JP2009042975A

JP2009042975A - 侵入検知装置

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Publication number: JP2009042975A
Application number: JP2007206456A
Authority: JP
Inventors: Kenji Inomata; 憲治猪又; Takashi Hirai; 隆史平位
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: JP4888275B2

Abstract

【課題】漏洩ケーブルからの物体の接近距離を正確に検出し、接近距離に基づいて正確な侵入検知を行うことができる侵入検知装置を得ることを目的とする。
【解決手段】受信部１２は、漏洩受信手段２で受信した受信信号から第１の送受信モード信号を分離して第１の位相振幅信号を出力するとともに、受信信号から第１の送受信モード信号とは異なる第２の送受信モード信号を分離して第２の位相振幅信号を出力する。検知部１３は、第１の位相振幅信号から第１の変動量を演算し、第２の位相振幅信号から第２の変動量を演算し、第１の変動量と第２の変動量の差に基づいて、漏洩送信手段２及び漏洩受信手段３の延伸方向における所定の基準線８と侵入物体６との接近距離Ｒを演算する。そして接近距離Ｒを所定の閾値で判定することで、侵入物体６を検知する。
【選択図】図１

Description

この発明は、監視領域内の侵入者や侵入物などの侵入物体を検知する侵入検知装置に関するものである。

従来の侵入検知装置は、電波を送受信可能なケーブルである漏洩ケーブルを用い、送信用漏洩ケーブルと受信用漏洩ケーブルを地下に並行して埋設する。送信器は送信用漏洩ケーブルに送信信号を出力する。送信信号は送信用漏洩ケーブルから空間に電波として放射され、その電波は受信用漏洩ケーブルで受信信号として受信される。受信信号は受信器に入力され、受信器にて受信信号の振幅レベルや位相が解析される。

侵入物体が漏洩ケーブルに接近、又は通過すると電波が侵入物体で反射し、受信信号の振幅レベルや位相が僅かに変化する。受信器はこの受信信号の振幅レベルや位相の変化分を所定の閾値で判定し、侵入物体の侵入を検知する。

特開平５−２６９０号公報（０００２段乃至０００３段、図８）

しかしながら、従来方式では、遠方の大型物体を検知したくない場合でも、変化分を判定する閾値で調整するしかなかった。遠方であっても大型物体が漏洩ケーブルに近づいた場合、受信信号の変化分は大きくなるため、その受信信号の変化分は漏洩ケーブルから少し離れた侵入者と同程度になる。これは電波が漏洩ケーブルから離れる方向の距離に従って減衰するが、ターゲットサイズが大きい場合は、漏洩ケーブルから遠くても、受信信号はある程度の大きさになるためである。したがって、従来方式では侵入物体と漏洩ケーブルとの接近距離を閾値判定することは不可能であり、遠方の大型物体を誤って検知してしまう問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、漏洩ケーブルからの侵入物体の接近距離を検出し、接近距離に基づいて正確な侵入検知を行うことができる侵入検知装置を得ることを目的とする。

この発明に係る侵入検知装置は、送信信号を漏洩送信手段に供給する送信部と、送信信号を漏洩受信手段で受信した受信信号を検波する受信部と、この受信部から出力される位相振幅信号を解析して侵入物体を検知する検知部を備えている。受信部は、受信信号から第１の送受信モード信号を分離して第１の位相振幅信号を出力するとともに、受信信号から第１の送受信モード信号とは異なる第２の送受信モード信号を分離して第２の位相振幅信号を出力する。検知部は、第１の位相振幅信号から第１の変動量を演算し、第２の位相振幅信号から第２の変動量を演算し、第１の変動量と第２の変動量の差に基づいて、漏洩送信手段及び漏洩受信手段の延伸方向における所定の基準線と侵入物体との接近距離を演算する。そして接近距離を所定の閾値で判定することで、侵入物体を検知する。

この発明に係る侵入検知装置は、２つの送受信モード信号における夫々の変動量の差に基づいて漏洩送信手段及び漏洩受信手段からの侵入物体の接近距離を検出したことにより、接近距離に基づいて正確な侵入検知を行うことができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における侵入検知装置の構成を示す図であり、図２は実施の形態１における侵入検知を説明する図である。無線装置１は、送信信号を漏洩送信手段である送信用漏洩ケーブル２に送信する送信部１１と、送信信号を漏洩受信手段である受信用漏洩ケーブル３にて受信した受信信号を検波する受信部１２と、受信部１２で検波され、受信部１２から出力される位相振幅信号を解析して侵入物体６を検知する検知部１３で構成される。

送信部１１には、第１の送受信モード信号を発生する発振器１０１と第２の送受信モード信号を発生する発振器１０２がある。第１の送受信モード信号と第２の送受信モード信号は、合成器１０３によって合成され、増幅器１０４で適切な信号レベルに増幅され、送信信号として送信用漏洩ケーブル２に出力される。

ここで、送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２が所定の動作モードで動作し、受信用漏洩ケーブル３が所定の動作モードで動作する周波数の信号である。具体的には、第１の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が後述する放射モードで動作する周波数の信号であり、第２の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が後述する表面波モードで動作する周波数の信号である。

無線装置１は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３と接続されていて、無線装置１が生成した送信信号は送信用漏洩ケーブル２から電波として放射される。送信用漏洩ケーブル２で放射されずに残った送信信号は終端器４で吸収される。送信用漏洩ケーブル２から放射された電波は、侵入物体６で反射し受信用漏洩ケーブル３で受信され、受信された受信信号は無線装置１に入力される。受信用漏洩ケーブル３にも終端器５が接続されており、終端での反射を防いでいる。

受信部１２に入力された受信信号は、増幅器１０５で適切な信号レベルに増幅され、分配器１０６で分配された後、それぞれバンドパスフィルタ１０７とバンドパスフィルタ１０８に入力される。バンドパスフィルタ１０７は受信信号から第１の送受信モード信号を分離するために用いるもので、分離した第１の送受信モード信号は検波器１０９に入力される。バンドパスフィルタ１０８は受信信号から第２の送受信モード信号を分離するために用いるもので、分離した第２の送受信モード信号は検波器１１０に入力される。

検波器１０９及び検波器１１０は入力された信号を検波し、その信号の振幅と位相を出力するもので、それぞれ、第１の振幅位相信号と第２の振幅位相信号を出力する。第１の振幅位相信号と第２の振幅位相信号は検知部１３に入力される。検知部１３の判定回路１１１は、予めメモリ１１２に保存されている基準信号と判定レベルを用いて、解析並びに判定が行われる。判定回路１１１が侵入物体６を検知すると警報器１１３が警報を発する。

次に、放射モードの信号、表面波モードの信号について説明する。放射モードの信号と表面波モードの信号の違いは、漏洩ケーブルで送信若しくは受信される信号の周波数にある。漏洩ケーブルは表面上にスロット若しくは穴が周期的に開けられた構造であり、ここから電波を放射するが、この周期間隔によって発振周波数に対する送信の動作モードが決まる。また、信号を受信する漏洩ケーブルにおけるスロット若しくは穴の周期間隔によって受信周波数に対する受信の動作モードが決まる。

基本周期Ｐの間隔でスロットが開けられた漏洩ケーブルの場合、放射モードと表面波モードの境界となる周波数ｆは（１）式となる。
ｆ＝ｃ／（Ｐ（√（εｒ）＋１））・・・（１）
ここで、ｃは電波の速度、εｒは漏洩ケーブル内の誘電体の比誘電率である。

（１）式で表される周波数ｆよりも高い周波数であれば放射モードで動作し、周波数ｆよりも低い周波数であれば表面波モードで動作する。ただし、漏洩ケーブルの中には基本周期の間にサブスロットが開けられた構造のものがある。これは高次の放射モードを抑圧するために開けられたもので、境界の周波数は基本周期Ｐで計算できる。例えば、基本周期が１ｍで、基本周期内の１／６ｍ、１／２ｍ、２／３ｍの位置にサブスロットが開けられ、比誘電率εｒが１．２３である漏洩ケーブルの場合、境界の周波数は約１４２ＭＨｚとなる。

上記の特性となる漏洩ケーブルを送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に用いた場合に、例えば発振器１０１を２００ＭＨｚで発振させれば、漏洩ケーブルは放射モードで動作し、発振器１０２を８０ＭＨｚで発振させれば、漏洩ケーブルは表面波モードで動作する。

したがって、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に同一の特性となる漏洩ケーブルを用いた場合、第１の送受信モード信号として２００ＭＨｚの信号を用いることで、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が放射モードで動作する。また、第２の送受信モード信号として８０ＭＨｚの信号を用いることで、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が表面波モードで動作する。

図２において、経路７は、無線装置１から供給された送信信号が、送信用漏洩ケーブル２の送信端から侵入物体６を介して受信用漏洩ケーブル３の受信端に至る信号経路を表している。送信用漏洩ケーブル２から放射された送信信号は、侵入物体６で反射し、受信用漏洩ケーブル３で受信信号として受信される。侵入物体６が送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に近づく接近距離Ｒは、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３の延伸方向における基準線８と侵入物体６との距離である。例えば、基準線８は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３の中心線を用いればよい。

侵入物体６の漏洩ケーブルの延伸方向におけるケーブル距離Ｚは、送信用漏洩ケーブル２の送信端から送信用漏洩ケーブル２に沿った侵入物体６までの距離である。接近距離Ｒを規定する線分は基準線８と垂直になるので、ケーブル距離Ｚは、送信用漏洩ケーブル２の送信端及び受信用漏洩ケーブル３の受信端の中点から基準線８と接近距離Ｒを規定する線分との交点までの距離とすることもできる。

放射モードで動作する周波数から適切な周波数帯を選ぶと、漏洩ケーブルから９０度方向に電波が放射するため、経路７の経路長Ｌは２×Ｚ＋２×Ｒとなる。漏洩ケーブルからの電波の放射方向は、漏洩ケーブルの構造に起因し、その特性は広く知られているので、ここでの説明は割愛する。なお、９０度以外の放射角となる周波数帯を用いた場合でも、幾何学的な演算でケーブル距離Ｚは算出できる。

次に、検知部１３における判定動作について説明する。図３は判定回路１１１の構成を示す図である。第１の変動量演算手段２０１は、検波器１０９の出力である第１の振幅位相信号Ｓｉｇ−ａ１とメモリ１１２に記憶された第１の基準振幅位相信号Ｓｉｇ−ｒａとの複素差分の絶対値を電界の変動量として演算し、第１の変動量Ｓｉｇ−ａ２を出力する。第２の変動量演算手段２０２は、検波器１１０の出力である第２の振幅位相信号Ｓｉｇ−ｂ１とメモリ１１２に記憶された第２の基準振幅位相信号Ｓｉｇ−ｒｂとの複素差分の絶対値を電界の変動量として演算し、第２の変動量Ｓｉｇ−ｂ２を出力する。ここで、複素差分とは、振幅と位相で表される複素量の差分である。

基準振幅位相信号は無侵入時の基準となる振幅位相信号である。無侵入時の基準は、例えば、所定の時間、侵入物体６の侵入を検知しなかった場合の振幅位相信号や、その振幅位相信号の平均値を用いればよい。第１の基準振幅位相信号Ｓｉｇ−ｒａは２００ＭＨｚの第１の送受信モード信号における基準であり、第２の基準振幅位相信号Ｓｉｇ−ｒｂは８０ＭＨｚの第２の送受信モード信号における基準である。

接近距離演算手段２０３は、第１の変動量Ｓｉｇ−ａ２と第２の変動量Ｓｉｇ−ｂ２との差に基づいて接近距離Ｒを演算する。判定手段２０４は接近距離Ｒが所定の閾値以下であることを判定して、判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔを出力する。警報器１１３は、判定手段２０４で侵入物体６が所定の閾値以下の接近距離Ｒ内に侵入したことを検知された後に、判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔを受ける。警報器１１３は判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔに基づいて警報を発する。

図４は、変動量演算手段の作用を説明する図である。横軸Ｘは実数軸であり、縦軸Ｙは虚数軸である。例えば、現在の振幅位相信号Ａ２がＣ２ｅｘｐ（ｊθ２）であり、基準振幅位相信号Ａ１がＣ１ｅｘｐ（ｊθ１）のとき、夫々の信号は、Ｘ２＋ｊＹ２とＸ１＋ｊＹ１で表される。振幅位相信号Ａ２と基準振幅位相信号Ａ１の差分である振幅位相信号Ａ３の振幅ΔＣが変動量であり、この変動量ΔＣは、（２）式で表される。
ΔＣ＝√（（Ｘ２−Ｘ１）^２＋（Ｙ２−Ｙ１）^２）・・・（２）
ここで、ｊは虚数単位である。なお、受信信号の電界成分を検波した振幅位相信号を用いれば、変動量ΔＣは電界の変動量である。以下、電界の変動量として説明する。

図５は、実施の形態１における電界の変動量ΔＣと接近距離Ｒの関係を示す図である。横軸は接近距離Ｒの対数であり、縦軸は電界の変動量ΔＣの対数である。特性線３０１は、放射モードで送信された信号が侵入物体６にて反射して放射モードで受信した信号における電界の変動量特性である。特性線３０２は、表面波モードで送信された信号が侵入物体６にて反射して表面波モードで受信した信号における電界の変動量特性である。差分Ｄは、ある距離Ｒでの特性線３０１の対数値と特性線３０２の対数値の差分値である。図５において、接近距離ＲがＲ１の場合、差分ＤはＤ１になっている。放射モードでは電波伝搬による減衰は小さいため、接近距離Ｒに対する電界の変動量ΔＣの低下度合いは表面波モードより小さく、表面波モードは接近距離Ｒの増加に伴い急速に減少する。

図６は、図５の差分Ｄと接近距離Ｒの関係を示す図である。横軸は接近距離Ｒの対数であり、縦軸は差分Ｄである。特性線３０４は差分Ｄの接近距離Ｒの特性を表している。この図６に示される差分特性は対数の差であるので、夫々の接近距離Ｒにおいて、放射モードの電界の変動量ΔＣ１と表面波モードの電界の変動量ΔＣ２はほぼ同じ割合で増減し、かつ夫々の対数の差をとることでほぼ同じ割合の増減は相殺される。したがって、特性線３０４は、電界の変動量ΔＣには依存しない、つまり侵入物体６のサイズに依存しない特長を有している。これよって、侵入物体６のサイズに関らず、この差分特性の特性線３０４から、侵入物体６の送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に近づく接近距離Ｒを演算することができる。差分ＤがＤ１の場合、接近距離Ｒは特性線３０４を利用してＲ１であることが分かる。上述したように、侵入物体６のサイズに関らず、侵入物体６の接近距離Ｒを求めることができることを示した。

以上のように、実施の形態１における侵入検知装置は、２つの送受信モード信号における夫々の変動量ΔＣの差に基づいて送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３からの侵入物体６の接近距離Ｒを検出したことにより、従来、侵入物体６の接近距離Ｒを閾値判定することは不可能であり、遠方の大型物体を検知してしまうものとは異なり、接近距離Ｒに基づいて正確な侵入検知を行うことができる。これにより、遠方の大型物体を誤って検知してしまうことがない。

また、この接近距離Ｒを閾値判定することで、例えば、１ｍ以上３ｍ以下に侵入した場合に警報を鳴らすというような、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３からの接近距離Ｒの範囲を判定基準とした閾値判定が可能となる。これによって、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に、設定距離以下まで近づくと警報を切るというような動作が可能となる。警備員が手動で警報を切ることをせずに、侵入物体６を確認するために急行しても、警報が鳴りっぱなしになることがなく、警備員に警報音が他人の迷惑になるというような無用な心配をしなくて済むメリットがある。

なお、２つの送受信モード信号として、放射モードと表面波モードで動作する信号で説明したが、表面波モードに代えて準表面波モードで動作する信号を用いることができる。(１)式で放射モードとなる周波数帯域でも、(１)式で示す境界に近い周波数では、送信用漏洩ケーブル２から放射される電波の放射方向が送信用漏洩ケーブル２に沿った方向になるため、表面波モードと同じような物理特性となる。準表面波モードでも電界の変動量ΔＣは距離の増加に伴い急速に減少する。準表面波モードの電波を用いると純粋な表面波モードの電波よりも電界の変動量ΔＣが全体に大きくなる。つまり準表面波モードにおける電界の変動量特性が全体に上方に上昇するため、即ち受信強度が大きくなるため、同じ接近距離Ｒでは受信感度が良くなる。したがって、準表面波モードの電波を用いると表面波モードの場合と比べて接近距離Ｒが長距離であっても、接近距離Ｒを検出することができる。また、準表面波モードの電波の送信電力を表面波モードの場合と比べて小さくしても、表面波モードの場合と同等の接近距離Ｒの限界まで、接近距離Ｒの検出を行うことができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。実施の形態１とは、ケーブル距離演算手段２０５で演算したケーブル距離Ｚを用いて、侵入物体６の侵入検知を行う点で異なる。

判定手段２０６は接近距離Ｒが所定の閾値以下であること、並びにケーブル距離Ｚが所定の閾値範囲以内であることを判定して、判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔを出力する。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３の特定の範囲内に侵入したことを検知することができる。

ケーブル距離Ｚを演算するために、まず経路７の経路長Ｌを求める。図８は、送信信号が侵入物体６を介して戻ってくる経路長を演算する方法を説明する図である。経路７の経路長Ｌは、一般のレーダと同じように電波の送受信間の伝搬遅延時間を基に算出できる。電波の伝搬時間は、パルス変調信号やコード変調信号、ＦＭ−ＣＷ方式等によって計測できる。ただし、一般のレーダでは受信信号の送信から受信までの伝搬時間を測定するのに対し、ここでは電界の変動量ΔＣの伝搬時間を測定する。

図８（ａ）に示すように、侵入物体６が送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３に接近すると、図８（ｂ）の特性線３１１に示すように受信信号の強度が変動する。特性線３１１は、図４に示した現在の振幅位相信号Ａ２の受信強度における伝搬時間特性である。特性線３１０は、図４に示した基準振幅位相信号Ａ１の受信強度における伝搬時間特性である。特性線３１２は特性線３１１と特性線３１０の差である。無侵入時の基準である特性線３１０と現在の受信強度である特性線３１１の差である電界の変動量としての特性線３１２のピーク時間を検出することで、経路７の経路長Ｌを図８（ｃ）に示したＬ１として求めることができる。

具体的には、図７の第１の変動量演算手段２０１において、所定時間の送信信号に対する第１の振幅位相信号Ｓｉｇ−ａ１及び第１の基準振幅位相信号Ｓｉｇ−ｒａを入力することで、特性３１２を第１の変動量Ｓｉｇ−ａ２として検出することができる。

送信用漏洩ケーブル２から９０度方向に電波が放射する周波数帯を選択している場合、経路長Ｌは２×Ｚ＋２×Ｒとなるため、経路長Ｌと接近距離Ｒからケーブル距離Ｚを演算できる。９０度以外の放射角となる周波数帯を用いた場合でも、幾何学的な演算で接近距離Ｒを演算できるので、ケーブル距離Ｚも算出できる。この演算をケーブル距離演算手段２０５で行う。

以上のように、実施の形態２における侵入検知装置は、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３の特定の範囲内に侵入したことを検知することができる。したがって、侵入物体６の侵入位置をケーブル距離Ｚで特定できるので、その後の警備員の対応等を迅速に行うことができる。例えば、他の監視手段（カメラ）や侵入物体６に対する予防手段（警告音の鳴動、フラッシュの点灯）等の個別操作が実行可能になる。この場合は、ケーブル距離Ｚを出力すればよい。また、特定の範囲内に侵入したことを検知することができるので、監視領域における警戒レベルの差を付けることもでき、多くの監視形態の設定ができる。

なお、判定手段２０６には、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚが入力されるが、接近距離Ｒだけで判定することも可能である。また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚの判定範囲を任意に設定できる。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚの判定範囲の組み合わせによって、他様な監視形態を実現できる。

また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚの判定は、１つづつ直列的に判定しても、２つを同時に、即ちアンド演算で判定してもよい。アンド演算することで、直列的な判定を行う場合に比べて、回路規模を小さくでき、判定結果を出力する時間が短くできる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。実施の形態２とは、反射係数演算手段２０７で演算した侵入物体６の物体反射係数Γを用いて、侵入物体６の侵入検知を行う点で異なる。

判定手段２０８は接近距離Ｒが所定の閾値以下であること、ケーブル距離Ｚが所定の閾値範囲以内であること、並びに物体反射係数Γが所定の閾値以上であることを判定して、判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔを出力する。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、所定の大きさの侵入物体６が侵入したことを検知することができる。

次に、侵入物体６の反射係数Γを演算する方法を説明する。放射モードでの電界の変動量ΔＣは次式で表される。
ΔＣ＝ＣａΓｅｘｐ（−２αＺ）＊（１／２Ｒ）・・・（３）
ここで、Ｃａは漏洩ケーブルの放射利得等の定数、Γは物体反射係数、αは漏洩ケーブルの単位長さ当りの電波の減衰量である。

（３）式より電界の変動量ΔＣとケーブル距離Ｚと接近距離Ｒが分かれば、定数Ｃａと減衰量αは事前に分かるため、物体反射係数Γが求められる。物体反射係数Γと物体サイズの関係は事前に実験計測しておけば、侵入物体６の概略サイズを見積もることができる。即ち、侵入検知装置の設置環境に応じて、侵入検知装置が捕らえる可能性がある人、車や小動物などの物体反射係数Γを事前に調べておく。物体反射係数Γが分かれば、事前に調べてある物体反射係数Γと比較することで侵入物体６の概略サイズを見積もることができる。ただし、侵入物体６の材質によって、同じサイズでも物体反射係数Γは異なるため、ここで見積もるサイズは一種の目安である。

以上のように、実施の形態３における侵入検知装置は、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、所定の大きさの侵入物体６が侵入したことを検知することができる。

実施の形態３とは異なり、従来方式では電界の変動量ΔＣを判定する閾値で調整するしかなかった。従来、小動物が漏洩ケーブルに非常に接近した場合に、その変動量ΔＣは大きくなるため、変動量ΔＣは漏洩ケーブルから少し離れた侵入者と同程度になる。これは電波が漏洩ケーブルから離れる方向の距離に従って減衰するため、漏洩ケーブルに近ければ、ターゲットサイズが小さくても、電界の変動量ΔＣは大きくなるためである。したがって、従来方式では侵入物体６のターゲットサイズを絞った判定は不可能であり、小動物を検知してしまう問題があった。

上述のように、実施の形態３における侵入検知装置は、物体反射係数Γに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、従来、小動物を検知してしまっていたのとは異なり、所定の大きさ以下の侵入物体６を検知しないようにできる。したがって、本来の監視すべき侵入物体６のターゲットサイズを絞った判定が可能となる。

なお、判定手段２０８には、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γが入力されるが、接近距離Ｒだけや接近距離Ｒとケーブル距離Ｚだけでも判定することも可能である。また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γの判定範囲を任意に設定できる。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γの判定範囲の組み合わせによって、実施の形態２よりも他様な監視形態を実現できる。

また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体反射係数Γの判定は、１つづつ直列的に判定しても、３つを同時に、即ちアンド演算で判定してもよい。アンド演算することで、直列的な判定を行う場合に比べて、回路規模を小さくでき、判定結果を出力する時間が短くできる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。実施の形態３とは、物体サイズ見積手段２０９で演算した侵入物体６の物体サイズＳを用いて、侵入物体６の侵入検知を行う点で異なる。

物体サイズ見積手段２０９は、反射係数演算手段２０７が出力する物体反射係数Γを受けて、侵入物体６の物体サイズＳを演算する。実施の形態３と同様に、物体反射係数Γと物体サイズＳの関係を事前に実験計測しておき、その関係に基づいて演算すればよい。即ち、侵入検知装置の設置環境に応じて、侵入検知装置が捕らえる可能性がある人、車や小動物などの物体反射係数Γと物体サイズＳを事前に調べておく。物体サイズＳが分かれば、事前に調べてある物体サイズＳと比較することで、所定の大きさの侵入物体６が侵入したことを検知することができる。

判定手段２１０は接近距離Ｒが所定の閾値以下であること、ケーブル距離Ｚが所定の閾値範囲以内であること、並びに物体サイズＳが所定の閾値以上であることを判定して、判定信号Ｓｉｇ−ｏｕｔを出力する。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、所定の大きさの侵入物体６が侵入したことを検知することができる。また、閾値の設定パラメータとして直接的な物体サイズＳを用いるので、設定が容易にできる。さらに、直接的な物体サイズＳを用いるので、誤設定の可能性を極力小さくすることができる。

以上のように、実施の形態４における侵入検知装置は、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳに基づいて侵入物体６の侵入検知を行うので、所定の大きさの侵入物体６が侵入したことを検知することができる。

なお、判定手段２１０には、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳが入力されるが、接近距離Ｒだけや接近距離Ｒとケーブル距離Ｚだけでも判定することも可能である。また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳの判定範囲を任意に設定できる。接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳの判定範囲の組み合わせによって、実施の形態３と同様に実施の形態２よりも他様な監視形態を実現できる。

また、接近距離Ｒとケーブル距離Ｚと物体サイズＳの判定は、１つづつ直列的に判定しても、３つを同時に、即ちアンド演算で判定してもよい。アンド演算することで、直列的な判定を行う場合に比べて、回路規模を小さくでき、判定結果を出力する時間が短くできる。

実施の形態５．
実施の形態１乃至４では、送信用漏洩ケーブル２と受信用漏洩ケーブル３の両方に同一の特性の漏洩ケーブルを使用した例で説明した。実施の形態５では、送信用漏洩ケーブル２と受信用漏洩ケーブル３が異なる特性の漏洩ケーブルを利用した例を示す。

実施の形態５では、３つの送受信モード信号を利用する。具体的には、第１の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が放射モードで動作する周波数の信号である。第２の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３が表面波モードで動作させる周波数の信号である。第３の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル２が表面波モードで動作し、受信用漏洩ケーブル３が放射モードで動作する周波数の信号である。

周波数ｆと漏洩ケーブルの動作モードの関係は実施の形態１で既に説明した。漏洩ケーブルの基本周期Ｐを、例えば、送信用漏洩ケーブル２では１ｍ、受信用漏洩ケーブル３では１．２ｍとすれば、比誘電率εｒを１．２３とすると、（１）式より送信用漏洩ケーブル２及び受信用漏洩ケーブル３の境界の周波数は以下のようになる。送信用漏洩ケーブル２では、約１４２ＭＨｚより低い周波数は表面波モード、約１４２ＭＨｚより高い周波数は放射モードとなる。受信用漏洩ケーブル３では、約１１９ＭＨｚより低い周波数は表面波モード、約１１９ＭＨｚより高い周波数は放射モードとなる。

つまり、約１１９ＭＨｚ以下を第１の送受信モード信号の周波数、約１１９ＭＨｚ〜約１４２ＭＨｚを第３の送受信モード信号の周波数、約１４２ＭＨｚ以上を第２の送受信モード信号の周波数に割り当てればよい。

図１１は実施の形態５における電界の変動量ΔＣと接近距離Ｒの関係を示す図である。横軸は接近距離Ｒの対数であり、縦軸は電界の変動量ΔＣの対数である。特性線３０１は、放射モードで送信された信号が侵入物体６にて反射して放射モードで受信した信号における電界の変動量特性である。特性線３０２は、表面波モードで送信された信号が侵入物体６にて反射して表面波モードで受信した信号における電界の変動量特性である。特性線４０１は、表面波モードで送信された信号が侵入物体６にて反射して放射モードで受信した信号における電界の変動量特性である。

上述の第３の送受信モード信号を用いると、その特性線４０１は、図１１に示すように、特性線３０１と特性線３０２の間の特性となる。送信及び受信とも表面波モードを用いた第２の送受信モード信号では、特性線３０２に示すように接近距離Ｒの増加に伴い急速に電界の変動量ΔＣが低下する。無線装置１の受信感度以下となると測定できなくなるため、第２の送受信モード信号が無線装置１の受信感度以下となる中距離の領域を測定したいときは、第１の送受信モード信号（特性線３０１）と第３の送受信モード信号（特性線４０１）の利用が有効である。また、遠方に電波を放射したくない場合、送信において表面波モードで動作する周波数の信号を利用すればよく、即ち第２の送受信モード信号（特性線３０２）と第３の送受信モード信号（特性線４０１）の利用が有効である。

侵入物体６の検出方法は実施の形態１乃至４と同様であり、説明は繰り返さない。

以上のように、実施の形態５における侵入検知装置は、送信用漏洩ケーブル２と受信用漏洩ケーブル３が異なる特性の漏洩ケーブルを利用したので、実施の形態１乃至４の侵入検知装置が受信感度以下となって観測できない距離でも侵入物体６が侵入したことを検知することができる。

なお、第３の送受信モード信号として、送信用漏洩ケーブル２が表面波モードで動作し、受信用漏洩ケーブル３が放射モードで動作する周波数の信号の場合で説明したが、送信用漏洩ケーブル２が放射モードで動作し、受信用漏洩ケーブル３が表面波モードで動作する周波数の信号であっても構わない。この場合も、その特性線４０１は、図１１に示すように、特性線３０１と特性線３０２の間の特性となる。

また、表面波モードで動作する信号で説明したが、表面波モードに代えて準表面波モードで動作する信号を用いることができる。準表面波モードの電波を用いることで、表面波モードの場合と比べて長距離の接近距離Ｒにある侵入物体６を検出することができる。

実施の形態６．
図１２は、この発明の実施の形態６における侵入検知装置の構成を示す図である。実施の形態１乃至４とは、送信用漏洩ケーブル５０１から１つの周波数の信号を送信し、２つの受信用漏洩ケーブル、即ち第１の受信用漏洩ケーブル５０２及び第２の受信用漏洩ケーブル５０３で夫々異なる送受信モード信号を受信して、侵入物体６の侵入検知を行う点で異なる。

図１２において、５００は発振器、５０４乃至５０６は終端器、５０７、５０８は増幅器、５０９、５１０はバンドパスフィルタである。

実施の形態６では送信用漏洩ケーブル５０１を放射モードで動作させ、第１の受信用漏洩ケーブル５０２を表面波モード、第２の受信用漏洩ケーブル５０３を放射モードで動作させる。これは、上述したように、スロットの周期間隔や使用周波数で表面波モードか放射モードかが決まるので、第１の受信用漏洩ケーブル５０２と第２の受信用漏洩ケーブル５０３は特性が異なる漏洩ケーブルを使用する。

発振器５００は、送信用漏洩ケーブル５０１が放射モードで動作する周波数の送信信号を生成する。生成された送信信号は増幅器１０４で増幅され、送信用漏洩ケーブル５０１から電波として放射される。放射された電波は侵入物体６にて反射し、第１の受信用漏洩ケーブル５０２と第２の受信用漏洩ケーブル５０３の両方で受信される。第１の受信用漏洩ケーブル５０２で受信された受信信号は増幅器５０７で所定のレベルに増幅され、バンドパスフィルタ５０９で不要な周波数の信号が除去された第１の送受信モード信号を分離する。検波器１０９は、第１の送受信モード信号を検波し、その信号から振幅と位相情報を第１の振幅位相信号として出力する。実施の形態６において、第１の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル５０１が放射モードで動作し、受信用漏洩ケーブル５０２が表面波モードで動作する周波数の信号である。

一方、第２の受信用漏洩ケーブル５０３で受信された受信信号は増幅器５０８で所定のレベルに増幅され、バンドパスフィルタ５１０で不要な周波数の信号が除去された第２の送受信モード信号を分離する。検波器１１０は、第２の送受信モード信号を検波し、その信号から振幅と位相情報を第２の振幅位相信号として出力する。実施の形態６において、第２の送受信モード信号は、送信用漏洩ケーブル５０１が放射モードで動作し、受信用漏洩ケーブル５０３が放射モードで動作する周波数の信号である。

以上のように、第１の振幅位相信号は、放射モードの送信と表面波モードの受信を組み合せた特性となる。また、第２の振幅位相信号は、放射モードの送信と放射モードの受信を組み合せた特性となる。

以上のように、実施の形態６における侵入検知装置は、送信用漏洩ケーブル５０１から１つの周波数で放射モードの信号を送信し、第１の受信用漏洩ケーブル５０２及び第２の受信用漏洩ケーブル５０３で夫々異なる送受信モード信号を受信したので、実施の形態１乃至４の侵入検知装置が受信感度以下となって観測できない距離でも侵入物体６が侵入したことを検知することができる。また、１台の発振器だけで送信するので、実施の形態１乃至４に比べて、送信部１１の回路規模の簡素化が図れる。

なお、開放同軸ケーブルなどのように、原理的に表面波モードでしか動作しない漏洩ケーブルがあるが、第１の受信用漏洩ケーブル５０２としてこれを利用してもよい。

また、第１の送受信モード信号として、送信用漏洩ケーブル５０１が放射モードで動作する周波数の信号の場合で説明したが、送信用漏洩ケーブル５０１が表面波モードで動作する周波数の信号であっても構わない。この場合は、遠方に電波を放射したくないときに有効である。

なお、実施の形態１乃至５では、２台の発振器を用いて説明したが、１台の発振器の周波数を切り替え、放射モードと表面波モード若しくは準表面波モードの周波数信号を切替えて出力してもよい。どちらの信号が出力されているかを示す制御信号を判定回路１１１に入力しておき、判定回路は検波器１０９と検波器１１０の出力を、当該制御信号に基づいて読み取り、その後、上述した方法で侵入物体６を検知すればよい。このような構成によって、送信部１１の回路規模の簡素化が図れる。

なお、実施の形態１乃至６の判定回路１１１はソフトウエアで実現しても構わない。ソフトウエアを入れ替えるだけで、他様な監視形態に変更できる。これによって、きめ細かな修正や機能追加が可能となり、侵入検知装置のメンテナンスやバージョンアップが容易にできる。

この発明の実施の形態１における侵入検知装置の構成を示す図である。実施の形態１における侵入検知を説明する図である。図１の判定回路の構成を示す図である。図３の変動量演算手段の作用を説明する図である。実施の形態１における電界の変動量ΔＣと接近距離Ｒの関係を示す図である。図５の差分Ｄと接近距離Ｒの関係を示す図である。この発明の実施の形態２における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。実施の形態２における経路長Ｌを演算する方法を説明する図である。この発明の実施の形態３における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。この発明の実施の形態４における侵入検知装置の判定回路の構成を示す図である。実施の形態５における電界の変動量ΔＣと接近距離Ｒの関係を示す図である。この発明の実施の形態６における侵入検知装置の構成を示す図である。

符号の説明

２送信用漏洩ケーブル、３受信用漏洩ケーブル、６侵入物体、８基準線、１１送信部、１２受信部、１３検知部、２０１第１の変動量演算手段、２０２第２の変動量演算手段、２０３接近距離演算手段、２０５ケーブル距離演算手段、２０７反射係数演算手段、２０９物体サイズ見積手段、５０１送信用漏洩ケーブル、５０２第１の受信用漏洩ケーブル、５０３第２の受信用漏洩ケーブル、Ｌ経路長、Ｒ接近距離、Ｚケーブル距離。

Claims

送信信号を漏洩送信手段に供給する送信部と、前記漏洩送信手段から放射された前記送信信号を前記漏洩送信手段に並行して配置された漏洩受信手段で受信した受信信号を検波する受信部と、この受信部から出力される位相振幅信号を解析して侵入物体を検知する検知部を備えた侵入検知装置であって、
前記受信部は、前記受信信号から第１の送受信モード信号を分離して第１の位相振幅信号を出力するとともに、前記受信信号から前記第１の送受信モード信号とは異なる第２の送受信モード信号を分離して第２の位相振幅信号を出力し、
前記検知部は、前記第１の位相振幅信号から第１の変動量を演算する第１の変動量演算手段と、前記第２の位相振幅信号から第２の変動量を演算する第２の変動量演算手段と、前記第１の変動量と前記第２の変動量の差に基づいて、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段の延伸方向における所定の基準線と前記侵入物体との接近距離を演算する接近距離演算手段を有し、前記接近距離を所定の閾値で判定することで、前記侵入物体を検知することを特徴とした侵入検知装置。
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の第１の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第２の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第１の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給し、前記第２の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の第１の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作するとともに前記漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の第３の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第１の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給し、前記第３の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の第１の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が放射モードで動作するとともに前記漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第４の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第１の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給し、前記第４の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第２の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作するとともに前記漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の第３の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第２の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給し、前記第３の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段及び前記漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第２の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が放射モードで動作するとともに前記漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第４の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第２の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給し、前記第４の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記漏洩受信手段は、第１の漏洩受信手段と前記第１の漏洩受信手段と受信モードが異なる第２の漏洩受信手段を有し、
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作するともに第１の漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第５の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作するともに第２の漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の前記第５の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第５の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記漏洩受信手段は、第１の漏洩受信手段と前記第１の漏洩受信手段と受信モードが異なる第２の漏洩受信手段を有し、
前記第１の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が放射モードで動作するともに第１の漏洩受信手段が表面波モード若しくは準表面波モードで動作する周波数の第６の周波数信号であり、
前記第２の送受信モード信号は、前記漏洩送信手段が放射モードで動作するともに第２の漏洩受信手段が放射モードで動作する周波数の前記第６の周波数信号であり、
前記送信部は、前記第６の周波数信号を前記漏洩送信手段に供給することを特徴とした請求項１記載の侵入検知装置。
前記検知部は、前記第１の変動量の状態が所定の状態になった状態検出時間に基づいて、前記送信部から供給された送信信号が、前記漏洩送信手段の送信端から前記侵入物体を介して前記漏洩受信手段の受信端に至る経路長を演算し、この経路長と前記接近距離に基づいて、前記送信端から前記漏洩送信手段に沿った前記侵入物体のケーブル距離を演算するケーブル距離演算手段を有し、前記ケーブル距離を所定の閾値で判定することで、前記侵入物体を検知することを特徴とした請求項１乃至８のいずれか１項に記載の侵入検知装置。
前記検知部は、前記第１の変動量と前記接近距離と前記ケーブル距離に基づいて前記侵入物体の物体反射係数を演算する反射係数演算手段を有し、前記物体反射係数を所定の閾値で判定することで、前記侵入物体を検知することを特徴とした請求項９記載の侵入検知装置。
前記検知部は、前記第１の変動量と前記接近距離と前記ケーブル距離に基づいて前記侵入物体の物体反射係数を演算する反射係数演算手段と、前記反射係数演算手段で演算した前記物体反射係数に基づいて物体サイズを見積もる物体サイズ見積手段を有し、この物体サイズを所定の閾値で判定することで、前記侵入物体を検知することを特徴とした請求項９記載の侵入検知装置。