KR20170107501A - 이동 거리 계측 장치 - Google Patents

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KR20170107501A
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와타루 츠지타
마사히로 이시카와
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

송신 안테나(12a)는 송신 신호를 가이드 레일(2)에 전파로서 조사한다. 수신 안테나(12b)는 송신 안테나(12a)로부터 고정면에 조사되어 고정면에서 반사된 전파를 수신하고, 반사 신호로서 취득한다. IQ 복조기(14)는 송신 신호를 기준 신호로서 이용해 반사 신호를 직교 검파하고, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 나타내는 IQ 신호를 취득한다. 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 IQ 복조기(14)로 취득된 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다. 이동 거리 연산 회로(16)는 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표와 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차를 산출하고, 위상차에 근거해 카(3)의 이동 거리를 산출한다.

Description

이동 거리 계측 장치
본 발명은 이동체의 이동 거리를 계측하는 이동 거리 계측 장치 및 이동 거리 계측 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이동 거리 계측 장치를 구비한 엘리베이터(elevator) 및 차량에 관한 것이다.
엘리베이터의 카, 차량 등의 이동체에 장착되어, 전파를 이용해서 이동체의 이동 거리 및/또는 속도를 계측하는 이동 거리 계측 장치가 예를 들면 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있다.
특허문헌 1은 이동체(차량)로부터 고정면(지면)에 송신 신호를 전파로서 조사하고, 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차에 근거해 이동체의 이동 거리를 산출하는 것을 개시하고 있다. 반사 신호의 진폭 정보를 이용하지 않고 위상차의 적산치(적산 위상)에 근거해 이동 거리를 산출하므로, 고정면의 전파의 반사 상태가 급격하게 변동한 경우에도, 정확하게 이동 거리를 계측할 수 있다.
특허문헌 2는 엘리베이터의 카로부터 가이드 레일(guide rail) 또는 벽에 전파를 조사하고, 반사파의 도플러 시프트량(amount of Doppler shift)으로부터 카의 속도를 산출하는 엘리베이터의 안전 장치에 있어서, 2개의 도플러 센서(Doppler sensor)를 진행 방향에 대해서 전후 대칭 또는 좌우 대칭으로 대략 동일한 조사 각도로 되도록 장착하고, 양자의 검출 신호에 근거해 조사 각도를 교정하는 것을 개시하고 있다.
국제 공개 제2013/105359호 일본 공개 특허 공보 제 2010-105754 호
이동 거리 계측 장치는 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차를 산출하기 위해서, 반사 신호의 직교 검파(IQ 검파)를 실시해서 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 산출한다. 그렇지만, 송신 신호를 발생하는 발진기 및 안테나(antenna)의 온도 특성 및 제조 오차에 기인하는 DC 오프셋(direct current (DC) offset)에 의해, 또한, 송신 안테나로부터 수신 안테나에 직접 입사하는 직접파에 의해, 반사 신호의 위상 회전의 중심, 즉, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표의 회전의 중심이 원점으로부터 어긋나는 경우가 있다. 이 경우, 위상차를 정확하게 구할 수 없어, 이동 거리의 산출 결과에 오차가 생긴다고 하는 과제가 있다.
특허문헌 1에 따르면, 반사파의 진폭 정보를 이용하지 않고 위상차 적산치에 근거해 이동 거리를 산출하므로, 금속 물체의 존재에 의해 전파의 반사 상태가 변동해도, 이동 거리를 정확하게 산출할 수 있다. 그러나, 반사 신호의 위상 회전 중심이 IQ 평면의 원점으로부터 어긋나 있는 경우에 보정하는 수단을 구비하지 않았다.
특허문헌 2는 2개의 도플러 센서를 구비하고, 양자의 검출 신호에 근거해 조사 각도를 교정하므로, 센서의 설치 오차에 의한 조사 각도의 어긋남을 용이하게 교정할 수 있다. 그러나, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 IQ 평면의 원점으로부터 어긋나 있는 경우에 보정하는 수단을 구비하지 않았다.
본 발명의 목적은 상기의 과제를 해결하고, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 IQ 평면의 원점으로부터 어긋나는 경우에도 이동체의 이동 거리를 정확하게 계측할 수 있는 이동 거리 계측 장치 및 이동 거리 계측 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 목적은 또한 이동 거리 계측 장치를 구비한 엘리베이터 및 차량을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 이동 거리 계측 장치는,
고정면을 따라 이동하는 이동체에 마련되어, 해당 이동체의 이동 거리를 계측하는 이동 거리 계측 장치로서, 상기 이동 거리 계측 장치는,
무선 주파수를 갖는 송신 신호를 복수의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생하는 발진기와,
상기 송신 신호를 상기 고정면에 전파로서 조사하는 송신 안테나와,
상기 송신 안테나로부터 상기 고정면에 조사되어 상기 고정면에서 반사된 전파를 수신하고, 상기 송신 신호에 대응하는 반사 신호로서 취득하는 수신 안테나와,
상기 복수의 단위 시간 구간의 각각에 있어서 상기 송신 신호를 기준 신호로서 이용해 상기 반사 신호를 직교 검파하고, 상기 복수의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 복수의 IQ 신호로서, IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표를 각각 나타내는 복수의 IQ 신호를 취득하는 IQ 신호 취득 수단과,
상기 IQ 신호 취득 수단으로 취득된 복수의 IQ 신호 중 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 위상 회전 중심 검출 수단과,
상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표와 상기 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 상기 송신 신호에 대한 상기 반사 신호의 위상차를 산출하고, 상기 위상차에 근거해 상기 이동체의 이동 거리를 산출하는 이동 거리 연산 수단
을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이동 거리 계측 장치에 의하면, 반사 신호의 위상 회전 중심의 원점으로부터의 어긋남을, 취득된 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해 산출하고, 정확한 위상 회전 중심에 근거해 송신 신호와 반사 신호의 위상차를 구해서 이동 거리를 산출하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점으로부터 어긋나는 경우에도 이동체의 이동 거리를 정확하게 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)가 장착된 엘리베이터의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 안테나(12)의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 카(3)의 이동에 따라 생기는 IQ 복조기(14)의 출력 신호의 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 IQ 복조기(14)의 출력 신호와 카(3)의 이동 거리의 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 위상차의 산출을 설명하는 도면이다.
도 7은 비교예에 있어서의 위상차의 산출을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작을 나타내는 흐름도(flowchart)이다.
도 9는 도 8의 스텝 S1의 정지 판정 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 8의 스텝 S3의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 위상 회전 중심 검출 처리에서의 송신 신호의 주파수의 결정 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 도 8의 스텝 S4의 이동 거리 연산 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 IQ 신호의 보정 방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 도 15의 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 이동 거리 계측 장치(10)가 장착된 열차의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 형태 5에 따른 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다.
실시 형태 1.
실시 형태 1에서는, 이동 거리 계측 장치를 엘리베이터의 카에 장착한 경우에 대해서 나타낸다. 이 경우, 엘리베이터의 승강로가 고정면이며, 엘리베이터의 카가 이동체이며, 이동 거리 계측 장치는 승강로를 따라 이동하는 카의 이동 거리를 계측한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)가 장착된 엘리베이터의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 승강로(1) 내에는 한 쌍의 가이드 레일(2)이 설치되어 있다. 카(3)는 가이드 레일(2)에 안내되어 승강로(1) 내를 승강한다. 카(3)는 구동 장치(4)에 걸린 메인 로프(main rope)(5)에 의해 매달리고, 메인 로프(5)의 반대 측에는 균형 추(6)가 매달려 있다. 카(3)의 상면에는, 장착 지그(7)를 통해서 이동 거리 계측 장치(10)가 장착되어 있다. 또한, 이동 거리 계측 장치(10)는 카(3)의 측면 또는 저면에 장착되어도 좋다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 이동 거리 계측 장치(10)는 카(3)의 이동 거리를 계측한다. 도 2에 있어서, 이동 거리 계측 장치(10)는 발진기(11), 송신 안테나(12a), 수신 안테나(12b), 증폭기(13), IQ 복조기(14), 위상 회전 중심 검출 회로(15), 이동 거리 연산 회로(16), 입력 단자(17), 출력 단자(18), 정지 판정 회로(19), 및 제어 회로(20)를 구비해서 구성된다.
발진기(11)는 무선 주파수 신호를 발생한다. 여기서, 발진기(11)는 PLL(Phase Locked Loop)를 수정 발진기 등의 온도 특성이 우수한 기준 신호원에 동기시킴으로써, 연속파의 무선 주파수 신호를 안정적으로 발생한다. 발진기(11)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)에 의해 설정된 무선 주파수를 갖는 무선 주파수 신호를 복수의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생한다. 발진기(11)에 의해 복수의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생된 무선 주파수 신호는 복수의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 복수의 송신 신호로서 송신 안테나(12a) 및 IQ 복조기(14)에 송신된다. 이동 거리를 계측하기 위해서, 발진기(11)는 예를 들면, 10GHz대, 24GHz대, 60GHz대, 77GHz대 등의 마이크로파대(microwave band)의 무선 주파수 신호를 발생해도 좋다.
송신 안테나(12a)는 발진기(11)에 의해 발생된 복수의 송신 신호를 고정면에 전파(송신파)로서 조사하는 송신 수단이다. 여기서, 고정면은 카(3)의 이동 방향과 대략 평행하며, 또한, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)와 대향하는 면이다. 송신 안테나(12a)가 전파를 조사하는 고정면은 가이드 레일(2)이어도 좋고, 승강로(1)의 벽이어도 좋다. 또, 고정면에 반사체를 마련해서, 반사체에 전파를 조사해도 좋다.
수신 안테나(12b)는 송신 안테나(12a)의 근방에 설치되고, 송신 안테나(12a)로부터 고정면에 조사되어 고정면에서 반사한 전파(반사파)를 수신하고, 송신 신호에 대응하는 반사 신호로서 취득하는 수신 수단이다. 수신 안테나(12b)에서 취득된 반사 신호는 증폭기(13)로 송신된다.
송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)의 편파 방향은 수평 편파인 것으로 한다. 즉, 가이드 레일(2)의 폭 방향과 평행하며, 가이드 레일(2)의 길이 방향과는 직교한다. 또한, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)의 편파 방향을 수직 편파인 것으로 해도 좋다.
송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)는 동일 기판상에 형성된 패치 안테나(patch antenna)로서 구성되어도 좋다. 이 경우, 부품으로서는 1개의 안테나(12)로서 취급할 수 있고, 기능으로서는 1개의 안테나(12)가 송신 안테나(12a)와 수신 안테나(12b)를 포함할 수 있다. 또, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)는 이동 거리 계측 장치(10)의 별개의 위치에 마련되어도 좋다. 이 경우, 송신 안테나(12a)로부터 고정면까지의 전파의 전파 거리와, 고정면으로부터 수신 안테나(12b)까지의 전파의 전파 거리는 상이할 가능성이 있다. 이하, 본 명세서에서는, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)는 서로의 근방에 설치되고, 고정면으로의 왕복의 전파 거리가 서로 동일한 경우를 예로서 설명한다.
증폭기(13)는 수신 안테나(12b)로부터 송신된 반사 신호를 소정의 진폭 레벨까지 증폭한다. 증폭기(13)로 증폭된 반사 신호는 IQ 복조기(14)에 송신된다.
IQ 복조기(14)는 반사 신호를 직교 검파(IQ 검파)해서 복수의 IQ 신호를 취득하는 IQ 신호 취득 수단이다. 상술한 바와 같이 송신 신호가 연속파이므로, 반사 신호도 연속파이다. 다만, IQ 복조기(14)는 단위 시간 구간마다 반사 신호를 샘플링(sampling) 해서 직교 검파함으로써, 연속파의 반사 신호를 복수의 단위 시간 구간(즉 복수의 송신 신호)에 각각 대응하는 복수의 반사 신호로서 처리한다. IQ 복조기(14)는 복수의 단위 시간 구간의 각각에 있어서, 발진기(11)에 의해 발생된 송신 신호를 기준 신호로서 이용해, 증폭기(13)로부터 송신된 해당 송신 신호에 대응하는 반사 신호를 직교 검파한다. 이것에 의해, IQ 복조기(14)는, 복수의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 복수의 IQ 신호로서, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 각각 나타내는 복수의 IQ 신호를 취득한다. IQ 복조기(14)에서 취득된 IQ 신호는 위상 회전 중심 검출 회로(15), 이동 거리 연산 회로(16), 및 정지 판정 회로(19)로 송신된다.
위상 회전 중심 검출 회로(15)는 IQ 복조기(14)에서 취득된 복수의 IQ 신호 중 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호(즉, 적어도 3개의 IQ 신호)의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 위상 회전 중심 검출 수단이다. 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 제어 회로(20)로부터의 지시에 따라 위상 회전 중심 검출 처리를 실행하고, 위상 회전 중심 검출 회로(15)에서 검출된 위상 회전 중심의 좌표를 나타내는 신호를 이동 거리 연산 회로(16)로 송신하고, 위상 회전 중심 검출 처리가 완료되었음을 나타내는 신호를 제어 회로(20)로 송신한다. 또, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 발생시키는 송신 신호의 주파수를 발진기(11)에 설정한다. 또, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 발진기(11)에 설정한 송신 신호의 주파수를 통지하는 신호를 정지 판정 회로(19)로 송신한다.
이동 거리 연산 회로(16)는 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표와 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차를 산출하고, 위상차에 근거해 카(3)의 이동 거리를 산출하는 이동 거리 연산 수단이다. 이동 거리 연산 회로(16)는 위상차를 산출하기 전에, 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 보정하고, 보정된 좌표에 근거해 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차를 산출해도 좋다. 이동 거리 연산 회로(16)는 제어 회로(20)로부터의 지시에 따라 이동 거리 연산 처리를 실행하고, 이 이동 거리 연산 회로(16)에서 산출된 이동 거리를 나타내는 신호를 제어 회로(20) 및 출력 단자(18)로 송신한다. 또한, 이동 거리 연산 회로(16)는 입력 단자(17)를 통해서 외부로부터 리셋 신호(reset signal)가 입력된 경우에는, 이동 거리를 0으로 되돌린다.
정지 판정 회로(19)는 IQ 복조기(14)로부터 송신된 IQ 신호와 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 통지된 송신 신호의 주파수에 근거해, 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 판정하는 정지 판정 수단이다. 정지 판정 회로(19)는 카(3)가 정지하고 있다고 판정하면, 이것을 나타내는 정지중 신호를 제어 회로(20)에 송신한다.
제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 회로(15) 및 이동 거리 연산 회로(16)를 제어한다. 제어 회로(20)는 정지 판정 회로(19)로부터 정지중 신호를 수신한다. 또, 제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 처리의 실행을 지시하는 신호를 위상 회전 중심 검출 회로(15)에 송신함과 아울러, 위상 회전 중심 검출 처리가 완료되었음을 나타내는 신호를 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 수신한다. 또, 제어 회로(20)는 이동 거리 연산 처리의 실행을 지시하는 신호를 이동 거리 연산 회로(16)에 송신함과 아울러, 산출된 이동 거리를 나타내는 신호를 이동 거리 연산 회로(16)로부터 수신한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 안테나(12)의 배치예를 나타내는 도면이다. 도 3은 이동 거리 계측 장치(10)를 측면으로부터 본 모식도이다. 도 3에 있어서, 파선 21은 고정면(가이드 레일(2)의 면)에 대한 수선이다. 파선 21은 이동 거리 계측 장치(10)의 상하를 대칭으로 이등분해도 좋다. 또, 파선 22는 카(3)의 진행 방향의 상향 경사 방향으로 파선 21로부터 각도 θ만큼 경사진 선이다. 각도 θ는 예를 들면 45도로 한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 안테나(12)는 전파의 조사 방향이 파선 22에 일치하도록 배치되어 있다. 이때, 안테나(12)의 중점으로부터 고정면까지의 거리는 도 3에 나타내는 길이 h로 된다. 또, 안테나(12)로부터 고정면까지의 전파의 전파 거리는 도 3에 나타내는 길이 L로 된다. h와 L의 관계는 아래의 식(1)으로 나타내어진다.
Figure pct00001
여기서, IQ 복조기(14)의 출력 신호의 변화에 근거해 카(3)의 이동 거리를 산출하는 방법과, 그때에 생기는 과제에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 카(3)의 이동에 따라서 생기는 IQ 복조기(14)의 출력 신호의 변화를 설명하는 도면이다. 우선, 도 4를 참조해서, 카(3)의 이동에 따라서 생기는 IQ 복조기(14)의 출력 신호의 변화와, 그것에 근거한 카(3)의 이동 거리의 산출 방법에 대해 설명한다. 여기에서는, 전파의 조사 방향(파선 22의 방향)과 동일한 각도로 도래한 반사 신호에 근거해 카(3)의 이동 거리를 산출하는 경우에 대해 설명하지만, 반사 신호의 강도가 최대가 되는 방향을 구해서, 그 방향으로부터 도래한 반사 신호에 근거해 산출해도 좋다. 반사 신호의 강도가 최대가 되는 방향은 안테나(12)의 지향성 패턴(directionality pattern), 안테나(12)로부터 고정면까지 거리 h, 및 안테나(12)의 장착 각도 θ로부터 구할 수 있다.
도 4에 있어서, 벡터(vector)(Δs)는 고정면인 가이드 레일(2)이 미세 단위 시간 당 외관상 진행하는 방향과 크기를 나타내고 있다. 실제로는, 카(3)의 이동에 따라 이동 거리 계측 장치(10)가 이동하지만, 여기에서는 이동 거리 계측 장치(10)를 기준으로 고려한다. 또, 미세 단위 시간은 카(3)가 최고 속도일 때에 진행하는 거리가 송신 신호의 파장보다 충분히 작은 값(예를 들면 1/10 이하)으로 되는 시간 간격이다. 그리고, 안테나(12)로부터 고정면까지의 전파의 전파 거리의 변화량 ΔL은 아래의 식(2)로 나타내어진다.
Figure pct00002
또, 송신 신호의 파장을 λ로 하면, 미세 단위 시간에서의 반사 신호의 위상 변화량 Δφ은 아래의 식(3)으로 나타내어진다.
Figure pct00003
이 위상 변화량 Δφ이 IQ 복조기(14)의 출력 신호의 변화로서 나타난다. 이때, IQ 복조기(14)는 반사 신호와 송신 신호의 직교 검파에 의해, I 성분(동상 성분) 및 Q 성분(직교 성분)으로 이루어지는 2개의 성분을 갖는 IQ 신호를 출력한다. 그리고, 이동 거리 연산 회로(16)는 arctan(Q/I)를 구함으로써, 해당 IQ 신호의 위상을 얻을 수 있다. arctan는 역탄젠트 함수이다. 그리고, 미세 단위 시간전과의 위상의 차분을 구하면, 이 값이 Δφ으로 되므로, 식(2) 및 식(3)으로부터 미세 단위 시간당의 이동 거리 Δs를 산출할 수 있다.
상기의 방법으로 미세 단위 시간당의 이동 거리 Δs를 구해서 적분함으로써, 어느 시간에 있어서의 카(3)의 이동 거리 s를 구할 수 있다. 한편, 미세 단위 시간당의 위상 변화량 Δφ을 적산한 적산 위상을 구해서, 적산 위상으로부터 직접적으로 이동 거리 s를 구할 수도 있다. 이 방법에 대해, 도 5를 참조해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 IQ 복조기(14)의 출력 신호와 카(3)의 이동 거리의 관계를 설명하는 도면이다. 도 5는 IQ 복조기(14)의 출력 신호의 I 성분(x축) 및 Q 성분(y축)과, 카(3)의 이동 거리(z축)의 관계를 나타낸다. 도 5에 있어서, 원 31은 xy 평면(IQ 평면) 상의 위상의 회전 궤적을 나타내고 있다. 나선 32는 원 31을 z축으로 늘린 나선이다. 또한, 위상은 시계 회전 방향으로 돌고, 시계 회전 방향의 위상의 회전을 정(+)으로 한다.
IQ 복조기(14)의 출력 신호로부터 구한 위상 변화량 Δφ을 적산한 적산 위상은 나선 31 상의 1점으로 된다. 적산 위상을 φ로 하면, 이동 거리 s는 아래의 식(4)으로 구해진다.
Figure pct00004
도 5에 있어서, 나선 32 상의 점 33은 위상이 나선 32 상을 0에서 2π까지 일주 한 점이다. 여기서, 위상은 나선 32 상을 더 일주할 때, 2π에서 0으로 돌아와 다시 2π까지 진행되는 것이 아니라, 그대로 2π에서 4π까지 진행되는 것으로서 계산한다. 이와 같이 위상의 불연속점을 생기게 하지 않고 연속으로 누산하는 것은 페이즈 언래핑(phase unwrapping)으로서 알려지고, 여기에서는 그 방법을 이용한다. 즉, 위상 변화량을 2π 이상에 걸쳐서 적산하고, 그 적산 위상으로부터 이동 거리를 구한다. 또한, 이동 거리 연산 회로(16)는 입력 단자(17)를 통해서 외부로부터 리셋 신호가 입력된 경우에는, 적산 위상을 0으로 되돌린다.
상기의 방법으로 카(3)의 이동 거리를 구할 때, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 IQ 평면 상의 원점 O으로부터 어긋나 있으면, 위상 변화량 및 적산 위상을 정확하게 구하지 않아, 이동 거리의 산출 결과에 오차가 생긴다. 실제로는, 발진기(11) 및 안테나(12)의 온도 특성 및 제조 오차에 기인하는 DC 오프셋(offset)에 의해, 또, 송신 안테나(12a)로부터 수신 안테나(12b)에 직접 입사하는 직접파에 의해, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점 O으로부터 어긋나는 경우가 있다. 도 6 및 도 7을 참조해서, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점 O으로부터 어긋나 있는 경우에 생기는 이동 거리의 계측 오차에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 위상차의 산출을 설명하는 도면이다. 도 7은 비교예에 있어서의 위상차의 산출을 설명하는 도면이다. 도 6 및 도 7에 있어서, 점 P11~P14는 IQ 복조기(14)에서 취득된 IQ 신호를 나타내고 있다. 이 예에서는, IQ 신호의 위상은 원점 O과는 상이한 점 P10를 중심으로 회전하고, 점 P11~P14는 점 P10를 중심으로 하는 원 41의 원주 상에 있다. 점 P11의 IQ 신호가 취득되고 나서 점 P12의 IQ 신호가 취득될 때까지의 동안에 카(3)가 이동한 거리와, 점 P13의 IQ 신호가 취득되고 나서 점 P14의 IQ 신호가 취득될 때까지의 동안에 카(3)가 이동한 거리는 동일한 것으로 한다.
도 6에 나타내는 바와 같이 점 P10를 위상 회전 중심으로 해서 위상차를 구한 경우, 점 P11 및 P12의 사이의 위상차 φ1과, 점 P13 및 P14의 사이의 위상차 φ2는 동일해진다. 그러므로, 상기의 방법으로 위상차 φ1로부터 산출되는 이동 거리와, 위상차 φ2로부터 산출되는 이동 거리도 동일해져, 이동 거리를 정확하게 계측할 수 있다.
그렇지만, 도 7에 나타내는 바와 같이 원점 O를 위상 회전 중심으로 해서 위상차를 구한 경우는, 점 P11 및 P12의 사이의 위상차 φ1＇과, 점 P13 및 P14의 사이의 위상차 φ2＇는 동일하지 않다. 그러므로, 상기의 방법으로 위상차 φ1＇로부터 산출되는 이동 거리와, 위상차 φ2＇로부터 산출되는 이동 거리도 동일하지 않아, 이동 거리의 계측 결과에 오차가 생긴다.
이와 같이, 위상 회전의 중심이 IQ 평면 상의 원점 O으로부터 어긋나 있는 경우, 이동 거리 연산 회로(16)에 있어서, IQ 복조기(14)로부터 송신된 IQ 신호를 그대로 이용하고, 원점 O를 위상 회전 중심으로 보고 위상 변화량 및 적산 위상을 구하면, 이동 거리의 계측 결과에 오차가 생긴다고 하는 과제가 있다. 이 과제를 해결하기 위해, 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)는 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 위상 회전 중심 검출 회로(15)와, 검출된 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 IQ 복조기(14)로부터 송신된 IQ 신호를 보정하고, 보정한 IQ 신호에 근거해 카(3)의 이동 거리를 산출하는 이동 거리 연산 회로(16)를 구비하여 구성된다. 이 구성에 의해, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점 O으로부터 어긋나는 경우에도, 계측 오차를 저감하고, 카(3)의 이동 거리를 고정밀도로 계측하는 것이 가능해진다.
실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작에 대해 이하에 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 우선, 정지 판정 회로(19)는 정지 판정 처리를 실행하고, 카(3)가 정지하고 있다고 판정하면, 이것을 나타내는 정지중 신호를 제어 회로(20)에 송신한다(스텝 S1). 제어 회로(20)는 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 판정하고(스텝 S2), YES일 때는 스텝 S3으로 진행되고, NO일 때는 스텝 S4로 진행된다. 제어 회로(20)는 정지 판정 회로(19)로부터 정지중 신호를 수신하고 있으면, 카(3)가 정지하고 있다고 판정한다. 카(3)가 정지하고 있다고 판정한 경우는, 제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)에 위상 회전 중심 검출 처리의 실행을 지시한다(스텝 S3). 제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 처리가 완료되었음을 나타내는 신호를 수신하고, 카(3)가 이동중이라고 판단하면, 이동 거리 연산 회로(16)에 이동 거리 연산 처리의 실행을 지시한다(스텝 S4).
또한, 스텝 S3의 위상 회전 중심 검출 처리는 카(3)가 정지하고 있는 경우에 항상 실시하지 않아도 좋다. 예를 들면, 카(3)가 정지하고 있는 상태에서, 소정의 시간 간격으로 실행해도 좋다.
도 9는 도 8의 스텝 S1의 정지 판정 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다. 도 9는 정지 판정 회로(19)의 동작을 나타낸다.
우선, 정지 판정 회로(19)는 위상 회전 중심 검출 처리를 실행중인지 아닌지를 판단하고(스텝 S11), YES일 때는 도 8의 스텝 S2로 진행되고, NO일 때는 도 9의 스텝 S12로 진행된다. 위상 회전 중심 검출 처리를 실행중인지 아닌지를 판단하기 위해서, 정지 판정 회로(19)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 통지된 송신 신호의 주파수가 위상 회전 중심 검출 처리에 사용되는 사전 결정된 주파수인지 아닌지를 확인한다. 위상 회전 중심 검출 처리를 실행중이 아닌 경우(예를 들면, 이동 거리 연산 처리에 사용되는 주파수가 발진기(11)에 설정되어 있는 경우), 정지 판정 회로(19)는 IQ 복조기(14)로부터 제 1 IQ 신호를 취득하고(스텝 S12), 사전 결정된 시간(시간 기간)의 경과후에 IQ 복조기(14)로부터 제 2 IQ 신호를 취득하고(스텝 S13), IQ 신호의 변화량을 산출한다(스텝 S14). 다음으로, 정지 판정 회로(19)는 사전 결정된 시간 기간에 걸친 IQ 신호의 변화량이 사전 결정된 임계치 이하인지 아닌지를 확인하고(스텝 S15), YES일 때는 스텝 S16으로 진행되고, NO일 때는 도 8의 스텝 S2로 진행된다. IQ 신호의 변화량이 사전 결정된 임계치 이하인 경우, 정지 판정 회로(19)는 이동체가 정지하고 있다고 판정하고, 제어 회로(20)로 정지중 신호를 송신한다(스텝 S16).
상세히 후술하는 바와 같이, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 위상 회전 중심 검출 처리에 있어서, 발진기(11)에 대해서 복수의 주파수를 순차로 설정한다. 위상 회전 중심 검출 처리의 실행중에 취득된 IQ 신호를 정지 판정 처리에 사용하지 않도록 하기 위해, 정지 판정 회로(19)는 스텝 S11에 있어서, 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 통지된 송신 신호의 주파수를 확인하고, 이동 거리 연산 처리에 사용되는 주파수가 발진기(11)에 설정되는 경우만, IQ 신호를 취득해서 정지 판정을 실시한다.
카(3)가 정지중에는 고정면 상태가 변화하지 않기 때문에, IQ 복조기(14)로부터 송신되는 IQ 신호는 대략 일정해진다. 그러므로, 정지 판정 회로(19)는 사전 결정된 시간 기간에 걸친 IQ 신호의 변화량을 산출하고, 변화량이 사전 결정된 임계치 이하이면 카(3)가 정지하고 있다고 판정한다. 이와 같이 정지 판정을 실시함으로써, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점으로부터 어긋나 있는 경우에도, 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 정지 판정 회로(19)는 입력 단자(17)를 통해서 외부(예를 들면 엘리베이터 제어 장치)로부터, 카(3)가 정지하고 있음을 나타내는 신호를 수신하고, 그 신호에 근거해 정지 판정을 실시하도록 구성되어도 좋다. 또, 입력 단자(17)를 통해서 외부로부터 제어 회로(20)에 직접 정지중 신호를 입력하도록 구성해도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 정지 판정 회로(19)는 불필요해진다. 또, 제어 회로(20)는 이동 거리 연산 회로(16)에 의해 산출된 이동 거리로부터 카(3)의 속도를 산출해서, 카(3)의 속도가 0 또는 소정 속도 미만이면 정지하고 있다고 판정하도록 구성되어도 좋다. 카(3)의 속도는 산출된 이동 거리를 그 이동 시간으로 나눗셈함으로써 산출된다.
도 10은 도 8의 스텝 S3의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
우선, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는, 발생시키는 송신 신호의 주파수로서, 사전 결정된 복수의 주파수 중 하나를 발진기(11)에 설정한다(스텝 S21). 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 적어도 3개의 서로 다른 주파수를 발진기(11)에 순차로 설정한다. 이때, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 발진기(11)에 설정한 주파수를 통지하는 신호를 정지 판정 회로(19)로 송신한다. 설정하는 주파수의 결정 방법에 대해서는 상세히 후술한다.
다음으로, 발진기(11)는 설정된 주파수를 갖는 송신 신호를 발생하고, 송신 안테나(12a)는 발진기(11)에 의해 발생된 송신 신호를 가이드 레일(2)에 전파로서 조사한다(스텝 S22). 다음으로, 수신 안테나(12b)는 송신 안테나(12a)로부터 가이드 레일(2)에 조사되어 가이드 레일(2)에서 반사된 전파를 수신해서 반사 신호로서 취득하고, 증폭기(13)는 이 반사 신호를 소정의 진폭 레벨(amplitude level)까지 증폭한다(스텝 S23). 다음으로, IQ 복조기(14)는 증폭기(13)로부터 송신된 반사 신호를, 발진기(11)에 의해 발생된 송신 신호를 기준 신호로서 이용해서, 직교 검파(IQ 검파)해서, IQ 신호를 취득한다(스텝 S24).
위상 회전 중심 검출 회로(15)는 IQ 복조기(14)로부터 송신된 IQ 신호를 취득한다. 다음으로, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 사전 결정된 모든 주파수에 대해, 송신 신호를 발생하고, 송신 신호에 대응하는 반사 신호의 IQ 신호를 취득했는지 아닌지를 판정하고(스텝 S25), YES일 때는 스텝 S26로 진행되고, NO일 때는 스텝 S21로 돌아간다. 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 발진기(11)에 주파수를 설정한 시점으로부터 시간 t가 경과한 이후에 취득한 IQ 신호를, 해당 주파수에 대응하는 IQ 신호로서 취득한다. 여기서, 시간 t는 발진기(11)에 주파수를 설정한 시점으로부터 송신 안테나(12a)에 의해 전파가 조사될 때까지 필요로 하는 시간 t1와, 조사된 전파가 전파 거리 L를 왕복하는데 필요로 하는 시간 t2의 합계 시간이다. 시간 t2는 전파의 속도를 c로 하면 아래의 식(5)으로 나타내어진다.
Figure pct00005
사전 결정된 모든 주파수에 대해 IQ 신호가 취득되어 있지 않은 경우는, 스텝 S21로 돌아가고, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 발진기(11)에 다음의 주파수를 설정한다. 발진기(11)는 서로 다른 무선 주파수를 갖는 적어도 3개의 송신 신호를 발생하고, 송신 안테나(12a)는 적어도 3개의 송신 신호를 가이드 레일(2)에 전파로서 조사하고, 수신 안테나(12b)는 적어도 3개의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 반사 신호를 취득하고, IQ 복조기(14)는 적어도 3개의 반사 신호에 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호를 취득한다. 한편, 사전 결정된 모든 주파수에 대해 IQ 신호가 취득된 경우에는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 취득된 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다(스텝 S26).
위상 회전 중심 검출 회로(15)는 위상 회전 중심의 좌표의 검출이 완료되면, 사전 결정된 1개의 주파수를 발진기(11)에 설정한다(스텝 S27). 이 주파수는 스텝 S21~S25에서 발진기(11)에 설정되는 주파수와는 상이한 주파수이며, 스텝 S4의 이동 거리 연산 처리에서 사용되는 주파수이다. 다음으로, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 검출된 위상 회전 중심의 좌표를 나타내는 신호를 이동 거리 연산 회로(16)에 송신하고(스텝 S28), 또한, 위상 회전 중심 검출 처리가 완료되었음을 나타내는 신호를 제어 회로(20)에 송신한다(스텝 S29).
도 11은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다. 도 11은 카(3)의 정지중에, 송신 신호의 주파수를 24.05GHz로부터 24.25GHz까지 0.01GHz 단위로 변화시켜 순차로 취득한 IQ 신호를 IQ 평면 상에 플롯한 예를 나타내고 있다. 송신 신호의 주파수가 변경되면 파장이 변경되기 때문에, 전파 거리가 일정하면, 위상이 상이한 IQ 신호가 얻어진다. 도 11에 있어서, 점 P24 .05GHz는 주파수를 24.05GHz로 설정해 취득한 IQ 신호의 좌표를 나타내고, 점 P24 .06GHz는 주파수를 24.06GHz로 설정해 취득한 IQ 신호의 좌표를 나타내고, 이후, 마찬가지이다. 반사 신호의 강도가 일정한 경우, 송신 신호의 주파수를 변화시켜 순차로 취득한 IQ 신호의 궤적 51은 원호 또는 원으로 된다. 그리고, 원호 51의 중심 52가 위상 회전의 중심에 상당한다.
원의 중심은 취득한 3개 이상의 IQ 신호로부터 구할 수 있다. 3개의 IQ 신호의 IQ 평면 상에서의 좌표를 P1(x1, y1), P2(x2, y2), P3(x3, y3)로 한다. 원의 중심의 좌표를 P0(x0, y0)로 하고, 반경을 r로 하고, 원주상의 점의 좌표를 (x, y)로 하면, 원의 방정식은 아래의 식(6)으로 나타내어진다.
Figure pct00006
3점(P1, P2, 및 P3)을 통과하는 원의 중심의 좌표를 구하기 위해서는, 식(6)의 x 및 y에 3점의 좌표를 대입해서 얻어지는 3원 2차 연립 방정식을 풀어, x0 및 y0를 구하면 좋다. 또한, 원의 중심의 구하는 방법은 이 방법으로 한정하지 않고, 선분 P1－P2의 수직 이등분선과 선분 P2－P3의 수직 이등분선을 구하고 그들 2개의 수직 이등분선의 교점을 구하는 방법을 이용해도 좋고, 또는, Hough 변환 등의 화상 상의 원의 검출을 실시하는 일반적인 방법을 이용해도 좋다.
카(3)의 정지중은 고정면 상태가 변화하지 않기 때문에, 반사 신호의 강도가 일정하다는 것을 기대할 수 있다. 그러므로, 카(3)의 정지중에, 사전 결정된 적어도 3개의 서로 다른 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 상기의 방법을 적용함으로써, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 위상 회전 중심 검출 처리에서의 송신 신호의 주파수의 결정 방법을 설명하는 도면이다. 도 12를 참조해서, 상기의 방법으로 위상 회전 중심의 좌표를 검출할 때의 송신 신호의 주파수의 결정 방법에 대해 설명한다. 도 12에 있어서, 점 P21 및 점 P22는 송신 신호의 주파수를 각각 f1 및 f2로 설정해 취득한 IQ 신호의 좌표를 나타내고 있다. 주파수 f1의 송신 신호의 파장 λ1, 및, 주파수 f2의 송신 신호의 파장 λ2는 전파의 속도를 c로 하면, 각각 아래의 식(7) 및 (8)으로 나타내어진다.
Figure pct00007
점 P21 및 P22 사이의 위상차 φ는 아래의 식(9)으로 나타내어진다.
Figure pct00008
여기서, L는 안테나(12)로부터 가이드 레일(2)까지의 전파의 전파 거리이다. 식(9)에 식(1), 식(7) 및 식(8)을 대입해 정리하면, 아래의 식(10)이 얻어진다.
Figure pct00009
상기의 방법으로 3점을 통과하는 원의 중심의 좌표를 구할 때에, 각 2점간의 위상차가 매우 작은 3점, 즉, 근접한 3점을 기준으로 하면, 원의 중심의 좌표를 정확하게 구할 수 없을 가능성이 있다. 그래서, 송신 신호의 주파수는 식(10)을 이용해 선택한다. 식(10)을 이용함으로써, 적어도 3개의 송신 신호의 무선 주파수는, 적어도 3개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 갖도록, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)의 주 빔 방향과, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)로부터 가이드 레일(2)까지의 거리에 근거해 결정된다. 제 1 주파수 및 적절한 위상차(예를 들면π／3)를 임의로 결정하고, 그들을 식(10)의 f1 및 φ에 각각 대입해 구해진 f2를 제 2 주파수로서 선택한다. 마찬가지로, 제 1 주파수 f1 또는 제 2 주파수 f2와 적절한 위상차에 근거해, 식(10)을 이용해 제 3 주파수를 선택한다. 이와 같이 해서 송신 신호의 주파수를 선택함으로써, 적당한 위상차를 갖는 3개 이상의 IQ 신호를 취득할 수 있으므로, 그들의 IQ 신호에 근거해 상기의 방법을 적용함으로써, 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.
도 13은 도 8의 스텝 S4의 이동 거리 연산 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
도 13에 있어서, 스텝 S31~S33의 처리는 도 10에 나타내는 흐름도의 스텝 S22~S24의 처리와 동일하므로, 그들의 각 처리의 설명은 생략한다. 우선, 이동 거리 연산 회로(16)는 송신 신호를 발생시켜, 반사 신호의 IQ 신호를 취득한다(스텝 S31~S33). 상술한 바와 같이, 위상 회전 중심 검출 처리의 완료시에, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 사전 결정된 1개의 주파수를 발진기(11)에 설정하기 때문에(도 10의 스텝 S27), 이동 거리 연산 처리중은 항상, 발진기(11)는 이 주파수의 송신 신호를 발생한다.
다음으로, 이동 거리 연산 회로(16)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 마지막으로 수신한 위상 회전 중심의 좌표를 나타내는 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 보정한다(스텝 S34). 다음으로, 이동 거리 연산 회로(16)는 보정된 좌표에 근거해 송신 신호에 대한 반사 신호의 위상차를 산출하고, 산출된 위상차로부터 카(3)의 이동 거리를 산출한다(스텝 S35). 다음으로, 이동 거리 연산 회로(16)는 산출된 이동 거리를 나타내는 신호를 제어 회로(20) 및 출력 단자(18)에 출력한다(스텝 S36).
또한, 도 13의 이동 거리 연산 처리에 있어서, 이동 거리 연산 회로(16)는 위상차를 산출하기 전에, 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 보정했지만(스텝 S34), 반사 신호의 좌표를 보정하지 않고, 반사 신호의 좌표와 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 직접 위상차를 산출해도 좋다. 위상 회전 중심의 좌표가 기지이면, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 좌표를 정확하게 산출할 수 있고, 따라서, 정확한 위상 변화량 및 적산 위상을 산출할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 IQ 신호의 보정 방법을 설명하는 도면이다. 도 14를 참조해서, 이동 거리 연산 회로(16)가 IQ 신호를 보정하는 방법에 대해 설명한다. 도 14에 있어서, 점 P는 IQ 복조기(14)에서 취득된 보정전의 IQ 신호를 나타내고 있다. 이 예에서는, IQ 신호의 위상은 원점과는 상이한 점 P0를 중심으로 회전하고, 점 P는 점 P0를 중심으로 하는 원 61의 원주상의 점이다.
위상 회전 중심 검출 회로(15)는 상술의 위상 회전 중심 검출 처리에 의해, 위상 회전 중심, 즉 점 P0의 좌표(x0, y0)를 검출해서, 그 좌표를 이동 거리 연산 회로(16)에 통지한다. 이동 거리 연산 회로(16)는 수신한 점 P0의 좌표에 근거해 점 P의 좌표를 보정한다. 보정전의 점 P의 좌표를 (x, y), 보정 후의 점 P＇의 좌표를 (x＇, y＇)로 하면, x＇ 및 y＇는 각각 아래의 식(11) 및 식(12)으로 나타내어진다.
Figure pct00010
보정 후의 IQ 신호를 나타내는 점 P＇는 원점을 중심으로 하는 파선 원 62의 원주상의 점으로 된다. 따라서, 보정 후의 IQ 신호를 이용하면 위상 변화량 및 적산 위상을 정확하게 구해지므로, 카(3)의 이동 거리를 올바르게 계측할 수 있다. IQ 신호에 근거해 위상 변화량 및 적산 위상을 산출하고, 카(3)의 이동 거리를 산출하는 방법의 자세한 것은 상술한 바와 같다.
도 8의 이동 거리 계측 처리에서는, 카(3)가 이동하고 있는 한, 스텝 S4의 이동 거리 연산 처리가 반복적으로 실행된다.
이상과 같은 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에 의하면, 반사 신호의 위상 회전 중심의 원점으로부터의 어긋남을, 취득된 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해 산출하고, 정확한 위상 회전 중심의 좌표 및 IQ 신호의 좌표로부터 송신 신호 및 반사 신호의 위상차를 구해 이동 거리를 산출하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점으로부터 어긋나는 경우에도 카(3)의 이동 거리를 정확하게 계측할 수 있다.
또, 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 IQ 신호의 변화량에 근거해 판정하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전의 중심이 원점으로부터 어긋나는 경우에도, 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 정확하게 판정할 수 있다. 그러므로, 카(3)의 상태에 따른 위상 회전 중심의 좌표의 검출을 정확하게 실시할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또, 카(3)의 정지중에, 사전 결정된 적어도 3개의 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또, 적어도 3개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 가지도록, 적어도 3개의 송신 신호의 무선 주파수를 결정하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또, 엘리베이터 분야에 있어서, 전파를 이용해 비접촉으로 카(3)의 이동 거리 및 속도를 정확하게 계측할 수 있으므로, 인코더(encoder)와 승강로 전체 길이에 걸치는 로프로 구성된 종래의 조속기를 완전히 제거할 수 있어, 설치 비용 및 보수 비용(installation costs and maintenance costs)를 억제할 수 있다.
실시 형태 2.
실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에서는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 카(3)의 정지중에, 사전 결정된 적어도 3개의 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했다. 이것에 대해서, 본 발명의 실시 형태 2에서는, 카의 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 취득한 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성하는 경우에 대해 나타낸다.
실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성은 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에서는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 항상 사전 결정된 일정한 무선 주파수를 발진기(11)에 설정한다.
우선, 제어 회로(20)는 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있는지 아닌지를 판정하고(스텝 S41), YES일 때는 스텝 S42로 진행되고, NO일 때는 스텝 S43으로 진행된다. 카(3)의 속도는 이동 거리 연산 회로(16)가 산출한 이동 거리를 그 이동 시간으로 나눗셈함으로써 산출한다. 또한, 산출한 속도가 사전 결정된 임계치 이상이며, 또한, 정지 판정 회로(19)로부터 정지중 신호를 수신하고 있지 않으면, 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있다고 판정해도 좋다.
카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있다고 판정한 경우는, 제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)에 위상 회전 중심 검출 처리의 실행을 지시한다(스텝 S42). 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리의 자세한 것은 도 16을 참조해 후술한다.
제어 회로(20)는 카(3)가 정지하고 있는지 아닌지를 판단하고(스텝 S43), YES일 때는 이동 거리 계측 처리를 종료하고, NO일 때는 스텝 S44로 진행된다. 제어 회로(20)는 위상 회전 중심 검출 회로(15)로부터 처리가 완료되었음을 나타내는 신호를 수신하고, 또한, 카(3)가 이동중이라고 판단하면, 이동 거리 연산 회로(16)에 이동 거리 연산 처리의 실행을 지시한다(스텝 S44). 스텝 S44의 이동 거리 연산 처리의 자세한 것은 도 13에 나타내는 흐름도와 동일하므로 설명을 생략한다.
또한, 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리는 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있는 경우에 항상 실시하지 않아도 좋다. 예를 들면, 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있는 상태에서, 소정의 시간 간격으로 실행해도 좋다.
도 16은 도 15의 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다.
우선, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는, 발생시키는 송신 신호의 주파수로서 사전 결정된 1개의 주파수를 발진기(11)에 설정한다(스텝 S51). 도 16에 있어서, 스텝 S52~S54의 처리는 도 10에 나타내는 흐름도의 스텝 S22~S24의 처리와 동일하므로, 그들의 각 처리의 설명은 생략한다.
위상 회전 중심 검출 회로(15)는 IQ 복조기(14)로부터 송신된 IQ 신호를 취득한다. 다음으로, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 사전 결정된 개수(적어도 3개)의 상이한 시점(즉, 카(3)가 상이한 거리까지 이동한 시점)에서, 각각 IQ 신호를 취득했는지 아닌지를 판단하고(스텝 S55), YES일 때는 스텝 S55로 진행되고, NO일 때는 스텝 S52로 돌아간다.
사전 결정된 개수의 IQ 신호가 취득되지 않은 경우는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 스텝 S52로 돌아가서, 스텝 S52~S55를 반복한다. 발진기(11)는 동일한 무선 주파수를 갖는 송신 신호를 적어도 3개의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생하고, 송신 안테나(12a)는 이들의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 송신 신호(적어도 3개의 송신 신호)를 가이드 레일(2)에 전파로서 조사하고, 수신 안테나(12b)는 적어도 3개의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 반사 신호를 취득하고, IQ 복조기(14)는 적어도 3개의 단위 시간 구간(즉 적어도 3개의 반사 신호)에 각각 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호를 취득한다. 한편, 사전 결정된 개수의 IQ 신호가 취득된 경우는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 마지막으로 취득된 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다(스텝 S56).
위상 회전 중심 검출 회로(15)는, 위상 회전 중심의 좌표의 검출이 완료되면, 검출된 위상 회전 중심의 좌표를 이동 거리 연산 회로(16)에 통지하고(스텝 S57), 또한, 위상 회전 중심 검출 처리의 완료를 제어 회로(20)에 통지한다(스텝 S58).
반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법에 대해, 이하에 설명한다. 카(3)의 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 순차로 취득한 복수의 IQ 신호의 궤적은 원 또는 원호로 된다. 그리고, 그 원 또는 원호의 중심이 위상 회전 중심에 상당한다. 즉, 실시 형태 1에서 설명한, 카(3)의 정지중에 송신 신호의 주파수를 변화시켜 순차로 취득한 IQ 신호의 궤적과 마찬가지로 된다. 따라서, 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동중에 마지막으로 취득된 3개 이상의 IQ 신호에 근거해, 실시 형태 1에서 설명한 원의 중심을 구하는 방법을 적용함으로써, 위상 회전 중심의 좌표를 검출할 수 있다.
여기서, 도 15의 스텝 S41의 임계치의 결정 방법에 대해 설명한다. 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 3점을 통과하는 원의 중심의 좌표를 구할 때에, 각 2점간의 위상차가 매우 작은 3점, 즉, 근접한 3점을 기준으로 하면, 원의 중심의 좌표를 정확하게 구할 수 없을 가능성이 있다. 그래서, 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리를 실행하는 조건으로 되는 카(3)의 속도의 임계치는 실시 형태 1에서 나타낸 식(4)을 이용해서 정한다. 식(4)은 적산 위상(위상차) φ과 이동 거리 s의 관계를 나타내고 있다. 식(4)을 이용함으로써, 스텝 S41의 임계치는 적어도 3개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 갖도록, 송신 안테나(12a) 및 수신 안테나(12b)의 주 빔 방향(main beam direction)과 송신 신호의 전파의 파장에 근거해 결정된다. 적절한 위상차(예를 들면π／3)를 임의로 정하고, 그것을 식(4)의 적산 위상 φ에 대입해서 이동 거리 s를 구한다. 그리고, IQ 신호를 취득하는 단위 시간당, 카(3)가 거리 s 이상에 걸쳐서 이동하는 속도를, 속도의 임계치로서 정한다. 이와 같이 해서 정한 임계치 이상의 속도로 카(3)가 이동하고 있을 때 취득한 3개 이상의 IQ 신호는 서로 적당한 위상차를 가지고 있으므로, 그들의 IQ 신호에 근거해 상기의 방법을 적용함으로써, 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.
도 15의 이동 거리 계측 처리에서는, 카(3)가 이동하고 있는 한, 스텝 S44의 이동 거리 연산 처리가 반복적으로 실행된다.
이상과 같은 실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에 의하면, 카(3)의 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 취득한 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해서, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했으므로, 카(3)의 이동중에도, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또, 적어도 3개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 갖도록, 위상 회전 중심 검출 처리를 실행할 때의 카(3)의 속도의 임계치를 결정하도록 구성했으므로, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 실시 형태 1에 나타낸 위상 회전 중심 검출 처리와 조합해서, 카(3)가 정지중인 경우 및 사전 결정된 임계치 미만의 속도로 이동중인 경우는, 정지중에 검출한 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 이동 거리를 산출하고, 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동중의 경우는, 이동중에 검출한 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 이동 거리를 산출하도록 구성해도 좋다.
실시 형태 3.
실시 형태 2에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에서는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 카가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 취득한 적어도 3개의 IQ 신호의 IQ 평면 상에서의 궤적에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했다. 이것에 대해서, 본 발명의 실시 형태 3에서는, 카가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 취득한 반사 신호의 파워 스펙트럼(power spectrum)에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했을 경우에 대해 나타낸다.
실시 형태 3에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성은 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
실시 형태 3에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작은 도 15에 나타내는 흐름도와 마찬가지이며, 스텝 S42의 위상 회전 중심 검출 처리의 상세가 실시 형태 2와 상이하다.
도 17은 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 위상 회전 중심 검출 처리를 상세하게 나타내는 흐름도이다. 도 17에 있어서, 스텝 S61~S65의 처리는 도 16에 나타내는 흐름도의 스텝 S51~S55의 처리와 동일하므로, 그들의 각 처리의 설명은 생략한다. 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 마지막으로 취득된 적어도 3개의 IQ 신호에 대해서 FFT(FastFourierTransform) 처리를 실시함으로써, 적어도 3개의 반사 신호의 파워 스펙트럼을 산출한다(스텝 S66). 여기서, 반사 신호의 파워 스펙트럼을 산출하기 위해서 사용하는 IQ 신호는 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동하고 있을 때, 마지막의 소정 시간 기간 중에 취득된 것이다. 다음으로, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 산출된 파워 스펙트럼에 근거해 반사 신호의 직접파 성분을 검출한다(스텝 S67). 다음으로, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 직접파 성분의 좌표에 근거해, 실시 형태 1 및 2와 마찬가지로, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다(스텝 S68). 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 위상 회전 중심의 좌표의 검출이 완료되면, 검출된 위상 회전 중심의 좌표를 이동 거리 연산 회로(16)에 통지하고(스텝 S69), 또한, 위상 회전 중심 검출 처리의 완료를 제어 회로(20)에 통지한다(스텝 S70).
도 18 및 도 19를 참조해서, 반사 신호의 파워 스펙트럼에 근거해 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 방법에 대해 설명한다. 도 18 및 도 19는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다. 도 18 및 도 19에 있어서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 반사 신호 강도를 나타낸다. 도 18은 카(3)의 정지중에 있어서의 반사 신호의 파워 스펙트럼의 파형을 나타내고, 도 19는, 카(3)의 이동중에 있어서의 반사 신호의 파워 스펙트럼의 파형을 나타내고 있다. 카(3)가 정지중인 경우는, 반사파의 주파수와 송신 안테나(12a)로부터 수신 안테나(12b)에 직접 입사하는 직접파 f0의 주파수가 일치하므로, 파워 스펙트럼은 주파수 f0만큼 신호 강도가 높은 파형으로 된다. 한편, 카(3)가 이동중인 경우는, 반사파의 주파수가 카(3)의 이동 속도를 반영하는 도플러 주파수 fd로 되므로, 반사파 성분 및 직접파 성분의 주파수가 분리되고, 파워 스펙트럼은 양 주파수의 신호 강도가 높은 파형으로 된다. 따라서, 파워 스펙트럼의 파형에 있어서, 도플러 주파수 fd 이외에 신호 강도가 높은 주파수를 직접파 성분으로서 추출한다. 그리고, 추출된 직접파 성분의 IQ 평면 상에서의 좌표에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다.
카(3)의 이동중은 카(3)의 진동 등에 의해 반사 신호의 강도가 변화할 가능성이 있다. 그러므로, 카(3)의 이동중에 취득한 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 상기의 방법을 적용함으로써, 카(3)의 이동중에도 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.
이상과 같은 실시 형태 3에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에 의하면, 실시 형태 2에 있어서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또, 카(3)의 이동중에, 일정한 주파수의 송신 신호를 발생하고 있을 때 취득한 반사 신호의 파워 스펙트럼에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했으므로, 카(3)의 진동 등에 의해 반사 신호의 강도가 변화하는 경우에도, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 정확하게 검출할 수 있어, 카(3)의 이동 거리의 계측 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 실시 형태 1에 나타낸 위상 회전 중심 검출 처리와 조합해서, 카(3)가 정지중인 경우 및 사전 결정된 임계치 미만의 속도로 이동중인 경우는, 정지중에 검출한 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 이동 거리를 산출하고, 카(3)가 사전 결정된 임계치 이상의 속도로 이동중인 경우는, 이동중에 검출한 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 이동 거리를 산출하도록 구성해도 좋다.
실시 형태 4.
실시 형태 4에서는, 이동 거리 계측 장치를 열차의 차량에 장착한 경우에 대해 나타낸다. 이 경우, 열차의 차량이 이동체이며, 이동 거리 계측 장치는 차량의 이동 거리를 계측한다.
도 20은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 이동 거리 계측 장치(10)가 장착된 열차의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 20에 있어서, 차량(71)이 주행하는 궤도에는, 레일(72)이 깔리고, 그 아래에 레일(72)을 지지하는 침목(73)이 소정의 간격으로 깔려 있다. 또, 침목(73) 사이에는 자갈(밸러스트)(ballast)(74)이 깔려 있다. 한편, 차량(71)의 바닥면의 전후에는, 접속축(75)을 통해서 트럭(truck)(76)이 접속되고, 트럭(76)에는 차바퀴(77)가 장착되어 있다. 또, 차량(71)의 바닥면의 대략 중앙에는, 리깅 지그(rigging zig)(78)를 통해서 이동 거리 계측 장치(10)가 장착되어 있다.
실시 형태 4에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성은 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 송신 안테나(12a)는 고정면인 궤도(지면)에 전파(송신파)를 조사한다.
실시 형태 4에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작은 도 8에 나타내는 흐름도와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
이상과 같은 실시 형태 4에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에 의하면, 실시 형태 1에 있어서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또, 철도 분야에 있어서, 차량(71)의 이동 거리를 정확하게 계측할 수 있으므로, 이동 거리를 보정하기 위해서 설치하는 지상 구성요소(ground elements)의 개수를 삭감 또는 완전히 제거할 수 있어, 설치 비용 및 보수 비용를 억제할 수 있다.
또한, 이동 거리 계측 장치는, 열차에 한정하지 않고, 고정면을 따라 이동하는 이동체, 예를 들면 자동차의 차량에 장착되어도 좋다.
실시 형태 5.
실시 형태 1에서는, 이동체의 정지중에, 사전 결정된 적어도 3개의 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 경우를 설명했다. 이것에 대해서, 실시 형태 5에서는, 이동체의 정지중에, 사전 결정된 적어도 2개의 서로 다른 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 경우에 대해 설명한다.
실시 형태 5에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성은 도 2에 나타내는 실시 형태 1에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 내부 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
실시 형태 5에 따른 이동 거리 계측 장치(10)의 동작은 도 8에 나타내는 흐름도와 마찬가지이고, 스텝 S3의 위상 회전 중심 검출 처리의 상세가 실시 형태 1과 상이하다. 실시 형태 5에 있어서의 위상 회전 중심 검출 처리는 도 10에 나타내는 흐름도와 마찬가지이고, 설정하는 주파수의 개수(즉, 취득하는 IQ 신호의 개수) 및 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법이 실시 형태 1과 상이하다. 실시 형태 5에 따른 이동 거리 계측 장치(10)에서는, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 스텝 S21에 있어서, 사전 결정된 적어도 2개의 서로 다른 주파수를 발진기(11)에 순차로 설정한다. 그리고, 스텝 S26에 있어서, 위상 회전 중심 검출 회로(15)는 취득된 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, IQ 평면 상에 있어서의 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출한다.
도 21~도 23은 실시 형태 5에 따른 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표의 검출 방법을 설명하는 도면이다. 도 21에 있어서, 점 P31 및 점 P32는 송신 신호의 주파수를 사전 결정된 2개의 주파수 f1 및 f2로 설정해 취득한 IQ 신호의 좌표를 나타낸다. 주파수 f1 및 f2의 관계는 f1＜f2인 것으로 한다. 점 P31와 점 P32 사이의 위상차 φ는 실시 형태 1에서 나타낸 식(9)을 이용해 구할 수 있다.
원주상의 2점의 좌표를 알고, 그 2점과 원의 중심을 연결하는 2개의 반경이 이루는 중심각을 알면, 원의 중심 좌표가 2개로 정해진다. 점 P31와 점 P32의 2점을 지나고, 점 P31 및 점 P32와 중심을 연결하는 2개의 반경이 이루는 중심각이 φ(0°＜φ＜180°)인 원은 점 Pa를 중심으로 하는 원 81과 점 Pb를 중심으로 하는 원 82이다.
실시 형태 1의 도 11에 나타낸 바와 같이, 이동체의 정지중에, 송신 신호의 주파수를 차례로 커지도록 변화시킨 경우, 각 주파수로 취득한 IQ 신호의 궤적은 시계 회전 방향(우회전)으로 된다. 따라서, f1＜f2에 의해, 점 P31로부터 점 P32로의 궤적은 시계 회전 방향으로 된다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 원 81의 원주상에 있어, 점 P31로부터 점 P32로의 시계 회전 방향의 궤적은 위상차가 φ로 되어 유효하다. 한편, 도 23에 나타내는 바와 같이, 원 82의 원주상에 있어, 점 P31로부터 점 P32로의 시계 회전 방향의 궤적은 위상차가 360°-φ로 되어 유효하지 않다. 따라서, 원 81의 중심 Pa를 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표로서 검출한다.
상기의 방법으로, 2개의 서로 다른 주파수의 송신 신호에 대응하는 2개의 IQ 신호에 근거해 위상 회전 중심의 좌표를 검출하기 위해서는, 2개의 IQ 신호의 위상차 φ가 0°＜φ＜180°로 되도록, 송신 신호의 주파수를 설정할 필요가 있다. 그래서, 실시 형태 1에서 설명한 송신 신호의 주파수의 결정 방법을 이용해, 2개의 IQ 신호가 0°보다 크고 또한 180°보다 작은 위상차를 갖도록, 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 선택한다.
이상과 같이 구성된 실시 형태 5에 따른 이동 거리 계측 장치에 의하면, 카(3)의 정지중에, 사전 결정된 적어도 2개의 서로 다른 주파수의 송신 신호에 대응하는 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하도록 구성했으므로, 전파를 송신하는 횟수를 보다 줄여, 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 신속하고 정확하게 검출할 수 있다.
1 : 승강로 2 : 가이드 레일
3 : 카 4 : 구동 장치
5 : 메인 로프 6 : 균형 추
7 : 장착 지그 10 : 이동 거리 계측 장치
11 : 발진기 12 : 안테나
12a : 송신 안테나 12b : 수신 안테나
13 : 증폭기 14 : IQ 복조기
15 : 위상 회전 중심 검출 회로 16 : 이동 거리 연산 회로
17 : 입력 단자 18 : 출력 단자
19 : 정지 판정 회로 20 : 제어 회로
71 :차량 72 : 레일
73 : 침목 74 : 자갈(밸러스트)
75 : 접속축 76 : 트럭
77 : 차바퀴 78 : 리깅 지그

Claims (12)

  1. 고정면을 따라 이동하는 이동체에 마련되고, 해당 이동체의 이동 거리를 계측하는 이동 거리 계측 장치로서,
    상기 이동 거리 계측 장치는,
    무선 주파수를 갖는 송신 신호를 복수의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생하는 발진기와,
    상기 송신 신호를 상기 고정면에 전파로서 조사하는 송신 안테나와,
    상기 송신 안테나로부터 상기 고정면에 조사되어 상기 고정면에서 반사된 전파를 수신하고, 상기 송신 신호에 대응하는 반사 신호로서 취득하는 수신 안테나와,
    상기 복수의 단위 시간 구간의 각각에 있어서 상기 송신 신호를 기준 신호로서 이용해서 상기 반사 신호를 직교 검파하고, 상기 복수의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 복수의 IQ 신호로서, IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표를 각각 나타내는 복수의 IQ 신호를 취득하는 IQ 신호 취득 수단과,
    상기 IQ 신호 취득 수단으로 취득된 복수의 IQ 신호 중 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 위상 회전 중심 검출 수단과,
    상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표와 상기 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 상기 송신 신호에 대한 상기 반사 신호의 위상차를 산출하고, 상기 위상차에 근거해 상기 이동체의 이동 거리를 산출하는 이동 거리 연산 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 거리 연산 수단은 상기 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표를 보정하고, 상기 보정된 좌표에 근거해 상기 송신 신호에 대한 상기 반사 신호의 위상차를 산출하고, 상기 위상차에 근거해 상기 이동체의 이동 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동체가 정지하고 있을 때,
    상기 발진기는 서로 다른 무선 주파수를 갖는 적어도 2개의 송신 신호를 발생하고,
    상기 송신 안테나는 상기 적어도 2개의 송신 신호를 상기 고정면에 전파로서 조사하고,
    상기 수신 안테나는 상기 적어도 2개의 송신 신호에 대응하는 적어도 2개의 반사 신호를 취득하고,
    상기 IQ 신호 취득 수단은 상기 적어도 2개의 반사 신호에 대응하는 적어도 2개의 IQ 신호를 취득하고,
    상기 위상 회전 중심 검출 수단은 상기 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는
    것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 송신 신호의 무선 주파수는 상기 적어도 2개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 갖도록, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 주 빔 방향과, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나로부터 상기 고정면까지의 거리에 근거해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 송신 신호의 무선 주파수는 상기 적어도 2개의 IQ 신호가 0°보다 크고 또한 180°보다 작은 위상차를 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.

  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 거리 계측 장치는 상기 IQ 신호에 근거해 상기 이동체가 정지하고 있는지 아닌지를 판정하는 정지 판정 수단을 더 구비하고,
    상기 정지 판정 수단은 사전 결정된 시간 기간에 걸친 상기 IQ 신호의 변화량이 사전 결정된 제 1 임계치 이하인 경우, 상기 이동체가 정지하고 있다고 판정하는
    것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동체가 사전 결정된 제 2 임계치 이상의 속도로 이동하고 있을 때,
    상기 발진기는 동일한 무선 주파수를 갖는 송신 신호를 적어도 3개의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생하고,
    상기 IQ 신호 취득 수단은 상기 적어도 3개의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 적어도 3개의 IQ 신호를 취득하고,
    상기 위상 회전 중심 검출 수단은 상기 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는
    것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 임계치는 상기 적어도 3개의 IQ 신호가 사전 결정된 위상차를 서로 갖도록, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 주 빔 방향과 상기 송신 신호의 전파의 파장에 근거해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 회전 중심 검출 수단은 상기 적어도 3개의 IQ 신호에 근거해 상기 반사 신호의 파워 스펙트럼을 산출하고, 상기 산출된 파워 스펙트럼에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 이동 거리 계측 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 엘리베이터.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 이동 거리 계측 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 차량.
  12. 고정면을 따라 이동하는 이동체에 마련된 이동 거리 계측 장치를 이용해 상기 이동체의 이동 거리를 계측하는 이동 거리 계측 방법으로서,
    상기 이동 거리 계측 방법은,
    무선 주파수를 갖는 송신 신호를 복수의 단위 시간 구간에 걸쳐서 발생하는 스텝과,
    상기 송신 신호를 상기 고정면에 전파로서 조사하는 스텝과,
    상기 고정면에 조사되어 상기 고정면에서 반사된 전파를 수신하고, 상기 송신 신호에 대응하는 반사 신호로서 취득하는 스텝과,
    상기 복수의 단위 시간 구간의 각각에 있어서 상기 송신 신호를 기준 신호로서 이용해 상기 반사 신호를 직교 검파하고, 상기 복수의 단위 시간 구간에 각각 대응하는 복수의 IQ 신호로서, IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표를 각각 나타내는 복수의 IQ 신호를 취득하는 스텝과,
    상기 IQ 신호 취득 수단으로 취득된 복수의 IQ 신호 중 적어도 2개의 IQ 신호에 근거해, 상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 위상 회전 중심의 좌표를 검출하는 스텝과,
    상기 IQ 평면 상에 있어서의 상기 반사 신호의 좌표와 상기 위상 회전 중심의 좌표에 근거해 상기 송신 신호에 대한 상기 반사 신호의 위상차를 산출하고, 상기 위상차에 근거해 상기 이동체의 이동 거리를 산출하는 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 거리 계측 방법.
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