JPH0119198B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は警戒区域内、例えば警戒室内への侵入
者の存否を検出して警報を発する超音波警報装置
に関し、特に警戒区域内における空気の擾乱、空
気の温度変化（以下、両者を総合して空気条件の
変動と称する。）に起因して誤つた警報が発せら
れるのを防止するように改善した超音波警報装置
に関する。

警戒区域内に超音波のパルス波を発射し、その
反射波のパターンを予めメモリー等の記憶手段に
記憶させた基準パターンと比較することによつて
該警戒区域内に対する侵入者の存否を検出し、警
報を発する超音波警報方式は周知であるが、警戒
区域内の空気が隙間風や室内外に備えられている
空調設備の起動等によつて擾乱を起した場合や、
警戒区域内に置かれた発熱性の器具類によつて空
気温度が異る層を生じた場合、超音波パルス波の
反射波が互いに干渉を起し、反射パターンが変化
して基準パターンと比較した場合に誤つて侵入者
の存在を報知する警報を発してしまう不都合があ
る。このような不都合を回避するために従来の上
述した方式による超音波警報装置は、一体に警戒
区域内に対する外気の出入のない建物内部の部
屋、ほぼ密閉性のシヨーウインドーの内部又は部
屋の空調設備が作動されない夜間等の時間帯を選
んで使用しなければならないという制限があつ
た。

依つて本発明の目的は上述した従来の超音波警
戒方式に伴う不都合を解消し、警戒区域内におけ
る空気条件の変動が生じても侵入者の存否を正確
に判別して警報を発することのできる超音波警報
装置を提供することにある。

即ち、本発明は超音波警報方式において、警戒
区域内における空気条件の変動による超音波反射
波の反射パターンの変化は該警戒区域内に対する
侵入者による該反射パターンの変化と比較して時
間軸上における経過が異る点を見出し、予め記憶
手段に記憶する基準パターンの作成に当つて空気
条件の変化に従つて基準パターンを修正し、この
修正された基準パターンに基いて侵入者の存否を
比較判別するようにして誤つた警報の発生を防止
するようにしたものである。以下、本発明を添付
図面に示す実施例に基き更に詳細に説明する。

第１図は本発明による方式を実施する超音波警
報装置のブロツク回路図である。第１図におい
て、超音波警報装置は超音波のパルス波を発信お
よび受信をおこなう超音波送受信器１、その超音
波送受信器１に接続された増ろ波器２、該増ろ波
器２に接続された整流器３、整流器３の後段に接
続されたＡ／Ｄ変換器４、該Ａ／Ｄ変換器４に接
続した演算処理装置５、該演算処理装置５に接続
した警報装置６、超音波送受信器１に接続された
発振器７を基本的構成要素として構成されてい
る。なお、第１図には接続関係が示されていない
が、発信器７は演算処理装置５によつて送入され
る指令パルスによつて駆動されてパルス信号を発
信するものである。さて、演算処理装置５が一定
周期、例えば0.5秒〜1.0秒間隔で発振指令パルス
を発振器７に送入すると、発振器７は同間隔でパ
ルス信号を超音波送受信器１に送入し、従つて該
超音波送受信器１から警戒区域内の空中に超音波
のパルス波が発射される。この超音波のパルス波
は警戒区域内、例えば警戒室内に配置されている
机、棚等の配置物や室壁等において反射され、そ
の反射波が再び超音波送受信器１によつて受信さ
れる。この送受信器１によつて受信された反射波
は対応する電気的信号波に変換され、増ろ波器２
に印加される。この増ろ波器２は印加された電気
的信号波の超音波周波数成分を選択的に増巾さ
れ、AM（振幅変調）検波用整流器３によつて整
流される。この整流された超音波反射波に対応す
る電気的信号波はＡ／Ｄ変換器４によつてデイジ
タルデータ形状に変換され演算処理装置５によつ
て処理可能にされる。演算処理装置５に入力され
た超音波反射波のデイジタルデータは第１図の破
線枠内に内部構成を示した該演算処理装置５によ
つてサンプリング処理され、時間軸に沿つた各反
射波のパターンとしてバツフアメモリ８に記憶さ
せる。この場合にサンプリング間隔は例えば１マ
イクロ秒に選定されており、サンプリング処理の
開始は前述した発振指令パルスの送出後、例えば
50マイクロ秒経過後に選定される。また演算処理
装置５においては、各サンプル点毎に後述の諸演
算回路からなるマイクロプロセツサ手段とメモリ
手段とによつて過去の反射波のパターンの平均値
および偏差等の統計値を統計処理的に計算し、警
戒区域内における空気条件の変化によつて平常時
の反射波のパターンが変化した場合における基準
パターンを各サンプル点毎に修正、作成し、修正
された基準パターンを記憶するのである。そして
この記憶された修正基準パターンとバツフアメモ
リ８へ最新に記憶された反射波パターンとを再び
統計的に比較判別し、その結果から空気条件の変
化による反射波パターンと警戒区域内への侵入者
の存否による反射波パターンとの乱れを正確に判
別して侵入者の存在時のみ演算処理装置５から警
報装置６へ警報指令信号を発し、該警報装置６に
おいて例えば警報ブザーを鳴動させるのである。
さて、本発明による超音波警報方式においては演
算処理装置５の内部で統計的処理法により上述の
修正基準パターンを作成する点に特徴を有するも
のであり、以下においてはこの特徴点に関し詳細
に説明する。

さて、本発明による超音波警報装置の実施例に
おいては、第１図に示すように演算処理装置５に
は前述したバツフアメモリ８と共に平均値演算回
路９、標準偏差値演算回路１０、差分演算回路１
１、メモリー１２，１３、判別回路１４が図示の
如き結線関係のもとに設けられる。即ち、バツフ
アメモリ８、平均値演算回路９、標準偏差値演算
回路１１、差分演算回路１０に諸要素によつてコ
ンパクトなマイクロプロセツサ手段が構成される
のである。さて、前述の如くバツフアメモリ８に
は時間軸に沿つた各反射波のパターンが記憶さ
れ、そのｉ番目の反射波パターンは横軸を時間
（ｔ）、縦軸を振幅値（ｗ）とするグラフでは第２
図ａのように表わされる。この場合に反射波パタ
ーン中における各ピーク部分は警戒区域内に置か
れた机等の配置物で超音波の反射が行われたこと
を示している。バツフアメモリ８に記憶された反
射波パターンは一方では平均値演算回路９に入力
されてこの演算回路９においては、ｉ番目の反射
波パターンがバツフアメモリ８に記憶されたとき
に（ｉ−１）番目までの反射波パターンの平均の
パターンが算出される。第２図ｂは横軸を時間
（ｔ）、縦軸を平均振幅値（）として演算回路９
による演算結果の波形を示したものである。そし
て演算回路９の演算結果はメモリ１２に記憶され
る。またバツフアメモリ８に記憶されたｉ番目の
反射波パターンとメモリ１２に記憶された（ｉ−
１）番目までの平均のパターンとは共に差分演算
回路１０に入力されて差分演算回路１０では入力
された両パターンの差の絶対値が算出される。第
２図ｃは横軸を時間（ｔ）とし、縦軸をこの両パ
ターンの差の絶対値｜−Ｗ｜＝σとするグラフ
図で差分演算回路１０の演算結果を示したもので
ある。またバツフアメモリ８に記憶されたｉ番目
の反射波パターンとメモリ１２に記憶された（ｉ
−１）番目までの平均パターンと、差分演算回路
１０の演算結果とは標準偏差値演算回路１１に入
力されて、この演算回路１１においては、（ｉ−
１）番目までの反射波パターンの偏差の平均がパ
ターンとして算出される。第２図ｄは横軸を時間
（ｔ）とし、縦軸を該偏差の平均とするグラフ
図で、標準偏差値演算回路１１の演算結果を示し
たものである。そして該演算回路１１の演算結果
はメモリ１３に記憶される。メモリ１３に記憶さ
れた上記偏差の平均と、差分演算回路１０の演
算結果σは判別回路１４に入力され、両者の比
σ／が演算される。第２図ｅは横軸を時間ｔと
して判別回路１４の演算結果を示したグラフであ
る。前述の如く、警戒区域内の空気中に発射され
た超音波の各パルス波は同区域内の柱、机、棚、
壁等の反射物体で反射されて、これら反射物***
置に応じて一般には第２図ａに示すような複数の
ピーク部分を有する複雑な波形のパターンを呈す
る。また警戒区域内に侵入者が存在したり、空気
条件の変化が生じると、これらに対応して更に反
射波パターンは変化する。故に本発明において
は、ｉ番目の反射波パターンを記憶する毎に（ｉ
−１）番目までの過去の反射波パターンを統計的
に処理し、警戒区域内に発生する空気条件の変化
を統計的に把握したデータを基準パターンとし
て、この基準パターンと最新のｉ番目の反射波パ
ターンとの比較判別をおこなつて侵入者の存在と
空気条件の変化とを明確に識別し、結果的に前者
を正確に検出せんとするものである。依つて第２
図ｂのグラフに示す平均値演算回路９の演算結果
と第２図ｄのグラフに示す標準偏差値演算回路１
１の演算結果とを基準パターンとし、更に第２図
ａとｂとの差分として得る第２図ｃの演算結果と
第２図ｄの基準パターンとの比である第２図ｅの
結果を得て、この値が一定レベルより大きい場合
に侵入者が存在するものとして警報を発するもの
である。従つて、本発明の方式によれば、警戒区
域内の空気条件の変化と侵入者の存在との識別を
行つた上で侵入者の存在を正確に検出判別できる
のである。次に演算処理装置５の各演算回路９，
１０，１１でおこなわれる演算処理方法の具体例
に就いて更に詳しく説明する。

先ず平均値演算回路９においては、次式(1)に依
つて演算処理がおこなわれる。

_i(t)＝_i-1(t)＋（W_i(t)−_i-1(t)）／c_o ……(1) 上式において、ｉは反射波パターンの装置５に
対する到着番数を示し、c_oは定数であり、これに
ついては後述する。またW_i（ｔ）はｉ番目の反射
波パターンを示す。

次に差分演算回路１０においては、次式(2)に依
つて演算処理がおこなわれる。

σ_i（ｔ）＝｜_i-1（ｔ）−W_i（ｔ）｜ ……(2) 更に、標準偏差値演算回路１１においては、次
式(3)に依つて演算処理がおこなわれる。

_i(t)＝_i-1(t)＋（σ_i(t)−_i-1（ｔ））／C_n ……(3) c_nは定数であり、以下において説明する。

こゝで上記の演算式(1)、(2)、(3)に従つて各演算
回路９，１０，１１が演算処理を行う場う場合に
は、ｉ番目の反射波パターンを記憶するバツフア
メモリ８と（ｉ−１）番目までの平均パターンを
記憶するメモリ１２との２つの記憶手段さえ設け
ればよく、従つて記憶手段の節約が達成され、ま
た予めマイクロプロセツサに記憶手段の余裕があ
れば、空気条件の変化のみならず、昆虫、小動物
等の侵入条件等をも加味した基準パターンの作成
が可能になる。

さて、上述の(1)、(3)式における定数c_o、c_nは一
般に平滑指数を呼称されるものであり、その統計
処理上における意味は、過去何番目までの時間に
亘るデータを取入れて統計的処理を行うかという
統計時間の意味を有する。一般に警戒区域に対す
る隙間風や室内に置かれた発熱体等による空気条
件変化の場合にはその変化の立ち上り時間、即ち
時定数が数分から十数分のオーダであることが普
通であるから、警戒区域内に超音波のパルス波を
例えば１秒周期で発射している場合は、統計時間
を十分程度に選定してc_o＝c_n＝600に設定する。
このようにすれば警戒区域内の空気条件の変化の
具合を過去十分間に亘つて考慮した統計的処理に
より基準パターンが作成されることになり、従つ
て空気条件の変化と侵入者の存否とを混同して誤
警報を発する欠点は完全に解消されることになる
のである。

一方、警戒区域内に空気条件の変化が生ずるこ
となく、静かな状態が長く続いて、_i（ｔ）が
充分小さくなつていた時点に急激に例えば風が吹
き込んだときは、風に伴う空気擾乱の立ち上りの
時定数は数十秒程度と短くなる。依つてc_o＝c_n＝
600のままでは_i（ｔ）の増加が追従できず、従
つて判別回路１４における演算結果の値が一定の
レベルを越え、侵入者の存在と誤つて判別するこ
とになる。このような誤作動を防止すべく、差分
演算回路１０における演算結果σが大きい場合に
は標準偏差値演算回路１１における演算に当つ
て、前記(3)式のc_nの値を10〜20程度の値に切替え
て_i（ｔ）の追従性を向上させ、また上記演算
結果σが小さい場合には再び標準偏差値演算回路
１１における演算に当つて(3)式のc_nの値を600程
度にして_i（ｔ）の追従性を遅延させ、長い統
計時間に亘つて空気条件の変化を考慮した基準パ
ターンを作成するようにするものである。なお、
c_nの値の切替えは差分演算回路１０の演算結果に
従つて標準偏差値演算回路１１においてc_nの値を
切替える機能を該演算回路１１に保持させておけ
ばよい。なおまた、c_nの値と同時にc_oの値も切替
れられることは言うまでもない。

以上の説明から理解できるように、本発明の方
式では反射波パターンにおけるｉ番目のパターン
が記憶される毎に（ｉ−１）番目までの反射波パ
ターンの平均パターンと（ｉ−１）番目までの反
射パターンの偏差の平均とを基準パターンとして
作成し、しかも空気条件の変化の程度に従つて前
記基準パターンを修正作成するものであり、これ
によつて本方式を用いる超音波警報装置が侵入者
の存在以外の空気条件の変化に起因して警報を発
するという誤動作は未然に防止でき、従つて警報
装置自体の作用信頼性が向上するばかりでなく、
超音波警報装置の設置条件における制限も多く緩
和されることとなり、汎用性の向上が得られるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波警報装置の実施例
を示す機構図、第２図は本発明による超音波警報
装置における基準パターン作成方法を説明するた
めのパターン波形図である。 １……超音波送受信器、２……増ろ波器、３…
…整流器、４……Ａ／Ｄ変換器、５……演算処理
装置、６……警報装置、７……発振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 警戒区域に超音波のパルス波を発射すると共
   にその反射波を受信し、該反射波のパターンを基
   準パターンと比較判別して前記両パターンが異な
   る場合に前記警戒区域への侵入者報知の警報を発
   する超音波警報装置において、 前記反射波のパターンを一時記憶するバツフア
   メモリと、予め選択した統計時間に亘る前記反射
   波の前までの過去複数回の反射パターンから平均
   パターンを算出する平均値演算回路と、前記平均
   値演算回路と結合し前記平均パターンを基準パタ
   ーンとして記憶する第一の記憶手段と、前記第一
   の記憶手段と結合し前記平均パターンと前記各反
   射パターンとの差分を算出する差分演算回路と、
   前記反射パターンと前記平均パターンと前記差分
   から前記統計時間に亘る前記反射波パターンの偏
   差の平均パターンを算出する標準偏差演算回路
   と、前記標準偏差値演算回路とを結合し、前記偏
   差平均パターンを基準パターンとして記憶する第
   二の記憶手段とを具備し、前記差分演算回路は前
   記標準偏差演算回路と結合し前記差分の大小に応
   じて前記統計時間を加減し、前記基準パターンを
   修正作成することを特徴とした超音波警報装置。