JPS61215982A

JPS61215982A - 自己診断超音波動作検知装置

Info

Publication number: JPS61215982A
Application number: JP61007138A
Authority: JP
Inventors: マス・エム・ジエイ・パンタス
Original assignee: American District Telegraph Co
Current assignee: American District Telegraph Co
Priority date: 1985-01-15
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1986-09-25
Also published as: ES8800772A1; AU5221586A; US4647913A; EP0191510A1; CA1256976A; ES550852A0; AU574632B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は侵入検知装置に係り、特に新規な自己診断超音
波侵入検知装置に関する。

〔発明の技術的な背１〕超音波侵入検知装置は、一般に超音波エネルギを保護す
べき領域に放射して浸入者が存在するとき生じるドツプ
ラ変化を伴った超音波エネルギを受信し、許可されてい
ない侵入者の存在を示す警報信号を形成する。送信およ
び受信は一般に超音波送受信機によって行われ、これは
振動膜、圧電結晶およびハウジング取付部材を有する電
気−機械要素をそなえる。これらの要素は年を経ると構
造的にも性能的にも劣化するものであり、仮に検知され
ずに点検もされずに放置されると故障および／または偽
の警報信号発生を招くことが博々である。

この種の送受信機用の一般的な電気的要素には水晶発ｖ
；ｐ、ｍおよび侵入者存在検知回路が含まれ、これらは
通常長い電線によって送受信機に接続されている。振動
、はんだ接続の劣化および他の要因により接続点からの
電線の接続を損（セし送受信機の送信および受信路に不
都合な開放回路状態を形成したり送受信機および組合わ
された電子検知回路に不都合な短絡回路を形成したりす
る。

超音波侵入検知装置の警報発生のもう１つの偽のおよび
故障の原因は、音管伝１１ｉ媒体の雰囲気条件が定常状
態から変化しても検知および補償がされないことである
。とりわけ過度の汚染、極度の温度変化および大気圧の
変化は音響伝播媒体を大幅に変化させて実際の装置の検
知範囲を拡大もしくは縮小し、偽の警報状態および警報
状態の不応動を惹起する。

超音波動作検知装置の実用性についてのもう１つの障害
は送受信機の近くに位置する物体によるもので、超音波
エネルギの送信および受信を阻害して侵入者の動作検知
に不具合を生じる。このようなことは、例えば超音波送
受信機の位置に到達して手で塞ぐように物体を放射およ
び受信路に置くことによって生じる。

〔発明の概要〕

本発明の自己診断超音波動作検知装置は、機械的、電気
的および音響的な故障および偽の警報条件の発生源を検
出して警報を発し、適当な修正を行うものである。

一般的に、本発明は送受信機の送信時の電気インピーダ
ンスは正常動作では定格範囲の値を有すると言う認識に
基いており、これにより予定外の強さの電気インピーダ
ンスの発生を検知して潜在的な機械的、電気的および音
響的に誘起された偽のおよび不応動の警報条件を検出す
ることを可能とする。このように、本発明の装置は劣化
した振動膜、圧電結晶およびハウジング欠陥のような潜
在的な電気−機械誤動作源とか、電気的な開放および短
絡回路状態のような潜在的な電気的誤差源とか、さらに
は周囲の伝播媒体の温度、圧力および汚染要因の変化の
ような潜在的音響的誤差源ならびに送受信機の近くでの
目隠しとかを検出し警報することができる。

本発明の自己診断超音波動作検出装置は、好ましい実施
例では保護空間に対し交互におよび順次超音波エネルギ
を送出して受信する第１および第２の超音波送受信機と
、この送受信機に接続され受信した超音波エネルＶのド
ツプラ変化成分を検出して許可されていない侵入者の存
在を示す信号を形成する信号処理回路とをそなえた超音
波動作検出サブシステムを有する。超音波送受信機に結
合された手段は送信中の送受信機の電気インピーダンス
のレベル表示を有する信号を形成するものである。送信
中の送受信機の電気インピーダンスを表わす信号のレベ
ルに応じて動作する手段が用いられ、送受信機の機械的
故障、電気回路故障、伝播媒体の異常な音響特性および
送受信機の目隠しのような自己診断警報信号を形成する
。送信中の送受信機の電気インピーダンスを表わす信号
は直流および交流信号成分を有し、自己診断警報信号形
成手段はこの直流および交流信号成分のレベルに応動し
て自己診断警報信号を形成する。この交流信号成分は、
２つの送受信機間の両方にあるもの、および各送受信機
毎にあるものからなる差動条件によって形成される潜在
的な誤差源を表わす。

〔発明の実施例〕

第１図において、符号１０は本発明の自己診断超音波動
作検出装置のブロック線図である。この装置１０は保護
されるべき空間に面している第１超音波送受信＠　１２
．ｌ’ｊよび離間して配された第２超音波送受信４１！
１１４を有する。破線のブロック１６で示されたマルチ
プレクサは送受信１！１１２．１４に接続されている。

発振器１８は発振固増幅器２０を介してマルチプレクサ
１６の信号入力端子に接続される。周波数逓降器２２が
マルチプレフナ１６のスイッチング周波数制御入力端子
と発信′ａ１８との間に接続されている。プリアンプ２
４はマルチプレクサ１６の信号入力端子に接続され、公
知の警報信号処理回路２６が増幅器２４の出力端子に接
続されている。

周波数逓降器２２の出力信号に応！１１Ｉするマルチプ
レクサ１６は送受信機１２．１４を、符＠　３１　、３
２で示すように一方の送受信機が送信モードのとき他方
が受信モードとなるように、発振器１８と警報信号処理
回路２６に交番的に繰返し切替える。たとえばマルチプ
レクサ１６のスイッチＳ１、Ｓ２の図示の位置では、送
受信機１２は超音波受信機として動作し、増幅器２４を
介して警報信号処理回路２６に接続されており、一方送
受信機１４は超音波送信機として作動し、増幅器２０を
介して発掘器１８に接続されている。マルチプレクサ１
６の制御入力端子にスイッチング信号の次のザイクルが
与えられると、送受信機１２は超音波送信機として動作
し、一方送受信機１４は超音波受信機として動作する。

上記の過程は周波数逓降器２２を介して変換された発振
器１８の出力信号と同期して継続する。

警報信号処理回路２６は送受信８１１２．１４から受信
した超音波信号の何らかのドツプラ変化成分に応動し、
保護空間内の侵入者の動作を示す警報信号を形成する。

本発明と同一の譲受人に与えられた米国特許第３，６６
５，４４３号および同第３，７６０，４００号を警報信
号処理回路の一例として引用する。

送受信ｌ９１１２．１４の各々はその送信モードにおい
て正常動作時の値の定格範囲内の特性電気インピーダン
スを示す。音響伝播媒体内の汚染要因および／または極
度の圧力および温度の変化ならびに送受信機１２．１４
の近くでの目隠しは伝播媒体の音響インピーダンスを変
える。このような変換動作上の現象により送信モードに
おける送受信機の電気的インピーダンスは比例的に変化
する。しかも欠陥のある撮動膜、圧電結晶、および電換
器ハウジングのひび割れのような電気−機械的故障状態
ならびに開放および短絡回路状態のような電気的故障状
態は送信モードで動作するとき送受信ｌ１１２．１４の
特性電気インピーダンスに検出できる変化を形成する。

後述するように、本発明は特性電気インピーダンスの変
化を検出する手段を有し自己診断警報信号を形成する。

破線ブロック２８で示される回路は発振器１８に結合さ
れていて、送信モードで送受信機１２．１４の電気イン
ピーダンスを表わすレベルの信号を形成する。図示実施
例において回路２８はいわゆる電流ミラー回路としての
整合トランジスタＴＩ　、Ｔ２を有し、トランジスタＴ
１のコレクタは増幅器２０の出力に接続され、またトラ
ンジスタＴ２のコレクタは抵抗３０を介して符号子Ｖで
示される低電圧源に接続されている。自己診断インピー
ダンス応答処理回路３２は抵抗３０とトランジスタＴ２
のコレクタとの間に接続されている。

送受信ｔｌ１１２．１４用の予め選択された一定の動作
電圧に対して、送信モードにおける送受信機の電気イン
ピーダンスの何らかの音響的、機械的または電気的変化
はトランジスタＴ１のコレクタへの電流に対応した変化
を生じる。トランジスタＴ２のコレクタを流れる電流は
トランジスタＴ１のコレクタを流れる電流を映したもの
であり、且つ抵抗３０の電圧降下はトラジスタＴ２の電
流に依存するから送信モードにおける送受信機１２．１
４の電気インピーダンスを表わすレベルを持つ電圧信号
がインピーダンス応答処理回路３２に与えられる。自己
診断インピーダンス応答回路３２は、送信モードにおけ
る送受信機の電気インピーダンスを表わす電圧信号が上
記直流および交流の境界内か否かを検出して不応動およ
び偽の警報信号の潜在的な機械的、電気的、音響的原因
を示す境界外状前の自己診断警報信号を形成する。

第２図において符号３４は、本発明の自己診断超音波動
作検出装置の自己診断インピーダンス応答回路の一例を
示す。送信モードにおける送受信機（第１図）の音響イ
ンピーダンスを表わす電圧の信号は、破線ブロック３６
で示される交流ウィンドウコンパレータおよび破線ブロ
ック３８で示される直流ウィンドウコンパレータに接続
されてる。符号で示される抵抗およびコンデンサ回路は
交流ウィンドウコンパレータ３６の回路に接続され電圧
信号の直流成分を阻止して交流成分を通す。

交流ウィンドウコンパレータ３６は、それぞれ符号子で
示された入力および符号−で示された入力を有し、これ
らは回路４０の出力に並列接続されている。コンパレー
タ４２の一人力は符号ＴＨ，（ＡＣ）で示される予め選
択された交流第１閾値レベルに接続され、またコンパレ
ータ４４のト入力は符号ＴＨ２（ＡＣ）で示される予め
選択された第２閾値レベルに接続されている。コンパレ
ータ４２．４４の予め選択された閾値は、送信モードに
おける送受信機１２．１４の電気インピーダンスを表わ
す電圧信号の交流成分の境界外レベルを検出するための
交流ウィンドウの上部境界および下部境界を決定するよ
うに選ばれる。コンパレータ４２．４４の出力はオアゲ
ート４６に接続されている。電圧信号の交流成分がコン
パレータ４２．４４の閾値で定まる定格値を超えるとき
は、対応するコンパレータはオアゲート４６を通る出力
信号を形成し境界外警報状態を示す。

直流ウィンドウコンパレータ３８は並列接続させた十人
力および一人力を有する２重コンパレータ４８．５０を
有し、コンパレータ４８．５０の各々の出力はオアゲー
ト４６に接続され、予め定められた入力は送信モードに
おける送受信機の電気インピーダンスを表わす信号レベ
ルを持った電圧に接続されている。コンパレータ４８の
一人力は符号ＴＨ。

（ＤＣ）で示される予め選択された直流第１閾値レベル
に接続され、またコンパレータ５０の十人力は符号ＴＨ
２（ＤＣ）で示される予め選択された直流第２囮値レベ
ルに接続される。コンパレータ４８．５０の予め選択さ
れた閾値は、送信モードにおける送受信機１２．１４の
電気インピーダンスをを表わす信号の直流成分の境界外
レベルを検出するための直流ウィンドウの上部境界およ
び下部境界を決定するように選ばれる。コンパレータ４
Ｂ、５０は境界性直流信号成分のレベルに応動して境界
外状態の警報信号指示を形成する。

第３Ａ図において、符号５２は逓降器２２（第１図）に
よって形成される同期マルチプレクサ制御信号の波形を
示している。符号５４で示される波形は送信モードにお
ける送受信機１２の出力であり、符号５６で示される波
形は送信モードにおける送受信機１４の出力である。マ
ルチプレク１ｊ１６（第１図）が制御入力に与えられる
波形５２のａｉｌｌｌｌｌにより切替えを行うと送受信
ｌ１１１２．１４は波形５４．５６を形成する。

第３Ｂ図において、符号５８は正常他作における送信モ
ードでの送受信１１１２．１４の電気インピーダンスを
表わす電気信号の波形である。機械的、電気的または音
響的にス起された故障および偽の警報状況の発生源が存
在しないと音響インピーダンスを表わす信号はＶｎｏ−
として示された定格直流電圧を有し、交流成分は有しな
い。定格電圧レベルは予め選択された直流レベルＴＨ（
ＤＣ）ＴＩ−１２（ＯＣ）により定まるウィンドウ内で
あり、コンパレータ４８．５０（第２図）もオアゲート
４６も動作しない。この場合、警報信号は形成されない
。

第３Ｃ図において、符＠６０は日によって空気密度、温
度および他のそのような要素が変化する場合の、送受信
機１２．１４が送信モードでの電気インピーダンスを表
わす電気信号の波形である。波形６０の大きさは直流ウ
ィンドウコンパレータ３８（第２図）の閾値内である。

コンパレータ３８は不動作状態に溜まり警報出力は生じ
ない。日毎に変化する空気密度等の要素は送受信機（第
１図）に同様に影響するから交流信号成分は形成されな
い。

第３図において、符号６２は例えば発振器１８（第１図
）によって発振信号が形成されないというような超音波
送受信機１２．１４（第１図）が共に開放回路状態にな
ったという電気故障状態の送信モ一度での送受信機１２
．１４の電気インピーダンスである。波形６２もまた損
傷した水晶発信器のような機械的故障原因を示しており
、超音波送受信機の近くでは気圧なしのようなｕ　”Ｐ
Ｉ　ＰＡ差状態を示している。これらおよび他の同様な
場合、電流ミラー回路２８（第１図）には電流信号が形
成されず、符号Ｖが付された電圧の全てが自己診断イン
ピーダンス応答処理回答への入力として生じる。この信
号レベルは直流ウィンドウコンパレータ３８（第２図）
の閾値を充分に超えるものでありオアゲルト４６（第２
図）は出力を生じ装Ｕは警報信号を形成する。

第３Ｅ図において、符号６４は超音波送受信機１２．１
４（第１図）が送信モードのときにそれらの間に差の電
気インピーダンスがあるとぎ交流ウィンドウコンパレー
タ３８（第２図）によって検出される状態での波形であ
る。波形６４は、たとえば送受信機１４ではなく送受信
機１２の伝播媒体の極度の汚染のような潜在的な音Ｗ誤
差発生源、送受信機１４ではなく超音波送受信機１２の
欠陥振動膜、電圧結晶あるいは１つまたはそれより多い
ハウジング欠陥、さらには超音波送受信Ｆｊ！１１４で
はなく超音波送受信１ｆｆ１２の面上の蒸気凝縮のよう
な雰ＩＪＩＩ気源の：Ａ差から生じる。これらおよび同
様の場合、送受信機１２．１４の電気信号を表わすレベ
ルのイ：号は差動的に変化し、回路４Ｇ（第１図）を通
過した後交流ウィンドウコンパレータ３６（第２図）の
境界外の図示しないレベルを有する交流信号が形成され
る。交流コンパレータは境界外条件に応動し、オアゲー
ト４６に出力を生じさせて警報信号を生じさせる。

第３Ｆ図において、符号６６は超音波送受信機１２が短
絡回路状態であって受信機１４はそうではない場合の送
信モードにある超音波送受信機１２．１４の電気インピ
ーダンス信号の波形である。この場合、電流ミラー回路
２８〈第１図）は最大Ｔｉ流を形成し、これにより自己
診断インピーダンス応答処理回路３２（第１図）に与え
られる電圧はトランジスタ下２コレクタ・エミッタ接合
の飽和電圧に等しい。

回路４０（第２図）を通過した後、波形６６は交流ウィ
ンドウコンパレータ３６（第２図）によって定まる交流
ウィンドウを超える図示しない信号特性を有し、オアゲ
ート４６が出力を生じ、警報信号が形成される。同様の
現象が超音波送受信機１２ではなく超音波送受信機１４
用の短絡回路状態でも起こる。

第３Ｇ図において、符号７０は送信モードの超音波送受
信機１２．１４の電気インピーダンスを表わすレベルを
持った波形を示しており、超音波送受信１ｊｌ１４はそ
うではないが送受信機１２は経年等により劣化している
。送信［−ドにおける送受信機１２．１４の他方がそう
でなく一方の経年劣化その他同様の現象は差動電気イン
ピーダンスを形成し、これは回路４０（第２図）を通過
した後に交流ウィンドウコンパレータによってインピー
ダンスとして検出され予め定められた閾値を超えること
により警報信号が形成される。

第３Ｈ図において、符号７２は超音波送受信機１２．１
４の伝播路の極度の温度または圧力条件および／または
温度の汚染のような環境誤差原因により両送受信機が同
時に境界外の電気インピーダンスを有する場合に、送信
モードにある超音波送受信機１２．１４の電気インピー
ダンスを表わすレベルを有する信号の波形である。電気
信号７２は直流ウィンドウコンパレータ３８（第２図）
により検出され警報信号が形成される。

第３１および３Ｊ図において、第３１図の符号７４は一
方の送受信機が目隠しされたときの送信モードにおける
送受信ｌ１１１２．１４の電気インピーダンスを表わす
レベルを有する信号の波形であり、第３Ｊ図の符号７６
は送受信１１１１１２．１４の両方が目隠しされたとき
の信号を示す波形である。超音波送受信機１２．１４の
一方または双方が目隠しされると自己診断インピーダン
ス応答信号処理回路の回路４゜（第２図）を通過した後
交流コンパレータによって検出できる図示しない交流成
分が形成され、警報信号が形成される。

本発明の特許請求の範囲記載の範囲を離れることなく当
業者が多くの変形例を想到し得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自己診断超音波動作検知装置のブロッ
ク線図、第２図は本発明の自己診断超音波動作検知装置
の一部の回路図、第３図は第Ａ図乃至第３Ｊ図により本
発明の自己診断超音波動作検知装置の動作を説明するた
めの波形図である。１２．１４・・・送受信機、１６・・・マルチプレクサ
、１８・・・発掘器、２０・・・発Ｗｉ器増幅器、２２
・・・周波数逓降器、２４・・・ブリアリンプ、２６・
・・警報信寓処理回路、２８・・・電流ミラー回路、３
０・・・抵抗、３２・・・自己診断インピーダンス応答
処理回路、３６・・・交流ウィンドウコンパレータ、３
８・・・直流ウィンドウコンパレータ、４２．４４．４
８．５０・・・コンパレータ、４６・・・オアゲート。外する手続ネ…正書（方式）昭和６１年４月１０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１超音波送受信機と、第２超音波送受信機と、周波数源と超音波検出器と、前記第１送受信機、前記第２送受信機、前記周波数源、
および前記超音波検出器に結合されて前記第１送受信機
および前記第２送受信機を前記周波数源および前記超音
波検出器に個別に交互接続し、前記第１送受信機が前記
周波数源と接続されているとき前記第２送受信機が前記
超音波検出器に接続されあるいはこの逆の接続関係とな
るように接続する第１手段と、この第１手段と接続され
て前記第１および第２送受信機が個別に前記周波数源に
接続されたとき前記第１および第２の送受信機の各々の
電気インピーダンスを表わす固定可能な特性を有する電
気信号を形成する第２手段と、予め選択された定格特性
を決定し且つ前記第２手段に結合されて前記電気信号の
固定可能な特性が予め決定されている定格特性に適合す
るか否かに応じて自己診断警報信号を形成する第３手段
とをそなえた自己診断超音波動作検知装置。
（２）上記第１項記載の装置において、前記第１手段は
マルチプレクサを有する自己診断超音波動作検知装置。
（３）上記第２項記載の装置において、前記マルチプレ
クサはそのスイッチング動作を制御するための周波数源
に接続されている自己診断超音波動作検知装置。
（４）上記第１項記載の装置において、前記体２手段は
、前記第１および第２の送受信機が個別に前記周波数源
に接続されたとき前記第１および第２の送受信機の各々
の電気インピーダンスに比例した大きさの電流信号を形
成する電流ミラーを有する自己診断超音波動作検知装置
。
（５）上記第４項記載の装置において、前記第２手段は
、前記第１および第２の送受信機が個別に前記周波数源
に接続されたとき前記第１および第２の送受信機の電気
インピーダンスを表わし前記電流のレベルに比例した電
圧レベルを有する信号を形成する電流応動手段をさらに
有する自己診断超音波動作検知装置。
（６）上記第５項記載の装置において、前記第３手段は
、電圧信号に応動する予め選択された閾値を有し、この
閾値を超える電圧に応動して自己診断警報信号を形成す
る電圧コンパレータを有する自己診断超音波動作検知装
置。
（７）上記第１項記載の装置において、前記第１および
第２の送受信機が個別に前記周波数源に接続されたとき
前記第１および第２の送受信機の各々の電気インピーダ
ンスを表わす電気信号は直流成分を有し、且つ前記第３
手段は前記直流成分が前記予め選択された直流閾値を超
えたか否かに応じて自己診断警報装置を形成するための
前記直流成分に応じた予め選択された直流閾値を有する
直流ウィンドウコンパレータを有する自己診断超音波動
作検知装置。
（８）上記第１項記載の装置において、前記第１および
第２の送受信機が個別に前記周波数源に接続されたとき
前記第１および第２の送受信機の各々の電気インピーダ
ンスを表わす電気信号は交流成分を有し、且つ前記第３
手段は前記交流成分が前記予め選択された交流閾値を超
えたときはいつでも前記自己診断信号を形成するように
前記電気信号の前記交流成分に応動する予め選択された
交流成分を有する交流ウィンドウコンパレータを有する
自己診断超音波動作検知装置。
（９）電気機械的、電気的および音響的発生源の少くと
も１つによって生じるサブシステム誤差を取扱う超音波
送信機を有する超音波検知サブシステムと、この超音波
検知サブシステムに結合され前記超音波送信機のインピ
ーダンスを表わす電気信号を形成する手段と、この電気
信号に応動し潜在的なサブシステム検知誤差源を示す自
己診断警報信号を形成する手段とをそなえた自己診断超
音波動作検知装置。
（１０）上記第９項記載の装置において、前記電気信号
は直流成分を有し、前記警報信号形成手段は前記超音波
送受信機のインピーダンスを表わす電気信号の前記直流
成分に応動する自己診断超音波動作検知装置。
（１１）上記第９項記載の装置において、前記超音波送
信機のインピーダンスを表わす前記電気信号は交流成分
を有し、前記警報信号形成手段は前記超送受信機のイン
ピーダンスを表わす前記電気信号の交流成分と応動する
自己診断超音波動作検知装置。
（１２）上記第９項記載の装置において、前記超音波送
信機のインピーダンスを表わす前記電気信号はその値を
有する電圧である自己診断超音波動作検知装置。