JPS6245600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を用いた警戒方式に関し、更に
詳細に述べると、反射物体の多い一般室内にパル
ス式超音波警報装置を設置した場合においても侵
入者を確実に検出することができる警戒方式に関
する。

従来、超音波パルスを所定の警戒区域に向けて
発射する毎に得られる警戒区域からの反射パター
ンを、予め記憶されている基本反射パターンと比
較し、両パターンの差異を調べることにより侵入
者の有無を検出するようにした超音波を用いた警
報装置が提案されている。この種の警報装置は、
上述の如く基本反射パターンと実際に得られる反
射パターンとの差から侵入者の有無を検出するも
のであるから、非常に遅い速度で移動する侵入者
をも検出できる反面、壁、机、ロツカー、その他
室内にある静止物体からの反射波の影響を受け、
このような場所では、思わぬ所に検出不能領域が
生じる虞れがある。従つて、超音波警報装置を設
置後、机、ロツカー等を移動して室内のレイアウ
トを変更すれば、監視範囲が大幅に変化し、超音
波センサーの設置場所を変更しなければならなく
なる等の欠点を有している。このため、この種の
超音波警報装置は、反射波が少なく、レイアウト
の変更を行う機会の少ない場所、例えば廊下、階
段等の通路、或は玄関ロビー等にのみ設置されて
いるのが現状である。

従つて、本発明の目的は、一般の事務所の室内
の如き反射物体の多い区域においても、検出不能
領域が少なく極めて安定に動作し、信頼性の高い
検出動作を行なわせることができる超音波を用い
た警戒方式を提供することにある。本発明の方式
では、上記目的を達成するために、各々が扇状の
指向特性を有する２つの異なつた周波数の超音波
を１つの送信機から同時に警戒区域の異なつた方
向に発射し、各送出超音波による受信反射波を周
波数差を利用して分離して取出し、警戒区域の近
距離区域と遠距離区域とを、反射波の到着時間差
をもとに区分して処理している。

以下、図面を参照しながら本発明の方式を詳細
に説明する。

第１図には、本発明の方式によつて所定の警戒
区域内に侵入するものを検出して警報を発するた
めの超音波警報装置がブロツク図にて示されてい
る。この超音波警報装置１は、発振器２，３から
の発振信号S₁，S₂により夫々別個に駆動されて超
音波パルスP₁，P₂を夫々発生すると共に、これら
の超音波パルスP₁，P₂による反射波を受信して電
気信号S₃，S₄に変換するための送受信用トランス
ジユーサ４，５を有している。発振器２の発振信
号S₁の周波数は_１に設定されており、一方、発
振器３の発振信号S₂の周波数は_１と異なる別の
周波数_２に設定されていて、後で詳しく述べる
演算処理部６からの起動パルスS₅によつて各発振
器２，３が夫々発振信号S₁，S₂を短時間だけ出力
し、各送受信用トランスジユーサ４，５から超音
波パルスP₁，P₂が出力される。

これらの送受信用トランスジユーサ４，５は、
第２図ａ、第２図ｂに示すように、所定の外筐７
に収納されて警戒を行うべき室８の天井近くに配
置される。トランスジユーサ４からの超音波パル
スP₁は符号９で示す略扇形の指向性をもつ超音波
送信信号として、警戒区域である室８の遠距離領
域に向けて発射され、一方、トランスジユーサ５
からの超音波パルスは符号１０で示す同じく略扇
形の指向性をもつ超音波送信信号として、室８の
近距離領域に向けて、即ち、トランスジユーサの
略直下に向けて発射される。これらの超音波送信
信号が室８内の各物体、壁、床等によつて反射さ
れた反射波は、送受信トランスジユーサ４，５の
双方により受信される。

第１図に戻ると、送受信トランスジユーサ４，
５により受信された受信波は、各トランスジユー
サ４，５により受信反射波に対応した電気信号
S₃，S₄に変換されて取出され、増幅器１１の入力
に共通に入力されて増幅され、受信信号S₅として
取出される。従つて、受信信号S₅中には周波数
_１の成分と、周波数_２の成分とが混在してい
る。この受信信号S₅は中心周波数が_１バンドパ
スフイルタ１２と、中心周波数が_２のバンドパ
スフイルタ１３とに入力され、バンドパスフイル
タ１２からは超音波パルスP₁の反射波成分の信号
S₆が取出され、AM検波器１４によつて包絡線検
波が行なわれて信号S₆の包絡線成分である検波出
力S₇が取出される。一方、バンドパスフイルタ１
３からは超音波パルスP₂の反射波成分の信号S₈が
取出され、AM検波器１５によつて包絡線検波が
行なわれて信号S₈の包絡線成分である検波出力S₉
が取出される。両検波出力S₇，S₉はスイツチ回路
１６に入力され、演算処理部６からの切換制御信
号S₁₀によつていずれかの出力が選択的にアナロ
グ−デイジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１７に入
力される。

切換制御信号S₁₀による検波出力の選択的取出
しは、主として近距離領域の警戒を行なうための
超音波パルスP₂による反射波の主要部分と、主と
して遠距離領域の警戒を行うためパルスP₂と同時
に送出される超音波パルスP₁による反射波の主要
部分とを各検波出力から取出すために実行され
る。従つて、例えば、超音波パルスP₁，P₂を発射
後、時間ｔ_bまでは検波出力S₉を選択的に取出
し、時間ｔ_b以後は検波出力S₉を選択的に取出す
ようにする。若し、t₂＝30〔ｍｓ〕とすれば、外
筐７から１〔ｍ〕離れた所からの反射波は超音波
パルスを発射後約６〔ｍｓ〕後に到達するので、
トランスジユーサから５〔ｍ〕以内の距離の場所
は周波数_２の超音波パルスによつて監視し、ト
ランスジユーサから５〔ｍ〕以上離れた場所は周
波数_１の超音波パルスによつて監視することに
なる。

このように、周波数_２のパルスによる近距離
の反射パターン情報と、周波数_１のパルスによ
る遠距離の反射パターン情報とを含んで成るスイ
ツチ回路１６からの合成反射パターン信号S₁₁は
Ａ／Ｄ変換器１７によりデイジタルデータS₁₂に
変換されて演算処理部６に入力される。

演算処理部６は、主としてマイクロプロセツサ
とICメモリとから成り、ここで上述の如くして
得られた合成反射パターン情報と予め用意されて
メモリされている基本パターンとが比較される。
反射パターンと基本パターンとを比較するにあた
つて、基本パターンを予めどのように選択決定す
るかの一例を以下に述べる。

一般に、この種の超音波警報装置を室内に設置
した場合、侵入者がいなくても、室内の空気の熱
勾配、隙間風等で超音波の通過経路及び伝達時間
の変動があるため、反射波同志に位相のずれが生
じ、受信波の振幅情報として得られる反射パター
ンは常に変動している。この変動量は、装置の設
置場所、季節、時刻、反射波の到着時間により変
わるため、予め推定した最大値で基準を設定し、
この設定値を越えた場合に侵入者ありと判断する
ように装置をセツトすると、監視範囲が狭くな
り、或は誤報が多くなる等の理由により実用にな
らないのが普通である。この欠点を解消するた
め、本装置では、演算処理部６にマイクロプロセ
ツサを設け、時々刻々変わる反射パターンの変動
量の平均値を計算し、この平均値を基準にして侵
入者の有無を判断するようになつている。

上述のパターン処理方法を第２図及び第３図を
参照しながら説明する。一般に、Ａ／Ｄ変換器１
７に入力される合成反射パターン信号S₁₁の波形
は、第３図に示すようになる。ここで縦軸は反射
パターン信号S₁₁の大きさｘ、横軸は時間軸でｉ
は離散値でサンプル点１、２、３、………を示
す。以下、本明細書では、ｉをチヤンネルと称
し、ｘ_i、_tは時刻ｔにおける反射パターン信号の
ｉチヤンネルの大きさを示すこととする。各チヤ
ンネル毎にＡ／Ｄ変換器１７から得られるｘ_i、_t
の値を用い、マイクロプロセツサにより次の計算
が行なわれる。_i 、_t＝｛（Ｃ_o−１）_i、_t-1＋ｘ_i、_t｝×１／Ｃ_o σ_it＝ｘ_i、_t−_i、_{t-1 i} 、_t＝｛（Ｃ_o−１）_i、_t-1＋σ_i、_t｝×１／Ｃ_o α＝σ_ｉｔ／σ_ｉｔ−１ こゝで_i 、_t：時刻ｔでのｉチヤンネルの反射波の平均
値 Ｃ_o：平均値を出すための平滑定数 σ_i、_t：時刻ｔでのｉチヤンネルでの反射波の変
動量_i 、_t：時刻ｔでのｉチヤンネルの反射波の変動
の平均 こゝでＣ_oを適当に設定することにより、過去
数分、又は数時間の間の統計量が求まる。こゝで
例えばα６のとき侵入者があるというようにプ
ログラムを組めば、隙間風等で反射波が変動して
いるチヤンネルでは、自動的に検出感度が下ると
共に、反射波が少く、変動の少いチヤンネルで
は、自動的に感度が上るように、周囲の環境に応
じて、チヤンネル毎に感度を設定し、統計的検定
を行う事になり、誤報率が極端に少くなると共に
監視範囲も合理的に決ることとなる。従つて机
や、ロツカー等からの反射波により、ｘ_i、_t、の
大きいチヤンネルでは、隙間風、その他の空気擾
乱により、_i、_tが大きくなり、感度が下がるの
で、できるだけ室内からの反射波を少くすれば、
監視範囲が広く、安定することがわかる。本発明
は_i、_tを小さくしようとするのが主眼である。

次に、第１図に示した装置の動作を、第２図及
び第４図を参照しながら説明する。

第２図ａ、第２図ｂに示すように、第１図に示
す装置１によつて警戒される室８には、机１８，
１９、椅子２０，２１、書類用ロツカー２２，２
３，２４が置かれており、超音波パルスP₁のビー
ム角θ_１は超音波パルスP₂のビーム角θ_２より小
さくなるように設定されている。各超音波パルス
の指向性を図示の如き形状とすることは、各トラ
ンスジユーサ４，５の開口部に所定の形状のホー
ンを取付けることにより容易に行なえる。各パル
スの放射ビームの形状を扇形とし、横方向の拡が
りに比して上下方向の拡がりをできるだけ狭くす
るようにすることにより、一般に立つた状態で侵
入してくる侵入者に対しては死角をなくし、机、
ロツカー等の備品からの反射を極力少なくするこ
とができる。各トランスジユーサ４，５から、上
述の如きパターンの超音波パルスP₁，P₂が時刻ｔ
_aにおいて発射されると（第４図ａ、第４図ｂ参
照）、各検波出力S₇，S₉は第４図ｃ、第４図ｄに
示すような波形となる。即ち、検波出力S₇は、超
音波パルスP₁の出力に応答して時刻ｔ_a以後反射
波を発生しはじめるが、時刻ｔ_b以前はそのレベ
ルは極めて小さい。時刻ｔ_b以後においては、机
１６によつて反射された反射波が到達し、第４図
ｃにおいて符号r₁で示す小さな山が現われ、以
後、ロツカー２２，２４による反射波が山r₂，r₃
として現われる。ここで超音波パルスP₁は第２図
ａ、第２図ｂに示すように指向性がもたらされて
いるので、机１６、ロツカー２２からの反射波は
小さく、ロツカー２４からの反射波は大きなもの
となつている。一方、検波出力S₉も、超音波パル
スP₂の出力に応答して時刻ｔ_a以後反射波を発生
しはじめるが、時刻ｔ_b以前においてはそのレベ
ルは極めて小さい。時刻ｔ_b経過後は、机１６か
らの反射波が受信されるので、これに対応した大
きな山r₄が現われ、以後、ロツカー２２及び２３
による反射波r₅，r₆が現われている。これらの反
射波の山の大きさがパルスP₂の指向性に関連して
現われている。

これらの検波出力S₇，S₈は、前述の如く、スイ
ツチ回路１６により、時刻ｔ_aからｔ_bまでの間は
出力S₉を選択し、時刻ｔ_b以後は出力S₇を選択す
ることにより第４図ｅに示す如き波形の合成反射
パターン信号S₁₁が取出される。この時刻ｔ_bは、
検波出力S₉において１番目の大きな反射パターン
の山r₄が発生する直前に選ばれる。このようにし
て得られた信号S₁₁によつて室８を監視すると、
トランスジユーサの設置点近傍の領域においては
パルスP₂により侵入者の監視を行ない、設置点よ
り遠い領域においてはパルスP₁により侵入者の監
視を行なうことになる。従つて、一般に反射波の
大きな山r₄，r₅の近傍では、侵入者によつて生ず
る反射波が現われても、通常の変動の平均_i、_t
に比べて小さな変化しか現われないため、検出が
不可能となるが、本発明によるこの実施例では、
これらの大きな反射波の山r₄，r₅を生じない遠距
離を監視するためのパルスP₁の反射波を用いると
共に、パルスP₁によつては監視することができな
い死角部分は、近距離を監視するためのパルスP₂
の反射波を用いて監視を行なうので、侵入者があ
つた場合にはこれを確実に検出することができ
る。ここで、若し、超音波パルスP₁のビームの拡
がりを上下、左右に大幅に拡げ、パルスP₁のみで
室８全体の監視を行う場合には各備品及び床面か
らの反射波成分が大きくなり、侵入者の確実な検
出を行うことが難しくなる。演算処理部６は、上
述の如くして得られた反射パターンと、この反射
パターンと対比すべき基本パターンとを比較し、
侵入者があると判断した場合には、ブザーの如き
警報装置３０を作動して侵入者があつたことを知
らせる。

このように、遠距離監視用の超音波パルスP₁
と、近距離監視用の超音波パルスP₂とを周波数を
異ならせしめて送出し、パルスP₁は左右の拡がり
を比較的せまくした扇状の放射パターンとし、パ
ルスP₂は左右の拡がりを比較的ひろくした扇状の
放射パターンとしたので、一般室内の如き、机、
ロツカー等が設備されている空間に侵入した者を
確実に検出することができる。

尚、上記実施例では、超音波パルスを２種類使
用した場合について述べたが、室の広さに応じ
て、２つ以上適宜の数の異なつた周波数の超音波
パルスを用いて構成してもよい。

本発明によれば、上述の如く、一般の室内の如
く、反射物体の多い空間の警備を行う場合にあつ
ても、検出不能領域が少なく、また侵入者以外の
反射物体からの反射波の影響を著しく軽減するこ
とができるので、極めて安定に動作し、信頼性の
高い検出を行なえる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方式による警戒を用うための
超音波警報装置の一実施例のブロツク図、第２図
ａ、第２図ｂは第１図の装置が取付けられる警備
空間の一例を示す平面図及び側面図、第３図、第
４図ａ乃至第４図ｅは第１図の装置の動作を説明
するための波形図である。 １……超音波警報装置、４，５……送受信用ト
ランスジユーサ、６……演算処理部、P₁，P₂……
超音波パルス、S₁₁……合成反射パターン信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パルス状の超音波を所定の警備区域に向けて
   発射し、その反射波パターンを所定の基本パター
   ンと比較することにより侵入者の有無を検出する
   超音波を用いた警戒方式において、周波数が異な
   る複数の超音波パルスを近距離監視用および遠距
   離監視用パルスビームとして所定の警備区域の異
   なつた方向に向けて夫々発射し、得られた反射波
   を前記周波数の種類別に分離し、分離して得られ
   た各反射パターン信号のうち、近距離監視用パル
   スビームの反射パターン信号からはある領域以遠
   をカツトし、遠距離監視用パルスビームの反射パ
   ターン信号からは該領域以内をカツトして一連の
   合成反射パターン信号を得、該合成反射パターン
   信号を所定の基本パターンと比較することを特徴
   とする超音波を用いた警戒方式。 ２ 前記複数の超音波パルスの各々が扇状ビーム
   パターンをもつて前記警備区域に発射されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波
   を用いた警戒方式。