JP2000081481A

JP2000081481A - 電波式距離計

Info

Publication number: JP2000081481A
Application number: JP10253022A
Authority: JP
Inventors: Shunei Okumura; 俊英奥村
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】送信波と反射波との周波数差から求まるビー
ト信号により、短距離における被測定物までの精度の高
い距離が測定できる電波式距離計を提供する。【解決手段】発振器2は、200ns毎に送信波信号WStの発
振周波数ftを切り換えて発振する。カプラ3は、送信波信
号WStを分岐させ、サーキュレータ4へ送信波信号WSt1を、
ミキサ5へ送信波信号WSt2を出力する。サーキュレータ4
は、カプラ3からの送信波信号WSt1を出力する。アンテナ6
は、送信波信号WSt1を送信波Wtとして放射し、入力される
反射波Wrを電気信号に変換する。ミキサ5は、送信波信号W
Stと反射波信号WSrとを混合し、ビート信号WSbを出力す
る。包絡線検波部7は、このビート信号WSbの検波処理を行
い、結果のパルス信号WSpを出力する。信号処理部8は、パ
ルス信号WSpのパルス幅で電波式距離計1と披測定物との
相対距離データを演算する。判定回路9は、相対距離デー
タと設定データとの比較を行い、制御信号SGを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物までの距
離を電波を用いて測定する電波式距離計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電波式距離計のセンサ方式の一種
であるドップラ方式は、被測定物へ送信した送信波と、
この被測定物からの反射波とのドップラ周波数の振幅を
検出し、この振幅の強度に基づき被測定物までの距離を
検出する方式である。

【０００３】また、他の電波式距離計のセンサ方式の一
種であるＦＭ−ＣＷ（周波数変調−連続波信号）方式
は、被測定物へ送信した送信波と、この被測定物からの
反射波とのビート波のビート周波数を計測し、このビー
ト周波数に基づき被測定物までの距離を検出する方式で
ある。

【０００４】さらに、他の電波式距離計のセンサ方式の
一種であるパルスレーダ方式は、被測定物へ放射した送
信パルスと、この被測定物からの反射パルスとの立ち上
がりを比較することで送信パルスと反射パルスとの位相
差を検出し、この位相差に基づき被測定物までの距離を
検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドップ
ラ方式は、被測定物の反射面の状態、すなわち被測定物
の表面における反射率、被測定物の大きさおよび被測定
物の形状によりドップラ周波数の振幅が変わってしまう
ため、前述の如く振幅に基づき求めた被測定物との距離
に誤差が生じるという問題がある。

【０００６】また、ＦＭ−ＣＷ方式は、被測定物との間
に相対速度が発生するため、ドップラ効果によりドップ
ラ周波数が発生する。このため、ＦＭ−ＣＷ方式は、こ
のドップラ周波数を取り除くための演算処理が必要とな
り、装置規模が大きくなり、かつ処理速度が低下すると
いう問題がある。

【０００７】さらに、パルスレーダ方式は、位相差がパ
ルス幅よりも小さくなると、すなわち短距離の測定とな
ると送信波と反射波とのパルスが重なり、送信波と反射
波とのパルスの立ち上がりを比較することができずに測
定不能となるという欠点がある。

【０００８】本発明は、このような背景の下になされた
もので、送信波と反射波との周波数差から求められるビ
ート信号に基づき、短距離においても被測定物までの精
度の高い距離の測定が行える電波式距離計を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被測定物までの距離を電波を用いて測定する電波式
距離計において、送信波を前記被測定物に対して送信す
る送信手段と、前記送信波の周波数を第１の周波数と第
２の周波数とに所定時間間隔をおいて交互に切り換える
切換手段と、前記送信波の前記被測定物からの反射波を
受信する受信手段と、この受信手段により受信された前
記反射波と、前記送信波との周波数差からビート信号を
検出し、このビート信号に基づき前期送信手段から前記
被測定物までの距離を演算する演算手段とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
電波式距離計において、前記演算手段が、前記反射波と
前記送信波との周波数差からビート信号を検出するミキ
サと、このビート信号に対して包絡線検波を行いパルス
信号を出力する検波部と、このパルス信号に基づき前記
送信手段から被測定物までの距離を演算する演算部とを
具備することを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２記載の
電波式距離計において、前記演算部が前記パルス信号の
パルス幅に基づき前記送信手段から被測定物までの距離
を演算することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態
による電波式距離計の構成を示すブロック図である。こ
の図に示す電波式距離計１において、２は発振器であ
り、例えば図２に示す２００ｍｓの周期において送信波
信号ＷＳｔの発振周波数ｆtを、前半の１００ｍｓで
「２.４６ＧＨｚ」と後半の１００ｍｓで「２.３４ＧＨ
ｚ」とに切り換えて発振する。

【００１３】図２は、図１に示す電波式距離計の動作に
おける各部の波形を示したタイミングチャートである。
すなわち、図２は、以下で説明する送信波信号ＷＳｔ、
反射波信号ＷＳｒ、ビート信号ＷＳｂおよびパルス信号
ＷＳｐの関係を示すタイミングチャートである。横軸が
時間軸であり、縦軸が信号強度を示している。

【００１４】図１に戻り、３はカプラであり、発振器２
の出力する送信波信号ＷＳｔをサーキュレータ４へ送ら
れる送信波信号ＷＳｔ1と、ミキサ５へ送られる送信波
信号ＷＳｔ2とに分岐させる。サーキュレータ４は、カ
プラ３から入力される送信波信号ＷＳｔ1をアンテナ６
へ出力する。アンテナ６は、サーキュレータ４から入力
される送信波信号ＷＳｔ1を送信波Ｗｔとして空間に放
射する。

【００１５】また、アンテナ６は、放射された送信波Ｗ
ｔの被測定物からの反射波、すなわち周波数ｆrが「２.
４６ＧＨｚ」と「２.３４ＧＨｚ」とに切り換えられる
反射波Ｗｒを受信し、電気信号に変換する。この結果、
アンテナ６は、変換結果として図２に示す周波数ｆｒの
反射波信号ＷＳｒをサーキュレータ４へ出力する。ま
た、サーキュレータ４は、入力される反射波信号ＷＳｒ
をミキサ５へ出力する。

【００１６】ミキサ５は、送信波信号ＷＳｔと反射波信
号ＷＳｒとをミキシングする。また、ミキサ５は、ミキ
シング結果として、図２に示すビート周波数（ｆt−ｆ
r）、すなわちビート周波数「１２０ＭＨｚ」のビート
信号ＷＳｂを包絡線検波部７へ出力する。

【００１７】包絡線検波部７は、入力されるビート信号
ＷＳｂの包絡線処理を行う。また、包絡線検波部７は、
包絡線処理および整流処理を行い、すなわち検波処理を
行い、この検波結果を図２に示す周期「２００ｍｓ」の
パルス信号ＷＳｐとして信号処理部８へ出力する。

【００１８】信号処理部８は、入力されるパルス信号Ｗ
Ｓｐのパルス幅、例えば図２に示す「Ｔ１」に基づき、
電波式距離計１と披測定物との相対距離Ｄ１を測定す
る。すなわち、パルス信号ＷＳｐのパルス幅を「Ｔ１」
とすると、相対距離データ「Ｄ１」は、以下の式から求
めることができる。Ｄ１＝ｃＴ１／２ここで、「ｃ」は光速度である。また、信号処理部８
は、求められた相対距離データＤを判定回路９へ出力す
る。

【００１９】判定回路９は、入力される相対距離データ
Ｄと予め記憶されている設定データＳとの比較を行う。
また、判定回路９は、相対距離データＤが予め記憶され
ている設定データＳより小さいかまたは等しいとき、図
に示さない次段の回路へ制御信号ＳＧを出力する。

【００２０】次に、図１および図２を参照し、上記実施
形態の動作の説明を行う。例えば、時刻ｔ１において、
発振器２は、周波数「２.４６ＧＨｚ」の送信波信号Ｗ
Ｓｔを一定時間（１００ｍｓ）カプラ３へ出力する。そ
して、カプラ３は、入力された送信波信号ＷＳｔをサー
キュレータ４へ送信波信号ＷＳｔ1として、ミキサ５へ
送信波信号ＷＳｔ2として出力する。

【００２１】これにより、サーキュレータ４は、アンテ
ナ６へ送信波信号ＷＳｔ1を出力する。そして、アンテ
ナ６は、入力される送信波信号ＷＳｔ1を送信波Ｗｔを
空間へ送出する。放射された送信波Ｗｔは、被測定物Ｈ
へ到達して反射され、反射波Ｗｒとなり空間に放射され
る。

【００２２】時刻ｔ１にアンテナ６へ入力される反射波
Ｗｒは、送信波Ｗｔが周波数「２.４６ＧＨｚ」に切り
替わる以前に、アンテナ６から放射された周波数「２.
３４ＧＨｚ」の送信波Ｗｔが披測定物Ｈにおいて反射さ
れたものである。そして、アンテナ６は、入力される反
射波Ｗｒを電気信号へ変換し、反射波信号ＷＳｔをサー
キュレータ４へ出力する。

【００２３】ここで、サーキュレータ４は、入力される
反射波信号ＷＳｔをミキサ５へ出力する。これにより、
ミキサ５は、サーキュレータ４から入力される反射波信
号ＷＳｔと、カプラ３から入力される送信波信号ＷＳｔ
2とを合成する。そして、ミキサ５は、「１２０ＭＨ
ｚ」の周波数のビート信号ＷＳｂを包絡線検波部７へ出
力する。

【００２４】この結果、包絡線検波部７は、入力される
ビート信号ＷＳｂを包絡線処理及び整流処理を行い、パ
ルス信号ＷＳｐを信号処理部８へ出力する。

【００２５】次に、時刻ｔ２において、アンテナ６に
は、周波数「２.４６ＧＨｚ」の送信波Ｗｔが披測定物
Ｈにより反射された、周波数「２.４６ＧＨｚ」の反射
波Ｗｒが入力される。この結果、サーキュレータ４から
入力される反射波信号ＷＳｔと、カプラ３から入力され
る送信波信号ＷＳｔ2との周波数が等しくなるため、ミ
キサ５はビート信号を出力しない。

【００２６】従って、時刻ｔ２において、包絡線検波部
７から出力されるパルスＷＳｐは、入力されるビート信
号ＷＳｂが無いために立ち下がる。これにより、信号処
理部８は、パルス信号ＷＳｐのパルス幅、すなわち時間
Ｔ１を検出する。そして、信号処理部８は、この時間Ｔ
１を用いて前述した式に基づき演算し、時刻ｔ１〜時刻
ｔ２における披測定物Ｈとの相対距離データＤ１を求め
る。

【００２７】次に、信号処理部８は、求めた相対距離デ
ータＤを判定回路９へ出力する。これにより、判定回路
９は、入力される相対距離データＤと、内部に予め設定
されている距離データＳとの比較を行う。この結果、入
力される相対距離データＤが内部に予め設定されている
距離データＳに比較して等しいまたは小さいと判断され
た場合、判定回路９は、図に示さない次段の回路へ制御
信号を出力する。

【００２８】一方、入力される相対距離データＤが内部
に予め設定されている距離データＳに比較して大きいと
判断された場合、判定回路９は、図に示さない次段の回
路へ制御信号を出力しない。

【００２９】次に、時刻ｔ３において、発振器２は、出
力する送信波信号ＷＳｔの周波数を「２.４６ＧＨｚ」
から「２.３４ＧＨｚ」へ切り替えた後、一定時間（１
００ｍｓ）、「２.３４ＧＨｚ」の送信波信号ＷＳｔを
出力する。これにより、ミキサ５に入力される送信波信
号ＷＳｔ2の周波数は、「２.４６ＧＨｚ」から「２.３
４ＧＨｚ」へ切り替わる。

【００３０】したがって、サーキュレータ４から入力さ
れる反射波信号ＷＳｔと、カプラ３から入力される送信
波信号ＷＳｔ2との周波数が異なり、ミキサ５は、周波
数「１２０ＭＨｚ」のビート信号ＷＳｂを包絡線検波部
７へ出力する。

【００３１】そして、包絡線検波部７は、入力されるビ
ート信号ＷＳｂを包絡線処理及び整流処理を行い、パル
ス信号ＷＳｐを信号処理部８へ出力する。すなわち、時
刻ｔ３において、パルス信号ＷＳｐは立ち上がる。

【００３２】次に、時刻ｔ４において、アンテナ６に
は、周波数「２.３４ＧＨｚ」の送信波Ｗｔが披測定物
Ｈにより反射された、周波数「２.３４ＧＨｚ」の反射
波Ｗｒが入力される。この結果、サーキュレータ４から
入力される反射波信号ＷＳｔと、カプラ３から入力され
る送信波信号ＷＳｔ2との周波数が等しくなるため、ミ
キサ５はビート信号を出力しない。

【００３３】従って、時刻ｔ４において、包絡線検波部
７から出力されるパルスＷＳｐは、入力されるビート信
号ＷＳｂが無いために立ち下がる。これにより、信号処
理部８は、パルス信号ＷＳｐのパルス幅、すなわち時間
「Ｔ２」を検出する。そして、信号処理部８は、この時
間「Ｔ２」を用いて前述した式に基づき演算し、時刻ｔ
３〜時刻ｔ４における披測定物Ｈとの相対距離データ
「Ｄ２」を求める。

【００３４】同様に、電波式距離計１は、時刻ｔ５〜時
刻ｔ６の時間「Ｔ３」、および時刻ｔ７〜時刻ｔ８の時
間「Ｔ４」からおのおの相対距離データ「Ｄ３」、相対
距離データ「Ｄ４」を求める。

【００３５】上述してきたように、本発明の一実施形態
による電波式距離計１によれば、パルス信号ＷＳｐのパ
ルス幅、すなわち時間「Ｔ」が検出できれば披測定物Ｈ
との距離の測定は可能である。また、本発明の電波式距
離計１は、送信波Ｗｔの周波数ｆtを変化させることに
より、反射波Ｗｒを妨害電波として擬似的に再現するの
が困難であり、反射波Ｗｒ以外の電波による対電波妨害
性が高くなる効果がある。

【００３６】さらに、本発明の一実施形態による電波式
距離計１によれば、披測定物Ｈの表面における反射率、
披測定物Ｈの大きさおよび披測定物Ｈの形状により、送
信波Ｗｔに対する反射波Ｗｒの振幅の強度が変化したと
しても、反射波Ｗｒがアンテナ６へ入力されれば、距離
の測定が可能である。さらにまた、本発明の一実施形態
による電波式距離計１によれば、パルス幅から前述した
式に基づき、披測定物との距離が演算できるため、ドッ
プラ周波数を除去する回路が必要なく、簡単な回路で構
成できる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、被測定物
までの距離を電波を用いて測定する電波式距離計におい
て、送信波を前記被測定物に対して送信する送信手段
と、前記送信波の周波数を第１の周波数と第２の周波数
とに所定時間間隔をおいて交互に切り換える切換手段
と、前記送信波の前記被測定物からの反射波を受信する
受信手段と、この受信手段により受信された前記反射波
と、前記送信波との周波数差からビート信号を検出し、
このビート信号に基づき前期送信手段から前記被測定物
までの距離を演算する演算手段とを具備するため、前記
ビート信号を検出できるまで披測定物までの距離を測定
でき、また用いる周波数を変えることにより反射波を再
現することが難しいので、前記反射波以外の電波による
耐電波妨害性が高くなり、かつビート信号に基づき披測
定物との距離が演算できるため、ドップラ周波数を除去
する回路が必要なく、簡単な回路で構成できる効果があ
る。

【００３８】請求項２記載の発明によれば、前記演算手
段が、前記反射波と前記送信波との周波数差からビート
信号を検出するミキサと、このビート信号に対して包絡
線検波を行いパルス信号を出力する検波部と、このパル
ス信号に基づき前記送信手段から被測定物までの距離を
演算する演算部とを具備するため、前記ビート信号を検
出できるまで披測定物までの距離を測定できる効果があ
る。

【００３９】請求項３記載の発明によれば、前記演算部
が前記パルス信号のパルス幅に基づき前記送信手段から
被測定物までの距離を演算するため、前記パルス信号を
検出できるまで披測定物までの距離を測定できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による電波式距離計の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す電波式距離計の動作を説明する各
部における信号のタイミングチャートを示す図である。

【符号の説明】

１電波式距離計２発振器３カプラ４サーキュ
レータ５ミキサ６アンテナ７包絡線検波部８信号処理
部９判定回路Ｈ披測定物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物までの距離を電波を用いて測定
する電波式距離計において、送信波を前記被測定物に対して送信する送信手段と、前記送信波の周波数を第１の周波数と第２の周波数とに
所定時間間隔をおいて交互に切り換える切換手段と、前記送信波の前記被測定物からの反射波を受信する受信
手段と、この受信手段により受信された前記反射波と、前記送信
波との周波数差からビート信号を検出し、このビート信
号に基づき前期送信手段から前記被測定物までの距離を
演算する演算手段とを具備することを特徴とする電波式
距離計。
【請求項２】前記演算手段が、前記反射波と前記送信波との周波数差からビート信号を
検出するミキサと、このビート信号に対して包絡線検波
を行いパルス信号を出力する検波部と、このパルス信号
に基づき前記送信手段から被測定物までの距離を演算す
る演算部とを具備することを特徴とする請求項１記載の
電波式距離計。
【請求項３】前記演算部が前記パルス信号のパルス幅
に基づき前記送信手段から被測定物までの距離を演算す
ることを特徴とする請求項２記載の電波式距離計。