信号時間差測定装置

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【発明の名称】	信号時間差測定装置
【発明者】	【氏名】長澤総
【要約】	【課題】位相差を持った検出信号から時間差情報を正確に出力するようにした信号時間差検出装置を提供する。【解決手段】センサ１１Ａ，１１Ｂの出力は、増幅器１２Ａ，１２Ｂ、位相検出器１３Ａ，１３Ｂを経て、時間差検出回路１４に入力される。時間差検出回路１４は位相検出器１３Ａ，１３Ｂより出力されたパルス信号の入力時間差を逐次求め、制御部１８からマイコン等によって制御されているプログラムに沿って、一定の範囲内の時間差情報を次の記憶部１５に出力している。記憶部１５に格納された所定時間内の時間差情報は、次の演算部１６において制御部１８からの指令に基づいてサンプル数が偶数となるように加算され、かつ、その加算値を次の除算回路１７においてサンプルされた偶数個の情報数で除算することにより平均的な時間差情報が算出される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】時間差を持った信号を検出する第１及び第２のセンサーと、前記第１及び第２のセンサーから出力された第１及び第２の信号を比較する比較手段と、前記比較手段から出力された信号から信号源の状況を判断する演算手段を備えた信号時間差測定装置において、前記比較手段は前記第１の信号の特定レベルの位相と、該特定レベルの位相に対応した前記第２の信号の位相を比較する位相比較部と、前記位相比較部の出力を記憶する記憶部とを備え、前記演算手段は前記記憶部から読み出された位相差情報を偶数サンプル数だけ加算して平均化する平均化回路によって構成されていることを特徴とする信号時間差測定装置。
【請求項２】上記第１及び第２の信号はほぼ同一波形とされ、その特定レベルは０クロス点に設定されることを特徴とする請求項１に記載の信号時間差測定装置。
【請求項３】上記時間差を持った信号は路上を疾走する車体を信号源とし、上記センサーは車道面に所定の間隔で埋設されている磁気センサーとされていることを特徴とする請求項１に記載の信号時間差測定装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二つの信号源から出力された相似の信号波形から、その時間差を検出する際に有用な信号時間差測定装置に関わるものであり、特に移動物体をセンサー等により検出した信号波形から、移動物体の移動速度等を検出する際に有用な信号時間差測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】相似の信号波形の時間差から時間情報を検知し移動体の状況を検出する技術は測定技術として、多くの産業分野で使用されている。その一例として移動物体の個数や、速度を検出する装置を図４を参照して説明する。
【０００３】この図においてＲは車道面であり、ｓ１，ｓ２はこの車道面Ｒに近接し、離間して埋設されている二つの磁気センサーを示す。Ｃを車道面Ｒの上を通過している各種の自動車とすると、車道面Ｒ上を１台の自動車が通過する毎に磁気センサーｓ１，ｓ２が感応し、例えば同図（ｂ）に示すように、自動車が通過する毎に各センサーｓ１，ｓ２から複数のピーク点を有するバースト状の検出信号ｅ１，ｅ２が出力される。
【０００４】この検出信号ｅ１，ｅ２はそれぞれ増幅器Ａｍｐ１，およびＡｍｐ２によって増幅され、マイクロコンピュータ等で構成されている解析装置Ｓｃに供給され、車の速度や、種類、およびその台数等を信号波形から推測することができるようにしている。この検出信号ｅ１，ｅ２の波形は、車の種類によって変化するが、少なくとも同一の車を検出した際は、離間して配置されているセンサーｓ１、及びセンサーｓ２からはほぼ同一波形であって、一方の信号波形の時間が遅れている信号が出力される。
【０００５】図４（ｂ）において、検出信号ｅ１，ｅ２の時間差をｔｄとすると、この位相差はセンサーｓ１，ｓ２の離間距離と、車Ｃの車速によって決定され、逆にこの時間差ｔｄを測定することによって車道を疾走している車のスピードを検出することができる。また、その信号波形を解析することにより車の通過台数や車種等を推測することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記検出された信号ｅ１，ｅ２の時間差ｔｄは、センサーｓ１とセンサーｓ２の離間距離をｘ（数１０ｃｍ）とすると、車の車速ｖはｖ＝ｘ／ｔｄによって検出することができるが、検出信号ｅ１，ｅ２間の時間差は、磁気センサーｓ１，ｓ２の出力レベルの変動、アンプＡｍｐ１、Ａｍｐ２のドリフト、オフセット値の変動等によって変化するため、これらの変動によって誤差が生じる。そこで、１台の車によって検出された検出信号ｅ１，ｅ２から出力される複数の時間差情報を検出して平均化することによって、誤差を少なくすることが考えられているが、解析装置部Ｓｃにおいて単純に複数の時間差情報を加重平均化しても必ずしも誤差がなくなるとはいえない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点を解消するために例えば、時間差を持った信号を検出する第１及び第２のセンサーとを設けると共に、前記第１及び第２のセンサーから出力された第１及び第２の信号を比較する比較手段と、前記比較手段から出力された信号から前記移動物体の移動状況を判断する演算手段を備えた信号時間差測定装置において、前記比較手段は前記第１の信号の特定レベルの位相と、該特定レベルの位相に対応した前記第２の信号の位相を比較する位相比較部と、この位相比較部から算出された出力を記憶している記憶部を備え、前記演算部は前記記憶部から出力された時間差情報を偶数サンプル数だけ加算して平均化する平均化回路によって構成している。
【０００８】請求項２の発明の場合は、上記第１，及び第２の検出信号の時間差情報を当該信号の０クロス点で定めるようにしており、また、請求項３では上記センサーを車道を疾走する車の検出を行う磁気センサーとして、車速の測定ができるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の信号時間差測定装置の回路例を図１に示す。この図において１１Ａ、１１Ｂは移動物体の動きに応じて信号を出力するセンサーであり、例えば磁気センサーや、光センサ等を使用することができる。１２Ａ、１２Ｂはセンサー１１（Ａ，Ｂ）の出力を所定の利得で増幅する増幅器であり、磁気センサーと共同して直流成分を含む信号を増幅可能となるように構成すると共に、ノイズ成分を除去する特性を備えていることが好ましい。１３Ａ、１３Ｂはセンサー１１（Ａ，Ｂ）から出力された検出信号の特徴点を求める位相検出器であり、本実施例の場合は交番信号とされた検出信号の零クロス点で反転する２値信号とするか、ゼロクロス点でパルス信号を発生する回路によって構成することができる。
【００１０】１４は前記位相検出器１３（Ａ，Ｂ）より出力された一連のパルス信号の入力時間差をデータに変換して、その入力差時間を逐次求めている時間差検出部であり、制御部１８からマイコン等によって制御されているプログラムによって上記位相検出器１３（Ａ，Ｂ）の出力間隔をカウントし、一定の範囲内の時間差情報を識別符号を付加して次の記憶部１５に出力している。記憶部１５に格納された所定時間内の時間差情報は、次の演算部１６において制御部１８からの指令に基づいてサンプル数が偶数となるように加算され、かつ、その加算値を次の除算回路１７においてサンプルされた偶数個の情報数で除算することにより平均的な時間差情報を演算する。
【００１１】なお、説明上、信号時間差回路の内容を個別のブロック図によって表示しているが、時間差検出回路１４、記憶部１５、演算部１６、除算回路１７等は１個のＣＰＵによって同様な信号処理を行わせることができる。また、このような時間差検出回路はアナログ回路によって構成するようにしてもよい。さらに、上記実施例は検出信号の時間差情報を求め、車速を推定する信号処理について述べたが、コンピュータによる信号処理プログラムにより、前記したセンサ１１Ａ、１１Ｂの検出信号波形の特徴点を抽出し、車の種類や、その通過台数等を求め、これらを表示、またはプリントアウトすることも可能である。
【００１２】本発明の実施の形態では上記したような装置を使用することによって、センサーから得られた検出信号から、以下に述べるように車の車速を正確に測定することができる。すなわち、離間して配置されている２つのセンサー１１（Ａ，Ｂ）上を車が通過すると、車体の金属の影響を受けてセンサー１１Ａ、および１１Ｂから図２に示しようにほぼ同一の信号波形で時間がずれている検出信号ｅａ、ｅｂが発生し、この検出信号の例えば零クロス点を示す時間情報ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４、．．．．が時間差検出回路１４に入力される。
【００１３】時間差検出回路１４はこの時間情報から時間差情報（ｔ１－ｔ２）（ｔ３－ｔ４）．．．を計算し、制御部１８はその時間差情報を逐次記憶部１５に格納する。さらに、制御部１８は上記時間差情報を得る際に、一連のバースト状の信号については、同一の識別符号を付加し、この同一の識別符号が付加されている時間差情報が偶数となる点で加算及び乗算処理を行う。
【００１４】ところで、センサー１１Ａ，１１Ｂ及び増幅器１２（Ａ，Ｂ）を介して検出された上記検出信号ｅ１，ｅ２は、ある時間経過すると、通常は相互に異なるオフセットが生じ、例えば図２のように検出信号ｅａに対して検出信号ｅｂの零レベルにオフセット（ＬａーＬｂ）が発生すると、同一の検出波形であるにもかかわらず第１回目の時間差情報ｅｄ＝（ｔ１－ｔ２）に対して第２回目の時間差情報ｅｄ＝（ｔ３－ｔ４）は異なったものになる。しかも、この時間差情報ｅｄの誤差は波形の立ち上がり側で負となるときは、波形の立ち下がりで正となるように形成される。
【００１５】そこで、本発明ではこのような時間差情報の変動を少なくするために、逐次出力されている時間差情報の加算平均値を求めるが、このときに時間差情報の偶数個のみのサンプル数について加算平均を行うようにしている。つまり、このようにオフセットによる信号波形で時間差情報が変動する傾向は、第１回目がマイナス方向であるときは、第２回目はプラス方向にふれるので、オフセットが生じたときの時間差情報の変動はプラス方向、及びマイナス方向で一組となるようにサンプルし、加算平均することによって誤差が最小となるようにすることができるなお、ちなみにサンプル数が奇数となると、最終的にマイナス方向にふれた時間差情報か、又はプラス方向にふれた時間差情報のいずれか一方が多くなり、加算平均によって必ずしも誤差が低減しない。
【００１６】上記したように、ほぼ同一波形の時間差を求める場合は、サンプリングされた時間差情報を偶数個に設定すると、オフセットの変動と共に、検出レベルの変動がある場合でも加算平均を行うと誤差を低減することが可能になる。
【００１７】図３は制御部１８で時間差情報を演算するときのフローを示したものである。制御部はまず通過物体の検出信号の有無を検出しており、信号が検出されたときはその信号がいずれのセンサーから出力されたかによって識別符号（ａ，ｂ）を付加し、その信号の０レベルをクロスしたときの時間データＤａｎ、又はＤｂｎを順番にｎ＝０から取り込む（ｎ＝０．１．２．３．・・・・）。
【００１８】時間データＤａｎ、またはＤｂｎの入力間隔Ｔが所定の時間内となっているときは「ＤａｎーＤｂｎ」を計算し、この時間差情報をＤｄｉ（ｉ＝０．１．２．３．・・・・）として逐次記録する。そして、所定数の時間差情報Ｄｄｉが得られ時にそのサンプル数で加算平均「ΣＤｄｉ／ｉ」を実行する。ただし、ｉは２、又は２以上として、時間差情報のサンプル個数が偶数個でない場合は、ｉ＝ｉー１個のサンプル数にして加算平均を行い、その信号を出力する。出力された信号は速度情報として表示、又はプリントアウトされるが、次に到来する車のデータを収集するために、サンプル個数番号ｎを０にリセットする。
【００１９】以上の実施例は磁気センサーを使用して車速を求める場合に適応したが、一般的に二つのセンサーから時間的に異なる同一物体の動きを検出する場合に、本発明を適応することができる。又、検出信号はセンサーに限らず例えばエコーを伴った音響波による解析や、電磁波の位相差による測定技術に対して適応することができるものである。
【００２０】また、上記したように１回の検出によって複数個の時間差情報が得られるときは、最初の２～４組の加算平均、次の２～４組の加算平均というように偶数個づつ時間的に分けて演算することにより、速度の時間的な変化を測定することもできる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の信号時間差測定装置は、検出された信号波形の特徴点を比較して時間差情報等を求める際に、その時間差情報を偶数個だけ抽出して加重平均するようにしているので、その演算結果によって誤差の少ない測定値を求めることができるという効果がある。又、このような信号時間差検出方式をとることによって、増幅回路のオフセットの変動が激しい高利得の信号系の場合も、正しい検出信号を得ることができるという効果がある。

【出願人】	【識別番号】０００２０１８１４【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社
【出願日】	平成１１年８月３日（１９９９．８．３）
【代理人】	【識別番号】１０００８６８４１【弁理士】【氏名又は名称】脇篤夫（外２名）
【公開番号】	特開２００１－４１９６８（Ｐ２００１－４１９６８Ａ）
【公開日】	平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願番号】	特願平１１－２２０４２１