JP4195570B2 - 移動体速度センサ - Google Patents
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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）＝α1Ｂ1（ｔ）＋ΔＶ１
【００１２】
【数１０】
Ｖ２（ｔ）＝α2Ｂ2（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＝ｔ２−ｔ１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、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。
【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
【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）＝α1Ｂ1（ｔ）＋ΔＶ１
【００１２】
【数１０】
Ｖ２（ｔ）＝α2Ｂ2（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＝ｔ２−ｔ１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、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。
【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
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。 - 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。
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|---|---|---|---|
| JP2002088856A JP4195570B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 移動体速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088856A JP4195570B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 移動体速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003287548A JP2003287548A (ja) | 2003-10-10 |
| JP4195570B2 true JP4195570B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=29234602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002088856A Expired - Lifetime JP4195570B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 移動体速度センサ |
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-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002088856A patent/JP4195570B2/ja not_active Expired - Lifetime
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