(57)【要約】【課題】簡易な装置で短時間に周波数を計測する。【解決手段】計測対象としての移動体によって反射されたマイクロ波を、電気信号に変換する。次に、この電気信号が増幅されることにより生成された電気信号を、第１出力回路１３を用いて、第１出力回路１３を構成するハイパスフィルタの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号ＳＤ１３に変換する。同時に、第２出力回路１４を用いて、第２出力回路１４を構成するローパスフィルタの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号ＳＤ１４に変換する。そして、直流信号ＳＤ１３の値と直流信号ＳＤ１４の値とを用いて、電気信号の周波数を算出する。【選択図】図１
2012047578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波動を電気信号に変換する変換手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が増加する第１信号を出力する第１出力手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が減少する第２信号を出力する第２出力手段と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記波動の周波数を算出する演算手段と、
を有する周波数計測装置。
【請求項２】
前記周波数に対する前記第１信号の値の増加割合と、前記周波数に対する前記第２信号の値の減少割合とが等しい請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
前記第１出力手段は、前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第１フィルタを有し、
前記第２出力手段は、前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第２フィルタを有する請求項１又は２に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
前記第１出力手段は、
前記第１フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第１整流回路と、
前記第１整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第１信号を生成する第１平滑回路とを有し、
前記第２出力手段は、
前記第２フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第２整流回路と、
前記第２整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第２信号を生成する第２平滑回路とを有する請求項３に記載の周波数計測装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記第１信号の値をＰ１、前記第２信号の値をＰ２、前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数をＦ０、定数をｋとしたときに、前記電気信号の周波数Ｆを次式を用いて算出する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の周波数計測装置。
【数１】
2012047578.tif 000005
【請求項６】
移動体から反射した波動に基づく電気信号の周波数を計測する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の周波数計測装置と、
前記周波数計測装置によって計測された周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置。
【請求項７】
波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第１フィルタからの出力信号のレベルを示す第１信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第２フィルタからの出力信号のレベルを示す第２信号を生成する工程と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
を含む周波数計測方法。
【請求項８】
移動体から反射した波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第１フィルタからの出力信号のレベルを示す第１信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第２フィルタからの出力信号のレベルを示す第２信号を生成する工程と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
算出した前記電気信号の周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を検出する工程と、
を含む速度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数計測装置、周波数計測方法、速度計測装置及び速度計測方法に関し、更に詳しくは、測定対象の周波数を計測する周波数計測装置、測定対象の周波数を計測するための周波数計測方法、移動体からの反射波に基づく電気信号の周波数を計測することにより移動体の速度を計測する速度計測装置、移動体からの反射波に基づく電気信号の周波数を計測することにより移動体の速度を計測するための速度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の振動解析や、ドップラー効果を用いた速度計測の分野では、例えばサンプリングした信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を実行することにより、各周波数に対する音圧レベルを計測し、この計測結果を用いて、振動の解析や速度計測を行うことが一般的に行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された装置は、測定対象物から発生する騒音をマイクロホンで集音する。そして、マイクロホンからの出力信号に対して、ＦＦＴ処理を行うことにより、上記騒音の周波数特性を算出する。当該装置のユーザは、この処理結果を用いて、騒音の周波数解析を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＦＴ処理は、処理対象となる信号の基本波成分における音圧レベルと、当該基本波成分に対する高調波成分それぞれにおける音圧レベルの双方を算出する処理である。このため、分布周波数信号に対してＦＦＴ処理を行おうとすると、演算処理に要する時間が増大するという不都合がある。
【０００６】
本発明は上述の事情の下になされたもので、波動に基づいて生成された電気信号の周波数を、簡易な装置で短時間に計測することを目的とする。また、電気信号の周波数を短時間に計測することで、波動を反射する移動体の移動速度を、短時間に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る周波数計測装置は、
波動を電気信号に変換する変換手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が増加する第１信号を出力する第１出力手段と、
前記電気信号の周波数の増加に比例して値が減少する第２信号を出力する第２出力手段と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記波動の周波数を算出する演算手段と、
を有する。
【０００８】
前記周波数に対する前記第１信号の値の増加割合と、前記周波数に対する前記第２信号の値の減少割合とは等しいこととしてもよい。
【０００９】
前記第１出力手段は、前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第１フィルタを有し、
前記第２出力手段は、前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、前記電気信号を減衰させる第２フィルタを有することとしてもよい。
【００１０】
前記第１出力手段は、
前記第１フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第１整流回路と、
前記第１整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第１信号を生成する第１平滑回路とを有し、
前記第２出力手段は、
前記第２フィルタを通過した前記電気信号を全波整流する第２整流回路と、
前記第２整流回路からの出力を平滑化して、前記電気信号のレベルを示す前記第２信号を生成する第２平滑回路とを有することとしてもよい。
【００１１】
前記演算手段は、前記第１信号の値をＰ１、前記第２信号の値をＰ２、前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数をＦ０、定数をｋとしたときに、前記電気信号の周波数Ｆを次式を用いて算出することとしてもよい。
【００１２】
【数１】
2012047578.tif 000003
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る速度計測装置は、
移動体から反射した波動に基づく電気信号の周波数を計測する本発明の周波数計測装置と、
前記周波数計測装置によって計測された周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える。
【００１４】
また、本発明の第３の観点に係る周波数計測方法は、
波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第１フィルタからの出力信号のレベルを示す第１信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第２フィルタからの出力信号のレベルを示す第２信号を生成する工程と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
を含む。
【００１５】
また、本発明の第４の観点に係る速度計測方法は、
移動体から反射した波動を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の周波数の減少に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第１フィルタからの出力信号のレベルを示す第１信号を生成する工程と、
前記電気信号の周波数の増加に比例する減衰率で、通過する前記電気信号を減衰させる第２フィルタからの出力信号のレベルを示す第２信号を生成する工程と、
前記第１信号の値と前記第２信号の値とが一致するときの前記電気信号の周波数と、前記第１信号の値と前記第２信号の値との比とに基づいて、前記電気信号の周波数を算出する工程と、
算出した前記電気信号の周波数を用いた演算を行って、前記移動体の速度を検出する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波動が変換されることにより生成された電気信号の周波数に応じた第１信号の値と第２信号の値との比に基づいて、波動の中心周波数が算出される。したがって、ＦＦＴ処理のような複雑な処理を行う必要がなく、簡易な装置で短時間に周波数を計測することが可能となる。また、波動の周波数を短時間に計測することができるので、結果的に、波動を反射する測定対象物の移動速度を、短時間に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る速度計測装置のブロック図である。
【図２】増幅器から出力される電気信号の一例を示す図である。
【図３】第１出力回路のブロック図である。
【図４】第２出力回路のブロック図である。
【図５】ハイパスフィルタとローパスフィルタの減衰特性を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、ハイパスフィルタからの出力信号を示す図である。図６（Ｂ）は、ローパスフィルタからの出力信号を示す図である。
【図７】平滑フィルタから出力される直流信号を示す図である。
【図８】直流信号の電圧レベルと周波数との関係を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る速度計測装置のブロック図である。
【図１０】第１〜第４出力回路を構成するフィルタそれぞれの減衰特性を示す図である。
【図１１】第１〜第４出力回路それぞれの出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る速度計測装置１０のブロック図である。この速度計測装置１０は、計測対象としての移動体によって反射されたマイクロ波の周波数に基づいて、移動体の移動速度を計測する装置である。図１に示されるように、この速度計測装置１０は、ドップラーモジュール１１、信号増幅器１２、第１出力回路１３、第２出力回路１４、Ａ／Ｄ変換器１５、演算回路１６，速度算出回路１７、表示ユニット１８を有している。
【００１９】
ドップラーモジュール１１は、例えば発信周波数がｆ０の発信回路と、マイクロ波を送信する送信アンテナと、測定対象物に反射されたマイクロ波を受信する受信アンテナと、検波回路とを有している。ドップラーモジュールは、発信回路が駆動されることにより生じる周波数ｆ０のマイクロ波を、送信アンテナを介して測定対象物としての移動体に向けて射出する。そして、移動体によって反射されたマイクロ波（以下、単に反射波という）を、受信アンテナを介して受信し、射出時のマイクロ波の周波数ｆ０と、反射波の周波数ｆ１との差で表されるドップラー偏移周波数ｆｄ（＝｜ｆ０−ｆ１｜）を周波数とする電気信号（ドップラー信号）を生成する。ドップラーモジュール１１は、この電気信号を増幅器１２へ出力する。
【００２０】
マイクロ波の進行方向と移動体の進行方向が平行である場合には、移動体の速度をｖ（ｍ／ｓ）とし、周波数ｆ０のマイクロ波の波長をλ０（ｍ）とすると、ドップラー偏移周波数ｆｄは２・Ｖ／λ０となる。例えば、周波数２４．１５ＧＨｚで波長が０．０１２４１４ｍのマイクロ波が、速度計測装置１０に対して相対速度１ｍ／ｓで移動する移動体によって反射された場合には、ドップラーモジュール１１からは、１６１．１Ｈｚ（＝２・１／０．０１２４１４）の周波数の電気信号が出力される。
【００２１】
信号増幅器１２は、ドップラーモジュール１１から出力される電気信号を増幅する。そして、増幅した電気信号Ｓ１２を、第１出力回路１３及び第２出力回路１４の双方にそれぞれ出力する。図２は、信号増幅器１２から出力される電気信号Ｓ１２の一例を示す図である。図２の曲線Ｓ０に示されるように、この電気信号Ｓ１２は、例えば周期がほぼ１／ｆｄで振幅がＶ０の交流信号となる。なお、図２は電気信号Ｓ１２を模式的に示す図であるが、実際の電気信号Ｓ１２は、測定対象物に起因する分布周波数、高調波成分やノイズ成分をある程度含む場合が多い。
【００２２】
図１に戻り、第１出力回路１３及び第２出力回路１４それぞれは、信号増幅器１２から出力される電気信号Ｓ１２に応じた電圧レベルの信号を出力する。以下、第１出力回路１３及び第２出力回路１４について、図３及び図４を参照しつつ説明する。
【００２３】
図３は、第１出力回路１３のブロック図である。また、図４は、第２出力回路１４のブロック図である。図３に示されるように、第１出力回路１３は、ハイパスフィルタ１３ａ、全波整流器１３ｂ、及び平滑フィルら１３ｃを有している。また、図４に示されるように、第２出力回路１４は、ローパスフィルタ１４ａ、全波整流器１４ｂ、及び平滑フィルタ１４ｃを有している。
【００２４】
図５は、第１出力回路１３を構成するハイパスフィルタ１３ａの減衰特性と、第２出力回路１４を構成するローパスフィルタ１４ａの減衰特性を示す図である。ハイパスフィルタ１３ａは、入力信号に対する利得が、入力信号の周波数が高くなるほど大きくなる減衰特性を有するフィルタである。具体的には、図５に示されるように、ハイパスフィルタ１３ａの減衰特性は、横軸が対数座標となった座標系において、右上がりの直線Ｌ１で示される。直線Ｌ１に示されるように、ハイパスフィルタ１３ａの利得は、例えば１００ｋＨｚで最大となり、周波数が低くなるにつれて小さくなる。
【００２５】
また、ローパスフィルタ１４ａは、入力信号に対する利得が、入力信号の周波数が高くなるほど小さくなる減衰特性を有するフィルタである。具体的には、図５に示されるように、ローパスフィルタ１４ａの減衰特性は、右下がりの直線Ｌ２で示される。直線Ｌ２で示されるように、ローパスフィルタ１４ａの利得は、例えば１０Ｈｚで最大となり、周波数が高くなるにつれて小さくなる。
【００２６】
図５に示されるように、本実施形態では、周波数が１ＫＨｚのときの入力信号に対するハイパスフィルタ１３ａの利得（減衰率）と、ローパスフィルタ１４ａの利得（減衰率）とが等しい。以下、説明の便宜上、ハイパスフィルタ１３ａの利得と、ローパスフィルタ１４ａの利得が等しくなるときの周波数を基準周波数Ｆ０というものとする。また、本実施形態では、ハイパスフィルタ１３ａの直線Ｌ１で示される利得の増加割合と、ローパスフィルタ１４ａの直線Ｌ２で示される利得の減少割合とが等しくなっている。
【００２７】
図６（Ａ）は、基準周波数Ｆ０よりも高い周波数ｆｄの電気信号Ｓ１２が、ハイパスフィルタ１３ａに入力されたときに、このハイパスフィルタから出力される出力信号Ｓ１３を示す図である。また、図６（Ｂ）は、周波数ｆｄの電気信号Ｓ１２が、ローパスフィルタ１４ａに入力されたときに、このローパスフィルタから出力される出力信号Ｓ１４を示す図である。電気信号Ｓ１２の周波数ｆｄが基準周波数Ｆ０よりも高い場合には、図５を参照するとわかるように、ハイパスフィルタ１３ａの利得の方が、ローパスフィルタ１４ａの利得よりも大きくなる。したがって、ハイパスフィルタ１３ａからの出力信号Ｓ１３の振幅Ｖ１の方が、ローパスフィルタ１４ａからの出力信号Ｓ１４の振幅Ｖ２よりも大きくなる。
【００２８】
なお、電気信号Ｓ１２の周波数ｆｄが基準周波数Ｆ０よりも低い場合には、図５を参照するとわかるように、ハイパスフィルタ１３ａの利得の方が、ローパスフィルタ１４ａの利得よりも小さくなる。この場合は、ローパスフィルタ１４ａからの出力信号Ｓ１４の振幅よりも、ハイパスフィルタ１３ａからの出力信号Ｓ１３の振幅の方が小さくなる。
【００２９】
全波整流器１３ｂ，１４ｂは相互に同等の構成を有している。そして、全波整流器１３ｂは、出力信号Ｓ１３を全波整流する。また、全波整流器１４ｂは、出力信号Ｓ１４を全波整流する。
【００３０】
平滑フィルタ１３ｃ，１４ｃは相互に同等の構成を有している。そして、平滑フィルタ１３ｃは、全波整流器１３ｂによって全波整流された出力信号Ｓ１３を平滑化する。また、平滑フィルタ１４ｃは、全波整流器１４ｂによって全波整流された出力信号Ｓ１４を平滑化する。これにより、平滑フィルら１３ｃからは、直流信号ＳＤ１３が出力され、平滑フィルら１４ｃからは、直流信号ＳＤ１４が出力される。
【００３１】
図７には、平滑フィルタ１３ｃから出力される直流信号ＳＤ１３、及び平滑フィルタ１４ｃから出力される直流信号ＳＤ１４が示されている。上述したように、ハイパスフィルタ１３ａから出力される出力信号Ｓ１３の振幅Ｖ１の方が、ローパスフィルタ１４ａから出力される出力信号Ｓ１４の振幅Ｖ２よりも大きい。このため、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１の方が、直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２よりも大きくなる。
【００３２】
なお、ハイパスフィルタ１３ａから出力される出力信号Ｓ１３の振幅Ｖ１の方が、ローパスフィルタ１４ａから出力される出力信号Ｓ１４の振幅Ｖ２よりも小さい場合には、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１の方が、直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２よりも小さくなる。
【００３３】
図１に戻り、Ａ／Ｄ変換器１５は、直流信号ＳＤ１３及び直流信号ＳＤ１４をデジタル信号に変換する。これにより、直流信号ＳＤ１３及び直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ１，ａ２がそれぞれデジタルデータＤ１３，Ｄ１４として、演算回路１６へ出力される。
【００３４】
演算回路１６は、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されるデジタルデータＤ１３，Ｄ１４に基づいて、電気信号Ｓ１２の周波数を算出する。図８は、直流信号ＳＤ１３，ＳＤ１４の電圧レベルと周波数との関係を示す図である。図８中の直線Ｌ３は、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１と電気信号Ｓ１２の周波数との関係を示している。また、直線Ｌ４は、直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２と電気信号Ｓ１２の周波数との関係を示している。この直線Ｌ３，Ｌ４によって示される特性は、ハイパスフィルタ１３ａ、ローパスフィルタ１４ａの特性によって規定され、相互に相似した特性となる。
【００３５】
図８に示されるように、直流信号ＳＤ１３，ＳＤ１４の電圧レベルと周波数との関係が、横軸に平行な直線に対称となる直線Ｌ３，Ｌ４で示される場合は、電圧信号Ｓ１２の周波数ＦＡと、基準周波数Ｆ０と、直流信号ＳＤ１３，ＳＤ１４の電圧値ａ１，ａ２との関係は次式（１）で示される。なお、ｋは、直線Ｌ３，Ｌ４の傾きによって規定される定数である。
【００３６】
【数２】
2012047578.tif 000004
【００３７】
演算回路１６は、受信したデジタルデータＤ１３，Ｄ１４から、直流信号ＳＤ１３，ＳＤ１４の電圧値ａ１，ａ２を特定する。そして、この特定した電圧値ａ１，ａ２と、既知の基準周波数Ｆ０とを用いて、上記式（１）に示される演算を実行することにより、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出する。
【００３８】
なお、ここでは、図７に示されるように、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１が、直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２よりも大きい場合について説明したが、上記式（１）は、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１が、直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２よりも小さい場合についても成立する。したがって、演算回路１６は、直流信号ＳＤ１３及び直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ１，ａ２がわかれば、それぞれの電圧値の大小に関係なく、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出することができる。
【００３９】
演算回路１６は、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出すると、この周波数ＦＡに関する情報を、速度算出回路１７へ出力する。
【００４０】
速度演算回路１７は、演算回路１６によって算出された周波数ＦＡに基づいて、移動体の移動速度ｖを算出する。移動体の移動速度ｖは、周波数ＦＡ（≒ｆｄ）と、ドップラーモジュール１１から移動体に向かって射出されるマイクロ波の波長λ０とを用いて、次式（２）で示すことができる。
【００４１】
ｖ＝ＦＡ・λ０／２  …（２）
【００４２】
そこで、速度演算回路１７は、演算回路１６が算出した周波数ＦＡと、マイクロ波の波長λ０を上記式（２）へ代入することにより、移動体の移動速度ｖを算出する。例えば、マイクロ波の波長λ０が０．０１２４１４ｍであり、ドップラー偏移周波数として検出された周波数ＦＡが１６１．１Ｈｚである場合には、移動体の移動速度ｖは１ｍ／Ｓ（＝１６１．１×０．０１２４１４／２）となる。速度演算回路１７は、移動体の移動速度ｖを算出すると、算出した移動速度ｖに関する情報を、表示ユニット１８へ出力する。
【００４３】
表示ユニット１８は、例えば液晶ディスプレイを有している。そして、速度算出回路１７から移動体の移動速度ｖに関する情報を受信すると、この移動速度ｖに関する情報を表示する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る速度計測装置１０では、計測対象としての移動体によって反射された反射波が、ドップラーモジュール１１によって受信される。そして、ドップラーモジュールから出力されたマイクロ波と、受信した反射波とに基づいて、周波数がドップラー偏移周波数ｆｄと一致する電気信号が生成される。次に、この電気信号が増幅されることにより生成された電気信号Ｓ１２が、第１出力回路１３によって、当該第１出力回路１３を構成するハイパスフィルタ１３ａの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号ＳＤ１３に変換される。同時に、第２出力回路１４によって、当該第２出力回路１４を構成するローパスフィルタ１４ａの減衰特性に応じた電圧レベルの直流信号ＳＤ１４に変換される。そして、直流信号ＳＤ１３の電圧値ａ１と直流信号ＳＤ１４の電圧値ａ２とを用いて、上記式（１）に示される演算が実行されることにより、電気信号（ドップラー信号）の周波数ＦＡが算出される。
【００４５】
このため、本実施形態に係る速度計測装置１０では、ＦＦＴ処理に代表される演算量が比較的多い演算処理を行うことなく、電気信号の周波数を短時間に計測することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る速度計測装置１０では、短時間に計測された周波数に基づいて、移動体の移動速度が計測される。このため、短時間に、移動体の移動速度を計測することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る速度計測装置１０では、周波数の算出に複雑な処理を行う必要がないので、装置の構造を簡素化することができる。これにより、装置の製造コスト及びランニングコストを低減することができる。また、装置の構造が簡素化することにより、装置でのエネルギー消費量が少なくなくなる。このため、バッテリーなどの電源を用いて、長時間にわたる計測を行うことが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態では、信号増幅器１２、第１出力回路１３、第２出力回路１４、Ａ／Ｄ変換器１５、及び演算回路１６によって、周波数計測装置が構成されている。本実施形態では、この周波数計測装置が、一例として移動体の移動速度の検出に用いられる場合について説明した。本実施形態に係る周波数計測装置の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、ビルやプラント等の構造体や地盤から発生する振動に基づいて生成された電気信号の周波数を計測することもできる。この場合には、用途に応じて、第１出力回路１３を構成するハイパスフィルタ１３ａ、及び第２出力回路１４を構成するローパスフィルタ１４ａの周波数特性を、計測対象の周波数特性に応じて選定するのが好ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、第１出力回路１３を構成するハイパスフィルタ１３ａの利得は、入力される電気信号の周波数が大きくなるにつれて一律に大きくなり、第２出力回路１４を構成するローパスフィルタ１４ａの利得は、入力される電気信号の周波数が大きくなるにつれて一律に小さくなる。これに限らず、各フィルタの利得（減衰率）は必ずしも一律に変化していなくともよく、必ずしも変化割合が、ハイパスフィルタ１３ａとローパスフィルタ１４ａ間で等しくなくともよい。
【００５０】
また、本実施形態では、図２に示されるように、電気信号の周波数が単一周波数（正弦波）であるものとして説明を行った。これに限らず、電気信号は、単一周波数である必要はない。この場合には、直流信号ＳＤ１３の電圧値と直流信号ＳＤ１４の電圧値とを用いて、上記式（１）に示される演算を実行することで、帯域を持った信号の中心周波数を簡単に算出することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、移動体が、速度計測装置１０から射出されるマイクロ波の進行方向と同軸方向へ移動している場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、移動体が、速度計測装置１０から射出されるマイクロ波の進行方向と、θの角度をなす方向に移動している場合には、ドップラー偏移周波数ｆｄは次式（３）で示される。また、移動体の移動速度ｖは、次式（４）で示される。この場合、速度算出回路１７は、次式（４）を用いて、移動速度ｖを算出することができる。
【００５２】
ｆｄ＝２・ｖ／λ０・ＣＯＳθ  …（３）
ｖ＝ＦＡ・λ０／（２・ＣＯＳθ）  …（４）
【００５３】
例えば、移動体の移動速度ｖが１ｍ／ｓであり、マイクロ波の波長λ０が０．０１２４１４であり、θが４５度である場合には、上記式（３）より、ドップラー偏移周波数ｆｄは、１１３．９２Ｈｚとなる。また、電気信号の周波数ＦＡ（≒ｆｄ）が、１１３．９２Ｈｚである場合には、上記式（４）により、移動体の移動速度ｖは、１ｍ／ｓとなる。
【００５４】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る速度計測装置１０Ａについて説明する。なお、第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。
【００５５】
図９は、本実施形態に係る速度計測装置１０Ａのブロック図である、速度計測装置１０Ａは第１出力回路２１、第２出力回路２２、第３出力回路２３、及び第４出力回路２４の４つの出力回路を有している点で、第１の実施形態に係る速度計測装置１０と異なっている。
【００５６】
図１０は、第１出力回路２１、第２出力回路２２、第３出力回路２３、及び第４出力回路２４それぞれを構成するフィルタの減衰特性を示す図である。図１０の実線で示される山形の折れ線Ｓ１は、第１出力回路２１を構成するフィルタ（以下、第１フィルタという）の減衰特性を示している。この第１フィルタは、中心周波数Ｆ１を基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、一点鎖線で示される山形の折れ線Ｓ２は、第２出力回路２２を構成するフィルタ（以下、第２フィルタという）の減衰特性を示している。この第２フィルタは、中心周波数Ｆ３を基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、二点鎖線で示される山形の折れ線Ｓ３は、第３出力回路２３を構成するフィルタ（以下、第３フィルタという）の減衰特性を示している。この第３フィルタは、中心周波数Ｆ５を基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。また、破線で示される山形の折れ線Ｓ４は、第４出力回路２４を構成するフィルタ（以下、第４フィルタという）の減衰特性を示している。この第４フィルタは、中心周波数Ｆ７を基準に、利得が一律に減少する減衰特性を有している。
【００５７】
図１０を参照するとわかるように、第１フィルタの利得（減衰率）と、第２フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ２の入力信号に対して等しい。また、第１フィルタの利得（減衰率）と、第３フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ３の入力信号に対して等しい。また、第１フィルタの利得（減衰率）と、第４フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ４の入力信号に対して等しい。また、第２フィルタの利得（減衰率）と、第３フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ４の入力信号に対して等しい。また、第２フィルタの利得（減衰率）と、第４フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ５の入力信号に対して等しい。また、第３フィルタの利得（減衰率）と、第４フィルタの利得（減衰率）は、周波数Ｆ６の入力信号に対して等しい。
【００５８】
図１１は、第１出力回路２１、第２出力回路２２、第３出力回路２３、及び第４出力回路２４の出力特性を示す図である。第１の実施形態において述べたように、第１出力回路２１、第２出力回路２２、第３出力回路２３、及び第４出力回路２４の出力特性は、各出力回路を構成するフィルタの特性によって規定される。このため、各出力回路の出力特性は、折れ線Ｓ１〜Ｓ４と相似な折れ線Ｓ５〜Ｓ８によって示される。
【００５９】
本実施形態に係る演算回路１６は、周波数の計測対象となる電気信号Ｓ１２の周波数が、第１範囲Ａ１に含まれるか、第２範囲Ａ２に含まれるか、第３範囲Ａ３に含まれるかを判断する。この判断は、例えば移動体の速度や、計測に用いるマイクロ波の周波数に基づいて行う。
【００６０】
なお、第１範囲Ａ１は、第１フィルタの中心周波数Ｆ１から、第２フィルタの中心周波数Ｆ３までの範囲である。また、第２範囲Ａ２は、第２フィルタの中心周波数Ｆ３から、第３フィルタの中心周波数Ｆ５までの範囲である。また、第３範囲Ａ３は、第３フィルタの中心周波数Ｆ５から、第４フィルタの中心周波数Ｆ７までの範囲である。
【００６１】
演算回路１６は、電気信号Ｓ１２の周波数が、第１範囲Ａ１に属すると判断した場合には、第１出力回路２１及び第２出力回路２２からの直流信号の電圧値を用いて、上記式（１）に示される演算を行うことで、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出する。また、演算回路１６は、電気信号Ｓ１２の周波数が、第２範囲Ａ２に属すると判断した場合には、第２出力回路２２及び第３出力回路２３からの直流信号の電圧値を用いて、上記式（１）に示される演算を行うことで、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出する。また、演算回路１６は、電気信号Ｓ１２の周波数が、第３範囲Ａ３に属すると判断した場合には、第３出力回路２３及び第４出力回路２４からの直流信号の電圧値を用いて、上記式（１）に示される演算を行うことで、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡを算出する。
【００６２】
例えば図１１に示されるように、電気信号Ｓ１２の周波数が、第２範囲Ａ２に属すると推測できるような場合には、第２出力回路２２からの直流信号の電圧値ｂ２と、第３出力回路２３からの直流信号の電圧値ｂ１とに基づいて、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡが算出される。また、電気信号Ｓ１２の周波数が、第３範囲Ａ３に属すると推測できるような場合には、第３出力回路２３からの直流信号の電圧値ｃ２と、第４出力回路２４からの直流信号の電圧値ｃ１とに基づいて、電気信号Ｓ１２の周波数ＦＡが算出される。
【００６３】
図９に戻り、速度算出回路１７は、周波数ＦＡについて、上記式（２）に示される演算を実行することで、移動体の移動速度ｖを算出する。そして、表示ユニット１８は、移動体の移動速度ｖに関する情報を表示する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態では、電気信号Ｓ１２の周波数に応じて、周波数の算出に用いられる直流信号が選択され、選択された直流信号の電圧値に基づいて、電気信号Ｓ１２の周波数が算出される。山形の折れ線で示される減衰特性を有するフィルタは、一般に、中心周波数近傍でのＳＮ比が高い。本実施形態では、電気信号１２の周波数に近い中心周波数をもつフィルタを通過した交流信号から直流信号が生成される。そして、この直流信号の電圧値に基づいて、電気信号Ｓ１２の周波数が算出される。したがって、電気信号を算出する際に生じる誤差が低減され、正確な周波数を算出することができる。また、出力特性が異なる複数の出力回路を用いることで、広い周波数レンジでの計測が可能となる。
【００６５】
なお、本実施形態に係る速度計測装置１０Ａは、４つの出力回路２１〜２４を有している。これに限らず、５つ以上の出力回路を有していてもよい。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば上記実施形態では、信号増幅器、出力回路、Ａ／Ｄ変換器、及び演算回路から構成される周波数計測装置が、速度計測装置に用いられる場合について説明した。これに限らず、本発明の周波数計測装置を、入力される電気信号の周波数を計測するための周波数解析装置等に用いてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態における電気信号の周波数帯域、及び各フィルタの周波数帯域は一例であり、上記周波数帯域以外の周波数帯域を有するフィルタを組み合わせて用いても、同様の効果を得ることができる。
【００６８】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の周波数計測装置及び周波数計測方法は、波動の中心周波数の計測に適している。また、本発明の速度計測装置及び速度計測方法は、移動体の速度の計測に適している。
【符号の説明】
【００７０】
１０，１０Ａ  速度計測装置
１１  ドップラーモジュール
１２  信号増幅器
１３  第１出力回路
１３ａ  ハイパスフィルタ
１３ｂ  全波整流器
１３ｃ  平滑フィルタ
１４  第２出力回路
１４ａ  ローパスフィルタ
１４ｂ  全波整流器
１４ｃ  平滑フィルタ
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  演算回路
１７  速度算出回路
１８  表示ユニット
２１  第１出力回路
２２  第２出力回路
２３  第３出力回路
２４  第４出力回路
Ａ１  第１範囲
Ａ２  第２範囲
Ａ３  第３範囲
Ｄ１３  デジタルデータ
Ｄ１４  デジタルデータ
Ｌ１，Ｌ２  直線
Ｓ１〜Ｓ８  折れ線
Ｓ１２  電気信号
Ｓ１３，Ｓ１４  出力信号
ＳＤ１３，ＳＤ１４  直流信号
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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