(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択されたエリアの境界を定めると共に、安全ゾーン、矯正ゾーンおよび脱出ゾーンを画定するワイヤーループであって、前記安全ゾーンおよび前記矯正ゾーンは前記選択されたエリア内に位置し、前記脱出ゾーンは前記選択されたエリア外に位置する前記ワイヤーループと、
前記ワイヤーループと通信する閉じ込め信号発生器であって、当該信号発生器は前記ワイヤーループに閉じ込め信号を発生し、当該閉じ込め信号は立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとを含む波形を有し、前記立ち上がりの傾きの大きさは前記立ち下がりの傾きの大きさと等しくない、前記閉じ込め信号発生器と、
前記立ち上がりの傾きと前記立ち下がりの傾きとの少なくともひとつに基づいて前記動物の前記ワイヤーループへの接近方向を決定する受信ユニットであって、当該受信ユニットは、前記動物の前記ワイヤーループへの前記接近方向に動物がいることを示すときには前記安全ゾーンから前記矯正ゾーンに進入する前記動物を矯正して、前記動物の前記ワイヤーループへの前記接近方向に動物がいることを示すときには矯正が行われることなく前記動物が前記脱出ゾーンから前記矯正ゾーンに進入できるようにし、前記受信ユニットは、前記立ち上がりの傾きと前記立ち下がりの傾きとの一方に対応する方向を有する第１パルスと、前記立ち上がりの傾きと前記立ち下がりの傾きとの他方に対応する方向を有する第２パルスとからなる受信信号を生成し、前記動物の前記ワイヤーループへの前記接近方向は、前記第２パルスの幅に対する前記第１パルスの幅から決定される、前記受信ユニットと、を備えた方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２】
前記受信ユニットは、前記動物が前記矯正ゾーンから前記脱出ゾーンに進入する際に、選択された時間の間、前記動物を矯正する、請求項１に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項３】
前記受信ユニットは、前記立ち上がりの傾きと前記立ち下がりの傾きの相対的な幅に対応するデューティサイクルを決定する、請求項１に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項４】
前記デューティサイクルは不均一であり、前記不均一なデューティサイクルは、前記矯正ゾーンにおける第１の比および前記脱出ゾーンにおける第２の比を有し、前記第１の比と前記第２の比とは異なり、前記受信ユニットは、前記第２の比を検出することなく前記第１の比が検出されたときに、前記動物が前記安全ゾーンから前記矯正ゾーンに進入していると判断し、前記受信ユニットは、前記第２の比の前に前記第１の比が検出されたときに前記動物が前記矯正ゾーンから前記脱出ゾーンに進入中であると判断し、前記受信ユニットは前記第１の比を検出する前に前記第２の比が検出されたときに前記動物が前記脱出ゾーンから前記矯正ゾーンに進入中であると判断する、請求項３に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項５】
前記閉じ込め信号は、非対称の三角波形となっている、請求項１に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項６】
前記受信ユニットは、前記受信ユニットの配向に関する配向情報を提供する配向検出器を更に備え、前記受信ユニットの配向に従って前記接近方向を正確に解読する、請求項１に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項７】
配向情報は、前記第１パルスと前記第２パルスの方向を決定するために用いられる、請求項６に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項８】
前記接近方向は、前記第１パルスの幅が前記第２パルスの幅よりも大きいときの前記第１方向と前記第１パルスの幅が前記第２パルスの幅よりも小さいときの第２方向とを有する、請求項１に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項９】
立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きとを有し、前記立ち上がりの傾きの大きさと前記立ち下がりの傾きの大きさとが等しくない非対称信号を有する閉じ込め信号を発生する閉じ込め信号発生器と、
前記閉じ込め信号発生器と通信すると共に、動物を閉じ込めるための閉じ込めエリアの境界を定め、前記閉じ込め信号を搬送するワイヤーループと、
前記閉じ込め信号に応答する受信機であって、前記閉じ込め信号に対応する受信された信号を発生し、前記受信された信号は、第１パルスと第２パルスとを有し、当該第１パルスと当該第２パルスのそれぞれは、前記非対称信号の変化の割合から誘導された幅を含む、前記受信機と、
前記受信機と通信し、前記受信された信号に応答する処理回路であって、当該処理回路は選択された方向を有する前記第１パルスと前記第２パルスの少なくとも選択されたひとつの幅に基づいて接近方向を決定し、前記処理回路は、前記動物が前記閉じ込めエリア内部から前記ワイヤーループに接近中であることを前記接近情報が示すと、刺激制御信号を発生し、前記動物が前記閉じ込めエリアの外部から前記ワイヤーループに接近中であることを前記接近情報が示すときには、前記処理回路は刺激制御信号を発生しないようになっている前記処理回路と、
前記処理回路と通信する刺激送りデバイスであって、前記刺激送りデバイスは、前記刺激制御信号に応答して刺激を発生し、前記刺激送りデバイスは前記刺激を動物に送るようになっている前記刺激送りデバイスと、を備えた方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１０】
前記受信機の配向を想定し、前記第１パルスと前記第２パルスは、この想定された配向に基づいて解読される、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１１】
前記受信機に関連する配向検出器を更に備え、前記配向検出器は、前記受信機の前記配向に対応する配向信号を生成し、前記第１パルスと前記第２パルスのそれぞれの方向は、前記配向信号に基づいて解読される、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１２】
前記処理回路と通信する配向センサを更に備え、前記配向センサは、重力ベクトルを示す配向信号を発生し、前記処理回路は前記配向信号および前記受信した信号を処理し、前記重力ベクトルに対して解読された前記第１パルスと前記第２パルスのそれぞれの方向を決定する、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１３】
前記処理回路は、前記配向信号と前記受信した信号とのベクトル内積を計算して、前記重力ベクトルに対する前記第１パルスと前記第２パルスとのそれぞれの方向を訂正する、請求項１２に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１４】
前記受信された信号は、前記閉じ込め信号の前記非対称搬送電流の結果生じる不均一なデューティサイクルを有する、請求項１２に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１５】
前記受信機は、第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとを備え、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルとは、直交するように配向されている、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１６】
前記閉じ込め信号は、三角形波であり、前記三角形波の各三角形は非対称の形状となっている、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１７】
前記三角形波の各三角形は、立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きを有し、前記立ち上がりの傾きの大きさと前記立ち下がりの傾きの大きさとは等しくない、請求項１６に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１８】
前記受信された信号は、不均一なデューティサイクルを有する波形であり、前記不均一なデューティサイクルは、前記受信された信号が前記閉じ込めエリア内で受信されたときに第１の比を有し、前記不均一なデューティサイクルは、前記受信された信号が前記閉じ込めエリアの外部で受信されたときに第２の比を有する、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項１９】
前記受信機が第１の配向にあるときに、前記第１の比は、第１の接近方向を示し、前記第２の比は、第２の接近方向を示し、前記受信機が第２の配向にあるときに、前記第１の比は、前記第２の接近方向を示し、前記第２の比は、前記第１の接近方向を示す、請求項１８に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２０】
前記受信された信号は、不均一なデューティサイクルを有する波形を有し、前記不均一なデューティサイクルは、前記ワイヤーループ周りの前記閉じ込め信号の磁界の方向に対応する方向を有する、前記非対称搬送電流の結果生じる比を有し、前記比は、前記受信機が前記ワイヤーループ内に位置するときの第１の値、および前記受信機が、選択された配向となっている間に前記受信機が前記ワイヤーループ外に位置するときの第２の値を有する、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２１】
前記比は、前記受信機が前記ワイヤーループ内に位置するときの前記第２の値、および前記受信機が前記選択された配向と異なる第２の配向となっている間に前記受信機が前記ワイヤーループ外に位置するときの前記第１の値を有する、請求項２０に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２２】
前記受信ユニットが前記選択された配向にある間、前記不均一なデューティサイクル信号が第１の比を有すると前記処理回路が判断したときに、前記刺激制御信号が発生され、前記受信ユニットが、前記選択された配向となっている間に前記不均一なデューティサイクル信号が第１の比から第２の比に変化したと前記処理回路が判断したときに、選択された時間の間、前記刺激制御信号が発生され、前記受信ユニットが前記選択された配向となっている間に、前記不均一なデューティサイクル信号が第１の比から第２の比に変化したと前記処理回路が判断したときには、前記刺激制御信号は発生されない、請求項２０に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２３】
前記第１パルスと前記第２パルスとの前記相対的な幅での変化に基づいて、前記動物が前記閉じ込めエリアの内部から前記ワイヤーループを横断したと前記処理回路が判断したときに、選択された時間の間、前記刺激が生じる、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２４】
前記接近情報は、正の方向を有する前記第１パルスと前記第２パルスの一方の前記幅から決定される、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２５】
前記接近情報は、前記第１パルスの前記幅と前記第２パルスの幅との比較から決定される、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【請求項２６】
前記接近情報は、正の方向を有する前記第１パルスと前記第２パルスの一方の幅と前記第１パルスと前記第２パルスの他方の幅との比較から決定される、請求項９に記載の方向検出動物電子閉じ込めシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願とのクロスレファレンス）
本願は、２００７年１月１７日に出願された米国特許出願第１１／６２４，１３３号の権利を主張するものである。
（連邦政府がスポンサーとなる研究または開発に関する記述）
適用不可
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、動物電子閉じ込めシステムに関し、より詳細には、境界ワイヤーに接近する動物が閉じ込め境界内にいるのか、またはその外にいるのかを判断できる、動物電子閉じ込めシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．関連技術の説明）
動物を所定の境界内に入れておくのに一般に動物電子閉じ込めシステムが、使用されている。代表的な動物電子閉じ込めシステムは、閉じ込めエリアの境界を定めるワイヤーループアンテナと、ワイヤーループに接続され、このワイヤーループが搬送する信号を発生する送信機と、動物がワイヤーループの境界に接近したときに警告および／または矯正（懲罰）を行う信号に応答する受信機とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４，７４５，８８２号
【特許文献２】米国特許第５，７９４，５６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の動物電子閉じ込めシステムは、境界エリア内部からワイヤーループの境界に接近する動物と、境界エリアの外部からワイヤーループ境界に接近する動物とを区別する能力に欠けている。従って、動物が境界エリアから逃げてしまった場合において、動物が境界エリア内に再び戻ろうとすると、動物は警告および／または矯正を受けることになる。
「動物のための電子閉じ込めおよび通信装置」を発明の名称とし、１９８８年５月２４日にロバート・Ｇ・ヤーナル・シニア外に付与された米国特許第４，７４５，８８２号には、動物が閉じ込めエリアに戻る際の動物への矯正を防止する、これまでの試みが記載されている。この米国特許第４，７４５，８８２号は、２つの別個の閉じ込め送信機が発生する別個の信号を搬送する２本の境界ワイヤーと、動物が逃げたときに閉じ込め送信機を無効にする無効化回路を使用することを開示している。閉じ込め送信機を無効にすることにより、動物は更なる矯正を受けることなく、閉じ込めエリアに戻ることができる。この米国特許第４，７４５，８８２号の利点は、部品が２倍必要となること、および矯正をすることなく再進入させるには閉じ込め送信機を無効にしなければならないということによって、小さくなっている。多数の動物に対して使用するとき、動物が１匹だけ逃げたとしても、逃げた動物と境界エリア内にまだいる動物の双方に対して、閉じ込め機能を無効にすることになってしまう。
【０００５】
「動物を電子的に閉じ込める装置および方法」を発明の名称とし、１９９８年８月１８日にジョン・ティートス外に付与された、米国特許第５，７９４，５６９号は、閉じ込めエリア内に戻ろうとする動物を矯正しないような動物電子制御システムが求められていると述べている（米国特許第５，７９４，５６９号、コラム１、３９〜４１行）。動物が、閉じ込めエリアから逃げようとしているのか、進入しようとしているのかを判断するために、このティートス米国特許の装置は、符号化された信号の端部に単極性パルスを含む（同特許、コラム１０、６３〜６７行）。復号化プロセス中にポータブルユニットが符号化されている信号の負の部分を効果的にドロップする（同特許、コラム１１、１〜２５行参照）。したがって、極性パルスが存在するか存在しないかにより、符号化されている信号の極性が決定される（同特許参照）。極性パルスの存在または不存在と、傾きスイッチアレイからの情報とを組み合せると、ポータブルユニットは動物が閉じ込めエリア内にいるのか、閉じ込めエリアの外にいるのかを予測できる（同特許６７行）。ポータブルユニットは、無線信号を使って境界信号が検出されたことを送信機に通知する（同特許コラム５、３０〜３４行）。通知信号は、動物が閉じ込めエリア内にいるのか、外にいるのかに関する情報を含む（同特許コラム１１、６２〜６７行）。送信機は適当な矯正を決定し、動物にどのような矯正をするのかをポータブルユニットに命令するための符号化された信号を発生する（同米国特許コラム５、３４行〜コラム６、３行）。動物が閉じ込めエリアから逃げ、再び戻ろうとしている場合、ポータブルユニットは、送信機が周辺ワイヤーの外側ゾーンを既にクリアしたことを通知しなければならない（同米国特許コラム１２、１１〜７行）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書には、接近方向を決定する動物電子閉じ込めシステムまたは方向検出動物閉じ込めシステムが記載されている。方向検出動物閉じ込めシステムは、一般に閉じ込めエリアの境界を定めるワイヤーループに接続された送信ユニットと、動物が所持する受信ユニットとを含む。本発明の方向検出動物閉じ込めシステムは、極性を有する閉じ込め磁界を発生し、アジマスに沿って最適にされた検出コイルを使って閉じ込め磁界が検出されると、極性情報を記憶する。受信ユニットは、この受信ユニットの配向を決定するための重力ベクトルも発生する。重力ベクトルは、受信ユニットの配向から独立した検出コイルの出力を自動的に発生する関数を発生するよう、重力ベクトルと閉じ込め磁界ベクトルとが組み合わされる。複数の検出コイルの出力の極性によって、受信ユニットがワイヤーループに接近する方向を決定することが可能となっている。
【０００７】
この方向検出動物閉じ込めシステムは、ワイヤーループに接続された送信機を含む。このワイヤーループは、閉じ込めエリアの境界を画定し、ワイヤーが損傷しないように保護するよう、一般に地中に埋設されている。このワイヤーループは、閉じ込め信号のための送信アンテナとして働き、閉じ込め信号は、ワイヤーループの全長に沿って警告ゾーンおよび矯正ゾーンを定めるのに使用される。この方向検出動物閉じ込めシステムは、閉じ込め信号に応答自在な受信ユニットも含む。この受信ユニットは、動物に装着されるか、または動物が携帯するようになっている。受信ユニットは、閉じ込め信号を検出し、万が一動物が警告ゾーンに進入した場合に、動物に対して警告を発生する。動物が矯正ゾーン内に進入し続けた場合、この動物には矯正刺激が加えられる。
【０００８】
送信機の一実施形態は、ユーザーが送信機のための種々のパラメータを設定できるようにするユーザーインターフェースを含む。このユーザーインターフェースは、送信機の作動を制御する処理回路と通信する。ユーザーインターフェースによって設定されるパラメータを使用し、処理回路は閉じ込め信号発生器に送られる出力信号を発生する。閉じ込め信号発生器は、接近方向を決定するのに充分な情報を含む非対称の閉じ込め信号を発生する。少なくとも閉じ込め信号発生器と通信する出力ステージは、閉じ込め信号の任意の必要な増幅またはその他の信号の条件化を行う。出力ステージと通信するワイヤーループは、その長手方向に沿って閉じ込め信号を一斉送信する。
【０００９】
閉じ込め信号発生器は、ワイヤーループの各側で異なる特性、例えば非対称の波形を生じさせる閉じ込め信号を発生する。この非対称の波形は、接近方向を決定することなく閉じ込め機能を可能にする現行の動物電子閉じ込めシステムの受信機と旧バージョンの互換性を有する。より詳細には、閉じ込め信号の波形は有極波形である。右手の規則は、垂直に向いた検出コイルにおける信号極性はこの検出コイルがワイヤーループと交差するとき反転すると規定している。その理由は、電流搬送ワイヤーの片側における垂直方向に向いた磁界の方向は、電流搬送ワイヤーの反対側で垂直方向に向いた磁界の向きと逆になるからである。
【００１０】
方向検出動物閉じ込めシステムの一実施形態では、受信ユニットは送信機が発生した閉じ込め信号を検出できる１つ以上の誘導検出コイルを含む。これら検出コイルの出力は、信号条件化回路へ送られる。検出コイルの出力は、受信された信号を処理回路が利用できるようにする。処理回路は、警告または矯正のどちらが必要であるか、および接近方向を決定し、次に警告または矯正刺激を発生させる、受信ユニットのための制御ロジックとなっている。接近方向は受信した信号のデューティサイクルをモニタすることによって決定される。受信ユニット内のオプションの配向検出器は、一般に地球の重力場の方向を決定する。配向検出器からの信号によって処理回路は受信ユニットの配向を決定し、受信された信号の極性を正確に解読することが可能となる。
【００１１】
方向検出閉じ込めシステムは、検出コイル内の電圧は近接ワイヤー内の電流の変化レートに比例するという原理に基づいて作動する。送信された波形が降下時間よりも短い立ち上がり時間を有するとき、この結果、波形が示すように、検出コイル内の電圧のデューティサイクルは、不均一となる。変化レートが各半サイクル中に比較的に一定のままとなっている限り、ワイヤー内の電流の方向は問題ではない。
【００１２】
イン／アウト決定は、動物が閉じ込めエリアの内部からワイヤーループに接近している場合にしか警告および矯正を発生できないようにするので、より効果的な調教を可能にするように、警告／矯正スキームをカスタム化できる。一実施形態では、警告／矯正スキームは、トリガーされた時間を可能にする。動物が閉じ込めエリア内の矯正ゾーンからワイヤーループの外側の脱出ゾーンまで移動した場合、受信ユニットは選択された時間の間、矯正を発生し続ける。この矯正時間の長さは、従来技術の閉じ込め信号のレンジよりもかなり長い距離にわたって矯正を行うのに充分となるように選択されている。この矯正時間の最大長さは、人の検討事項およびバッテリーの寿命によってしか制限されない。
添付図面と共に、本発明の次の詳細な説明から、本発明の上記特徴がより明瞭に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の方向検出動物閉じ込めシステムの図である。
【図２】埋設されたワイヤーおよび距離の次元と共に、ワイヤーから放射される従来の閉じ込め信号を示す。
【図３】従来の動物電子閉じ込めシステムを使用した場合に方向を区別できないことを示すための、ワイヤーの距離に対する信号強度を示すグラフである。
【図４】方向検出動物閉じ込めシステムのためのモデル、または等価的な回路図である。
【図５】従来の動物電子閉じ込めシステムの送信機および受信機が発生する波形の図である。
【図６】方向を検出する動物閉じ込めシステムの一実施形態の閉じ込め送信機のブロック図である。
【図７】方向を検出する動物閉じ込めシステムの一実施形態の閉じ込め送信機のブロック図である。
【図８】方向検出動物閉じ込めシステムの送信機および受信機が発生する波形の図である。
【図９】重力ベクトルおよび閉じ込め磁界ベクトルに対する方向検出動物閉じ込めシステムの受信ユニット内の検出コイルの配向の一例を示す。
【図１０】本発明と共に使用するのに適した平面状重力センサの図である。
【図１１】利用できる４５°の分解能を示す、図８に対して回転配向された平面状重力センサの図である。
【図１２】本発明と共に使用するのに適した移動コア重力センサの図である。
【図１３】刺激が発生されている状況を示す方向検出閉じ込めシステムの埋設ワイヤーおよび閉じ込め信号を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本明細書には、接近方向を決定する動物電子閉じ込めシステムまたは方向検出動物閉じ込めシステムが記載され、添付図面には、かかるシステムが示されている。方向検出動物閉じ込めシステムは、一般に閉じ込めエリアの境界を定めるワイヤーループに接続された送信ユニットと、動物が所持する受信ユニットとを含む。本発明の方向検出動物閉じ込めシステムは、極性を有する閉じ込め磁界を発生し、アジマスに沿って最適にされた検出コイルを使って閉じ込め磁界が検出されると、極性情報を記憶する。受信ユニットは、この受信ユニットの配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を決定するための重力ベクトルも発生する。重力ベクトルは、受信ユニットの配向から独立した検出コイルの出力を自動的に発生する関数を発生するよう、重力ベクトルと閉じ込め磁界ベクトルとが組み合わされる。複数の検出コイルの出力の極性によって、受信ユニットがワイヤーループに接近する方向を決定することが可能となっている。
【００１５】
図１は、本発明に係わる方向検出閉じ込めシステム１００の図である。この方向検出動物閉じ込めシステム１００は、図に対象線で表示されたワイヤーループ１０４に接続された送信機１０２を含む。ワイヤーループ１０４は、閉じ込めエリア１０６の境界を定め、このワイヤーループは一般にワイヤーを破壊から保護するために、地下に埋め込まれている。このワイヤーループ１０４は、閉じ込め信号に対する送信アンテナとして作動する。点線は、閉じ込めエリア１０６内の矯正ゾーン１０８のエッジを示し、一点鎖線は、閉じ込めエリア１０６内の警告ゾーン１１０のエッジを示す。警告ゾーン１１０によって境界が画定されたエリアは、安全ゾーン１１２となっている。送信機１０２から、所望する境界位置までのワイヤーループ部分１１４は、安全ゾーン１１２内に位置していることが多く、一般にワイヤーループのこの部分１１２に対する閉じ込め信号の相殺の効果を得るように、共に撚られたワイヤーループの端部を有する。点描により示されたワイヤーループの外側のエリアは、脱出ゾーン１１６である。この方向検出動物閉じ込めシステム１００は、極めて低い周波数、例えば７ｋＨｚまたは１０ｋＨｚで作動し、近接検出のために近電磁界信号が使用される。
【００１６】
方向検出動物閉じ込めシステム１００は、閉じ込め信号に応答する受信ユニット１１８も含む。この受信ユニット１１８は、動物１２０に装着するか、または他の方法で動物が保持するようになっている。図示されている実施形態では、受信ユニット１１８は、首輪１２２上に装着されている。当業者であれば、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、ストラップ、ハーネスまたは動物用の服を使用する他の方法で、受信ユニット１１８を保持できることが理解できよう。受信ユニット１１８は閉じ込め信号を検出し、動物１２０が警告ゾーン１１０へ進入した場合、動物１２０に警告を発する。警告は一般に、動物が境界１０４へと向かい続けた場合、矯正が行われる旨を動物に警告する可聴音となっている。動物１２０が万が一矯正ゾーン１０８内に進入し続けた場合、動物１２０へ矯正刺激が加えられる。一般に使用される矯正技術は、境界１０４に向かって動物が接近し続ける気をそぐようにする電気ショックを与えることである。当業者であれば、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、任意の警告または矯正技術を使用できることが認識できよう。
【００１７】
図２は、地下２０２に埋設されたワイヤー２００から放射される電磁界を示し、ここで、ｄＭＡＸは、境界電磁界の最大の幅であり、ｄＷＡＲＮは信号強度が警告信号レベルに達する境界ワイヤーからの距離であり、ｄＣＯＲＲＥＣＴは、信号強度が矯正信号レベルに達している境界ワイヤーからの距離である。この図面から正面に向かって電流が流れ出ると仮定した場合、電磁界は矢印２０４で示される方向に放射される。電流搬送ワイヤーに対する近似磁束密度は、次の式によって示される。
【数１】
0005844511.tif 000002
ここで、Ｂφは磁束密度であり、Ｉは電流であり、ｄはワイヤーからの距離であり、μ０は透磁率（４π×１０−７Ｈ／ｍ）である。代表的な閉じ込め信号電流の大きさである、２０ｍＡの電流を搬送するワイヤーから、約３０．５ｃｍ（約１フィート）の距離で生じる近似磁束密度は次のとおりである。
【数２】
0005844511.tif 000003
よって、電流が流れる結果として、ワイヤーの近くの磁束密度は地球の磁界の約４０００の１であり、ここで、米国における地球の磁界は約０．５Ｇである。
【００１８】
通常、埋設されたワイヤーループ１０４は、ワイヤーループ１０４に対する検出コイルの位置に関する情報を与えることがない無極性のサイン信号によって電気的に励起される。したがって、閉じ込め境界１０６の両側では警告ゾーン１１０と矯正ゾーン１０８が鏡像関係となる。図２および３、ならびに式１および２から理解できるように、ゾーンの幅は動物電子閉じ込めシステムの出力パワーによって制限される。従来の動物電子閉じ込めシステムでは、送信機が最大パワーで作動されるとき、ｄｍａｘの値は、約９．１ｍ（約３０フィート）である。これにより、閉じ込め境界１０６内の警告ゾーン１１０および閉じ込めゾーン１０８の双方の幅は、約４．６ｍ（約１５フィート）となる。警告ゾーン１１０の幅が矯正ゾーン１０８の幅にほぼ等しい場合、閉じ込め境界１０６の内部および外部の双方における矯正ゾーンの全幅は、約４．６ｍ（約１５フィート）となる。毎時約３２ｋｍ（約２０マイル）の速度で移動する飼い犬は、毎秒約８．８ｍ（約２９フィート）で走り、最大境界幅（最大送信機パワー）では、フルスピードで走る犬は約１秒の間に境界全体を横断し、１秒の約半分の間しか矯正を受けない。したがって、実際には、動物電子閉じ込めシステムの多くのユーザーは、ゾーンの幅を最大にするように、システムを最大パワーで作動させる。しかしながら、興奮した状態の犬は、不快感をほとんど受けることなく、従来の動物電子閉じ込めシステムの境界を破ることができると理解すべきである。
【００１９】
図３は従来の動物電子閉じ込めシステムによって使用されるスレッショルド検出方式の代表的なワイヤーからの距離に対する閉じ込め信号の強度のグラフである。受信ユニットから見た閉じ込め信号の強度を測定することにより、ワイヤーループに対する相対的近接度が決定される。受信ユニットが境界ワイヤーに接近すればするほど、受信される信号も強くなる。受信ユニットは受信した信号強度とスレッショルドレベルとを比較する。第１エネルギーレベル、すなわち警告スレッショルドにおいて警告が発せられ、第２エネルギーレベル、すなわち矯正スレッショルドに達すると、矯正が行われる。かかるシステムでは、閉じ込め信号の最小レンジおよび最大レンジは、送信機の送信パワーによって制限される。
【００２０】
単一ワイヤーを使用する従来の動物電子閉じ込めシステムには、動物が脱出ゾーン１１６から境界１０４に接近しているのか、または閉じ込めゾーン１０６から接近しているのかを判断する能力はない。したがって、動物１２０が逃げ、閉じ込めエリア１０６に戻ろうとする場合、動物１２０は、閉じ込めエリア１０６から逃げようとした場合に受けたのと同じ警告および矯正を受けることになる。したがって、一旦ワイヤーループの外側に逃れた場合は、動物は別の安全なゾーンに事実上は入り込んだ状態となる。最大パワーで送信することは、より大きなバッファを提供し、より大きな抑止効果のチャンスを提供できるだけでなく、動物が利用できる安全なゾーンを狭くすることもできる。
【００２１】
図４は、埋設されたケーブルを示す一次巻線４０２と、受信ユニット内の検出コイルを示す二次巻線４０４を有する、疎く結合（ｌｉｇｈｔｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ）されたトランス４００をモデル化した回路図である。このモデル回路４００は、テストポイントＴＰｖ１およびＴＰｄｖ１を備え、これらテストポイントは図５および８を参照して説明する信号に対する基準ポイントとして働く。
【００２２】
図５は、従来の動物電子閉じ込めシステムの波形を示す。従来の動物電子閉じ込めシステムでは、境界ワイヤーは、図５に示されるようなサイン波信号５００により電気的に励起される。サイン波信号は無極性であり、このことは誘導信号／受信信号を観察しても、検出（ピックアップ）コイルの配向に関する情報を得ることができないことを意味する。従来の動物電子閉じ込めシステムの例では、プロセッサが矩形波出力を発生し、この出力はサイン波信号５００を発生するようにフィルタにかけられる。サイン波信号５００は、フィードバックパス内に電流ドライバー／アンプを有する演算増幅ステージに供給され、閉じ込め信号（図示せず）を発生する。
【００２３】
図５には、テストポイントＴＰｄｖ１で取り込まれた従来の動物電子閉じ込めシステムにおける受信信号５０２の波形も示されている。この受信された信号５０２はサイン波信号５００の正の半サイクルおよび負の半サイクルに対応する対称的な矩形波となっている。この信号は、受信ユニットがワイヤーに接近する方向とは無関係に同一となっているが、明らかな例外は、磁界の向きが反転した場合である。受信信号５００の結果、対称的な受信信号５０２が得られるので、受信された信号５０２は５０％のデューティサイクルを有する信号を発生するが、検出コイルが反転しているのかどうかを判断するのには不充分な情報しか含んでいない。すなわち受信された信号の極性は、検出不能である。
【００２４】
図６は、本発明の送信機１０２の一実施形態のブロック図である。この送信機１０２は、ユーザーが送信機１０２のための種々のパラメータを設定できるようにするユーザーインターフェース６００を含む。ユーザーインターフェース６００は、処理回路６０２と通信し、処理回路６０２は、送信機の作動を制御する。ユーザーインターフェースによって設定されるパラメータを使用し、処理回路６０２は、閉じ込め信号発生器６０４へ送られる出力を発生する。この閉じ込め信号発生器６０４は、接近方向を決定するのに充分な情報を含む非対称な閉じ込め信号を発生する。少なくとも閉じ込め信号発生器６０４と通信状態にある出力ステージ６０６は、閉じ込め信号の必要な増幅や他の信号調整を行う。出力ステージ６０６と通信状態にあるワイヤーループ１０４は、その全長に沿って閉じ込め信号を一斉送信する。
【００２５】
ユーザーインターフェース６００は、ユーザーが送信機１０２のパラメータを設定できるようにする入出力デバイスを備える。一実施形態では、ユーザーインターフェース６００は処理回路６０２を介し、出力ステージ６０６を制御する。これとは異なり、ユーザーインターフェース６００が処理回路６０２と組み合せて、または処理回路６０２と別個に、出力ステージ６０６を制御してもよい。入力デバイスの例として、データ入力のための種々のアナログまたはデジタル機構、例えばスイッチ、ボタン、ノブおよびキーパッドを挙げることができる。出力デバイスの例として、視覚的および可聴的インジケータ、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）およびスピーカーを挙げることができる。ユーザーインターフェース６００は、処理回路によって入力信号を使用できるようにする、必要な信号調整も含む。ユーザーインターフェースが設定するパラメータの例として、一斉送信信号のレンジおよび作動モードを挙げることができる。一実施形態では、作動モードによって、閉じ込め信号が警告だけの情報を搬送するのか、または警告と矯正の双方のための情報を搬送するのかを、ユーザーが選択できるようにする。
【００２６】
処理回路６０２は、送信機を作動させるための必要な判別およびシーケンス化能力を提供する任意の論理デバイスまたは回路（アナログまたはデジタル）である。処理回路に適した１つのデバイスとして、マイクロチップテクノロジーインコーポレーションからのＰＩＣ１６Ｃ５０５がある。本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、処理回路６０２に対して他のデバイスおよび回路を使用することもできる。一実施形態では、処理回路６０２は、不均一（ｕｎｅｖｅｎ）のデューティサイクル、例えば約６０％のデューティサイクルを有する矩形波で、閉じ込め信号発生器をドライブ（駆動）する。
【００２７】
閉じ込め信号発生器６０４は、ワイヤーループ１０４の各側で異なる特性を生じさせる閉じ込め信号を発生する。この閉じ込め信号発生器６０４は、不均一なデューティサイクルの矩形波を非対称の三角形波に変換する。一実施形態では、閉じ込め信号発生器６０４は、演算増幅器の積分ステージである。試験の際に本発明者達は、三角形波信号発生器の出力ステージの特性は部品選択により変化することに気付いた。例えば約１ＭＨｚの利得バンド幅（ＧＢＷ）を有するＬＭ６４１演算増幅器を使用すると、三角形波の正の部分がひどく歪んだ。約１５メガヘルツの広いＧＢＷおよび１マイクロ秒当たり５０ボルトのスルーレートを有する演算増幅器は、より良好な三角形波を発生した。適当な１つのデバイスは、ＬＭ３１８演算増幅器である。更に三角形波は、接近方向の決定を行わないで閉じ込め機能を行う現行の動物電子閉じ込めシステムの受信機と下位互換性がある。
【００２８】
別の実施形態では、閉じ込め信号発生器は、処理回路によらずに、三角形波を発生する。閉じ込め信号発生器は、立ち上がりの傾きおよび降下の傾きの調節を可能にするディスクリートの三角形波発生器を含む。このディスクリートの三角形波発生器は、出力電流ドライバーを直接ドライブし、三角形波に対して２つの振幅レベルを提供する。ディスクリート三角形波発生器は、３つの演算増幅ステージとコントローラとを含む。２つの第１演算増幅ステージは、ベース信号を三角形波に変換するための周波数および傾き調節を行う。第３演算増幅ステージは、ＤＣオフセットおよび利得を調節する。コントローラは三角形の波形の振幅を変え、警告と矯正との区別を可能にすると共に、三角形波形のオン／オフタイミングを制御する。
【００２９】
より詳細には、閉じ込め信号の波形は有極波形である。右手の法則によると、検出コイルがワイヤーループと交差するとき、垂直に向いた検出コイル内の単一極性が反転する。その理由は、電流搬送ワイヤーの一方において、垂直方向に向いた磁界方向は、そのワイヤーの反対側で垂直方向に向いている時間の方向と反対となるからである。図１３を参照すると、ワイヤーの右側の磁界の方向は、地面に対して上向きであり、ワイヤーの左側で地面に対して下向きである。
【００３０】
図７は、方向検出動物閉じ込めシステム１００の一実施形態における受信ユニット１１８のブロック図である。受信ユニット１１８は、送信機１０２が発生した閉じ込め信号を検出できる１つ以上の誘導検出コイル７００、７０２を含む。一実施形態では、２つの検出コイル７００、７０２が使用されており、一方のコイルは１０．７ｋＨｚの基本周波数に同調しており、他方のコイルは３２ｋＨｚの三次高調波周波数に同調している。検出コイル７００、７０２の出力は、信号調整回路７０４に送られる。信号調整回路７０４は、演算増幅加算ステージ７０６と、低ノイズの高利得演算増幅フロントエンド７０８と最終利得ステージ７１０とを含む。演算増幅器の加算器７０６は、処理のために２つの検出コイル７００、７０２の出力を加算するのに使用される。検出コイル７００、７０２の一方が受信した信号の位相をシフトするためのオプションの位相シフト回路７１２が設けられており、演算増幅器の加算器７０６内で検出コイルの出力を加算する前に、受信した信号が他の検出コイル７００で受信した信号と整合する。図示されている実施形態では、受信ユニット１１８は、２つの別の検出コイル７１４、７１６を含む。検出コイル７００、７０２、７１４、７１６の出力は、受信した信号を出力回路７１８で利用できるようにし、処理回路７１８は第１処理デバイス７２０と第２処理デバイス７２２とを含む。
【００３１】
図示されている実施形態のように、受信ユニット１１８のための制御ロジックを提供する処理回路７１８は、接近方向を検出しない第１処理デバイス７２０、一般には現行の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用するときには、別の検出コイル７１４、７１６が含まれる。このようなコイル配置により、新しいＡＳＩＣを設計することなく、現行の製品設計に接近方向検出能力を追加できる。図示されている実施形態では、ＡＳＩＣ７２０は、追加検出コイル７１４、７１６で受信された信号をデコードし、動物に対して警告刺激を加えるべきか、または矯正刺激を加えるべきかを判断する。この判断結果は第２処理デバイス７２２へ送られ、この第２処理デバイス７２２は、必要とされる刺激の発生を制御し、接近方向を決定する。
【００３２】
図示されている実施形態では、ＡＳＩＣ７２０は、タイミング判断とスレッショルド判断との組み合わせを使って、受信された信号をデコードし、かつ分析し、スプリアス信号を除く。受信された信号が充分な時間の間、充分な振幅を有する場合、ＡＳＩＣ７２０は、動物が境界の近くにいることを示す出力を発生する。警告成分および閉じ込め成分毎に別個の信号レベルおよびタイミングを有する閉じ込め信号を符号化することによって、ＡＳＩＣ７２０は警告ゾーンに進入したことを示すのか、または矯正ゾーンに進入したことを示すのかを更に判断できる。この符号化方式の特定の例は、特定の時間中に生じる第１の大きさを有する警告成分を提供する。矯正成分は、特定の時間中にも生じる第１の大きさよりも小さい第２の大きさを有する。警告成分の直後に矯正成分が生じる。動物がワイヤーループに接近するにつれ、信号強度が高まる。警告ゾーン内では、警告成分だけがアクティブであるとみなされる程の充分な大きさを有しているので、ＡＳＩＣ７２０は警告信号の寿命中に閉じ込め信号に関するアクティビティしか認識しない。動物がワイヤーループに接近し続けるにつれ、受信された信号の大きさも大きくなる。動物が閉じ込めゾーンに進入すると、警告成分と矯正成分の双方は、アクティブと見なされる程の充分な大きさとなる。警告成分と矯正成分の双方は、まだ不均一な相対的な大きさとなっているが、これら成分は、ＡＳＩＣ７２０により、アクティブであると見なされ、アクティブな時間は警告コンポーネントと矯正コンポーネントの組み合せ時間となる。このようにＡＳＩＣ７２０は、受信ユニットが警告ゾーンにあるのか、または矯正ゾーンにあるのかを判断する。当業者であれば、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、受信ユニットが警告ゾーンにあるのか、または矯正ゾーンにあるのかを判断する他の符号化／デコード方式および方法を認識できよう。更に当業者であれば、他の境界検出方式および対応する回路を想到できよう。
【００３３】
上記のように、第２処理デバイス７２２は、リクエストされた刺激を発生する役割、および接近方向を決定する役割を有する。第２処理デバイス７２２を構成するのに使用される１つの適当なデバイスとして、マイクロチップテクノロジーインコーポレーションからのＰＩＣ１６Ｆ６２８Ａマイクロコントローラがある。マイクロコントローラ７２２へ送られる、ＡＳＩＣ７２０からの出力の結果として、刺激の発生が生じる。しかしながら、ＡＳＩＣ７２０は受信した信号を処理し、その結果をマイクロコントローラ７２２へ送るだけであるので、受信された信号内の情報は、マイクロコントローラ７２２には利用できない。したがって、検出コイル７００、７０２および信号調整回路７０４は、接近方向を決定するのに必要な、受信された信号内の情報を、マイクロコントローラ７２２へ提供するのに使用される。
【００３４】
マイクロコントローラ７２２は、受信ユニット１１８が、閉じ込めエリアの内側からワイヤーループ１０４に接近しているのか、または閉じ込めエリアの外側からワイヤーループ１０４に接近しているのかを判断するために、受信された信号のデューティサイクルをモニタしている。続いて、図８を見ると、受信された信号のデューティサイクルは、非対称の波形により、方向に応じて変化することが理解できよう。マイクロコントローラ７２２は、第１処理デバイス７２０と通信する。特にマイクロコントローラ７２２は、ＡＳＩＣ７２０からの警告出力信号の受信時にスリープ（低パワー）状態からウェークアップする。矯正出力信号の発生前に警告出力信号の発生が行われるので、このような警告出力信号が使用される。受信ユニット１１８がワイヤーループに接近中であるときにしかマイクロコントローラ７２２をウェークアップしないので、受信ユニット１１８が消費するパワーを低減できる。
【００３５】
図示されている実施形態では、受信ユニット１１８は、マイクロコントローラ７２２と通信するオプションの配向検出器７２４、例えば集積回路加速度計を含む。この配向検出器７２４は、一般に地球の重力場の方向を決定する。配向検出器７２４からの信号により、マイクロコントローラ７２２は受信ユニットの配向を決定し、受信した信号の極性を正確に解読する。
【００３６】
有極波形を受信するのに必要な周波数バンドは、現行の動物電子閉じ込めシステムの受信機で使用される基本波形の周波数バンドよりも広いので、受信ユニットの検出コイルの感度はより低い。受信ユニット１１８は、処理デバイス７１８へ提供される受信信号を減衰させ、イン／アウトの決定を行うのに受信される信号を処理するのに必要な感度と一致させる。一実施形態では、送信機１０２は、信号の減衰を補償するよう、閉じ込め信号のドライブ電流を増加するようになっている。
【００３７】
最後に、受信ユニット１１８は、警告刺激送りシステム７２８を通して動物に送られる警告信号を発生する処理デバイス７１８に応答自在な警告刺激発生器７２６を含む。同じように、処理デバイス７１８に応答自在な矯正刺激発生器７３０も、矯正刺激送りシステム７３２を通して動物に送られる矯正信号を発生する。従来技術のシステムと異なり、方向検出動物閉じ込めシステム１００は、動物が閉じ込めエリア内からワイヤーループに接近したときにしか、警告および矯正刺激を送らない。
【００３８】
以上で受信ユニットの一実施形態について図示し、説明したが、当業者であれば、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、製造ユニットで望ましい種々の変形例を思いつくことができよう。例えば当業者であれば、信号調整回路７０４内のステージの数、構成および順序を、必要に応じて変更できることが認識できよう。更に当業者であれば、処理回路７１８の変更により、検出コイルの数を減少できることも認識できよう。例えば、ＡＳＩＣおよび／またはマイクロコントローラの替わりにＡＳＩＣおよび／またはマイクロコントローラの機能を実行できる再設計されたＡＳＩＣまたは別の汎用プロセッサを使用し、わずか１つの組の検出コイルが受信した信号から、必要なすべての情報を抽出できる。また、当業者であれば、演算増幅ステージのうちの１つをアクティブフィルターにすることにより、不要な高周波ノイズを除去できることが理解できよう。更に、処理回路を構成する処理デバイスのタイプおよび数は、受信ユニットの利用できるコンポーネント、特定の実現例、および所望する機能の組に応じて決まる。したがって、処理回路は本発明の必要な機能のすべてを実行する単一の処理デバイスを含むことができると理解すべきである。処理デバイスのタイプおよび数を変えることは、本発明の範囲および要旨内に留まると見なされる。
【００３９】
単一検出コイルを使用する別の実施形態では、有極送信信号を受信するように、基本周波数よりも広いバンド幅にわたって検出コイルが作動する。この検出コイルは、１９ｋＨｚに同調されており、３ｄＢ周波数がほぼ１１．５ｋＨｚおよび３１．３ｋＨｚであり、基本の１０．７ｋＨｚおよび三次高調波周波数を通過させ、帯域外干渉をフィルタ除去することを助ける。
【００４０】
当業者であれば、検出コイルのクオリティ・ファクターであるＱと送信信号の分極量との間で、工学的なトレード・オフが可能であることを認識できよう。検出コイルをチューニングするために提供される数値は例示であり、本発明をいかなる意味においても限定するものではないことも認識できるはずである。更に当業者であれば、本発明の範囲および要旨から逸脱することなく、検出コイルのチューニングを変えることができると認識できよう。最後に、受信ユニットの受信セクションは一次元の実現例および二次元の実現例の双方で説明したが、当業者であれば、これまで説明した受信機の実現例を拡張することができよう。
【００４１】
図８は、閉じ込め信号をドライブするために方向検出閉じ込めシステム１００によって生じる非対称の励起波形８００およびその結果受信ユニット内で生じる波形８０２、８０４を示す。本発明の方向検出動物閉じ込めシステムは、一般的に使用されているサイン波閉じ込め信号を、非対称の三角形波形８００に置換するものである。この非対称の三角形の波形８００は、波形発生器からの理想的な信号を示す。実際に大きな抵抗を有しない、ワイヤーループによって搬送される非対称の三角形波形は、より丸くなるが、この非対称の三角形波形は、検出のために充分な非対称を維持する。
【００４２】
方向検出閉じ込めシステム１００は、検出コイルにおける電圧が近接ワイヤー１０４内の電流の変化レートに比例するという原理に基づいて作動する。送信された波形の立ち上がり時間が降下時間よりも短いと、その結果、波形８０２、８０４が示すように、検出コイル内の電圧デューティサイクルは不均一となる。各半サイクルの間に変化レートが比較的一定に留まる限りワイヤー内の電流の流れの方向は、問題とはならない。
【００４３】
励磁波形８００は非対称となっているので、受信された信号８０２、８０４のデューティサイクルは、受信された信号の極性を示す。中間波形８０２は、受信ユニットがワイヤーループ内にあるときの検出コイルの出力を示す。より低いほうの波形８０４が検出コイルの出力を示す。
【００４４】
図９は、互いに直交するように２つの検出コイルＥ１、Ｅ２が配置された代表的な受信ユニット７００を示す。
【数３】
0005844511.tif 000004
および
【数４】
0005844511.tif 000005
ここで、Ｅｍはいずれかのコイルが矯正電界ベクトルと完全に整合しているときに受信される最大閉じ込め信号である。受信ユニット７００の垂直コイルＥ１が重力ベクトルＧに対して角度θに配向されており、矯正電界ベクトルＨが重力ベクトルと共線上になっているとき、内部ベクトルの内積は次の成分を形成すると仮定する。
【数５】
0005844511.tif 000006
これらの成分は、次の式で示される。
【数６】
0005844511.tif 000007
幸運なことに、この仮定は動物がワイヤーループに接近する際のほとんどの領域にわたって良好に近似していると証明される。
【００４５】
コイルによって検出される磁界密度の値は、コイルの出力ベクトルと磁界ベクトルとのベクトルの内積によって決定される。コイルのコアが磁界ベクトルと並列に配向されているときに、磁界のフル強度が検出される。コイルのコアと磁界ベクトルとがオフセットしているとき、検出される実際の磁界強度は、これらベクトルの間の角度のコサインだけ減少する。したがって、コイルのコアが磁界ベクトルに対して垂直に配向されていると、極めて小さい磁界しか検出されない。電磁界がコイルコアに対して平行に移動するように、検出コイルがワイヤーのまわりの仮想円（ｉｍａｇｉｎａｒｙ  ｃｉｒｃｌｅ）に対して接線方向にあるとき、受信される信号の大きさは最大となる。明らかに動物がワイヤーループに接近するときには、少なくとも１つの検出コイルを実質的に垂直に配向させることが望ましい。
【００４６】
説明を続ける前に、便宜のために、方向検出動物閉じ込めシステムの設計を簡略化するいくつかの基本的な仮定について記載する。第１に、動物が保持する受信ユニットが、この動物と地面の間にあるものと仮定する。このことは、動物が立っている状態で閉じ込めエリア内に接近していることを意味する。第２に、垂直回転（水平軸線を中心とする回転）のレンジは、約９０度以下（≦９０°）であると仮定する。受信ユニットが、その仮定される垂直回転レンジ内に留まる場合、受信ユニットの配向は常に知ることができる。第３に、ワイヤーループ自体が元の方向に戻ることによって閉じ込め信号の極性を変えたり不明瞭にしたりしないと仮定する。一般に、これら仮定は、閉じ込め信号を標準化し、受信ユニットの起こり得る配向を制限し、受信された信号に関する極性の決定を簡略化するものである。
【００４７】
上記仮定に基づく受信ユニットは、この受信ユニットがこれまでの仮定によって特定される配向に留まる限り、正しく作動する。特にこれら仮定は、動物が通常の体の配置で４本足のすべてで立っている状態で移動しながら、ワイヤーループに接近していることに限定している。これら仮定は、ほとんどのケースにおいて方向検出閉じ込めシステムが正しく作動する結果を生じさせる可能性が高い。
【００４８】
第２の仮定をした場合のリスクは、単一検出コイルしか有しない受信ユニットに、９０°より大きい角度で磁界ベクトルを検出させるようにする位置に受信ユニットが配向されるということである。９０°より大きい角度では、検出コイルから見た極性はもはや正確ではなく、この結果、検出コイルは不良な極性を有する受信矩形波を発生する。上記のように、オプションの第２検出コイルを追加した場合、正確な極性検出をするためのレンジは、約１８０°となる。
【００４９】
図７のブロック図に示されたオプションの配向検出器７２４は、これまで説明した仮定の一部またはすべてを有効にする必要がないように、方向検出閉じ込めシステム１００の機能を拡張できる。配向検出器７２４により、より広いレンジにわたって極性を正確に測定することが可能となる。単一検出コイルでは、検出ユニットが裏返しになっているかどうかを判断できる能力により、約１８０°にわたり、極性の検出を可能としている。相互に直交する２つの検出コイルを使用すると、正確な極性決定をするためのレンジは、フルの３６０°に近づく。
【００５０】
首輪の配向を決定する１つの方法は、重力ベクトルを電気的な形式で示すことである。図１０および１１は、重力ベクトルの発生により首輪の配向を決定するための平面状重力センサ１０００の一実施形態を示す。図示されている実施形態では、この平面状重力センサ１０００は、電気的に非導電性材料から製造され、一部が導電性の液体１００４が充填された中空矩形体１００２となっている。この液体１００４は、平面状重力センサ１０００内の容積の少なくとも半分を占める。矩形体１００２の各コーナーは、電気的に絶縁された４つの接点１００６ａ〜ｄのうちの１つを形成しており、これら接点１００６ａ〜ｄは、コーナーを導電性材料でめっきまたは充填するか、または他の同様な技術によって形成されている。矩形体の中心の近くには追加接点１００８が位置している。この近く接点１００８は、４つのコーナーの接点から電気的に絶縁されている。平面状重力センサ１０００の配向を測定するためのデコーダロジック回路１０１０へのコーナー接点の各々に電気リード線またはワイヤーが接続している。中心接点１００８に接続された電気リード線またはワイヤーは、基準ポイントを提供している。コーナー接点１００６ａ〜ｄのいずれかが、液体１００４が中心接点１００８に接続すると、完成した回路が形成される。
【００５１】
図１０は、コーナー接点のうちの２つの接点１００６ｂ〜ｃが液体に接触状態にある第１の配向における平面状入力センサ１０００を示す。図１１は、コーナー接点のうちの３つの接点１００６ａ〜ｃが液体１００４に接触状態にある、約４５°回転している平面状重力センサ１０００を示す。液体１００４を介して中心接点１００８に電気接触するコーナー接点１００６ａ〜ｄを識別することにより、約４５°の分解能で平面状重力センサ１０００の相対的配向が決定される。粘性の選択により、動きをスムーズにすることができる。別の実施形態では、２２．５°の分解能を得るために、約２２．５°だけ平面状重力センサのうちの１つが他のセンサからオフセットされている２つの平面状重力センサが使用される。更に別の実施形態では、平面が互いに直交するように配置されている１つ以上の平面状重力センサの組を３つ使って、三次元における分解能が得られる。
【００５２】
図１２は、重力センサ１２００の別の実施形態を示す。この図１２のコア移動重力センサ１２００は、内部に収納された円筒形コア１２０４を見せるように切り欠かれて、全体が円筒形をした本体１２０２を示す。本体１２０２の中心部分のまわりには、交流電流源１２０８によって駆動される中心巻き線１２０６が巻かれており、本体１２０２の各端部には、別個の端部巻き線１２１０ａ〜ｂが巻かれている。これら２つの端部巻き線１２１０ａ〜ｂは逆方向に巻かれている。本体１２０２が水平に配向されているとき、本体１２０２の中心部分にコア１２０４を位置決めするように、一対のスプリング１２１２ａ〜ｂが協働している。本体１２０２が水平に配向していることは、重力がゼロであることを示している。本体１２０２が水平の配向状態から移動すると、コア１２０４は重力を受けて、地面に最も近い本体１２０２の端部に向かって移動する。コア１２０４の位置は、中心巻き線１２０６と端部巻き線１２１０ａ〜ｂとの間の結合ファクターを決定する。コアが移動する重力センサ１２００は、重力ベクトルに電界強度を乗算した出力を発生する。この理由は、結合ファクターはコアが重力にどれだけ良好に整合しているかを示す関数であるからである。コア１２０４が本体１２０２のいずれかの端部により接近するにつれ、対応する端部巻き線１２１０ａ〜ｂへの結合が増加する。端部巻き線１２１０ａ〜ｂは、逆方向に巻かれているので、この結果、出力は極性情報も含む。
【００５３】
首輪の配向を決定するための別の技術は、静的な加速度（例えば重力）を測定できる加速度計を使用する。適当なデバイスとして、アナログデバイセス社からのＡＤＸ２０２±２ｇ二軸加速度計がある。このＡＤＸ２０２デバイスは、加速力を受けると若干移動する容量性のフィンガー（細長いもの）を複数使用している。ＡＤＸ２０２の出力はデューティサイクルが変調された信号であり、この信号は２つの検出軸線の各々における加速度に比例するデューティサイクルを有する。これら出力は、更なる変換をしなくても１つのプロセッサによって直接読み取り可能である。
【００５４】
より広いレンジの正確な極性検出をするためのコストは、金銭的、時間的および処理の複雑さに関係してくる。配向検出器を追加すると、ユニットの金銭的コストが増す。更に、配向検出器から重力ベクトルを得て、これを処理するには別の時間が必要である。最後に、極性検出に重力ベクトルを組み入れることは、計算の複雑さを増す。したがって、動物が移動する際に加速ベクトルが変化し、重力ベクトルの相対的方向を決定する最低限の時間分析をすることが必要となる。極性を決定するには配向センサの各出力を検討し、測定された磁界の極性を証明しなければならない。
【００５５】
集積回路ベースの加速度計を使用すると、デジタル出力を発生することがより容易となり、機械式インターフェース、例えば上記センサを不要にする。しかしながら、首輪の配向を決定するための種々の技術のうちのいずれも、サイズ、重量、パワー消費量、コスト、信頼性、精度および正確さによって調節される広い範囲の設計上の仕様内での実行可能な代替技術である。
【００５６】
ＡＳＩＣが発生した警告制御信号を受信すると、マイクロコントローラはスリープ（低電力）状態からウェイクアップし、処理を開始する。マイクロコントローラは配向検出器から複数のサイクルを読み出し、受信ユニットを配向、例えばアップ／ダウン結果を決定する。更にマイクロコントローラは、ＡＳＩＣからの受信信号から複数のサイクルを読み出し、デューティサイクルに基づく信号の極性、例えば正／負の結果を決定する。アップ／ダウン結果および正／負の結果は、処理され、イン／アウトの結果を決定する。一実施形態における、イン／アウトの決定および結果を論理真理表としてまとめる。
【表１】
0005844511.tif 000008
【００５７】
イン／アウトの結果がインであり、このことが閉じ込めエリアの内部からワイヤーループに接近中であることを意味する場合、警告／矯正信号が発せられる。イン／アウトの結果がアウトであり、動物が閉じ込めエリアの外部からワイヤーループに接近中であることを意味する場合、警告／矯正信号は発せられない。更に、動物が外部からワイヤーループに接近し始めたことを受信ユニットが知っている場合には、動物が安全ゾーンに再進入するまで、警告および／または矯正信号の発生を抑制する。このように、動物は閉じ込めエリア内に戻ろうとする意志がそがれることはなく、復帰が禁止されることはない。
【００５８】
イン／アウト決定により、動物が閉じ込めエリアの内部からワイヤーループに接近する場合に限り、警告および矯正信号を発生することが可能となるので、より効果的な調教をするために、警告／矯正スキームをカスタム化できる。一実施形態では、警告／矯正スキームはトリガーされた期間を可能にする。動物が閉じ込めエリア内の矯正ゾーンから、ワイヤーループの外側の脱出ゾーンに移動した場合、受信ユニットは選択された時間の間、矯正信号を発生し続ける。この矯正時間の長さは、従来の閉じ込め信号の距離よりもかなり長い距離にわたって矯正を行うために充分長くなるように選択されている。この矯正時間の最大長さは人が決定する事項およびバッテリーの寿命にのみ依存する。例えば毎時約３２ｋｍ（毎時２０マイル（２０ｍｐｈ））で移動する動物の例を再び挙げると、矯正時間を８秒とすると、矯正エリアの有効幅はワイヤーループを越えて約７０．７ｍ（約２３２フィート）の長さまで延長する。従来の動物電子閉じ込めシステムのワイヤーループの外側の矯正エリアの最大幅と比較すると、有効幅は１５倍広い。明らかに、有効幅は動物の移動速度に拘束される。より低速で移動する動物に対しては、より広い有効矯正エリアの最終結果は同じままであるが、実際の寸法は異なる。図１３は、警告および矯正ゾーンは磁界の存在に関しては閉じ込めエリアの内部にしか存在しないが、矯正ゾーンは、脱出方向にしか発生しない磁界の存在と無関係の時限関数として、閉じ込めエリアの外側まで延びている基本概念を示す。
【００５９】
従来の動物電子閉じ込めシステムでは、トリガーされた時間の警告／矯正スキームは実用的ではない。動物が実際に閉じ込めエリアを離れたのかどうか分からない場合、時限矯正時間を開始することは、安全ゾーンに戻る動物を不必要に矯正してしまうことになる。このような不必要な矯正は、動物を不公正に罰することになり、有効な調教をする上で生産的ではない。
【００６０】
方向検出動物閉じ込めシステム１００の受信ユニット１１８は、標準的な動物電子閉じ込めシステムの受信ユニットとして、実質的に同様な電力条件で作動する。方向検出動物閉じ込めシステム１００の受信ユニット１１８内に追加される回路は、アクティブ中は２．５ｍＡ未満であり、かつスリープ中は１０μＡ未満であると計算されている。配向検出器７２４を使用すると、アクティブ時間中約０．６〜１ｍＡ増加する。
【００６１】
以上で、方向検出動物閉じ込めシステムを示し、このシステムについて説明した。この結果得られる方向検出閉じ込めシステムは、非対称の閉じ込め信号を発生する。この閉じ込め信号パルスの立ち上がり時間は、閉じ込め信号パルスの立ち下がり時間には等しくないので、受信ユニットが受信する信号は、不均一なデューティサイクルを有する。したがって、送信機からの電流の方向を知ることにより、デューティサイクルを評価すれば、受信した信号の極性を決定できる。受信ユニットの垂直の回転がほぼ９０°に制限できる場合、単一の検出コイルが使用される。第２の検出コイルを追加すれば、検出レンジを約１８０°に広げることができる。１つの配向検出器を追加することにより、受信ユニットの実際の配向を決定することが可能となり、よって検出レンジをフルの３６０°まで広げることができる。警告および／または矯正信号は、動物が閉じ込めエリアの内部からワイヤーループに接近する場合にしか発生されない。万が一閉じ込めエリアから動物が逃げ、その後、安全ゾーンに再び進入しようと試みる場合、動物の戻ろうとする気をそがないように、警告および／または矯正は抑制される。閉じ込め信号のレンジ外にあっても、閉じ込めエリアから離れる動物に対して、警告および／または矯正を加え続けることを可能にするカスタム化された警告／矯正スキームも使用できる。
【００６２】
以上で、数種の実施形態の説明により、本発明について解説し、かつ図示した実施形態を詳細に説明したが、本出願人の意図は、いかなる意味においても特許請求の範囲をかかる細部だけに限定するものではない。したがって、より広い特徴における本発明は、特定の細部、代表的な装置および方法、更に図示し、説明した説明上の例だけに限定されるものではない。したがって、本願出願人の一般的な発明の概念の要旨または発明から逸脱することなく、かかる細部から逸脱することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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