(57)【要約】【課題】  架空送電線等の長細く面積やや幅の狭い形状のものである線条体を検出対象物とした場合でも、検出距離が短くなることなく、送電線とクレーンとの安全離隔距離においても十分に検出対象物を検知できると共に、バッテリーで駆動する際に、電源電圧よりも大きい振幅の信号を送信器から出力することができる接近検知装置を提供する。【解決手段】  発信回路２１によりプラス側とマイナス側に振幅を有するパルス信号を一定の時間間隔で発生させ、増幅回路２３により増幅後、分離回路２５によりパルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、反転回路２７によりマイナス側の信号の振幅を反転させて、加算回路２９によりプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信する。【選択図】      図３−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラス側とマイナス側に振幅を有するパルス信号を一定の時間間隔で発生させ、該パルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、該マイナス側の信号の振幅を反転させてプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信する前記送信器と、
前記送信信号が前記障害物に当たって反射した反射信号を受信する前記受信器と、
が設けられたセンサを有することを特徴とする接近検知装置。
【請求項２】
前記受信器は、前記受信した反射信号を増幅させた後、前記送信信号の中心周波数で共振させて、前記受信した信号の中から障害物で反射してくる信号の周波数成分を取り出すことを特徴とする請求項１記載の接近検知装置。
【請求項３】
前記受信器は、前記障害物と接近時に無線信号を送信する無線装置と接続され、更に、前記無線信号を受信して異常時に警報を発する警報装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の接近検知装置。
【請求項４】
クレーンブームの先端に取り付けられ、送信器及び受信器が設けられた近接センサと障害物と接近時に無線信号を送信する無線装置及び異常時に前記無線装置からの信号が無線伝送されて警報出力する警報装置とを有する接近検知装置であって、
前記送信器は、プラス側とマイナス側に振幅を有するパルス信号を一定の時間間隔で発生させ、該パルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、該マイナス側の信号の振幅を反転させてプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信し、
前記受信器は、前記送信信号が前記障害物に当たって反射した反射信号を受信するものであることを特徴とする接近検知装置。
【請求項５】
前記受信器は、前記受信した反射信号を増幅させた後、前記送信信号の中心周波数で共振させて、前記受信した信号の中から障害物で反射してくる信号の周波数成分を取り出すことを特徴とする請求項４記載の接近検知装置。
【請求項６】
送信信号を障害物に送信し、該障害物に当たって反射した受信信号を受信して、該受信信号の振幅値が予め設定されたしきい値Ｖthを超えたか否かを判定した後、更に、前記受信信号の振幅が前記しきい値を連続して超過している時間幅を検出して、その時間幅が予め設定されたしきい値Ｔthを超えたか否かを判定することにより、接近の有無を検出することを特徴とする接近検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に架空送電線下で作業するクレーンを対象に、送電線とクレーンが接近したときに接近を検知する接近検知装置及び接近検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
架空送電線下でのクレーンの接近監視は、一般には、現場に安全監視員を配置した目視監視により行われているが、目視による監視では疲労が大きく、長時間的確に監視するのは困難であるため対応に苦慮している。一方、装置を用いた接近監視法としては、現場にＩＴＶカメラを設置して画像処理により送電線等の障害物とクレーンの接近を検出する方法や、超音波センサ等の近接センサをブーム先端等に取り付けて障害物（橋梁や建物の壁等）とクレーンの接近を検出する方法等が提案されている。
【０００３】
超音波センサ等の近接センサを使用した検知方法として、特許文献１〜３に記載されたものがある。
【０００４】
特許文献１記載の検知方法は、超音波センサを送信器、受信器共にクレーンブームの先端に取り付け、送信器から送信信号を出力し、その反射してくる信号を受信器で受信して判定処理を行うことにより、橋梁、クレーンブームとの接近検知を行なうものである。
【０００５】
特許文献２記載の検知方法は、２組の超音波センサを送信器、受信器共にクレーンブームの根元に取り付け、送信器から送信信号を出力して障害物から反射してくる信号を受信器で受信し、送信信号と受信信号との時間差を検知して判定処理を行い、クレーンブーム、周囲建物との接近検知を行なうものである。
【０００６】
特許文献３記載の検知方法は、複数組の超音波センサを送信器、受信器共にクレーンブームの先端に取り付け、送信器から送信信号を出力し、その反射してくる信号を受信器で受信して、該受信信号を予め設定された基準値と比較処理を行うことにより、電線やケーブル等架線との接近検知を行なうものである。
【特許文献１】特開平１１−２７８７９４号公報
【特許文献２】特開平７−１１２８９３号公報
【特許文献３】特開平１０−２７９２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、特許文献２記載の方法では、橋梁や建物の壁等面積の広い形状のものを対象としている。このため、対象物に反射して受信器で受ける信号のレベルも高くなり、遠方に位置する障害物とクレーンの接近を検出することが可能であるが、電線や架線等長細く面積や幅の狭い形状のものである線条体が対象である場合は、対象物の近傍付近でなければ検出できないという課題があった。
【０００８】
また、特許文献３の方法は、架空送電線を対象としているが、クレーンは送電線に対して１方向だけでなく、あらゆる方向から接近することから、センサが複数組必要となってくる。センサを複数組使用すると、センサ１組で使用するときよりも送信器からの信号レベルが低下するため、検出距離が短くなってしまうという課題があった。
【０００９】
また、特許文献１〜特許文献３の検知方法では、クレーンのブーム先端或いは根元にセンサや検出装置を取り付けることから、装置をバッテリーで駆動するケースがほとんどであるが、その場合、電源電圧よりも大きい振幅の信号を送信器から出力することはできないという共通の課題があった。また、特許文献１〜特許文献３の検知方法では、対象物からの信号以外に、突発的な雑音等を検知して誤動作を生じる場合があった。
【００１０】
一方、各電力会社では、架空送電線下で作業するクレーンの作業箇所において、送電線とクレーンの安全離隔距離が定められている（電圧１１０ｋＶ以下の送電線において安全離隔距離４ｍ）。
【００１１】
従って、本発明の目的は、架空送電線等の長細く面積や幅の狭い形状のものである線条体を検出対象物とした場合でも、検出距離が短くなることなく、送電線とクレーンとの安全離隔距離においても十分に検出対象物を検知できると共に、バッテリーで駆動する際に、電源電圧よりも大きい振幅の信号を送信器から出力することができる接近検知装置及び突発的な雑音等による誤動作を防止できる接近検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の接近検知装置は、プラス側とマイナス側に振幅を有するパルス信号を一定の時間間隔で発生させ、該パルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、該マイナス側の信号の振幅を反転させてプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信する送信器と、前記送信信号が前記障害物に当たって反射した反射信号を受信する受信器と、が設けられたセンサを有することを特徴とする。
【００１３】
前記受信器は、前記受信した反射信号を増幅させた後、前記送信信号の中心周波数で共振させて、前記受信した信号の中から障害物で反射してくる信号の周波数成分を取り出すものとすることができる。
【００１４】
また、前記受信器は、前記障害物と接近時に無線信号を送信する無線装置と接続され、更に、前記無線信号を受信して異常時に警報を発する警報装置が設けられているものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の接近検知装置は、クレーンブームの先端に取り付けられ、送信器及び受信器が設けられた近接センサと障害物と接近時に無線信号を送信する無線装置及び異常時に前記無線装置からの信号が無線伝送されて警報出力する警報装置とを有する接近検知装置であって、前記送信器は、プラス側とマイナス側に振幅を有するパルス信号を一定の時間間隔で発生させ、該パルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、該マイナス側の信号の振幅を反転させてプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信し、前記受信器は、前記送信信号が前記障害物に当たって反射した反射信号を受信するものであることを特徴とする。
【００１６】
前記受信器は、前記受信した反射信号を増幅させた後、前記送信信号の中心周波数で共振させて、前記受信した信号の中から障害物で反射してくる信号の周波数成分を取り出すものとすることができる。
【００１７】
更に、本発明の接近検知方法は、送信信号を障害物に送信し、該障害物に当たって反射した受信信号を受信して、該受信信号の振幅値が予め設定されたしきい値Ｖthを超えたか否かを判定した後、更に、前記受信信号の振幅が前記しきい値を連続して超過している時間幅を検出して、その時間幅が予め設定されたしきい値Ｔthを超えたか否かを判定することにより、接近の有無を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の接近検知装置は、パルス信号の振幅のプラス側信号とマイナス側信号とを分離し、該マイナス側の信号の振幅を反転させてプラス側信号に加算することにより出力を増大させた送信信号を障害物へ送信しているので、架空送電線等の長細く面積や幅の狭い形状のものである線条体を検出対象物とした場合でも、検出距離が短くなることなく、送電線とクレーンとの安全離隔距離においても十分に検出対象物を検知できる。
【００１９】
また、受信した反射信号を増幅させた後、送信信号の中心周波数で共振させて、受信した信号の中から障害物で反射してくる信号の周波数成分を取り出すことにより、障害物から反射した信号の周波数成分だけを取り出して増幅することができる。よって、送電線等の検出対象物以外の不要なものの信号を除去することでＳＮ比を改善でき、遠方に位置する検出対象物から反射してくる信号を安定して検出することが可能となる。
【００２０】
更に、本発明の接近検知方法は、受信信号の振幅値が予め設定されたしきい値Ｖthを超えたか否かだけでなく、更に、受信信号の振幅がしきい値を連続して超過している時間幅を検出して、その時間幅が予め設定されたしきい値Ｔthを超えたか否かをも判定しているので、検出対象物から反射した波形を的確に捉えることができ、突発的な雑音等による誤動作を低減することができる。
【００２１】
このように、本発明の接近検知装置及び接近検知方法によれば、橋梁や建物の壁等面積の広い形状のものだけでなく、架空送電線を対象とした場合でも、クレーンとの接近を遠方の位置からでも容易に検出出来る効果がある。しかも、電力会社が定める安全離隔距離（電圧１１０ｋＶ以下の送電線において安全離隔距離４ｍ）の条件を満たしており、架空送電線下で作業するクレーン監視への適用が可能となる。
【００２２】
また、センサとして、市販の開放型構造の超音波センサを使用することができるため、安価な装置をつくることが可能となる。更に、バッテリーで駆動する際に、電源電圧よりも大きい振幅の信号を送信器から出力することができると共に、バッテリー駆動等をブーム先端等に取り付けることによる制約条件を満たすため、低消費電力の装置構成が可能となる。
なお、本発明においては、上述した架空送電線等の線条体だけでなく、架空配電線等も検出対象物とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の接近検知装置の全体システムを示す模式図である。この接近検知装置１においては、送信器２０及び受信器３０が設けられたセンサ１０が、クレーンのブーム先端に取り付けられ、送信器２０から発せられた信号が送電線５で反射され、受信器３０で受信できるようになっている。この受信器３０には無線装置４０が接続されており、異常検出したときは地上の警報装置５０に無線伝送して、警報を出力できるようになっている。以下、各構成毎に詳しく説明する。
【００２４】
（センサ１０）
センサには開放型構造と防滴型構造のものがあり、通常、屋外使用する場合は防滴型構造のものを用いる。一方、屋外に開放型構造の超音波センサを使用する場合は、雨や埃に弱い構造のため、工事現場等では防滴や防塵の対策が必要となる。
本実施形態では、送信出力や受信感度を高くするため、開放型構造の超音波センサ１１を用いるが、図２に示すように、防滴用ネット１３（表面をフッ素樹脂で加工した薄紙状のもの）を超音波センサ１１の開口部に装着させることにより、防滴・防塵の対策を施している。また、汚れや破損により防滴用ネット１３を交換する場合、工事現場で容易に交換できるように、ゴム製オーリング１５を使って防滴用ネット１３を超音波センサ１１の開口部に装着させている。
この超音波センサ１１を用いることにより、防滴用ネット１３が１枚であれば、センサの送信出力や受信感度を低下させることなく、小雨程度であれば、防止効果が十分にある。また、市販されている超音波センサ１１を用いることができ、低コスト化を図ることが可能となる。
【００２５】
（送信器２０）
送信器では一定の時間間隔でパルス信号を発生させる回路が従来より用いられているが、この場合は、センサから出力される送信信号の振幅は電源電圧以下の振幅となる（例えば、送信器をＤＣ１２Ｖで駆動した場合、送信信号の振幅は最大１２Ｖとなる）。
本実施形態では、電源電圧以上の振幅をもつ送信信号を出力するため、図３−１に示すように、送信器２０を発振回路２１、増幅回路２３、分離回路２５、反転回路２７、加算回路２９より構成し、センサ１０ａから送信するようにされている。以下、各回路について簡単に説明する。
（発振回路２１）
センサの中心周波数（例えば、超音波センサの場合４０ｋＨｚ前後）のパルス信号を一定間隔で発振する。
（増幅回路２３）
発信回路２１により発信された送信信号の振幅を所定の倍率で増幅するものである。増幅回路２３により増幅された後のＡ時点での波形の一例を図３−２に示す。この例は、電源電圧ＤＣ１２Ｖにおいてセンサの中心周波数４０ｋＨｚのパルスを１．８ｍｓ幅で送信信号を１サイクル３６ｍｓ（距離６ｍ相当）で出力させた波形である。
（分離回路２５、反転回路２７、加算回路２９）
発振回路２１と増幅回路２３により、図３−２に示すように、センサの中心周波数のパルス信号を一定のサイクルで出力している。
しかし、これらの処理のみでは電源電圧より大きい振幅が得られないので、以下のような手法を用いている。まず、分離回路２５において送信信号を振幅のプラス側の信号とマイナス側の信号に分離する。次に、反転回路２７により、マイナス側の信号を反転させる。更に、加算回路２９により、分離した２つの信号を再度加算することにより、電源電圧より大きい振幅の送信信号をセンサに出力する。
このように、本実施形態では、送信回路の後処理として、送信信号の振幅のプラス側信号とマイナス側の信号を分離させ、マイナス側の信号の振幅を反転して加算する回路を追加することにより、電源電圧以上の振幅をもつ送信信号を出力することを可能とし、送信器２０から出力される送信信号が遠方に位置する送電線まで到達することを可能としている。
【００２６】
（受信器３０）
受信器で受信される信号は、送電線等障害物から反射した信号（センサの中心周波数と同じ周波数成分をもつ信号）とそれ以外の雑音の信号が含まれている。反射した信号は、遠方に位置する送電線を対象とした場合減衰しており、雑音の信号レベルとほぼ同等の信号であることも想定される。このため、従来の受信器はセンサからの受信信号を増幅させる回路が用いられている。
本実施形態では、図４に示すように従来の増幅回路３１に加えて、センサの中心周波数で共振させる回路を２段階で組み込むことにより、受信信号の中から必要な周波数成分を取りだすことでＳＮ比を改善させている。
具体的には、受信器３０は、増幅回路３１、共振回路３３、判定回路３５により構成されている。
（増幅回路３１）
センサ１０ｂで受信された受信信号の振幅を所定の倍率で増幅する。
（共振回路３３（２段））
センサの中心周波数で受信信号を共振させることにより、受信信号の中から障害物や送電線に当たって反射した受信信号の周波数成分を抽出して増幅する。ここでは、前段回路に入力し更に共振させることにより、２段階で信号を共振させている。
（判定回路３５）
後述する判定処理方法で、障害物や送電線とクレーンの接近を判定する。
このように、本実施形態では、増幅回路により受信信号全体を増幅した後、センサの中心周波数で共振する回路を２段階で処理することにより、送電線等障害物から反射した信号の周波数成分を取り出して増幅する。
これにより、送電線以外の不要なものの信号を除去することでＳＮ比を改善でき、遠方に位置する送電線から反射してくる信号を安定して検出することが可能となる。また、共振回路を使って２段階で信号を共振させる、即ち、前段回路に入力し更に共振させることにより、より一層の雑音除去効果が得られる。
【００２７】
（判定処理）
従来より、受信信号から送電線等の障害物とクレーンの接近を検出する方法して、受信信号の振幅のしきい値超過判定を行い、異常検出する方法が用いられている。
本実施形態では、振幅のしきい値超過判定に加えて、受信信号の振幅がしきい値を連続して超過している時間幅を検出して、その時間幅におけるしきい値超過判定も行い、異常検出している。これにより、突発的な騒音や雑音が入った場合の対策を施している。
具体的には、図５に示すように、受信信号の切り出し３６、振幅しきい値判定３７、時間幅しきい値判定３８の３つの処理により送電線等の障害物とクレーンの接近を判定している。
（受信信号の切り出し３６）
受信信号（１サイクル分）の波形を時間幅Ｔｍ分だけ切り出す。切り出しの範囲は検出距離に応じた時間幅を設定する。
（振幅しきい値判定３７）
まず、Ｔｍだけ切り出した波形に対して、所定の振幅のしきい値Ｖthを超過しているか判定する（図６）。
（時間幅しきい値判定３８）
次に、受信信号の振幅がしきい値Ｖthを連続して超過する時間幅を検出し、所定のしきい値Ｔth以上連続して超過している場合、異常検出する（図６）。
これにより、振幅のしきい値超過判定のみで異常検出をした場合と比較して、送電線から反射した波形を的確に捉えることができ、突発的な雑音等による誤動作を低減することが可能となる。
【実施例１】
【００２８】
図７及び図８に、本実施形態の接近検知装置の実際の適用例について示す。送信器２０及び受信器３０が設けられたセンサ１０（９組の超音波センサで構成）有する接近検知装置１を、移動式クレーン３のブーム７先端に取り付ける。送電線５に対してブーム７があらゆる方向から接近することを想定して、死角をつくらないように９組のセンサの向きを変えて配置する。受信器３０には無線装置４０が接続されており、異常検出したときは地上の警報装置５０に無線伝送して、パトライト６０で警報を出力するようになっている。
【００２９】
この装置によれば、遠方に位置する送電線５を対象とした場合でも、送電線５とクレーンのブーム７の接近を検出する効果があり、直径１０ｍｍの電線を対象とした場合でも、電線とセンサの離隔距離４ｍまで検出可能であることが確認されている。電力会社が定める安全離隔距離の条件（電圧１１０ｋＶ以下の送電線において安全離隔距離４ｍ）を満たしており、架空送電線下で作業するクレーン監視への適用が可能となる。
【００３０】
また、本実施形態の接近検知装置により、従来よりも超音波センサの検出能力が向上するため、従来はＩＴＶカメラや赤外線センサが利用され超音波センサを用いることができなかった侵入者・侵入車輛検知装置にも適用が可能である。また、検出能力が向上することから、橋梁、杭打ち、クレーン同士の衝突等を対象にしたクレーン接近監視装置にも応用することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、センサとして超音波センサを用いたが、音波センサやレーザー等パルス信号を送信して、その反射を受信する装置に応用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の接近検知装置の全体システムを示す模式図である。
【図２】本実施形態の接近検知装置に用いられるセンサの一例を示す斜視図である。
【図３−１】本実施形態の接近検知装置に用いられる送信器の一例を示すブロック図である。
【図３−２】図３−１の送信器における途中段階での送信波形を示す図である。
【図４】本実施形態の接近検知装置に用いられる受信器の一例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す受信器における判定回路の一例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態の接近判定方法を説明する図である。
【図７】本実施形態の接近検知装置を送電線の検知に適用した概略図である。
【図８】本実施形態の接近検知装置の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  接近検知装置
３  移動式クレーン
５  送電線
７  ブーム
１０  センサ
１１  超音波センサ
１３  防滴用ネット
１５  ゴム製オーリング
２０  送信器
２１  発振回路
２３  増幅回路
２５  分離回路
２７  反転回路
２９  加算回路
３０  受信器
３１  増幅回路
３３  共振回路
３５  判定回路
３６  受信信号の切り出し
３７  振幅しきい値判定
３８  時間しきい値判定
４０  無線装置
５０  警報装置
【図１】
2005156360.tif 000003
【図２】
2005156360.tif 000004
【図３−１】
2005156360.tif 000005
【図３−２】
2005156360.tif 000006
【図４】
2005156360.tif 000007
【図５】
2005156360.tif 000008
【図６】
2005156360.tif 000009
【図７】
2005156360.tif 000010
【図８】
2005156360.tif 000011