JPWO2006043302A1 - 移動体速度測定システム - Google Patents

Abstract

特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える。

Description

本発明は、移動体測定システムに係り、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能な移動体測定システムに関する。

本発明に関する現時点での技術水準をより十分に説明する目的で、本願で引用され或いは特定される特許、特許出願、特許公報、科学論文等の全てを、ここに、参照することでそれらの全ての説明を組入れる。

従来、ラジコンの自動車等の玩具の速度計測する速度測定方法は、２つのセンサを利用したものが一般的である。すなわち、所定の間隔で配置された２つの光線発生装置と、これらの光線を受信する光センサを配置し、この２つの光線を自動車が通過して光線同士の距離と光線を自動車が通過した時間差とから自動車通過時の速度を測定する方法である。この方法の場合、光線発生装置２個を別々に設置すると、光線発生装置間の距離を正確に設定して計測する必要がある。精度は計測精度に依存することとなる。

また、各光線発生装置と光センサ結ぶ線、すなわち光線が通過する軌跡は互いに平行である必要があり、軌跡の長さも同一長でなければならない。

さらに、自動車はこの光線の軌跡に対して垂直に通過する必要がある。すなわち、自動車の光線間を通過する距離が異なることにならからである。

従って、光線を通過した時間で計測する方法は、精度の向上が難しく、測定準備に工数が発生し、測定設備等が大掛かりとなるという課題を有していた。

そこで、特許文献１のように、ゲート部材に予め移動体の検出手段を組み込んだ発明が提案されている。

しかしながら、精度の向上が難しく、測定準備に工数が発生という課題は、解決するものの測定設備等が大掛かりとなる課題が未解決である。さらに測定する自動車の形状や速度によって異なるゲートが必要となる等の課題が生じていた。

一方、速度計測装置として広く使用されているものとして、スピードガンが挙げられる。スピードガンは、ＳＨＦ帯の電磁波を発信し、移動体からの反射波と発信波とからドップラー効果により移動体の速度を算出するものである。特徴として、移動体の速度が一定速度以上であることが必要となる。例えば移動体の測定可能速度は時速１ｋｍ／ｈ以上５００ｋｍ／ｈ以下等である。ラジコンの自動車のように１ｋｍ／ｈ未満では計測が難しい。

また、移動体との距離も一定距離が必要である。具体的には６ｍ〜１８００ｍであり、ラジコンの自動車と操作者の距離のような至近距離で計測することは難しい。

さらに、計測対象についても小さい場合は、表面がボールのように一様な面であることが望ましい。従ってラジコンのような小型で表面形状が複雑な場合は誤測が発生し易い。

その上、スピードガンは、電磁波を放射させて反射させるため、電磁波に一定の出力が必要とされる。また、部品等のコストも必要となる。

これに対して、特許文献２のように移動する電波発射源の電波を受信して移動速度を算出する速度測定システムが提案されているが、反射を使用しないため移動体の表面形状に左右される課題については解決されるものである。

しかしながら、電磁波を使用するため速度や測定距離についての課題には十分な対応されていないものである。

特開平０９−３２５１５５号公報 特開２０００−２７５３３４号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的とすることは特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号から前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部により、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能とすることにある。

他の目的は、特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を用いることで、１ｋｍ／ｈ未満の低速でも速度を容易に測定することが出来る。

また、前記超音波信号出力部を移動体に搭載したことにより直接波を利用するので出力部の負荷を減少させることにある。

更に他の目的は、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部によって至近距離での測定を実施することにある。

その上、他の目的は、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部によって、速度の測定を精度良く行なうことにある。

そして他の目的は、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部は正確な速度が算出されることにある。

また他の目的は、算出した結果を表示する表示部により容易に速度を認識することにある。

更に他の目的は、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備えることで、低電圧の電池であっても十分に振幅の大きな超音波を発生させることにある。

その上、他の目的は、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されることで、同時に複数の移動体が近接して走行しても同時に測定できるようにすることにある。

そして他の目的は、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを備える微小な超音波信号も容易に検出可能とすることにある。

また他の目的は、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを備えることで、必要な差分信号のみを抽出することにある。

更に他の目的は、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されるので、送信周波数が変更されても対応が可能とすることにある。

その上、他の目的は、前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備えることにより誤差のない測定が可能とすることにある。

そして他の目的は、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備えることで、容易に速度の測定をすることにある。

また他の目的は、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることで本発明システムを無線制御可能とすることにある。

更に他の目的は、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されることで、本発明のシステムの超音波発生制御を可能にすることにある。

その上、他の目的は、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されることで、演算結果を無線操縦制御部に伝達することにある。

そして、他の目的は、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されることにより、本システムにおける測定内容を移動体にフィードバック可能とすることにある。

また他の目的は、前記超音波センサ出力部は、１以上の特定方向に指向性を有することで、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とすることにある。

更に他の目的は、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないことで、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とすることにある。

その上、他の目的は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示することで、精度の高い測定を可能にすることにある。

そして、他の目的は、超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具を提供することで無線操縦移動体玩具の正確な速度測定を可能にすることにある。

本発明の主旨の第１の側面は、特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号から前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える移動体速度測定システムを提供することにある。

また、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備えるものである。

さらに、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されるものである。

その上、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを備えるものである。

そして、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを備えるものである。

加えて、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されるものである。

続いて、前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備えるものである。

また、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備えるものである。

さらに、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることを特徴とするものである。

その上、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されるものである。

そして、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されるものである。

加えて、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されるものである。

続いて、前記超音波センサ出力部は、１以上の特定方向に指向性を有するものである。また、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないものである。

本発明の主旨の第２の側面は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示する移動体速度測定方法である。

本発明の主旨の第３の側面は、超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具である。

本発明は上記のように特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備えたので、低速度の移動体でも高精度に速度を測定可能という効果がある。

また、本発明に係る超音波ドップラーを利用した速度測定において、超音波の送信と、超音波の受信とを機構として分離したことによりシステム全体としてコンパクトとなり、誤差要因である長さ計測精度や走行位置精度が要求されないため、計測が高精度となった。さらに構成がコンパクトであるため、製造工数や材料の点で安価に実現可能と安価となった。

また、測定が受信機を送信機に向けるだけと単純な方法で実現できるので、不必要な長さの計測、位置の設定がないため高精度な測定が可能である。

また、直接波で検出するため、送信機が低出力であり、回路が簡単であり、製造工数や部品材料が安価となる。

さらに超音波を移動体に対して反射させずに、被測定物から信号が出力されているので、被測定物の反射面の形状や大きさに左右されることが無いため測定精度が向上する。

特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を設けたので、１ｋｍ／ｈ未満の低速でも速度を容易に測定することが出来るという効果がある。

また、前記超音波信号出力部を移動体に搭載したので、直接波を利用するので出力部の負荷を減少させるという効果がある。

更に、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部を設けたので、至近距離での測定を実施するという効果がある。

その上、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部を設けたので、速度の測定を精度良く行なうという効果がある。

そして、検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出する算出部を設けたので、正確な速度が算出されるという効果がある。

また、算出した結果を表示する表示部を設けたので、容易に速度を認識するという効果がある。

更に、前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを設けたので、低電圧の電池であっても十分に振幅の大きな超音波を発生させるという効果がある。

その上、前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成されたので、同時に複数の移動体が近接して走行しても同時に測定するという効果がある。

そして、前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを設けたので、微小な超音波信号も容易に検出可能とするという効果がある。

また、前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを設けたので、必要な差分信号のみを抽出するという効果がある。

更に、前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成されたので、送信周波数が変更されても対応が可能とするという効果がある。

その上、前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを設けたので、誤差のない測定が可能という効果がある。

そして、前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを設けたので、容易に速度の測定をするという効果がある。

また、前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されたので、本発明システムを無線制御可能とすることができるという効果がある。

更に、前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続されたことで、本発明のシステムの超音波発生制御を可能にするという効果がある。

その上、前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続されたことで、演算結果を無線操縦制御部に伝達するという効果がある。

そして、前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続されたので、本システムにおける測定内容を移動体にフィードバック可能とするという効果を有する。

また、前記超音波センサ出力部は、１以上の特定方向に指向性を有するようにしたので、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とするという効果がある。

更に、前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しないことで、指向性に左右されること無く精度の高い測定を可能とするという効果がある。

その上、本発明は、移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示するので、精度の高い測定を可能にするという効果がある。

そして、本発明は超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具を提供したので、無線操縦移動体玩具の正確な速度測定が可能になるという効果がある。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明に係る移動体速度測定システムの概念図を図１Ａ、１Ｂ，１Ｃに示す。図１Ａは、本発明に係る移動体速度測定システムにおける移動体の側面図を示す。移動体である自動車玩具２の上部に本発明に係る移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部４が自動車玩具２の屋根部に前方に超音波が放出されるように搭載されている。

一方、図１Ｂは本発明に係る動体速度測定システムの受信部６の側面図を示す。受信部６は前記超音波を受信し速度を算出する本体８と、本体８から傾斜して突設される把持部１０の接続部分近傍に受信を開始するトリガー１２が設けられる。

図１Ｃは、本発明に係る動体速度測定システムの操作板１４の正面図を示す。本体８の正面には超音波受信部が設けられ、一方正面に対する裏面に操作板１４が設けられる。操作板１４には、計測した速度を表示する速度表示板１６と速度単位を切替るための速度単位切替スイッチ１８等が設けられる。

さらに、図１Ｄと図１Ｅとを用いて図１Ｄに超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムを示し、図１Ｅに受信部６のブロックダイヤグラムを示す。

本発明に係る移動体速度測定システムは、移動体２と、超音波信号出力部４と、超音波信号受信部２０と、検出部２２と、算出部２４と、表示部２６とからなり、移動体２は超音波信号出力部４を搭載し、超音波信号出力部４は３８ＫＨｚの超音波信号を生成して出力するよう構成される。超音波信号受信部２０は出力された超音波信号を受信するよう構成される。検出部２２は、前記超音波信号受信部２０で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する。算出部２４は検出された差分信号から前記移動体の速度を算出するよう構成される。表示部２６は、算出部と、算出した結果を表示するよう構成される。

超音波信号出力部４は、特定周波数、ここでは３８ｋＨｚの信号を発信する送信用発信回路２８と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路３０と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路３２と超音波振動子３４を含む。また６Ｖの電源３３が送信用発信回路２８と昇圧回路３０とに接続される。

送信用発信回路２８は、水晶発振子を備える回路が望ましい。昇圧回路３０は、昇圧コイルからなる昇圧回路と、スイッチングレギュレータからなる回路、ＤＣ−ＤＣコンバータからなる回路のいずれであっても良い。

超音波センサ駆動回路３２は、例えば２つの論理回路のインバータ素子を並列に接続して超音波発振子３４の電極ごとに接続されて駆動するが、超音波発振子３４の一方の電極はキャパシタ３６を介して超音波センサ駆動回路３２と接続される。キャパシタ３６を介することで、直流成分がカットされ、駆動電圧の２倍の電圧が超音波発振子３４に印加される。

超音波発振子３４は、BaTiO₃、PZT（ピエゾ素子）、PbTiO₃等から構成される送信用の超音波発振子であって、防滴形と開放型のいずれであっても良く、超音波センサ駆動回路３２に駆動されて３８ｋＨｚの超音波を送信する。ここで、超音波発振子３４は指向性を有するが移動体の進行方向を向くように配置される。

受信部６は、図１Ｅに示すように超音波信号受信部２０と、検出部２２と、算出部２４と、表示部２６とから構成される。

超音波信号受信部２０は、超音波振動子等からなる受波器３８を含む超音波センサ入力部４０と、受波器３８からの信号を増幅する増幅部４２とから構成される。

超音波振動子等からなる受波器３８は、BaTiO₃、PZT（ピエゾ素子）、PbTiO₃等から構成される受信用の超音波発振子であって、防滴形と開放型のいずれであっても良く超音波信号を受信して音波に変換するように構成される。

増幅部４２は、受波器３８からの信号を増幅して受信信号として出力する機能を備えるものであり、例えばオペアンプを含む増幅回路から構成される。

検出部２２は、特定周波数すなわち、３８ｋＨｚの信号を基礎発振として発振させる受信用発振回路部４４と３８ｋＨｚの信号と前記増幅部４２で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部４６と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部４８とを備える。

受信用発振回路部４４は、水晶発振子を備える回路が望ましい。昇圧回路３０は、トランスの巻き数に比例して昇圧させる昇圧回路と、スイッチングレギュレータからなる回路、ＤＣ−ＤＣコンバータからなる回路のいずれであっても良いが、特に発振回路の周波数が本発明の精度に関わるため安定して同一の周波数で発振する回路であることが望ましく、特に水晶発振子を使用することが好ましい。

周波数差分抽出回路部４６は、自動車２に搭載された超音波信号出力部４から出力される超音波信号と受信用発振回路部４４の発生させる基本信号を合成させて波の和と差の法則により発生する差分信号を生成するための回路である。これは、自動車２に搭載された超音波信号出力部４から出力される超音波信号が、自動車２の移動によりドップラー効果が生じて周波数が偏移するために本来同一である基本周波数との差が生じるよう構成される。

ローパスフィルタ部４８は、周波数差分抽出回路部４６で発生した和と差の成分を含む差分信号のうち速度を求めるために必要な差の成分を抽出するために高周波成分である和の信号を減衰させるよう構成される。オペアンプと受動回路からなる回路、スイッチドキャパシタフィルタ、またはＤＳＰを含めたデジタルフィルタから構成される。

算出部２４は、ローパスフィルタ部４８を通過した信号をサンプリングするサンプリング部５０とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部５２と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部５２を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部５４とを備えるが、これらは何れも図示はされていない。このローパスフィルタ部４８のカットオフ周波数は（４１ｋＨｚ）である。

サンプリング部５０は、ＡＤ変換回路であり、サンプリングレート２ＭＨｚでローパスフィルタ部４８を通過したアナログ信号をデジタル化して逐次、サンプリング時間毎の周波数値をメモリ５６に蓄積するよう構成される。

バンドパスフィルタ部５２は、メモリ５６に蓄積された信号をソフトウェアによるフィルタ処理によって、折り返し雑音を含む不要な帯域のノイズを削減するよう構成される。回路構成はＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタから構成される。このバンドパスフィルタ部５２の通過周波数は、（３４ｋＨｚ〜４１ｋＨｚ）である。

演算部５４は、音速ｖｏと、受信用発振回路部４４による基本周波数ｆｏと、受信部６の受信したΔｆより移動体の速度ｖを算出するよう構成される。すなわち、あらかじめ音速ｖｏと基本周波数ｆｏをデータとして蓄積するメモリ５６と、演算部５４が蓄積されたメモリ５６から音速ｖｏと基本周波数ｆｏとサンプリング時間毎の周波数値のデータを読出して予め定められた式に入力して演算する演算素素子とから構成され、記憶された各データを用いて算出される構成となる。算出された移動体の速度データは再びメモリ５６の別のアドレスに格納されるよう構成される。なお、速度データはサンプリング毎に確定するように構成することもできるが、一定時間の平均値を確定することや、連続して特定回数以上一定範囲内の速度が算出された場合にのみ数値を採用する構成とすることが望ましい。また、速度の測定範囲を予め決めておき、その範囲外の値が算出された場合は、エラー表示となるよう構成されてもよい。さらに、受波器３８が超音波を受信しない場合にエラー表示となるよう構成しても良い。

さらに算出部２４は、液晶ドライバ５８と接続され、さらに液晶ドライバ５８は液晶ディスプレイ６０とに接続される。

液晶ドライバ５８は、液晶ディスプレイ６０を駆動するＬＳＩであり、ＴＦＴ型液晶の場合はゲートドライバとソースドライバとから構成される。

液晶ディスプレイ６０は、算出部２４よりメモリ５６に格納されている速度データを受け取り表示する装置であって、液晶ドライバ５８によって駆動されるよう構成される。

算出部２４は、速度計測スイッチ１２と、速度単位切替スイッチ１８と、電源回路６２と、電池６４と、電源スイッチ６６と、電圧低下検出回路６８と、リセット回路７０と、８ＭＨｚクリスタル７２とさらに接続される。

速度計測スイッチ１２は、受信部６は前記超音波を受信し速度を算出する本体８と、本体８から傾斜して突設される把持部１０の接続部分近傍に受信を開始するトリガーであり、このスイッチ１２は、サンプリング部５０と電源のとの間に設けられサンプリング部５０の起動と停止を制御するよう構成される。

速度単位切替スイッチ１８は、０．１ｋｍ／ｈで表示と０．１ｍｉｌｅ／ｈ表示を切換えるスイッチである。すなわち、通常はｋｍ／ｈ換算で表示し、このスイッチを切換えた場合は、数値に0.621371を掛けた値を表示するよう構成される。

電源回路６２は、算出部２４と２種類の導線で接続される。第一の導線７４はオートパワーオフ制御信号線であり、算出部２４から、信号入力と操作入力のいずれかがなされて一定時間経過した場合に電源をＯＦＦとする信号を送出するための信号線である。

第二の導線７６は、電源駆動線である。一方、電源回路６２はさらに電池６４と電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６と電圧低下検出回路６８とそれぞれ接続される。

電池６４は、算出部２４を含む回路の動作用電源でありその電圧は６Ｖが好ましい。また、電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、受信部６の電源スイッチである。算出部２４でオートパワーＯＦＦ回路の電源作動時間のタイマー機能のトリガーの一つがこの電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６である。このスイッチ６６は、電源回路６２と電池６４との間に設けられる。オートパワーオフは、無操作、無信号状態が連続１５分間継続した場合に電源が遮断されるよう設定されることが望ましい。

電圧低下検出回路６８は、算出部２４とも接続されており、電池６４の電圧を定期的に測定し、電池６４の出力電圧が特定の電圧以下となった場合は、その旨を算出部２４に電圧値とともに記録する。一方、さらに低い電圧まで低下した場合は、オートパワーＯＦＦ信号が生成されて電源回路６２と電源が遮断されるよう構成される。

リセット回路７０は、算出部２４にリセット信号を送るスイッチである。算出部２４は、リセット信号を受けると総ての設定を初期状態に変更するよう構成される。

８ＭＨｚクリスタル７２は、算出部２４を動作させるための水晶発振子である。

以上の構成において、本発明に係る移動体速度測定方法について、図５を用いて説明する。

まず、自動車玩具２に搭載される送信機４に設けられた図示されないスイッチの電源がＯＮ状態にされる。送信機４において、電池６Ｖを昇圧回路３０で昇圧させる。昇圧した電圧で超音波センサ駆動回路３２が３８ｋＨｚ発信回路２８で発振した信号を増幅して、増幅された信号で超音波振動子３４を駆動させて超音波として出力させる（Ａ２）。

次に、受信部６に設けられたトリガー１２がＯＮ状態にされることで受信部６が動作を開始する（Ａ４）。

走行する自動車玩具２に受信部６の受波器３８が向くように配置し、自動車玩具２に搭載した超音波信号出力部４の発振する超音波を受波器３８が受信して、電気信号に変換する（Ａ６）。

受波器３８が受信した信号を増幅部４２が増幅する（Ａ８）。増幅部４２から出力される周波数Ｆｉの受信信号と、受信用発振回路部４４の生成する上記周波数Ｆｏ（３８ｋＨｚ）の発振信号とを周波数差分抽出回路部４６とが混合する（Ａ１０）。周波数（Ｆｉ＋Ｆｏ）と周波数（Ｆｉ−Ｆｏ）の信号がそれぞれ発生する。

混合した信号である、周波数（Ｆｉ＋Ｆｏ）と周波数（Ｆｄ＝Ｆｉ−Ｆｏ）の信号がローパスフィルタ部４８を通過する（Ａ１２）。ローパスフィルタ部４８によって、通過周波数は、略周波数（Ｆｄ＝Ｆｉ−Ｆｏ）の信号となる。

続いて、算出部２４内のサンプリング部５０であるＡＤコンバータが２ＭＨｚのクロックでローパスフィルタ部４８を通過した信号を（１０ｂｉｔ）でデジタル化して２進値に変換する（Ａ１４）。

さらに２進値化した信号をＦＩＲによるバンドパスフィルタ部５２でさらに、ノイズ等を削減する（Ａ１６）。

バンドパスフィルタ部５２を通過した信号よりＦｄ＝Ｆｉ−Ｆｏ信号の周波数を計測する（Ａ１８）。ここで、連続的同等のＦｄ値を特定の回数測定できるか否かを検出する。連続して検出できない場合は、測定不能とする。

計測されたＦｄと音速Ｖｐから移動体の速度Ｖを、

より算出する（Ａ２０）。

算出された速度は、液晶ドライバ５８を経由して液晶ディスプレイ６０に表示される（Ａ２２）。測定不能である場合は、エラーと液晶ディスプレイ６０に表示する。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図２Ａ、２Ｂに示す。図２Ａと図２Ｂとを用いて図２Ａに超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムを示し、図２Ｂに受信部６のブロックダイヤグラムを示す。

本発明の第１の実施の形態と異なる点についてのみ示す。本発明の第２の実施の形態に係る移動体速度測定システムは、超音波信号出力部４において、電池３３と超音波センサ駆動回路３２との間に複数の発振回路２８、２７を設ける。これらの複数の発振回路２８、２７と電池３３および超音波センサ駆動回路３２との間には連動する切替スイッチ２９、３１が設けられる。

同様に受信部６においても周波数差分抽出回路部４６にも複数の発振回路４４、４５が設けられ、その間に切替スイッチ４９が設けられる。

このスイッチ４９は、切替スイッチ２９、３１の切替に沿って変更する。この切替スイッチ２９、３１、４９は、手動スイッチ、リレースイッチ、電子スイッチまたは、単に水晶発振子の差し替えその他の切替スイッチの何れの場合をも含むものとする。

また、発振回路の周波数は、互いに一定周波数以上の差がある周波数を選択する必要がある。すなわち、ドップラー効果による周波数偏移の複数倍以上に異なっていなければ、測定に影響を与えるからである。

このように発振周波数を複数選択可能とすることで、同時に複数の移動体速度測定システムを使用する場合に同時に隣接する自動車を同時に測定することもできる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図３Ａ、３Ｂに示す。図３Ａと図３Ｂとを用いて図３Ａに超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムを示し、図３Ｂに受信部６のブロックダイヤグラムを示す。

本発明の第１の実施の形態と異なる点についてのみ示す。本発明の第３の実施の形態に係る移動体速度測定システムは、移動体速度測定システムと自動車玩具２とが一体となった構造からなるシステムである。

図３Ａに示すように移動体速度測定システムの超音波センサ駆動回路３２は、無線操縦玩具すなわちラジコンを制御する制御部７８と接続される。この制御部７８は、ラジコンの制御信号を受信する受信部８０と接続される。受信部８０はこの制御信号で変調された電磁波を受信するアンテナ８２と接続される。一方、制御部７８は、さらに、ラジコンである自動車の車輪を回転させる駆動部８４と接続される。

受信部８０は、送信機からの信号を増幅する高周波増幅部と、中間周波数に変換して増幅する中間周波数増幅部と、さらに中間周波数増幅部から中間信号を制御信号に分離する制御信号部とから構成される。

制御部７８は、受信部８０の制御信号を受けて、さらに駆動信号と操舵信号とに分離して、駆動部８４に伝達する。

駆動部８４は、駆動信号によって電動自動車の場合はモータをコントロールし、操舵信号でラジコンカーのハンドリングを制御する。ここで、制御部に更に機能を付加することで、超音波センサ駆動回路３２に駆動停止の信号を伝達することができる。

さらに、第２の実施例のように発振回路を選択可能な構成である場合は、送信機で周波数選択信号を送信し、制御部７８が受信した選択信号を超音波センサドライブ回路３２経由で選択スイッチを動作させるように構成させる。

一方、図３Ｂに示す受信部６の算出部２４と自動車玩具２を制御する制御部８６と接続される。制御部８６は、送信部８７を介してアンテナ８８と接続され、さらに制御用のスティック９０と、演算部より受信した情報を記憶するメモリ９２それぞれと接続される。

制御部８６は、スティック９０から入力された操作情報である、スティック９０に設けられた抵抗値の変化情報を図示しないＡＤコンバータがデジタル信号に変換し、さらにデジタル信号であって無線操縦玩具制御用の信号であるチャンネルデータに変換して送信部８７に伝達する機能と、算出部２４から速度信号を受けて、予め定めた速度より低い場合は、加速信号を発生し、予め定めた速度より高い場合は、減速信号を発生し、それぞれの信号をチャネルデータに変換の上で送信部８７に伝達する構成となる。

送信部８７は、制御部８６で生成されたチャンネルデータで変調された高周波信号をアンテナ８８より送信するよう構成される。

スティック９０は、連動してその出力電圧値が変化するように幾つかのチャンネルに対応して設けられたボリュームと接合されており、スティックの動作角に応じた情報を入力する手段であり、ラジコン等の送信機で一般的に使用される装置である。

このように構成することで、超音波センサ駆動回路３２が受信した速度情報を自動車玩具にフィードバックすることが可能となる。

なお、速度情報を一定速度との比較とすることもできるが、予め時間毎の速度を定めておき、その速度計画を予めメモリ等に記憶させてその計画にそって速度が遵守されるようにプログラム化しても良い。

（第４の実施の形態）
本発明に係る第４の実施の形態に係る移動体速度測定システムの概念図を図４に示す。図４は、本発明に係る移動体速度測定システムにおける移動体の側面図を示す。ここで、超音波信号出力部４を複数搭載する。図４では超音波信号出力部４は、前方用超音波信号出力部４ａと後方用超音波信号出力部４ｂが相対して接合されて設けられる。

例えば自動車の前方向と全方向とに指向性を備えることで、前方からの測定と後方からの測定がより容易となる。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、低速で移動するもの、例えば、玩具、人物、ペット等の速度の測定が容易に可能となり、玩具として使用が可能である。さらに、簡易な実験や歩行時の速度測定等、教材や健康器具としての活用もできる。

幾つかの好適な実施の形態及び実施例に関連付けして本発明を説明したが、これら実施の形態及び実施例は単に実例を挙げて発明を説明するためのものであって、限定することを意味するものではないことが理解できる。本明細書を読んだ後であれば、当業者にとって等価な構成要素や技術による数多くの変更および置換が容易であることが明白であるが、このような変更および置換は、添付の請求項の真の範囲及び精神に該当するものであることは明白である。

本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける移動体の側面図である。 本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部の側面図である。 本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける操作板の正面図である。 本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部６のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第二の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第二の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部６のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第三の実施例の移動体速度測定システムにおける超音波信号出力部４のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第三の実施例の移動体速度測定システムにおける受信部６のブロックダイヤグラムである。 本発明に係る第四の実施例の移動体速度測定システムにおける移動体の側面図である。 本発明に係る第一の実施例の移動体速度測定システムにおけるフローチャートである。

Claims (16)

1. 特定周波数の超音波信号を生成して出力する超音波信号出力部を搭載した移動体と、出力された超音波信号を受信する超音波信号受信部と、前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出する検出部と、検出された差分信号から前記移動体の速度を算出する算出部と、算出した結果を表示する表示部とを備える移動体速度測定システム。
2. 前記超音波信号出力部は、特定周波数の信号を発信する送信用発信回路と信号増幅用電圧を昇圧させる昇圧回路と発振信号と昇圧された電圧で超音波センサを駆動させる超音波センサ駆動回路と超音波振動子を含む超音波センサ出力部とを備える請求項１記載の移動体速度測定システム。
3. 前記送信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の発振回路が前記超音波センサ駆動回路と接続されるように構成される請求項２記載の移動体速度測定システム。
4. 前記超音波信号受信部は、超音波振動子等からなる受波器を含む超音波センサ入力部と、受波器からの信号を増幅する増幅部とを備える請求項１記載の移動体速度測定システム。
5. 前記検出部は、特定周波数の信号を発生する受信用発振回路部と、前記特定周波数の信号と前記増幅部で増幅された信号とを混合する周波数差分抽出回路部と、周波数差分信号を選択的に透過させるローパスフィルタ部とを備える請求項４記載の移動体速度測定システム。
6. 前記受信用発振回路は、複数個設けられて選択手段によって任意の受信用発振回路が前記周波数差分抽出回路部と接続されるように構成される請求項５記載の移動体速度測定システム。
7. 前記算出部は、ローパスフィルタ部を通過した信号をサンプリングするサンプリング部とさらに特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ部と、音速と特定周波数とバンドパスフィルタ部を通過した信号の周波数とから移動体の移動速度を算出する演算部とを備える請求項５記載の移動体速度測定システム。
8. 前記表示部は、前記演算部と接続されて表示駆動信号を生成する表示駆動部と、表示駆動信号を受けて映像を表示する表示板部とを備える請求項５記載の移動体速度測定システム。
9. 前記移動体は、無線制御信号を受信して移動体を無線制御する無線操縦受信制御部が前記超音波センサ駆動回路と接続されることを特徴とする請求項２記載の移動体速度測定システム。
10. 前記無線操縦受信制御部は、無線制御信号を受信する空中線と無線制御信号を復調する受信部を介して接続されるとともに移動体を移動させる駆動部と接続される請求項９記載の移動体速度測定システム。
11. 前記演算部は、移動体を制御するための無線制御信号を送信する無線操縦送信制御部とさらに接続される請求項９記載の移動体速度測定システム。
12. 前記無線操縦送信制御部は、さらに移動体を任意の状態に操作するための入力部と演算部より受信した情報を記憶する記憶部と制御信号を生成する送信部と接続され、前記送信部は空中線と接続される請求項１１記載の移動体速度測定システム。
13. 前記超音波センサ出力部は、１以上の特定方向に指向性を有する請求項２記載の移動体速度測定システム。
14. 前記超音波センサ出力部は、特定方向への指向性を有しない請求項２記載の移動体速度測定システム。
15. 移動体に搭載した超音波信号出力部が特定周波数の超音波信号を生成して出力し、出力された超音波信号を超音波信号受信部が受信すると、検出部が前記超音波信号受信部で受信された前記超音波信号の周波数と前記特定周波数との差分を検出し、算出部が検出された差分信号とから前記移動体の速度を算出し、表示部が算出した結果を表示する移動体速度測定方法。
16. 請求項１に記載の超音波信号出力部を無線操縦用の移動体に搭載し、請求項１に記載の超音波信号受信部と、検出部と、算出部と、表示部とを無線操縦用の送信機に搭載することを特徴とする無線操縦移動体玩具。

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