JP5681206B2 - 静電容量センサによる乗客コンベヤに関連する人の検知 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、乗客コンベヤに関し、特に、乗客コンベヤに関連する人の位置を検知するシステムに関する。

エスカレータや動く歩道などの乗客コンベヤは、乗客を第１の位置から第２の位置へ効率的に搬送するために使用される。典型的なエスカレータは、エスカレータの端部にそれぞれ配置された一対のスプロケット上を移動するチェーンに取り付けられた複数の連結された移動する踏段を含み、スプロケットの一方が機械によって駆動される。移動する踏段の両側に欄干が配置され、各々の欄干は、踏段と同時に移動する手摺りを含む。典型的な動く歩道は、エスカレータと同じ構成要素を多くを含むが、歩道は傾斜しておらず平らであり、踏段の代わりにパレットを使用する。

乗客検知システムは、安全上の理由、保守上の理由またはエネルギーコストの削減のために乗客コンベヤを停止または始動させるために使用されてきた。このような乗客検知システムは、典型的に、入口ゲートおよび出口ゲートや乗客コンベヤの長さに沿って複数のセンサを使用し、入口ゲートおよび出口ゲートに接近している人や乗客コンベヤに乗っている人を検知する。センサとしては、光センサ、赤外線センサ、圧電センサおよび無線周波数送信機が使用されてきた。乗客コンベヤの長さが長くなればなるほど必要なセンサの数は増えるので、このようなシステムの設置および保守にかかる費用は法外に高くなるおそれがある。

本発明は、乗客コンベヤに関連する人を検知するシステムである。このシステムは、発振駆動信号を供給する駆動回路と、発振駆動信号に応じて第２の電極に向かって電界を発生するように設けられた第１の電極を有する静電容量センサと、静電容量センサの静電容量の変化を検知するように静電容量センサに接続された検知回路と、制御装置と、を含む。人が第１の電極と第２の電極との間の電界を乱すと、検知回路が静電容量センサの静電容量の変化を検知して静電容量の関数として出力を生成する。検知回路が検知した変化に基づいて、制御装置が乗客コンベヤの動作モードを選択的に設定し、乗客コンベヤの始動、減速、加速、停止、または始動防止などを制御する。

本発明は、少なくとも２つの用途を有する。すなわち、乗客コンベヤの欄干の間にいる人の検知および乗客コンベヤの機械室内の人の検知である。乗客コンベヤの欄干の間にいる人を検知するには、第１の欄干の第１の電極に電気信号が供給され、第１の欄干に対向する第２の欄干の第２の電極と第１の電極との間の空間に電界が形成される。乗客コンベヤに乗客が乗っている場合には、第１の電極と第２の電極との間の静電容量の変化が検知される。検知される静電容量の変化の関数として、乗客コンベヤの動作が制御される。乗客コンベヤの機械室内の人を検知するには、電気信号が機械室内に設けられたセンスワイヤに送信され、ワイヤと機械室内の電気的に絶縁された構成要素との間に電界が形成される。機械室内にいる人は、電界を乱してセンサワイヤと構成要素との間の静電容量を変化させる。この静電容量の変化は検知回路によって検知され、乗客コンベヤは検知された静電容量の変化の関数として制御される。

乗客コンベヤの駆動装置の一部を収容する機械室を含む乗客コンベヤの透視図である。 本発明の実施例に係る乗客コンベヤで使用される検知システムのブロック図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 本発明の検知システムの例示的な動作モードの説明図である。 乗客コンベヤの欄干上の導体材料の例示的な形態を示す説明図である。 乗客コンベヤの欄干上の導体材料の例示的な形態を示す説明図である。 乗客コンベヤの欄干上の導体材料の例示的な形態を示す説明図である。 乗客コンベヤの電極の他の形態を示す説明図である。

本発明は、エスカレータや動く歩道などの乗客コンベヤに関連する人の位置の検知に関する。図１は、第１の乗場１２、第２の乗場１４、連続する踏段１６のループ、手摺り１８、乗客乗車領域を間に定める欄干２２、駆動装置２４、機械室２６，２８を含むエスカレータ１０の透視図である。踏段１６は、第１の乗場１２から第２の乗場１４まで延在する。欄干２２は、第１の乗場１２から第２の乗場１４まで踏段１６の側面に沿って延在し、手摺り１８は、各々の欄干２２に摺動可能に係合している。駆動装置２４は、踏段１６および手摺り１８を一定速度で同期して駆動するように構成される。駆動装置２４の第１の部分は機械室２６に配置され、駆動装置２４の第２の部分は機械室２８に配置される。

本発明は、エスカレータ１０に関連する人の位置の検知に関する。所定の時点において、エスカレータ１０に乗車中に欄干２２の間の乗客乗車領域に人が位置しているか、エスカレータが停止している保守作業中に機械室２６，２８内や欄干２２の間に人が位置している可能性がある。人の位置に基づいて、効率および安全上の理由から駆動装置２４の始動もしくは停止、または駆動装置２４の始動の防止が望ましい場合がある。本発明は、電界を使用してエスカレータ１０に関連する人の位置を検知し、この情報を検知回路に送信して駆動装置２４を始動または停止する必要があるかを判断する。

図２は、本発明の一実施例による検知システム３０のブロック図である。検知システム３０は、（発振器３４、増幅器３６、モード選択器３７、インピーダンス整合回路網３８を含む）駆動回路３２、静電容量センサ４０および検知回路４２を含む。検知回路４２は、比較器４４と制御装置４５を含み、エスカレータ１０の論理回路４６と通信している。

制御装置４５は、発振器３４に電流を供給し、発振器３４は、電気信号５０を生成する。制御装置４５からの制御信号は、モード選択器３７にも送信され、吸収モード、透過モード、または装荷モードの３つのモードの１つで静電容量センサ４０を駆動するようにモード選択器３７に指令する。

発振器３４は、典型的に水晶ベースの（圧電）発振器または制御装置４５の出力によって直接駆動されるものである。発振器３４は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で動作可能であるが、好ましくは１００〜１５０ｋＨｚで動作する。発振器３４が発する電気信号は、出力が５００ｍＷに制限された低電力発振駆動信号である。電気信号５０は、増幅器３６によって増幅され、モード選択器３７および例示的な実施例では１つまたは複数のバラクタにより実現可能なインピーダンス整合回路網３８を介して静電容量センサ４０に送信される。インピーダンス整合回路網３８は、制御装置４５の出力によって制御され、センサ４０の静電容量とは無関係に、電気信号５０が確実に静電容量センサ４０に効率的に送られるようにする。電気信号５０は、静電容量センサ４０の第１の電極５４と第２の電極５６との間に静電界５２を発生させるために静電容量センサ４０に与えられる。

人５７が第１の電極５４と第２の電極５６との間に位置すると、準静電界５２に摂動が生じる。この摂動は、検知回路４２によって検知可能である。検知回路４２は、比較器４４と論理システム４６と通信する制御装置４５とを含む。静電容量センサ４０から受信した出力に基づいて、比較器４４は第１の電極５４と第２の電極５６との間の電圧の差を制御装置４５に出力する。制御装置４５は、比較器４４の出力を処理するために使用されるアルゴリズムを実行するマイクロプロセッサである。これらのアルゴリズムは、（図３Ａ〜図３Ｆを参照して以下に詳細に説明するように）実施例によっては種々の検知モードを使用して、比較器４４の出力を処理してある期間にわたる静電容量のパターンや違いを検出し、１人もしくは複数の人や他の条件の存在を検知する。制御装置４５は、論理システム４６と通信する。静電容量センサ４０の検知された静電容量の変化に基づいて、制御装置４５および論理システム４６は、（乗客コンベヤを始動、停止または減速させるため、あるいは乗客コンベヤの始動を防止するために）乗客コンベヤの動作モードの変更が必要かどうかを判断する。

このシステムは、人の誘電定数が空気の誘電定数よりも著しく高いことを前提としている。静電容量の方程式は以下の通りである。
［式１］
Ｃ＝ε_rε₀Ａ／ｄ

ここで、Ｃはファラドで示した静電容量、ε_rは第１の電極５４と第２の電極５６との間の物体の誘電定数（または比誘電率）、ε₀は真空における誘電率（８．８５４ｘ１０^-12Ｆ／ｍ）、Ａは第１の電極５４と第２の電極５６の重なる面積を平方メートルで表した値、ｄは第１の電極５４と第２の電極５６との間の距離をメートルで表した値である。

空気の誘電定数は、約１．００である。人の誘電定数は、種々の要因によりおおよそ６０〜９０の間である。よって、第１の電極５４と第２の電極５６との間に人がいる場合には、静電容量センサ４０の静電容量は著しく変化する。この静電容量の変化は、検知回路４２によって検知される。紙（ε_r＝３．５）やゴム（ε_r＝７）など、空気の誘電定数に比較的近い材料では、静電容量がそれほど著しく変化しないので（学術書によっては、０．０５ｘ１０^-18Ｆほど小さい静電容量の変化も検知可能であることが実験により分かったと記載されているが）検知することができない可能性がある。

上述したように、静電容量センサ４０と検知回路４２は、３つの検知モードのいずれかで動作可能である。これらのモードは、吸収（または分流）モード、透過モードおよび装荷モードである。図３Ａ〜図３Ｆは、これらの３つの検知モードを詳細に示している。

図３Ａ，図３Ｂは、吸収モードの静電容量センサ４０を示している。第１の電極５４は、第２の電極５６に向かって電界５２（例えば、準静電界）を発生させる。第１の電極５４と第２の電極５６との間に何もない場合には、第２の電極５６は電界５２を定常的な強さで受ける（電界５２の一部は地面に分流される）。図３Ｂに示すように、（人や他の物などの）物体５７が第１の電極５４と第２の電極５６との間にある場合には、電界５２に摂動が生じて、電界５２の一部が物体５７を通して地面に分流されて第２の電極に到達しないため、第２の電極５６が受け取る電界５２は比較的弱くなる。

図３Ｃ，図３Ｄは、透過モードの静電容量センサ４０を示している。第１の電極５４は、第２の電極５６に向かって電界５２（例えば、準静電界）を発生させる（電界５２の一部は地面に分流される）。第１の電極５４と第２の電極５６との間に何もない場合には、第１の電極５４と第２の電極５６との間の静電容量は一定値を有する。図３Ｄに示すように、（人や他の物などの）物体５７が第１の電極５４と第２の電極５６との間にある場合には、電界発生源は静電結合した第１の電極５４と物体５７との組合せとなり、この電界発生源と第２の電極５６との間の静電容量は物体５７の特性および位置に応じて変化する。

図３Ｅ，図３Ｆは、装荷モードの静電容量センサ４０を示している。第１の電極５４は、電界５２（例えば、準静電界）を発生させ、電界５２の少なくとも一部は地面に分流される（このモードでは第２の電極５６は静電容量センサとして機能しない）。図３Ｆに示すように、（人や他の物などの）物体５７が第１の電極５４に隣接している（すなわち、第１の電極５４と第２の電極５６との間にある）とき、電界５２に摂動が生じて物体５７を通して地面に分流され、物体５７の特性および位置に基づいて、第１の電極５４と物体５７との間の静電容量とともに変化する検知可能な装荷効果が生じる。このモードでは、第２の電極５６は、第１の電極５４の代わりにまたは第１の電極５４に加えて、電界を発生しうる。

乗客コンベヤにおいて上述の技術を使用する用途は少なくとも２つある。すなわち、エスカレータ１０上（特に欄干２２の間）の人の検知および機械室２６，２８内の人の検知である。上記で説明した図２に示す回路は、静電容量センサ４０の実現を僅かに変更することで両方の用途に適用可能である。検知される人がエスカレータ１０上の乗客である場合、欄干２２が静電容量センサ４０の第１および第２の電極５４，５６を構成あるいは支持する。検知される人が機械室２６，２８内の保守作業員である場合、センスワイヤが第１の電極５４として機能し、接地された機械が第２の電極５６として機能して静電容量センサ４０を構成する。これらの用途の詳細は、以下により具体的に説明する。

静電容量センサ４０を構成する欄干２２によって乗客コンベヤの欄干２２の間の人を検知するためには、静電容量センサ４０を形成するために各々の欄干２２に導体材料が設けられる。これは、特にガラス面などの不導体面を有する欄干２２に適用可能である。導体材料は、欄干２２の不導体面を囲む金属部分から充分に離して配置することが重要である。なぜなら、このような金属部分は本質的に接地として機能するからである。導体材料が金属部分に近すぎる場合には、電気信号が接地された金属部分に分流され、検知システムの範囲および感度が減少するおそれがある。しかし、必要な回路接続のために、検知システムの限定された数の小さな部分を欄干の導電部分の近くに配置してもよい。

図４Ａ〜図４Ｃは、静電容量センサ４０を形成するために欄干２２の不導体面６２に導体材料６０を設ける例示的な方法をいくつか示している。図４Ａは、欄干２２の不導体面６２に網状または透明な導体フィルム６０ａが貼られた実施例を示している。この網状または透明な導体フィルム６０ａは、不導体面６２の製造時、または既存の乗客コンベヤの改装時に不導体面６２に後から設けることができる。図４Ｂは、ガラス自体がガラスの製造プロセス中に形成される導体要素６０ｂを含む実施例を示している。図４Ｃは、導体デカール６０ｃが不導体面６２に接着された実施例を示している。欄干２２の不導体面６２に導体材料６０を設けるために他の方法も使用可能であるが、導体材料６０が不導体面６２を囲む金属部分に近すぎない箇所に設けることが重要である。なぜなら、このような金属部分は本質的に接地として機能するからである。導体材料６０がこのような接地領域に近すぎると、信号が接地領域に分流され、感度および範囲の減少につながるおそれがある。欄干２２が金属製の用途では、対向する欄干２２から電気的に絶縁する必要がある。

上述したように、欄干２２の領域（特に欄干２２に設けられた導体材料６０の表面積）は、人が欄干２２の近くまたは間に来たときの静電容量の変化（よって検知感度）に直接的に影響する。比較的長いエスカレータでは、導電性の面の長さは幾らか同調してアンテナのように機能しうる。このような例では、欄干２２に伝搬する磁界が存在し、周囲の電子装置と干渉することがある。このような用途では、任意の分割線６３によって示すように、導体面６０を欄干２２の各々の内側面上で２つまたはそれ以上の部分に分割することができる。検知回路４２にマルチプレクサを追加することで複数の部分が検知回路４２の他の構成要素と通信可能となる。あるいは、複数の比較器４４を使用してこれらの部分と制御装置４６との通信を可能にすることもできる。

動作時には、静電容量センサ４０によってエスカレータ１０上の人の存在による静電容量の変化が検知されると、検知回路４２がエスカレータ１０の動作を変更すべきかを判断する。例えば、人がエスカレータ１０に接近して欄干２２の間の空間に入ると、エスカレータ１０は低電力または省エネモードから“起動”し、直ちにまたは比較的遅い速度から徐々に通常の搬送モードに入る。人がエスカレータ１０上にいるときに緊急事態が起こった場合、エスカレータ１０は急停止を避けるために緩やかな停止モードに入ることができる。また、人が停止したエスカレータ１０上にいる場合には、人の検知はエスカレータ１０の始動を防止するために利用することができる。

検知装置３０は、機械室２６，２８内の人の検知にも使用可能である。機械室２６，２８は、（図１に示すように）踏段１６および欄干２２に近接して配置されている。機械室２６，２８内の人を検知するには、各々の機械室２６，２８内の駆動装置２４および／または他の導電性構成要素が接地される。センスワイヤ（図示省略）を（好ましくは中位の高さで）機械室２６，２８内に設置し、第１の電極５４を構成するように接地から浮かせる。接地された構成要素が第２の電極５６を構成する。図２を参照して説明した同じ回路が、機械室用途の電界５２を発生させるためにも使用される。

機械室２６に誰もいない場合は、センスワイヤと駆動装置２４などの接地された構成要素との間の静電容量は一定となる。人または他の物体が機械室２６に入ると、センスワイヤと駆動装置２４などの接地された構成要素との間の静電容量は、人と空気との誘電定数もしくは誘電率の差のために変化する。このような静電容量の変化は、図２に関して説明したのと同じまたは同様の方法で検知回路４２によって検知される。機械室２６内で人が検知された場合には、エスカレータ１０が動作不能に（すなわち、動く部品が確実にないようにモータへの全ての電源が切断）される。

これらの２つの（すなわち、欄干の間または機械室に静電容量センサを形成する）用途は、図２に示すように構成された独立した回路を使用するか、または回路を共有することができる。（温度や湿度などの）特定の条件によって変化する静電容量検知装置への悪影響を回避するために、当該技術で周知の追加の回路やセンサを含んでもよい。

図５は、本発明の検知装置を実現するために乗客コンベヤに設けられる電極の別の形態を示している。第１の電極５４と第２の電極５６（図２参照）は、（位置７０ａ，７０ｂで示すように）欄干２２、（位置７２ａ，７２ｂで示すように）乗客コンベヤの内側デッキ、（位置７４ａ，７４ｂで示すように）乗客コンベヤの内側スカートまたはこれらの１つまたは複数を組み合わせた位置に設けることができる。いずれの形態でも、検知システムの静電容量検知機能を達成するためには電極の適切な電気的絶縁が必要である。例示的な実施例では、踏段１６または踏段１６に付随する踏段チェーンが、（地面などの）定電位との電気的に絶縁された接続部を提供するために使用され、上述した検知の装荷モードを実行するために電極が接続される。

例示的な実施例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば分かるように、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であるとともに、同等物を本発明の要素の代わりに用いることができる。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させるために多くの改良が可能である。よって、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲内の全ての実施例を含むものである。

Claims (9)

1. 構造的構成要素と乗客乗車領域とを有する乗客コンベヤに関連する人を検知する検知システムであって、
   発振駆動信号を供給する駆動回路と、
   発振駆動信号に応じて第２の電極に向かって電界を発生させるように設けられた第１の電極を有する静電容量センサと、
   静電容量センサと接続され、該静電容量センサの静電容量の変化を検知して静電容量の関数として出力を生成する検知回路と、
   検知回路の出力に応じて乗客コンベヤの動作モードを選択的に設定する制御装置と、を備え、
   第１の電極は、乗客コンベヤの機械室に位置するセンスワイヤを含み、第２の電極は、機械室内の接地された構成要素を含むことを特徴とする検知システム。
2. 駆動回路は、
   発振駆動信号を発生する発振器と、
   発振駆動信号を増幅するように発振器に接続された増幅器と、
   増幅器と静電容量センサとの間に接続されたインピーダンス整合回路網と、
   静電容量センサを選択されたモードで駆動するように動作可能なモード選択器と、を備えることを特徴とする請求項１記載の検知システム。
3. 発振器は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項２記載の検知システム。
4. 発振器は、１００ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項２記載の検知システム。
5. 検知回路は、
   静電容量センサの静電容量の変化を検知し、該静電容量センサの静電容量の関数として出力を生成するように設けられた比較器を備えることを特徴とする請求項１記載の検知システム。
6. 乗客コンベヤの機械室内の人を検知する検知方法であって、
   機械室に位置するセンスワイヤに電気信号を送信して、センスワイヤと、該センスワイヤから電気的に絶縁された機械室内の導電性構成要素との間に電界を発生させ、
   センスワイヤから電気的に絶縁された導電性構成要素との間の静電容量の変化を検知し、
   検知された静電容量の変化の関数として、乗客コンベヤの動作を制御することを含むことを特徴とする検知方法。
7. 静電容量の変化は、センスワイヤと導電性構成要素との間の電界に人が存在することによって生じることを特徴とする請求項６記載の検知方法。
8. 前記電気信号は、低電力発振駆動信号であることを特徴とする請求項６記載の検知方法。
9. 前記電気信号は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項６記載の検知方法。

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