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JP4195570B2 - Moving body speed sensor - Google Patents
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JP4195570B2 - Moving body speed sensor - Google Patents

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JP4195570B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気センサは、特定位置における磁束密度を検出するセンサであり、ホール素子、磁気抵抗素子、ループコイル、光干渉計等が用いられる。これらの磁気センサを用いて磁性体を有する移動体のある区間を通過する速度を検出する移動体磁気センサが開発されている。
【0003】
移動体磁気センサの応用としては、例えば道路を走行する自動車の通過速度検出が挙げられる。すなわち、走行する自動車の速度を一台毎に検出したり、一定時間内の多数の通過車両の平均速度を算出して交通の流れを観測したりすることに移動体磁気センサが用いられるのである。
【0004】
本明細書では移動体速度センサは後者のように交通の流れを観測するためのセンサとする。
【0005】
図3は従来の移動体速度センサの概念図である。
【0006】
同図において、7は検出対象である磁性体を有する移動体、例えば自動車である。1、2は移動体7の通過に伴う磁束密度変化を検出し、検出した磁束密度に応じた信号V1、V2を出力する磁気センサであり、両磁気センサ1、2は移動体の移動経路(道路)に所定の距離Lだけ離して配置されている。
【0007】
ここで、移動体7の進行方向をX軸にとり、一方の磁気センサ1の座標をX=0とし、他方の磁気センサ2の座標をX=Lとする。両磁気センサ1、2からの信号は信号処理部3にて信号処理される。
【0008】
信号処理部3は、両磁気センサ1、2からの信号を入力すると、移動体7の移動速度vを算出し、その移動速度vに応じた信号V3を出力する。
【0009】
図4は図3に示した移動体速度センサの信号処理部内で行われる処理の流れ図である。図5(a)、(b)は図3に示した磁気センサの信号V1、V2の時間変化を示す図であり、横軸が時間軸を示し、縦軸がそれぞれ信号V1、V2の電圧軸である。
【0010】
磁気センサ1、2がそれぞれの位置の磁束密度B1、B2に比例した電圧の信号V1、V2を出力するセンサである場合、両磁気センサ1、2からの信号V1、V2は、数9式及び数10式で表される。
【0011】
【数9】
V1(t)=α11(t)+ΔV1
【0012】
【数10】
V2(t)=α22(t)+ΔV2
但し、α1、α2は比例係数であり、理想的には磁気センサ1、2の比例係数α1、α2は等しい(=α)と仮定する。ΔV1、ΔV2は両磁気センサ1、2のノイズ幅を表し、ノイズ幅ΔV1、ΔV2も磁気センサ1、2で等しい(=ΔV)と仮定する。
【0013】
ここで、説明を簡単にするため、移動体7が両磁気センサ1、2から十分に離れているときの磁気センサ1、2の位置での磁束密度を「0」とする。
【0014】
移動体7が磁気センサ1、2から十分遠方にある場合の磁気センサ1、2の信号V1、V2は「0」である。移動体7が磁気センサ1、2に接近してくると、移動体7に近い方に配置された磁気センサ1の磁束密度B1が変化する。この磁束密度B1の変化に伴い、磁気センサ1からの信号V1が変化し始める。さらに移動体7が磁気センサ1に接近してくると、移動体7から遠い方に配置された磁気センサ2の位置の磁束密度B2が変化する。この磁束密度B2の変化に伴い磁気センサ2からの信号V2が変化し始める。これら信号V1、V2の信号変化の時間差tは両磁気センサ1、2間の距離L及び移動体の速度vに依存し、数11式で表される。
【0015】
【数11】
t=L/v
よって、磁気センサ1、2間の距離Lを予め測定しておき、かつ時間差tを測定することができれば、移動体7の速度vを数12式で算出することができる。
【0016】
【数12】
v=L/t
図3に示した従来の移動体速度センサは、信号処理部3において、時間差tの測定を図4のように行っている。
【0017】
磁気センサ1、2からの信号V1、V2に対し、信号処理部3には閾値Vthが設定されている。閾値Vthの設定レベルは、磁気センサ1、2の信号V1、V2のノイズ幅ΔVよりも大きいレベルに設定されている。
【0018】
移動体7の両磁気センサ1、2への接近が無い場合、信号V1、V2の値はそれぞれこの閾値Vth以下となっているが、移動体7が磁気センサ1、2に接近して磁束密度の変化が起こると、両磁気センサ1、2の信号V1、V2の値が閾値Vthを超える瞬間が訪れる。
【0019】
信号処理部3は、信号V1が閾値Vthを超えるか否かを判定し(ステップS1a)、信号V1が閾値Vthを超えたときの時刻をt1として記憶し(ステップS2a)、信号V2が閾値Vthを超えるか否かを判定し(ステップS3a)、信号V2が閾値Vthを超えたときの時刻をt2として記憶する(ステップS4a)。
【0020】
信号処理部3は、時刻t1と時刻t2との間の時間差t=t−tを算出し、得られた結果を数12式に代入して移動体7の速度vを算出し、得られた値に応じた信号V3を外部に出力する(ステップS5a)。
【0021】
信号処理部3は、t、t1、t2に「0」を代入してリセットし(ステップS6a)、信号V1が閾値Vth以下であり、かつ信号V2が閾値Vth以下であるか否かを判定し(ステップS7a)、信号V1、V2がいずれも閾値VthのときにはステップS1aに戻って上記ステップS1a〜S5aを繰り返し、信号V1、V2の少なくとも一方が閾値Vthを超えるときはステップS6aに戻る。
【0022】
信号処理部3からの信号V3は信号処理部4に入力される。
【0023】
信号処理部4では信号V3の一定時間の平均値を算出し、得られた値に応じた信号V4を出力する。
【0024】
図6は図3に示した移動体速度センサの信号処理部4内で行われる処理の流れ図である。
【0025】
処理が開始されると、信号処理部4は、平均時間に達したか否かを判定し(ステップS1b)、平均時間に達していると判定したときは信号V4を外部に出力し(ステップS2b)、信号V3の値をリセットするため数値データV3 bufに「0」を代入し、数値データNに「0」を代入し、信号V4の数値データに「0」を代入する(ステップS3b)。
【0026】
信号処理部4は、平均時間に達していないと判定したときは、信号V3を入力したか否かを判定し(ステップS4b)、信号V3を入力したと判定したときは、数値データV3 bufに数値データV3 buf+V3を代入し(ステップS5b)、数値データNに数値データN+1を代入し(ステップS6b)、V4=V3 buf/Nを算出し、再度平均時間に達したか否かを判定する(ステップS7b)。
【0027】
信号処理部4は、ステップS4bで信号V3を入力していないと判定したときは再度平均時間に達したか否かを判定する。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来例の場合、センサノイズ幅ΔVに対し、移動体7の磁気センサ1、2への接近時のセンサ出力の変動幅Vpが十分大きい場合、精度よく移動体7の速度vを算出できるが、センサ出力変動幅Vpに対しノイズ幅ΔVが無視できなくなった場合、速度算出誤差が大きくなることを以下に示す。
【0029】
説明を簡単にするため、1つの移動体7が磁気センサ1、2を通過した時の磁束密度変動の波形を三角波で近似する。移動体通過時の磁束密度変動を三角波で近似した場合の磁気センサ1の信号V1の時間変化の様子は図7に表される。
【0030】
図7は移動体通過時の磁束密度変化を三角波で近似した場合の磁気センサ1からの信号V1を示す図であり、横軸が時間を示し、縦軸が磁気センサの出力を示す。
【0031】
同図には3本の波形La、Lb、Lcが示されている。波形Lbは仮にノイズ幅「0」の磁気センサで移動体通過による磁束密度変化を観測した場合の信号V1の真値を示す。これに対し、波形La、Lcは有限のノイズ幅ΔVを有する磁気センサで波形Lbの磁束密度変化を測定した場合の上限と下限とを表す。
【0032】
移動体7の通過によって信号V1は三角波状に変化し、立ち上がりから時間T後に、最大値Vpに達すると仮定する。この信号V1に対し、信号処理部3で閾値Vthを設定し、この閾値Vthを信号V1(の真値)が超える時刻をt1とする。磁気センサ1からの信号V1には有限なノイズ幅ΔVのノイズが含まれる。
【0033】
ここで、ノイズ幅ΔVが測定時間内で一定であると仮定する。
【0034】
このノイズ幅ΔVのために信号V1が閾値Vthに達する時刻t1にも誤差Δt1が生じる。この誤差Δt1は数1式で表される。
【0035】
磁気センサ2のリニアリティーとノイズ幅ΔVとが磁気センサ1のリニアリティーとノイズ幅ΔVとが等しい場合、磁気センサ2の信号V2が閾値Vthを超える時刻t2の検出誤差Δt2は数2式で与えられる。
【0036】
数1式及び数2式から時間差t(=t2−t1)の検出誤差は数3式で与えられる。
【0037】
ここで、信号V1の最大到達時刻Tを具体的に与えるため、1つの移動体通過時の信号V1の変化が図7に示したように周期4Tの三角波であると仮定する。この場合、時刻Tは移動体の長さLmagで数13式のように与えられ、数3式は数14式で表される。
【0038】
【数13】
T=(1/v)・(Lmag/4)
【0039】
【数14】
Δt=(1/v)・(LmagΔV/2Vp)
移動体7の速度vは時間差tから数12式に従って算出されるが、時間差tに検出誤差Δtが含まれるため、算出速度vにも誤差Δvが含まれる。すなわち、算出速度vと誤差Δvとの関係は数15式で表される。
【0040】
【数15】
v+Δv=L/(t+Δt)
数12式及び数15式から算出速度誤差|Δv|は数16式で表される。
【0041】
【数16】
|Δv|=LΔt/{t(t+Δt)}
さらに数12式の関係を用いると、数15式は速度誤差|Δv|/vを表す数17式で表すことができる。
【0042】
【数17】
|Δv|/v=(Δt/t)/(1+Δt/t)
数17式に数12式及び数14式を代入し、整理すると数18式及び数19式が得られる。
【0043】
【数18】
|Δv|/v=x/(1+x)
但し、
【0044】
【数19】
x=LmagΔV/(2LVp)
図8は数18式の速度誤差のパラメータx依存性をグラフ化した図であり、横軸がxを示し、縦軸が相対速度誤差|v|/vを示す。
【0045】
同図から相対速度誤差はxに対して単調に増加する関数であることが分かる。従って、相対速度誤差を小さくするにはxが十分に小さいことが必要となる。
【0046】
ここで、2つの光式磁気センサにて道路を走行する車両を検知した場合を例にとって具体的な数値を代入し、xの値を求めてみる。
【0047】
2つの磁気センサの間隔Lを5mとし、車両の全長を4mとし、磁気センサノイズ幅ΔVを1μTとすると、数19式は数20式で表される。
【0048】
【数20】
x=0.4[μT]/Vp[μT]
例えば、相対速度誤差<10%での測定を達成するためには、図8よりx<0.12が必要となる。この条件に数20式を代入し、磁気センサ出力変化幅Vpの必要条件に直すと、数21式で表される。
【0049】
【数21】
Vp>3.3[μT]
しかしながら、車両による磁束密度変化幅Vpは、車両の形状、積載物の種類や大きさ、車両通過位置等によって異なり、数21式を満足しない場合もあり得る。この場合、車両1台分の速度算出誤差は目標の10%以上となり、一定時間の通過車両の平均速度検出に望ましくない誤差が混入するという問題があった。
【0050】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、移動体の平均速度算出誤差の少ない移動体速度センサを提供することにある。
【0051】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、磁性体を有する移動体の移動経路上に所定の距離だけ離して配置された2つの磁気センサ1、2と、前記磁気センサ1、2のリニアリティーとノイズ幅が等しく、出力が三角波形状に変化し、前記ノイズ幅が測定時間内で一定であると仮定して、前記磁気センサ1の信号V1が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V1が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt1として記憶し、信号V1の波形を数値データV1 _ bufとして記憶し、前記磁気センサ2の信号V2が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V2が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt2として記憶し、信号V2の波形を数値データV2 _ bufとして記憶し、 一方の磁気センサからの波形データから立ち上がりから波形ピークに至るまでの時間Tを求め、ノイズ幅をΔV、三角波の波形ピーク値Vpとし、磁気センサ1からの信号V1の閾値Vthを超える瞬間の時刻t1における予想測定誤差Δt1を数1式より求め、
【数1】
Δt1=TΔV/2Vp
磁気センサ2からの信号V2が閾値Vthを超える時刻t2の検出誤差Δt2を数2式
【数2】
Δt2=TΔV/2Vp
より求め、時刻t1と時刻t2との時間差tの検出誤差Δtを数3式
【数3】
Δt=Δt1 + Δt2
=TΔV/Vp
より求め、移動体の速度をv、その誤差をΔvとし、この検出誤差Δtを数4式
【数4】
|Δv|/v=(Δt/t)/(1+Δt/t)
に代入して予想速度誤差を求めることにより、要求速度精度が得られるか否かを判定し、要求速度精度が得られると判定された場合のみ、両磁気センサからの信号の時間差から上記移動体の速度を算出する第1の信号処理部と、信号処理部から出力される移動体速度信号を一定時間平均化し、その演算結果を外部に出力する第2の信号処理部とを備えたものである。
【0052】
請求項2に記載の発明は、磁性体を有する移動体の移動経路上に所定の距離だけ離して配置された2つの磁気センサ1、2と、前記磁気センサ1、2のリニアリティーとノイズ幅が等しく、出力が三角波形状に変化し、前記ノイズ幅が測定時間内で一定であると仮定して、前記磁気センサ1の信号V1が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V1が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt1として記憶し、信号V1の波形を数値データV1 _ bufとして記憶し、前記磁気センサ2の信号V2が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V2が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt2として記憶し、信号V2の波形を数値データV2 _ bufとして記憶し、 一方の磁気センサからの波形データから立ち上がりから波形ピークに至るまでの時間Tを求め、ノイズ幅をΔV、三角波の波形ピーク値Vpとし、磁気センサ1からの信号V1の閾値Vthを超える瞬間の時刻t1における予想測定誤差Δt1を、磁気センサ1からの信号V1の時刻t1における時間微分dV1/dt| t=t1 を求め、数5式
【数5】
Δt1=ΔV/2(dV1/dt| t=t1
に代入して求め、磁気センサ2からの信号V2が閾値Vthを超える時刻t2の検出誤差Δt2を、磁気センサ2からの信号V2の時刻t2における時間微分dV2/dt| t=t2 を求め、数6式
【数6】
Δt2=ΔV/2(dV2/dt| t=t2
に代入して求め、時刻t1と時刻t2との間の時間差tの検出誤差Δtを数7式
【数7】
Δt=Δt1 + Δt2
=TΔV/Vp
より求め、移動体の速度をv、その誤差をΔvとし、この検出誤差Δtを数8式
【数8】
|Δv|/v=(Δt/t)/(1+Δt/t)
に代入して予想速度誤差を求めることにより、要求速度精度が得られるか否かを判定し、要求速度精度が得られると判定された場合のみ、両磁気センサからの信号の時間差から上記移動体の速度を算出する第1の信号処理部と、該信号処理部から出力される移動体速度信号を一定時間平均化し、その演算結果を外部に出力する第2の信号処理部とを備えたものである。
【0054】
本発明によれば、第1の信号処理部で所望の速度精度が得られたと判定した場合には算出速度の信号を第2の信号処理部に出力し、所望の予想速度精度が得られないと判定した場合には、算出速度の信号を第2の信号処理部に出力しないで計測しなおすので、所望精度での移動体通過速度平均値を得ることができる。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0056】
図1は本発明の移動体速度センサの一実施の形態を示す概念図である。なお、従来例に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0057】
7は検出対象である磁性体を有する移動体であり、1、2は移動体7の通過に伴う磁束密度変化を検出し、検出した磁束密度に応じた信号V1、V2を出力する磁気センサである。両磁気センサ1、2は移動体7の移動経路に所定の距離Lだけ離して配置されている。
【0058】
ここで、移動体7の進行方向をx軸にとり、一方の磁気センサ1の座標をx=0とし、他方の磁気センサ2の座標をx=Lとする。両磁気センサ1、2の信号V1、V2は信号処理部4、5にて処理される。
【0059】
第1の信号処理部5は両磁気センサ1、2からの信号V1、V2の波形から速度誤差を予想し、要求速度精度が得られるか否かを判定し、要求速度精度が得られると判定した場合、両磁気センサ1、2からの信号V1、V2の時間差から移動体速度vを算出し、演算結果V5を第2の信号処理部4に出力する。
【0060】
以下、図2及び図5(a)、(b)を参照して第1の信号処理部の動作について説明する。
【0061】
図2は図1に示した移動体速度センサに用いられる第1の信号処理部内で行われる処理の流れ図である。
【0062】
両磁気センサ1、2がそれぞれの位置における磁束密度B1、B2に比例した信号を出力するセンサである場合には両磁気センサの出力V1、V2は数9式及び数10式で表される。
【0063】
但し、α1、α2は比例係数であり、理想的には磁気センサ1、2の比例係数α1、α2は等しい(=α)と仮定する。ΔV1、ΔV2は両磁気センサ1、2のノイズ幅を表し、ノイズ幅ΔV1、ΔV2も磁気センサ1、2で等しい(=ΔV)と仮定する。
【0064】
ここで、説明を簡単にするため、移動体7が両磁気センサ1、2から十分に離れているときの磁気センサ1、2の位置での磁束密度を「0」とする。
【0065】
移動体7が磁気センサ1、2に接近してくると、移動体7に近い方に配置された磁気センサ1の磁束密度B1が変化し、信号V1が変化し始める。さらに移動体7が磁気センサ1、2に接近してくると、移動体7から遠い方に配置された磁気センサ2の位置の磁束密度B2が変化し、信号V2が変化し始める。これら信号V1、V2の変化の時間差tは両磁気センサ1、2の間の距離L及び移動体7の移動速度vに依存し、数11式で表される。
【0066】
よって、磁気センサ1、2間の距離Lを予め測定しておき、かつ時間差tを測定することができれば移動体7の速度vを数12式で算出することができる。
【0067】
信号処理部5において、時間差tの測定を次のようにして行う。
【0068】
両磁気センサ1、2からの信号V1、V2に対し、信号処理部5では閾値Vthを設定する。閾値Vthの設定レベルは、磁気センサ1、2からの信号V1、V2のノイズ幅ΔVよりも大きいレベルに設定される。移動体7の両磁気センサ1、2への接近が無い場合、信号V1、V2はそれぞれこの閾値Vth以下となっているが、移動体7が接近し、磁束密度の変化が起こると、両磁気センサ1、2からの信号V1、V2が閾値Vthを超える瞬間が訪れる。
【0069】
信号処理部5では、信号V1が閾値Vthより大きいか否かを比較し(ステップS1)、信号V1が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt1として記憶し(ステップS2)、信号V1の波形を数値データV1 buf[n]として記憶し(ステップS3)、信号V2が閾値Vthより大きいか否かを比較し(ステップS4)、信号V2が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt2として記憶し(ステップS5)、信号V2の波形を数値データV2 buf[n]として記憶(ステップS6)する。
【0070】
ここで、信号処理部5の図3に示した従来の信号処理部3と異なる点は、時刻t1、t2付近の信号V1、V2の波形を時系列の数値データV1 buf[n]、V2 buf[n]として同時に記憶する点である。
【0071】
信号処理部5では、これらの数値データV1 buf[n]、V2 buf[n]に記憶された波形データを用いて、速度精度の予測値(予想速度誤差)を算出する(ステップS7)。
【0072】
ここで、予想速度誤差の算出法としては例えば以下のような方法が挙げられる。
【0073】
まず、数値データV1 buf[n]の波形データからピーク値Vp及び立ち上がりから波形ピーク値に至る間での時間Tを求める。信号V1の立ち上がりが時間Tの間に0〜Vpに線形に上昇すると仮定し、センサノイズ幅をΔVとすると、信号V1の閾値Vthを超える瞬間の時刻t1における予想測定誤差Δt1は数1式で与えられる。
【0074】
磁気センサ2のリニアリティーとノイズ幅ΔVとが磁気センサ1のリニアリティーとノイズ幅ΔVと等しい場合、同様に考えて磁気センサ2からの信号V2が閾値Vthを超える瞬間の時刻t2の検出誤差は数2式で与えられる。
【0075】
数1式及び数2式より、時間差t(=t2−t1)の検出誤差は数3式で与えられる。
【0076】
この時間差Δtを数17式に代入すると、予想速度誤差|Δv|/vが得られる。
【0077】
また、予想速度誤差の算出方法としては次のような方法も挙げられる。
【0078】
信号V1の時刻t1における時間微分dV1/dt|t=t1を求める機構を準備しておき、時刻t1における信号V1の微分値を数1式におけるVp/Tに置き換え、数5式を得る。
【0079】
同様に時刻t2における信号V2の微分値を数1式におけるVp/Tに置き換え、数6式を得る。
【0080】
これらΔt1、Δt2を数3式に代入してΔtを求め、このΔtを数4式に代入して予想速度誤差(予想速度精度)|Δv|/vを求めてもよい。
【0081】
次に、信号処理部5では以上のようにして求めた予想速度誤差|Δv|/vが要求精度を満たすか否かを判定し(ステップS8)、予想速度精度が要求速度精度を満たすと判定した場合、時間差t2−t1を時刻t1とし、L/tをVとし、予想速度誤差が信頼できるデータであるとして算出速度をV5として出力する(ステップS9)。
【0082】
信号処理部5は「0」を時刻t、t1、t2としてリセットし(ステップS10)、信号V1が閾値Vth以下であり、かつ信号V2が閾値Vth以下であるか否かを判定し、信号V1、V2が共に閾値Vth以下であると判定したときはステップS1に戻る。
【0083】
信号処理部5は予想速度精度|Δv|/vが要求精度を満たさないと判定した場合(ステップS8)、算出速度の値は信頼できないものとして外部には出力しない。このようにすることで算出速度の時間平均を求める第2の信号処理部4には誤差の大きい測定結果は混入せず、計測システムに要求される速度精度を達成することができる。
【0084】
信号処理部4では算出速度の信号V5の一定時間の平均値を算出し、それに応じた信号V4を出力する。信号処理部5において誤差の大きな測定結果が信号処理部4には入力されないので、信号処理部4からの信号V4は移動体速度センサに要求される速度精度を満足する。
【0085】
信号処理部4内での信号の処理については既に説明したので省略する。
【0086】
以上において、第1の信号処理部にて所望の速度精度が得られないと判定された移動体通過信号を除いて移動体通過速度平均値を算出するため、所望精度での移動体通過速度平均値を得ることができる。
【0087】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、移動体の平均速度算出誤差の少ない移動体速度センサの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の移動体速度センサの一実施の形態を示す概念図である。
【図2】図1に示した移動体速度センサに用いられる第1の信号処理部内で行われる処理の流れ図である。
【図3】従来の移動体速度センサの概念図である。
【図4】図3に示した移動体速度センサの信号処理部内で行われる処理の流れ図である。
【図5】(a)、(b)は図3に示した磁気センサの信号V1、V2の時間変化を示す図である。
【図6】図3に示した移動体速度センサの信号処理部4内で行われる処理の流れ図である。
【図7】移動体通過時の磁束密度変化を三角波で近似した場合の磁気センサ1からの信号V1を示す図である。
【図8】数18式の速度誤差のパラメータx依存性をグラフ化した図である。
【符号の説明】
1、2 磁気センサ
4 第2の信号処理部
5 第1の信号処理部
7 移動体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a moving body speed sensor.
[0002]
[Prior art]
The magnetic sensor is a sensor that detects a magnetic flux density at a specific position, and a Hall element, a magnetoresistive element, a loop coil, an optical interferometer, or the like is used. Mobile magnetic sensors have been developed that use these magnetic sensors to detect the speed at which a moving body having a magnetic body passes through a certain section.
[0003]
As an application of the moving body magnetic sensor, for example, detection of a passing speed of an automobile traveling on a road can be cited. In other words, the mobile magnetic sensor is used to detect the speed of a traveling car for each vehicle, or to calculate the average speed of a number of passing vehicles within a certain time and observe the traffic flow. .
[0004]
In this specification, the moving body speed sensor is a sensor for observing traffic flow like the latter.
[0005]
FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional moving body speed sensor.
[0006]
In the figure, reference numeral 7 denotes a moving body having a magnetic body to be detected, for example, an automobile. Reference numerals 1 and 2 denote magnetic sensors that detect a change in magnetic flux density accompanying the passage of the moving body 7 and output signals V1 and V2 corresponding to the detected magnetic flux density. The road is separated by a predetermined distance L.
[0007]
Here, the traveling direction of the moving body 7 is taken as the X axis, the coordinate of one magnetic sensor 1 is set to X = 0, and the coordinate of the other magnetic sensor 2 is set to X = L. Signals from both the magnetic sensors 1 and 2 are processed by the signal processing unit 3.
[0008]
When the signals from the magnetic sensors 1 and 2 are input, the signal processing unit 3 calculates the moving speed v of the moving body 7 and outputs a signal V3 corresponding to the moving speed v.
[0009]
FIG. 4 is a flowchart of processing performed in the signal processing unit of the moving body speed sensor shown in FIG. 5A and 5B are diagrams showing temporal changes in the signals V1 and V2 of the magnetic sensor shown in FIG. 3, the horizontal axis indicates the time axis, and the vertical axis indicates the voltage axes of the signals V1 and V2, respectively. It is.
[0010]
When the magnetic sensors 1 and 2 are sensors that output signals V1 and V2 having voltages proportional to the magnetic flux densities B1 and B2 at the respective positions, the signals V1 and V2 from the magnetic sensors 1 and 2 are expressed by the following equation (9): It is expressed by the equation (10).
[0011]
[Equation 9]
V1 (t) = α 1 B 1 (t) + ΔV1
[0012]
[Expression 10]
V2 (t) = α 2 B 2 (t) + ΔV2
However, α 1 and α 2 are proportional coefficients, and ideally, it is assumed that the proportional coefficients α 1 and α 2 of the magnetic sensors 1 and 2 are equal (= α). ΔV1 and ΔV2 represent the noise widths of both magnetic sensors 1 and 2, and it is assumed that the noise widths ΔV1 and ΔV2 are also equal in the magnetic sensors 1 and 2 (= ΔV).
[0013]
Here, in order to simplify the description, the magnetic flux density at the position of the magnetic sensors 1 and 2 when the moving body 7 is sufficiently separated from the magnetic sensors 1 and 2 is assumed to be “0”.
[0014]
When the moving body 7 is sufficiently far from the magnetic sensors 1 and 2, the signals V1 and V2 of the magnetic sensors 1 and 2 are “0”. When the moving body 7 approaches the magnetic sensors 1 and 2, the magnetic flux density B1 of the magnetic sensor 1 arranged closer to the moving body 7 changes. As the magnetic flux density B1 changes, the signal V1 from the magnetic sensor 1 starts to change. When the moving body 7 further approaches the magnetic sensor 1, the magnetic flux density B2 at the position of the magnetic sensor 2 arranged farther from the moving body 7 changes. As the magnetic flux density B2 changes, the signal V2 from the magnetic sensor 2 starts to change. The time difference t between the signal changes of the signals V1 and V2 depends on the distance L between the magnetic sensors 1 and 2 and the speed v of the moving body, and is expressed by the following equation (11).
[0015]
[Expression 11]
t = L / v
Therefore, if the distance L between the magnetic sensors 1 and 2 is measured in advance and the time difference t can be measured, the speed v of the moving body 7 can be calculated by the following equation (12).
[0016]
[Expression 12]
v = L / t
In the conventional moving body speed sensor shown in FIG. 3, the signal processing unit 3 measures the time difference t as shown in FIG.
[0017]
A threshold value Vth is set in the signal processing unit 3 for the signals V1 and V2 from the magnetic sensors 1 and 2. The set level of the threshold value Vth is set to a level larger than the noise width ΔV of the signals V1 and V2 of the magnetic sensors 1 and 2.
[0018]
When the moving body 7 does not approach both the magnetic sensors 1 and 2, the values of the signals V1 and V2 are less than the threshold value Vth, respectively. Occurs, the moment comes when the values of the signals V1 and V2 of the magnetic sensors 1 and 2 exceed the threshold value Vth.
[0019]
The signal processing unit 3 determines whether or not the signal V1 exceeds the threshold value Vth (step S1a), stores the time when the signal V1 exceeds the threshold value Vth as t1 (step S2a), and the signal V2 is the threshold value Vth. (Step S3a), and the time when the signal V2 exceeds the threshold value Vth is stored as t2 (step S4a).
[0020]
The signal processing unit 3 calculates a time difference t = t 2t 1 between the time t1 and the time t2, and calculates the speed v of the moving body 7 by substituting the obtained result into Equation 12. A signal V3 corresponding to the obtained value is output to the outside (step S5a).
[0021]
The signal processing unit 3 assigns “0” to t, t1, and t2 to reset (step S6a), and determines whether the signal V1 is equal to or lower than the threshold value Vth and the signal V2 is equal to or lower than the threshold value Vth. (Step S7a) When both the signals V1 and V2 are the threshold value Vth, the process returns to step S1a and repeats the above steps S1a to S5a. When at least one of the signals V1 and V2 exceeds the threshold value Vth, the process returns to step S6a.
[0022]
The signal V3 from the signal processing unit 3 is input to the signal processing unit 4.
[0023]
The signal processing unit 4 calculates an average value of the signal V3 for a certain time and outputs a signal V4 corresponding to the obtained value.
[0024]
FIG. 6 is a flowchart of processing performed in the signal processing unit 4 of the moving body speed sensor shown in FIG.
[0025]
When the processing is started, the signal processing unit 4 determines whether or not the average time has been reached (step S1b), and outputs the signal V4 to the outside when it is determined that the average time has been reached (step S2b). ), The numerical data V3 to reset the value of the signal V3 “0” is substituted into buf, “0” is substituted into the numerical data N, and “0” is substituted into the numerical data of the signal V4 (step S3b).
[0026]
When it is determined that the average time has not been reached, the signal processing unit 4 determines whether or not the signal V3 is input (step S4b), and when it is determined that the signal V3 is input, the numerical data V3. Numeric data V3 in buf buf + V3 is substituted (step S5b), numeric data N + 1 is substituted for numeric data N (step S6b), and V4 = V3 buf / N is calculated, and it is determined again whether the average time has been reached (step S7b).
[0027]
When it is determined in step S4b that the signal V3 is not input, the signal processing unit 4 determines again whether the average time has been reached.
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional example described above, when the fluctuation range Vp of the sensor output when the moving body 7 approaches the magnetic sensors 1 and 2 is sufficiently large with respect to the sensor noise width ΔV, the speed v of the moving body 7 is accurately determined. Although it can be calculated, the following shows that the speed calculation error increases when the noise width ΔV cannot be ignored with respect to the sensor output fluctuation width Vp.
[0029]
In order to simplify the explanation, the waveform of the magnetic flux density fluctuation when one moving body 7 passes the magnetic sensors 1 and 2 is approximated by a triangular wave. FIG. 7 shows how the signal V1 of the magnetic sensor 1 changes with time when the magnetic flux density fluctuation when passing through the moving body is approximated by a triangular wave.
[0030]
FIG. 7 is a diagram showing the signal V1 from the magnetic sensor 1 when the change in magnetic flux density when passing through the moving body is approximated by a triangular wave, with the horizontal axis indicating time and the vertical axis indicating the output of the magnetic sensor.
[0031]
The figure shows three waveforms La, Lb, and Lc. A waveform Lb indicates a true value of the signal V1 when a magnetic flux density change due to passage through a moving body is observed with a magnetic sensor having a noise width of “0”. On the other hand, the waveforms La and Lc represent the upper and lower limits when the magnetic flux density change of the waveform Lb is measured by a magnetic sensor having a finite noise width ΔV.
[0032]
It is assumed that the signal V1 changes in a triangular wave shape due to the passage of the moving body 7 and reaches the maximum value Vp after a time T from the rising edge. A threshold Vth is set for the signal V1 by the signal processing unit 3, and a time when the signal V1 (its true value) exceeds the threshold Vth is defined as t1. The signal V1 from the magnetic sensor 1 includes noise having a finite noise width ΔV.
[0033]
Here, it is assumed that the noise width ΔV is constant within the measurement time.
[0034]
Due to this noise width ΔV, an error Δt1 also occurs at time t1 when the signal V1 reaches the threshold value Vth. This error Δt1 is expressed by Equation 1.
[0035]
When the linearity of the magnetic sensor 2 and the noise width ΔV are equal to the linearity of the magnetic sensor 1 and the noise width ΔV, the detection error Δt2 at time t2 when the signal V2 of the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth is given by the following equation (2).
[0036]
From Equation 1 and Equation 2, the detection error of the time difference t (= t2−t1) is given by Equation 3.
[0037]
Here, in order to specifically give the maximum arrival time T of the signal V1, it is assumed that the change of the signal V1 when passing one moving body is a triangular wave with a period of 4T as shown in FIG. In this case, the time T is given by the length Lmag of the moving body as shown in Expression 13, and Expression 3 is expressed by Expression 14.
[0038]
[Formula 13]
T = (1 / v) · (Lmag / 4)
[0039]
[Expression 14]
Δt = (1 / v) · (LmagΔV / 2Vp)
The speed v of the moving body 7 is calculated from the time difference t according to the equation (12). Since the detection error Δt is included in the time difference t, the calculated speed v also includes the error Δv. That is, the relationship between the calculated speed v and the error Δv is expressed by Equation 15.
[0040]
[Expression 15]
v + Δv = L / (t + Δt)
From the equations (12) and (15), the calculated speed error | Δv | is expressed by the equation (16).
[0041]
[Expression 16]
| Δv | = LΔt / {t (t + Δt)}
Further, using the relationship of Formula 12, Formula 15 can be expressed by Formula 17 representing the speed error | Δv | / v.
[0042]
[Expression 17]
| Δv | / v = (Δt / t) / (1 + Δt / t)
Substituting Equation 12 and Equation 14 into Equation 17 and rearranging them yields Equation 18 and Equation 19.
[0043]
[Expression 18]
| Δv | / v = x / (1 + x)
However,
[0044]
[Equation 19]
x = LmagΔV / (2LVp)
FIG. 8 is a graph showing the parameter x dependency of the speed error in Equation 18, where the horizontal axis indicates x and the vertical axis indicates the relative speed error | v | / v.
[0045]
It can be seen from the figure that the relative velocity error is a function that increases monotonously with respect to x. Therefore, x needs to be sufficiently small to reduce the relative speed error.
[0046]
Here, taking a case where a vehicle traveling on a road is detected by two optical magnetic sensors as an example, a specific numerical value is substituted to find the value of x.
[0047]
Assuming that the distance L between the two magnetic sensors is 5 m, the total length of the vehicle is 4 m, and the magnetic sensor noise width ΔV is 1 μT, Expression 19 is expressed by Expression 20.
[0048]
[Expression 20]
x = 0.4 [μT] / Vp [μT]
For example, in order to achieve measurement with a relative speed error <10%, x <0.12 is required from FIG. By substituting Equation 20 into this condition and correcting it to the necessary condition of the magnetic sensor output change width Vp, Equation 21 is obtained.
[0049]
[Expression 21]
Vp> 3.3 [μT]
However, the magnetic flux density change width Vp due to the vehicle varies depending on the shape of the vehicle, the type and size of the load, the vehicle passing position, and the like, and may not satisfy Equation 21. In this case, the speed calculation error for one vehicle is 10% or more of the target, and there is a problem that an undesirable error is mixed in the average speed detection of the passing vehicle for a certain time.
[0050]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a moving body speed sensor with a small average speed calculation error of the moving body.
[0051]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes two magnetic sensors 1 and 2 arranged at a predetermined distance on a moving path of a moving body having a magnetic body, the magnetic sensor 1, Assuming that the linearity of 2 and the noise width are equal, the output changes to a triangular wave shape, and the noise width is constant within the measurement time, whether the signal V1 of the magnetic sensor 1 is greater than the threshold value Vth is compared. and, when the signal V1 is determined to be greater than the threshold value Vth stores the current time as t1, and stores the waveform of the signal V1 as numerical data V1 _ buf, whether the larger signal V2 threshold of the magnetic sensor 2 Vth or comparing, when the signal V2 is determined to be greater than the threshold value Vth stores the current time as t2, and store the waveform of the signal V2 as numerical data V2 _ buf, The time T from the rise to the waveform peak is obtained from the waveform data from one magnetic sensor, the noise width is ΔV, the waveform peak value Vp of the triangular wave, and the instant of time exceeding the threshold Vth of the signal V1 from the magnetic sensor 1 The expected measurement error Δt1 at t1 is obtained from Equation 1,
[Expression 1]
Δt1 = TΔV / 2Vp
The detection error Δt2 at time t2 when the signal V2 from the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth is expressed by equation (2).
[Expression 2]
Δt2 = TΔV / 2Vp
The detection error Δt of the time difference t between the time t1 and the time t2 is calculated from the equation (3).
[Equation 3]
Δt = Δt1 + Δt2
= TΔV / Vp
The velocity of the moving body is v, the error is Δv, and this detection error Δt is expressed by Equation 4
[Expression 4]
| Δv | / v = (Δt / t) / (1 + Δt / t)
By substituting into the above, it is determined whether or not the required speed accuracy can be obtained, and only when it is determined that the required speed accuracy is obtained, the above moving body is obtained from the time difference between the signals from both magnetic sensors. a first signal processing unit for calculating the speed, which the mobile speed signal outputted from the signal processing unit to a predetermined time-averaged, and a second signal processing unit for outputting the operation result to the outside It is.
[0052]
According to the second aspect of the present invention, there are two magnetic sensors 1 and 2 arranged at a predetermined distance on a moving path of a moving body having a magnetic body, and the linearity and noise width of the magnetic sensors 1 and 2 are Assuming that the output changes to a triangular wave shape and the noise width is constant within the measurement time, it is compared whether or not the signal V1 of the magnetic sensor 1 is greater than the threshold value Vth, and the signal V1 is equal to the threshold value Vth. when it is determined that the larger stores the current time as t1, and stores the waveform of the signal V1 as numerical data V1 _ buf, signal of the magnetic sensor 2 V2 compares whether greater than the threshold value Vth, the signal V2 when is it is determined that greater than the threshold value Vth stores the current time as t2, and store the waveform of the signal V2 as numerical data V2 _ buf, The time T from the rise to the waveform peak is obtained from the waveform data from one magnetic sensor, the noise width is ΔV, the waveform peak value Vp of the triangular wave, and the instant of time exceeding the threshold Vth of the signal V1 from the magnetic sensor 1 The expected measurement error Δt1 at t1 is obtained as a time derivative dV1 / dt | t = t1 at time t1 of the signal V1 from the magnetic sensor 1, and Equation 5
[Equation 5]
Δt1 = ΔV / 2 (dV1 / dt | t = t1 )
And the detection error Δt2 at time t2 when the signal V2 from the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth, and the time differential dV2 / dt | t = t2 at the time t2 of the signal V2 from the magnetic sensor 2 6 formulas
[Formula 6]
Δt2 = ΔV / 2 (dV2 / dt | t = t2 )
The detection error Δt of the time difference t between the time t1 and the time t2 is obtained by substituting
[Expression 7]
Δt = Δt1 + Δt2
= TΔV / Vp
The velocity of the moving body is v, the error is Δv, and this detection error Δt is expressed by Equation 8
[Equation 8]
| Δv | / v = (Δt / t) / (1 + Δt / t)
By substituting into the above, it is determined whether or not the required speed accuracy can be obtained, and only when it is determined that the required speed accuracy is obtained, the above moving body is obtained from the time difference between the signals from both magnetic sensors. And a second signal processing unit that averages the moving body velocity signal output from the signal processing unit for a certain period of time and outputs the calculation result to the outside. It is.
[0054]
According to the present invention, when it is determined that the desired speed accuracy is obtained by the first signal processing unit, the calculated speed signal is output to the second signal processing unit, and the desired expected speed accuracy cannot be obtained. When the determination is made, since the signal of the calculated speed is measured again without being output to the second signal processing unit, it is possible to obtain the moving body passing speed average value with the desired accuracy.
[0055]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0056]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a moving body speed sensor of the present invention. In addition, the same code | symbol was used for the member similar to the member shown in the prior art example.
[0057]
Reference numeral 7 denotes a moving body having a magnetic body to be detected. Reference numerals 1 and 2 denote magnetic sensors that detect a change in magnetic flux density accompanying the passage of the moving body 7 and output signals V1 and V2 corresponding to the detected magnetic flux density. is there. Both magnetic sensors 1 and 2 are arranged on the moving path of the moving body 7 by a predetermined distance L apart.
[0058]
Here, the traveling direction of the moving body 7 is taken as the x axis, the coordinate of one magnetic sensor 1 is x = 0, and the coordinate of the other magnetic sensor 2 is x = L. Signals V1 and V2 from both magnetic sensors 1 and 2 are processed by signal processors 4 and 5.
[0059]
The first signal processing unit 5 predicts a speed error from the waveforms of the signals V1 and V2 from the magnetic sensors 1 and 2, determines whether the required speed accuracy is obtained, and determines that the required speed accuracy is obtained. In this case, the moving body speed v is calculated from the time difference between the signals V 1 and V 2 from the magnetic sensors 1 and 2, and the calculation result V 5 is output to the second signal processing unit 4.
[0060]
Hereinafter, the operation of the first signal processing unit will be described with reference to FIGS. 2 and 5A and 5B.
[0061]
FIG. 2 is a flowchart of processing performed in the first signal processing unit used in the moving body speed sensor shown in FIG.
[0062]
When both the magnetic sensors 1 and 2 are sensors that output signals proportional to the magnetic flux densities B1 and B2 at the respective positions, the outputs V1 and V2 of both magnetic sensors are expressed by Equation 9 and Equation 10.
[0063]
However, α 1 and α 2 are proportional coefficients, and ideally, it is assumed that the proportional coefficients α 1 and α 2 of the magnetic sensors 1 and 2 are equal (= α). ΔV1 and ΔV2 represent the noise widths of both magnetic sensors 1 and 2, and it is assumed that the noise widths ΔV1 and ΔV2 are also equal in the magnetic sensors 1 and 2 (= ΔV).
[0064]
Here, in order to simplify the description, the magnetic flux density at the position of the magnetic sensors 1 and 2 when the moving body 7 is sufficiently separated from the magnetic sensors 1 and 2 is assumed to be “0”.
[0065]
When the moving body 7 approaches the magnetic sensors 1 and 2, the magnetic flux density B1 of the magnetic sensor 1 arranged closer to the moving body 7 changes, and the signal V1 starts to change. Further, when the moving body 7 approaches the magnetic sensors 1 and 2, the magnetic flux density B2 at the position of the magnetic sensor 2 arranged farther from the moving body 7 changes, and the signal V2 starts to change. The time difference t of the change of the signals V1 and V2 depends on the distance L between the magnetic sensors 1 and 2 and the moving speed v of the moving body 7, and is expressed by the following equation (11).
[0066]
Therefore, if the distance L between the magnetic sensors 1 and 2 is measured in advance and the time difference t can be measured, the velocity v of the moving body 7 can be calculated by the following equation (12).
[0067]
In the signal processor 5, the time difference t is measured as follows.
[0068]
For the signals V1 and V2 from both magnetic sensors 1 and 2, the signal processing unit 5 sets a threshold value Vth. The setting level of the threshold value Vth is set to a level larger than the noise width ΔV of the signals V1 and V2 from the magnetic sensors 1 and 2. When the moving body 7 does not approach both the magnetic sensors 1 and 2, the signals V1 and V2 are less than the threshold value Vth, respectively. However, when the moving body 7 approaches and the magnetic flux density changes, both magnetic fields A moment comes when the signals V1 and V2 from the sensors 1 and 2 exceed the threshold value Vth.
[0069]
The signal processing unit 5 compares whether or not the signal V1 is larger than the threshold value Vth (step S1). If it is determined that the signal V1 is larger than the threshold value Vth, the current time is stored as t1 (step S2). Waveform of numerical data V1 buf [n] is stored (step S3), whether or not the signal V2 is greater than the threshold value Vth is compared (step S4), and when it is determined that the signal V2 is greater than the threshold value Vth, the current time is stored as t2 ( Step S5), the waveform of the signal V2 is converted into numerical data V2. Stored as buf [n] (step S6).
[0070]
Here, the signal processing unit 5 is different from the conventional signal processing unit 3 shown in FIG. 3 in that the waveforms of the signals V1 and V2 near the times t1 and t2 are converted into time-series numerical data V1. buf [n], V2 It is a point to memorize | store simultaneously as buf [n].
[0071]
In the signal processor 5, these numerical data V1 buf [n], V2 Using the waveform data stored in buf [n], a predicted value of speed accuracy (predicted speed error) is calculated (step S7).
[0072]
Here, examples of a method for calculating the predicted speed error include the following methods.
[0073]
First, numerical data V1 The peak value Vp and the time T from the rise to the waveform peak value are obtained from the waveform data of buf [n]. Assuming that the rise of the signal V1 rises linearly from 0 to Vp during the time T, and assuming that the sensor noise width is ΔV, the expected measurement error Δt1 at the instant t1 exceeding the threshold Vth of the signal V1 is Given.
[0074]
When the linearity and noise width ΔV of the magnetic sensor 2 are equal to the linearity and noise width ΔV of the magnetic sensor 1, the detection error at time t2 at the moment when the signal V2 from the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth is considered in the same way. It is given by the formula.
[0075]
From Equation 1 and Equation 2, the detection error of the time difference t (= t2−t1) is given by Equation 3.
[0076]
By substituting this time difference Δt into Equation 17, an expected speed error | Δv | / v is obtained.
[0077]
Further, the following method can be cited as a method for calculating the expected speed error.
[0078]
A mechanism for obtaining the time differential dV1 / dt | t = t1 of the signal V1 at time t1 is prepared, and the differential value of the signal V1 at time t1 is replaced with Vp / T in Formula 1, thereby obtaining Formula 5.
[0079]
Similarly, the differential value of the signal V2 at time t2 is replaced with Vp / T in equation (1) to obtain equation (6).
[0080]
Alternatively, Δt may be obtained by substituting these Δt1 and Δt2 into Equation 3, and Δt may be substituted into Equation 4 to obtain the predicted speed error (expected speed accuracy) | Δv | / v.
[0081]
Next, the signal processing unit 5 determines whether or not the predicted speed error | Δv | / v obtained as described above satisfies the required accuracy (step S8), and determines that the predicted speed accuracy satisfies the required speed accuracy. In this case, the time difference t2-t1 is set to time t1, L / t is set to V, and the calculated speed is output as V5 on the assumption that the expected speed error is reliable (step S9).
[0082]
The signal processing unit 5 resets “0” as times t, t1, and t2 (step S10), determines whether the signal V1 is equal to or lower than the threshold value Vth, and whether the signal V2 is equal to or lower than the threshold value Vth. , V2 is determined to be less than or equal to the threshold value Vth, the process returns to step S1.
[0083]
When the signal processing unit 5 determines that the predicted speed accuracy | Δv | / v does not satisfy the required accuracy (step S8), the value of the calculated speed is not output to the outside as unreliable. By doing so, the second signal processing unit 4 for calculating the time average of the calculated speed does not include a measurement result with a large error, and the speed accuracy required for the measurement system can be achieved.
[0084]
The signal processing unit 4 calculates an average value of the calculation speed signal V5 for a certain period of time, and outputs a signal V4 corresponding thereto. Since a measurement result having a large error is not input to the signal processing unit 4 in the signal processing unit 5, the signal V4 from the signal processing unit 4 satisfies the speed accuracy required for the moving body speed sensor.
[0085]
Since the signal processing in the signal processing unit 4 has already been described, a description thereof will be omitted.
[0086]
In the above, since the moving body passing speed average value is calculated by removing the moving body passing signal determined that the desired speed accuracy cannot be obtained by the first signal processing unit, the moving body passing speed average with the desired accuracy is calculated. A value can be obtained.
[0087]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to provide a mobile body speed sensor with a small average speed calculation error of the mobile body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a moving body speed sensor of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of processing performed in a first signal processing unit used in the moving body speed sensor shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional moving body speed sensor.
4 is a flowchart of processing performed in a signal processing unit of the moving body speed sensor shown in FIG. 3;
5A and 5B are diagrams showing temporal changes in signals V1 and V2 of the magnetic sensor shown in FIG.
6 is a flowchart of processing performed in a signal processing unit 4 of the moving body speed sensor shown in FIG. 3;
FIG. 7 is a diagram illustrating a signal V1 from the magnetic sensor 1 when a change in magnetic flux density when passing through a moving body is approximated by a triangular wave.
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the speed error of equation 18 on the parameter x.
[Explanation of symbols]
1, 2 Magnetic sensor 4 Second signal processing unit 5 First signal processing unit 7 Moving object

Claims (2)

磁性体を有する移動体の移動経路上に所定の距離だけ離して配置された2つの磁気センサ1、2と、前記磁気センサ1、2のリニアリティーとノイズ幅が等しく、出力が三角波形状に変化し、前記ノイズ幅が測定時間内で一定であると仮定して、前記磁気センサ1の信号V1が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V1が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt1として記憶し、信号V1の波形を数値データV1_bufとして記憶し、前記磁気センサ2の信号V2が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V2が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt2として記憶し、信号V2の波形を数値データV2_bufとして記憶し、
一方の磁気センサからの波形データから立ち上がりから波形ピークに至るまでの時間Tを求め、ノイズ幅をΔV、三角波の波形ピーク値Vpとし、磁気センサ1からの信号V1の閾値Vthを超える瞬間の時刻t1における予想測定誤差Δt1を数1式より求め、
【数1】
Δt1=TΔV/2Vp
磁気センサ2からの信号V2が閾値Vthを超える時刻t2の検出誤差Δt2を数2式
【数2】
Δt2=TΔV/2Vp
より求め、時刻t1と時刻t2との時間差tの検出誤差Δtを数3式
【数3】
Δt=Δt1 + Δt2
=TΔV/Vp
より求め、移動体の速度をv、その誤差をΔvとし、この検出誤差Δtを数4式
【数4】
|Δv|/v=(Δt/t)/(1+Δt/t)
に代入して予想速度誤差を求めることにより、要求速度精度が得られるか否かを判定し、要求速度精度が得られると判定された場合のみ、両磁気センサからの信号の時間差から上記移動体の速度を算出する第1の信号処理部と、該信号処理部から出力される移動体速度信号を一定時間平均化し、その演算結果を外部に出力する第2の信号処理部とを備えたことを特徴とする移動体速度センサ。
Two magnetic sensors 1 and 2 arranged on a moving path of a moving body having a magnetic body separated by a predetermined distance, the linearity and noise width of the magnetic sensors 1 and 2 are equal, and the output changes to a triangular wave shape. Assuming that the noise width is constant within the measurement time, it is compared whether or not the signal V1 of the magnetic sensor 1 is greater than the threshold value Vth, and if it is determined that the signal V1 is greater than the threshold value Vth, the current time Is stored as t1, the waveform of the signal V1 is stored as numerical data V1_buf, and it is compared whether or not the signal V2 of the magnetic sensor 2 is greater than the threshold value Vth, and when it is determined that the signal V2 is greater than the threshold value Vth, The time is stored as t2, the waveform of the signal V2 is stored as numerical data V2_buf,
The time T from the rise to the waveform peak is obtained from the waveform data from one magnetic sensor, the noise width is ΔV, the waveform peak value Vp of the triangular wave, and the instant of time exceeding the threshold Vth of the signal V1 from the magnetic sensor 1 The expected measurement error Δt1 at t1 is obtained from Equation 1,
[Expression 1]
Δt1 = TΔV / 2Vp
The detection error Δt2 at time t2 when the signal V2 from the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth is expressed by the following equation (2).
Δt2 = TΔV / 2Vp
The detection error Δt of the time difference t between the time t1 and the time t2 is calculated from the equation (3).
Δt = Δt1 + Δt2
= TΔV / Vp
The velocity of the moving object is v, the error is Δv, and this detection error Δt is expressed by the following equation (4).
| Δv | / v = (Δt / t) / (1 + Δt / t)
By substituting into the above, it is determined whether or not the required speed accuracy can be obtained, and only when it is determined that the required speed accuracy is obtained, the above moving body is obtained from the time difference between the signals from both magnetic sensors. And a second signal processing unit that averages the moving body velocity signal output from the signal processing unit for a certain period of time and outputs the calculation result to the outside. A moving body speed sensor.
磁性体を有する移動体の移動経路上に所定の距離だけ離して配置された2つの磁気センサ1、2と、前記磁気センサ1、2のリニアリティーとノイズ幅が等しく、出力が三角波形状に変化し、前記ノイズ幅が測定時間内で一定であると仮定して、前記磁気センサ1の信号V1が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V1が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt1として記憶し、信号V1の波形を数値データV1_bufとして記憶し、前記磁気センサ2の信号V2が閾値Vthより大きいか否かを比較し、信号V2が閾値Vthより大きいと判定したときは現時刻をt2として記憶し、信号V2の波形を数値データV2_bufとして記憶し、
一方の磁気センサからの波形データから立ち上がりから波形ピークに至るまでの時間Tを求め、ノイズ幅をΔV、三角波の波形ピーク値Vpとし、磁気センサ1からの信号V1の閾値Vthを超える瞬間の時刻t1における予想測定誤差Δt1を、磁気センサ1からの信号V1の時刻t1における時間微分dV1/dt| t=t1 を求め、数5式
【数5】
Δt1=ΔV/2(dV1/dt| t=t1
に代入して求め、磁気センサ2からの信号V2が閾値Vthを超える時刻t2の検出誤差Δt2を、磁気センサ2からの信号V2の時刻t2における時間微分dV2/dt| t=t2 を求め、数6式
【数6】
Δt2=ΔV/2(dV2/dt| t=t2
に代入して求め、時刻t1と時刻t2との間の時間差tの検出誤差Δtを数7式
【数7】
Δt=Δt1 + Δt2
=TΔV/Vp
より求め、移動体の速度をv、その誤差をΔvとし、この検出誤差Δtを数8式
【数8】
|Δv|/v=(Δt/t)/(1+Δt/t)
に代入して予想速度誤差を求めることにより、要求速度精度が得られるか否かを判定し、要求速度精度が得られると判定された場合のみ、両磁気センサからの信号の時間差から上記移動体の速度を算出する第1の信号処理部と、該信号処理部から出力される移動体速度信号を一定時間平均化し、その演算結果を外部に出力する第2の信号処理部とを備えたことを特徴とする移動体速度センサ。
Two magnetic sensors 1 and 2 arranged on a moving path of a moving body having a magnetic body separated by a predetermined distance, the linearity and noise width of the magnetic sensors 1 and 2 are equal, and the output changes to a triangular wave shape. Assuming that the noise width is constant within the measurement time, it is compared whether or not the signal V1 of the magnetic sensor 1 is greater than the threshold value Vth, and if it is determined that the signal V1 is greater than the threshold value Vth, the current time Is stored as t1, the waveform of the signal V1 is stored as numerical data V1_buf, and it is compared whether or not the signal V2 of the magnetic sensor 2 is greater than the threshold value Vth, and when it is determined that the signal V2 is greater than the threshold value Vth, The time is stored as t2, the waveform of the signal V2 is stored as numerical data V2_buf,
The time T from the rise to the waveform peak is obtained from the waveform data from one magnetic sensor, the noise width is ΔV, the waveform peak value Vp of the triangular wave, and the instant of time exceeding the threshold Vth of the signal V1 from the magnetic sensor 1 The expected measurement error Δt1 at t1 is obtained as a time derivative dV1 / dt | t = t1 of the signal V1 from the magnetic sensor 1 at time t1 , and Equation 5 is obtained.
Δt1 = ΔV / 2 (dV1 / dt | t = t1 )
And the detection error Δt2 at time t2 when the signal V2 from the magnetic sensor 2 exceeds the threshold value Vth, and the time differential dV2 / dt | t = t2 at the time t2 of the signal V2 from the magnetic sensor 2 6 formulas (6)
Δt2 = ΔV / 2 (dV2 / dt | t = t2 )
The detection error Δt of the time difference t between the time t1 and the time t2 is calculated by substituting
Δt = Δt1 + Δt2
= TΔV / Vp
The velocity of the moving object is v, the error is Δv, and this detection error Δt is expressed by the following equation (8).
| Δv | / v = (Δt / t) / (1 + Δt / t)
By substituting into the above, it is determined whether or not the required speed accuracy can be obtained, and only when it is determined that the required speed accuracy is obtained, the above moving body is obtained from the time difference between the signals from both magnetic sensors. And a second signal processing unit that averages the moving body velocity signal output from the signal processing unit for a certain period of time and outputs the calculation result to the outside. A moving body speed sensor.
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