳとが初期化される。次に配列■（
１）〜■（４）に記憶された値の平均値ＡＶＥを計算し
、各配列■（１）〜■（４）の記憶値が平均値ＡＶＥか
ら所定の誤差αの範囲内に存在するかどうかが判定され
る。記憶値が所定の誤差αの範囲内に存在するときには
カウンタＳをインクリメントし、対応する７ラグＶｓｕ
＋（１）　−Ｖｓｗ（４）を１とする。ここで誤差αは
移動物体３の速度変化を考慮して０．１〜０．５に設定
される。以上のようにしてすべての配列■（１）〜■（
４）の記憶値について判定した後にカウンタＳの値が３
以上となっていれば、各配列■（１）〜■（４）の記憶
値にそれぞれ対応する７ラグＶ　ｓｗ（１）　−Ｖ　ｓ
ｗ（４）の値をかけたものの総和ＡＤＤを算出し、さら
にその総和ＡＤＤをカウンタＳの値で割り、速度Ｖｏｕ
ｔを得てこれを出力値とし、次にサンプリングされた速
度Ｖｉｎを配列■（１）〜Ｖ（４）に記憶するルーチン
に戻る。また、すべての配列■（１）〜Ｖ（４）の記憶
値について判定した後にカウンタＳの値が２以下であれ
ば、出力値を与えずに次にサンプリングされた速度Ｖｉ
ｎを配列■（１）〜Ｖ（４）に記憶するルーチンに戻る
。以上のようにして連続してサンプリングした４個の速
度のうち３個以上の速度が所定の偏差内であれば、それ
らの平均値を出力値とし、２個以上の速度の偏差が所定
値を越えている場合には出力値を与えないようにしてノ
イズの影響を防止しているものである。

判定演算回路４２の出力は速度フィルタ回路４３に入力
され、測定許容範囲内の速度値のみが出力される。速度
フィルタ回路４３の出力は表示部４７に入力され、速度
が表示される。ここで速度フィルタ回路４３は、補正演
算回路４１で補正を行なうことにより表示部４７での表
示範囲を越える値が出力されたときに、表示部４７がオ
ーバー７０−しないように設けられている。表示部４７
の入力部には切換スイッチ４８が設けられ、速度フィル
タ回路４３と温度検出部４５とのいずれか一方に接続さ
れるようになっており、移動物体３の速度の他、周囲温
度の表示も可能となっている。

（動作） 以下、動作を説明する。第２図は第１図中各部の信号を
示すものである。第２図（ａ）に示すように、発振回路
１１より出力された電気振動は送波器１３により超音波
に変換されて空気中に送出される。超音波の送出方向に
移動物体３が存在すると、第２図（ｃ）のように受渡器
２１によりその反射波が受信される。受信された信号は
増幅され、さらに帯域フィルタ回路２３を通過すること
により所定の周波数帯域の信号のみが取り出される。

帯域フィルタ回路２３は送波器１３から送出された超音
波の周波数の前後の周波数（たとえば３０〜Ｓ　ＯＫ　
Ｈ２）の信号を通過させるように設定されており、ノイ
ズ成分が除去される。こうして帯域フィルタ回路２３を
通過した信号は移動物体３がらの反射波であるものとし
て周波数計測回路３１でその周波数が検出される。

周波数計測回路３１の出力値は補正演算回路４１により
温度補正と角度補正とがなされ、補正された値が出力さ
れる。ここで角度補正は角度検出部４６に設けたスコー
プ３２の軸方向を移動物体３の移動方向と平行に配置す
ることにより、超音波の送波方向と移動物体３の移動方
向とのなす角度が検出され、その角度に応じた補正がな
されるのである。補正演算回路４１の出力は判定演算回
路４２に入力され、上述のような演算を行なって測定値
のうちから偏差の大きいものを除去し、測定値として妥
当と考えられるものを抽出する。こうして得られた速度
を速度フィルタ回路４３を介して表示部４７で表示する
のである。

（実施例２） 実施例２においては移動物体３の任意の２点における測
定速度や送波器１３がらの距離などに基づいて移動物体
３の移動速度を検出するようにした例を示す。

第８図に示すように、検知波送出手段１は発振回路１１
、駆動回路１２、送波器１３に加えて制御回路１４が設
けられている。制御回路１４は発振回路１１を作動、停
止させるように制御する回路である。

検知波受信手段２は受渡器２１、増幅回路２２、帯域フ
ィルタ回路２３、および波形整形回路２４により構成さ
れる。波形整形回路２４では受波器２１により反射波が
受信されるとそれに対応して反射波を受信している間Ｈ
レベルとなるデジタル信号を出力するようになっている
。

帯域フィルタ回路２３の出力および波形整形回路２４の
出力は速度演算手段４に入力される。速度演算手段４は
周波数計測回路５１、速度演算回路５２、一対の速度記
憶回路５３．５４、時間計測回路５５、距離演算回路５
６、一対の距離記憶回路５７．５８、および演算回路５
９により構成されている。帯域フィルタ回路２３の出力
は周波数計測回路５１に入力され、帯域フィルタ回路２
３を通過した反射波の周波数が計測される。速度演算回
路５２ではその周波数に対応する移動物体３の速度を算
出する。すなわち、媒質中での音速Ｖｏ、超音波の送出
周波数ｒｔ、受信周波数ｆｒに基づいて移動物体３の移
動速度Ｖを下式のように算出するのである。

Ｖ＝Ｖｏ（ｆｒ−ｒｔ）／（ｆｒ＋ｆｔ）速度記憶回路
５３は１個の超音波パルスに対応する速度演算回路５２
の出力値を記憶し、次の超音波パルスに対応する速度演
算回路５２の出力値を速度記憶回路５３が記憶するとき
には、速度記憶回路５３の記憶値が速度記憶回路５４に
記憶されるようになっている。速度記憶回路５３．５４
での入力値の読み込みのタイミングは制御回路１４によ
り制御される。一方、波形整形回路２４の出力は時間計
測回路５５に入力され、超音波パルスを送出してから受
信されるまでの時間が計測される。この時間は移動物体
３までの距離に対応するから、距離演算回路５６ではこ
の時間に基づいて距離を算出する。すなわち、媒質中で
の音速Ｖｏ、送波器１３がら超音波パルスを送出してか
らその反射波が受渡器２１で受信されるまでの時間をＴ
とすると、移動物体３までの距離りは Ｌ＝ＶｏＸＴ／２ となるから、この値が距離演算回路５６の出力として出
力され、これが距離記憶回路５７に記憶される。次の超
音波パルスに対応した距離演算回路５６の出力を距離記
憶回路５７で記憶するときには、距離記憶回路５７の記
憶値は距離記憶回路５８に送られるようになっている。

ここで距離記憶回路５７．５８への入力値の読み込みは
制御回路１４により制御されており、速度記憶回路５３
．５４に速度が記！されたときと同じ時点における距離
が記憶されるようになっている。速度記憶回路５３．５
４、および距離記憶回路５７．５８の記憶値はそれぞれ
演算回路５９に入力され、演算回路５９ではそれらの値
から移動物体３の移動速度を計算する。すなわち、速度
記憶回路５３．５４に記憶された速度をＶｌ、■２とし
、距離記憶回路５７．５８に記憶された距離をり、、Ｌ
２とし、各速度、距離が計測された時点の時間差をＴ８
とすると、実際の移動物体３の速度は次式で与えられる
。

Ｖ　＝　（（Ｌ　ＩＶ　Ｉ−Ｌ　２　Ｖ　２　）　／　
Ｔ　ａ　）　”　２この速度■は表示部４７に表示され
る。

（動作） 以下、動作を説明する。第９図に示すように、移動物体
３が検知エリア６の外から侵入し検知エリア内を横切っ
たとする。速度計測装置Ａの検知エリア６の外に移動物
体３があるときには、反射波は受信されず第１０図（、
）のように制御回路１４の出力はＨレベルとなっている
。すなわち、この間発振回路１１は連続発振し、連続的
に超音波が送出される。次に移動物体３が検知エリア６
内に侵入すると、反射波が検出され、波形整形回路２４
の出力第１０図（ｅ）のようにＨレベルとなる。

ここで波形整形回路２４の出力は制御回路１４に入力さ
れ、′制御回路１４は発振回路１１の動作を一旦停止さ
せた後、間欠発振させるように動作する。したがって、
移動物体３が検知エリア６に侵入すると間欠的に超音波
パルスが送出されるのである。超音波パルスの送波間隔
ＴＢは移動物体３が検知エリア６を通過する時間よりも
短く設定され、検知エリア６内の少なくとも２点で反射
波が得られるようにしている。したがって、検知エリア
６内の任意の２点において距離り０、Ｌ２および速度Ｖ
い■２が測定され、上述の式によりその２点間での平均
速度が測定されるのである。この動作について第１１図
に７０−チャートを示す。なお、第１１図中、■は速度
演算回路５２の出力値、Ｌは距離演算回路５６の出力値
、Ｆは送出する超音波の周波数、Ｆｓは帯域フィルタ回
路２３の出力周波数、Ｓは移動物体３が検知エリア６内
にあることが検出されたときに１となるフラグ、ＴＥは
移動物体３が検知エリア６内に存在するかどうかの判断
に用いる時間であり定数として与えられる所定値である
。

上述のように構成により、移動物体３が検知エリアを通
過するように超音波を送出しておけば、超音波の送出方
向と移動物体３の移動方向とのなす角度を考慮すること
なく、移動物体３の移動速度を検出でトるという利点を
有するものである。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、検知波を送出する検知製送出手
段と、送出された検知波の移動物体による反射波を受信
する検知波受信手段と、検知波の送出周波数と受信周波
数との差および媒質中の音速とに基づいて移動物体の移
動速度を算出する速度演算手段とを備え、速度演算手段
は移動物体の移動方向と検知製退出手段からの検知波送
出方向とのなす角度に対応した角度検出信号を出力して
角度補正を行なう角度補正手段を備えているので、移動
物体の移動方向に合わせて角度の補正が行なえるもので
あり、移動物体の速度を正確に測定できるという利点を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１のブロック図、第２図は第１
図中釜部の信号を示す動作説明図、第３図は同上の外観
側面図、第４図は同上に使用する角度検出手段の一例を
示す回路図、第５図は同上に使用する角度検出手段の池
の例を示す回路図、第６図は同上の動作説明図、第７図
は同上の判定演算回路の動作示す動作説明図、第８図は
本発明の実施例２を示すブロック図、第９図は同上の動
作説明図、第１０図は第８図の各部の信号を示す動作説
明図、第１１図は同上の速度演算手段の動作を示す動作
説明図である。 １は検知製送出手段、２は検知波受信手段、３は移動物
体、４は速度演算手段、４１は補正演算回路、４２は判
定演算回路、４５は温度検出部、４６は角度検出部であ
る。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 第１１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）検知波を送出する検知波送出手段と、送出された
   検知波の移動物体による反射波を受信する検知波受信手
   段と、検知波の送出周波数と受信周波数との差および媒
   質中の音速とに基づいて移動物体の移動速度を算出する
   速度演算手段とを備え、速度演算手段は移動物体の移動
   方向と検知波送出手段からの検知波送出方向とのなす角
   度に対応した角度検出信号を出力して角度補正を行なう
   角度補正手段を備えて成ることを特徴とする速度計測装
   置。
2. （２）上記角度補正手段は移動物体の移動方向と検知波
   送出手段からの検知波送出方向とのなす角度を測定する
   とともに、その角度に対応した角度検出信号を出力する
   角度検出部を備えて成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の速度計測装置。
3. （３）上記速度演算手段は媒質の温度を検出するととも
   に、その温度に対応した温度検出信号を出力する温度検
   出部を備えて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の速度計測装置。
4. （４）上記検知波送出手段は検知波を間欠的に送出し、
   角度補正手段は検知波送出後その反射波が受信されるま
   での時間によって移動物体までの距離を計測する距離計
   測手段を備え、移動物体の任意の２点における距離と、
   速度と、送波間隔とから角度検出信号を作成して成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の速度計測装
   置。