JP2000221019A - 超音波距離計測装置 - Google Patents
超音波距離計測装置Info
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- JP2000221019A JP2000221019A JP11025711A JP2571199A JP2000221019A JP 2000221019 A JP2000221019 A JP 2000221019A JP 11025711 A JP11025711 A JP 11025711A JP 2571199 A JP2571199 A JP 2571199A JP 2000221019 A JP2000221019 A JP 2000221019A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 位置が変動する対象物体までの距離の計測を
可能にして、距離計測の適用範囲を拡大する。 【解決手段】 対象物体１３の所定位置に配設され、識
別可能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくと
も４個の超音波送波器１１と、各超音波送波器１１から
送出された超音波信号を受ける超音波受波器２１と、超
音波受波器２１の出力に基づいて、超音波受波器２１か
ら対象物体１３に至る距離を演算する距離演算手段２２
と、を備え、各超音波送波器１１の内の３個を三角形の
頂点位置にそれぞれ配設するとともに、残る超音波送波
器１１を三角形の外方に配設するようにしている。
可能にして、距離計測の適用範囲を拡大する。 【解決手段】 対象物体１３の所定位置に配設され、識
別可能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくと
も４個の超音波送波器１１と、各超音波送波器１１から
送出された超音波信号を受ける超音波受波器２１と、超
音波受波器２１の出力に基づいて、超音波受波器２１か
ら対象物体１３に至る距離を演算する距離演算手段２２
と、を備え、各超音波送波器１１の内の３個を三角形の
頂点位置にそれぞれ配設するとともに、残る超音波送波
器１１を三角形の外方に配設するようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて対
象物体までの距離を計測する超音波距離計測装置に関す
る。
象物体までの距離を計測する超音波距離計測装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超音波を用いて距離を計測する従来の距
離計測装置は、対象物体に向けて超音波を送出する超音
波送波器と、対象物体で反射した上記超音波の反射エコ
ーを受ける超音波受波器とを備え、超音波の送出時点か
ら受波時点に至る超音波伝搬時間に基づいて上記対象物
体までの距離を計測する。
離計測装置は、対象物体に向けて超音波を送出する超音
波送波器と、対象物体で反射した上記超音波の反射エコ
ーを受ける超音波受波器とを備え、超音波の送出時点か
ら受波時点に至る超音波伝搬時間に基づいて上記対象物
体までの距離を計測する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の距離計測装
置は、対象物体の位置が時々刻々変動する場合に、反射
エコーが得られなくなって距離計測が不可能になること
がある。本発明の課題は、このような従来装置の問題点
に鑑み、対象物体の位置が時々刻々変動する場合でも該
対象物体までの距離を計測することができる超音波距離
計測装置を提供することにある。
置は、対象物体の位置が時々刻々変動する場合に、反射
エコーが得られなくなって距離計測が不可能になること
がある。本発明の課題は、このような従来装置の問題点
に鑑み、対象物体の位置が時々刻々変動する場合でも該
対象物体までの距離を計測することができる超音波距離
計測装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、対象物体
の所定位置に配設され、識別可能な超音波信号をそれぞ
れ同時に送出する少なくとも４個の超音波送波器と、前
記各超音波送波器から送出された超音波信号を受ける超
音波受波器と、前記超音波受波器の出力に基づいて、該
超音波受波器から前記対象物体に至る距離を演算する距
離演算手段と、を備え、前記各超音波送波器の内の３個
を三角形の頂点位置にそれぞれ配設するとともに、残る
超音波送波器を前記三角形の外方に配設するようにして
いる。第２の発明は、第１の発明において、前記各超音
波送波器を液面上に浮上させるフロートに配設したこと
を特徴とする請求項１に記載の超音波距離計測装置。第
３の発明は、対象物体上の所定位置に配設され、識別可
能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくとも３
個の超音波送波器と、前記各超音波送波器から送出され
た超音波信号を受ける超音波受波器と、前記超音波受波
器の出力に基づいて、該超音波受波器から前記対象物体
に至る距離を演算する距離演算手段と、を備え、前記各
超音波送波器を同一直線上に位置しない態様で配設する
ようにしている。
の所定位置に配設され、識別可能な超音波信号をそれぞ
れ同時に送出する少なくとも４個の超音波送波器と、前
記各超音波送波器から送出された超音波信号を受ける超
音波受波器と、前記超音波受波器の出力に基づいて、該
超音波受波器から前記対象物体に至る距離を演算する距
離演算手段と、を備え、前記各超音波送波器の内の３個
を三角形の頂点位置にそれぞれ配設するとともに、残る
超音波送波器を前記三角形の外方に配設するようにして
いる。第２の発明は、第１の発明において、前記各超音
波送波器を液面上に浮上させるフロートに配設したこと
を特徴とする請求項１に記載の超音波距離計測装置。第
３の発明は、対象物体上の所定位置に配設され、識別可
能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくとも３
個の超音波送波器と、前記各超音波送波器から送出され
た超音波信号を受ける超音波受波器と、前記超音波受波
器の出力に基づいて、該超音波受波器から前記対象物体
に至る距離を演算する距離演算手段と、を備え、前記各
超音波送波器を同一直線上に位置しない態様で配設する
ようにしている。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明に係る超音波距離計測装置
は、図１にその一実施形態を示すように、送信ユニット
１０と、受信ユニット２０とを有する。送信ユニット１
０は、４個の超音波送波器１１−１〜１１−４と、これ
らの送波器１１−１〜１１−４に送信信号を供給する送
信機１２とを備え、また、受信ユニット２０は、上記各
送波器１１−１〜１１−４から送出される超音波信号を
受ける超音波受波器２１と、該受波器２１の出力に基づ
いて対象物体までの距離および対象物体の方位等を算出
する受信処理部２２と、この受信処理部２２の処理結果
を表示する表示部２３とを備えている。
は、図１にその一実施形態を示すように、送信ユニット
１０と、受信ユニット２０とを有する。送信ユニット１
０は、４個の超音波送波器１１−１〜１１−４と、これ
らの送波器１１−１〜１１−４に送信信号を供給する送
信機１２とを備え、また、受信ユニット２０は、上記各
送波器１１−１〜１１−４から送出される超音波信号を
受ける超音波受波器２１と、該受波器２１の出力に基づ
いて対象物体までの距離および対象物体の方位等を算出
する受信処理部２２と、この受信処理部２２の処理結果
を表示する表示部２３とを備えている。
【０００６】この実施形態の超音波距離計測装置を用い
て、図２に示す船舶３０上から水面までの距離Ｈを計測
する場合には、送信ユニット１０の超音波送波器１１−
１〜１１−４および送信器１２が図３に示すフロート１
３に取付けられる。フロート１３は、平面正方形状の平
板部１３ａと、この平板部１３ａの中央部に形成した球
状中空体部１３ｂとを備え、平板部１３ａの四隅にそれ
ぞれ上記送波器１１−１〜１１−４を固定するととも
に、球状中空体部１３ｂ内に上記送信器１２および電源
等を封入してある。上記したように、平板部１３ａは正
方形状を有するので、超音波送波器１１−１〜１１−３
は２等辺三角形の各頂点に位置し、また、超音波送波器
１１−４は該２等辺三角形の外方に位置している。
て、図２に示す船舶３０上から水面までの距離Ｈを計測
する場合には、送信ユニット１０の超音波送波器１１−
１〜１１−４および送信器１２が図３に示すフロート１
３に取付けられる。フロート１３は、平面正方形状の平
板部１３ａと、この平板部１３ａの中央部に形成した球
状中空体部１３ｂとを備え、平板部１３ａの四隅にそれ
ぞれ上記送波器１１−１〜１１−４を固定するととも
に、球状中空体部１３ｂ内に上記送信器１２および電源
等を封入してある。上記したように、平板部１３ａは正
方形状を有するので、超音波送波器１１−１〜１１−３
は２等辺三角形の各頂点に位置し、また、超音波送波器
１１−４は該２等辺三角形の外方に位置している。
【０００７】上記フロート１３は、図示していないウイ
ンチ等を用いて船舶３０から水面上に降下され、これに
より、各超音波送波器１１−１〜１１−４が水面上に浮
上した状態で位置される。一方、受信ユニット２０は、
船舶３０に配置される。そして、この受信ユニット２０
の受波器２１は、図示していない支持手段により水面上
方に臨む態様で支持される。
ンチ等を用いて船舶３０から水面上に降下され、これに
より、各超音波送波器１１−１〜１１−４が水面上に浮
上した状態で位置される。一方、受信ユニット２０は、
船舶３０に配置される。そして、この受信ユニット２０
の受波器２１は、図示していない支持手段により水面上
方に臨む態様で支持される。
【０００８】以下、この実施形態に係る距離計測装置の
動作について説明する。送信ユニット１０の送信器１２
は、各超音波送波器１１−１，１１−２，１１−３およ
び１１−４を駆動して、これらより周波数ｆ１，ｆ２，
ｆ３およびｆ４の超音波信号を同時に送出させる。一
方、受信ユニット２０の受波器２１は、上記各超音波送
波器１１−１〜１１−４から送出された超音波信号を受
信し、その超音波信号に対応する電気信号を受信処理部
２２に出力する。
動作について説明する。送信ユニット１０の送信器１２
は、各超音波送波器１１−１，１１−２，１１−３およ
び１１−４を駆動して、これらより周波数ｆ１，ｆ２，
ｆ３およびｆ４の超音波信号を同時に送出させる。一
方、受信ユニット２０の受波器２１は、上記各超音波送
波器１１−１〜１１−４から送出された超音波信号を受
信し、その超音波信号に対応する電気信号を受信処理部
２２に出力する。
【０００９】いま、図３に示すように、送波器１１−１
〜１１−４を含む平面の中心位置Ｐ１の座標を（０，
０，０）、該送波器１１−１〜１１−４の配置位置の座
標をそれぞれ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜（ｘ４，ｙ４，ｚ
４）、受波器２１の配置位置Ｐ２の座標を（ｘ，ｙ，
ｚ）、各送波器１１−１〜１１−４から位置Ｐ２に至る
距離をそれぞれＬ１〜Ｌ４とすると、下式の関係が成立
する。
〜１１−４を含む平面の中心位置Ｐ１の座標を（０，
０，０）、該送波器１１−１〜１１−４の配置位置の座
標をそれぞれ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜（ｘ４，ｙ４，ｚ
４）、受波器２１の配置位置Ｐ２の座標を（ｘ，ｙ，
ｚ）、各送波器１１−１〜１１−４から位置Ｐ２に至る
距離をそれぞれＬ１〜Ｌ４とすると、下式の関係が成立
する。
【００１０】
【数１】
【００１１】そこで、受信処理部２２は、上式の関係を
用いて上記受波器２１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を演算す
る。すなわち、受波した超音波信号がいずれの超音波送
波器から送出されたものであるかは、その超音波信号の
周波数から識別することができる。そこで、周波数ｆ１
の超音波信号に対する周波数ｆ２〜ｆ４の超音波信号の
位相差をそれぞれ認識し、これらの位相差と超音波の伝
搬速度（例えば、３００ｍ／ｓｅｃ）とに基づいて上記
距離差ΔＬ２、ΔＬ３およびΔＬ４を算出する。
用いて上記受波器２１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を演算す
る。すなわち、受波した超音波信号がいずれの超音波送
波器から送出されたものであるかは、その超音波信号の
周波数から識別することができる。そこで、周波数ｆ１
の超音波信号に対する周波数ｆ２〜ｆ４の超音波信号の
位相差をそれぞれ認識し、これらの位相差と超音波の伝
搬速度（例えば、３００ｍ／ｓｅｃ）とに基づいて上記
距離差ΔＬ２、ΔＬ３およびΔＬ４を算出する。
【００１２】そして、既知である超音波送波器１１−１
〜１１−４の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜（ｘ４，ｙ
４，ｚ４）と、上記算出した距離差ΔＬ２、ΔＬ３およ
びΔＬ４と、上式（１）〜（５）とに基づき、受波器２
１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を演算する。
〜１１−４の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜（ｘ４，ｙ
４，ｚ４）と、上記算出した距離差ΔＬ２、ΔＬ３およ
びΔＬ４と、上式（１）〜（５）とに基づき、受波器２
１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を演算する。
【００１３】次に、受信処理部２２は、上記座標（ｘ，
ｙ，ｚ）に基づいて、位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌと、該
位置Ｐ１，Ｐ２を通るラインの傾き角θとを演算する。
そして、これらより位置Ｐ２と水面との間の垂直距離Ｈ
を演算するとともに、この垂直距離Ｌと既知の船体寸法
とに基づいて、船舶３０の喫水深さを算出し、該喫水深
さを図１に示す表示部２３に表示させる。
ｙ，ｚ）に基づいて、位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌと、該
位置Ｐ１，Ｐ２を通るラインの傾き角θとを演算する。
そして、これらより位置Ｐ２と水面との間の垂直距離Ｈ
を演算するとともに、この垂直距離Ｌと既知の船体寸法
とに基づいて、船舶３０の喫水深さを算出し、該喫水深
さを図１に示す表示部２３に表示させる。
【００１４】受信処理部２２における上記演算処理は、
各超音波送波器１１−１〜１１−４からの超音波信号が
受信される度に実行されるが、波風等によるフロート１
３の位置変化のために、個々の超音波信号の受信時点に
おける演算結果は必づしも一定にならない。そこで、受
信処理部２２では、複数の喫水深さの演算結果を平均
し、その平均値を表示器２３に表示することによって、
表示値のふらつきを防止するようにしている。
各超音波送波器１１−１〜１１−４からの超音波信号が
受信される度に実行されるが、波風等によるフロート１
３の位置変化のために、個々の超音波信号の受信時点に
おける演算結果は必づしも一定にならない。そこで、受
信処理部２２では、複数の喫水深さの演算結果を平均
し、その平均値を表示器２３に表示することによって、
表示値のふらつきを防止するようにしている。
【００１５】なお、上記実施形態においては、４個の超
音波送波器１１−１〜１１−４を用いているが、超音波
送出エリアをより広く設定する目的と、計測精度の向上
を図る目的のために５個以上の超音波送波器をフロート
１３に設けることも可能である。また、上記実施形態に
おいては、４個の超音波送波器１１−１〜１１−４をフ
ロート１３の平板部１３ａの四隅にそれぞれ位置させて
いるが、必ずしもこのような位置に配設しなくても良
い。すなわち、超音波送波器１１−１〜１１−４の内の
３個が任意形状の三角形の頂点位置に位置され、他の１
つがこの三角形の外方に位置されるという条件が満たさ
れれば、それらの送波器１１−１〜１１−４を配置位置
は任意に設定することができる。更に、上記実施形態に
おいては、各超音波送波器１１−１〜１１−４から送出
される超音波を識別するために、それらの超音波の周波
数を異ならせてあるが、該各超音波を適宜変調すること
によってそれらを識別するようにしても良い。
音波送波器１１−１〜１１−４を用いているが、超音波
送出エリアをより広く設定する目的と、計測精度の向上
を図る目的のために５個以上の超音波送波器をフロート
１３に設けることも可能である。また、上記実施形態に
おいては、４個の超音波送波器１１−１〜１１−４をフ
ロート１３の平板部１３ａの四隅にそれぞれ位置させて
いるが、必ずしもこのような位置に配設しなくても良
い。すなわち、超音波送波器１１−１〜１１−４の内の
３個が任意形状の三角形の頂点位置に位置され、他の１
つがこの三角形の外方に位置されるという条件が満たさ
れれば、それらの送波器１１−１〜１１−４を配置位置
は任意に設定することができる。更に、上記実施形態に
おいては、各超音波送波器１１−１〜１１−４から送出
される超音波を識別するために、それらの超音波の周波
数を異ならせてあるが、該各超音波を適宜変調すること
によってそれらを識別するようにしても良い。
【００１６】上記実施の形態においては、距離計測の対
象物体が水面上に浮上するフロート１３であるが、本発
明は、フロート１３以外の任意の対象物体までの相対距
離を計測する場合にも適用することができる。すなわ
ち、超音波送波器１１−１〜１１−４をフロート１３へ
の配置態様と同様の態様で上記任意の対象物体に配設す
ることにより、この任意対象物体までの相対距離を計測
することが可能である。もちろん、この場合、上記表示
部２３には、上記喫水深さに代えて上記任意対象物体ま
での相対距離が表示される。なお、必要であれば、計測
される上記対象物体の時々刻々の位置に基づいて、該対
象物体の方位、相対速度、相対加速度等を演算すること
も可能である。
象物体が水面上に浮上するフロート１３であるが、本発
明は、フロート１３以外の任意の対象物体までの相対距
離を計測する場合にも適用することができる。すなわ
ち、超音波送波器１１−１〜１１−４をフロート１３へ
の配置態様と同様の態様で上記任意の対象物体に配設す
ることにより、この任意対象物体までの相対距離を計測
することが可能である。もちろん、この場合、上記表示
部２３には、上記喫水深さに代えて上記任意対象物体ま
での相対距離が表示される。なお、必要であれば、計測
される上記対象物体の時々刻々の位置に基づいて、該対
象物体の方位、相対速度、相対加速度等を演算すること
も可能である。
【００１７】上記した本発明に係る超音波距離計測装置
によれば、任意対象物体の位置が前後、左右および上下
に変動する場合でもこの対象物体までの距離を計測する
ことができるので、つまり、対象物体が静止物体に限定
されないので、上記喫水深さ等の計測にも有効に活用す
ることができる。
によれば、任意対象物体の位置が前後、左右および上下
に変動する場合でもこの対象物体までの距離を計測する
ことができるので、つまり、対象物体が静止物体に限定
されないので、上記喫水深さ等の計測にも有効に活用す
ることができる。
【００１８】本発明は、例えば、海上のブイまでの距離
を計測する場合にも適用することができ、この場合、ブ
イに超音波送波器を、また海上の固定体あるいはボート
上に超音波受波器をそれぞれ配設する。この場合、超音
波を水面に沿って送波することにより、２次元座標系上
で上記距離を計測することができる。この２次元座標系
上での距離計測では、水面に沿って超音波を送波する少
なくとも３個の超音波送波器をブイの所定位置に取付け
るが、その際、各超音波送波器が同一直線上に配列しな
いようにその取付位置を設定する。そして、前記式
（１）ないし（５）式に準じた２次元用の演算式を用い
てブイに対する受波器の位置を演算し、その演算結果に
基づいて受波器からのブイの距離を算出する。なお、上
記２次元座標系上での距離計測においても、超音波送出
エリアをより広く設定する目的と、計測精度の向上を図
る目的のために３個以上の超音波送波器をブイ等の対象
物体に設けることが可能である
を計測する場合にも適用することができ、この場合、ブ
イに超音波送波器を、また海上の固定体あるいはボート
上に超音波受波器をそれぞれ配設する。この場合、超音
波を水面に沿って送波することにより、２次元座標系上
で上記距離を計測することができる。この２次元座標系
上での距離計測では、水面に沿って超音波を送波する少
なくとも３個の超音波送波器をブイの所定位置に取付け
るが、その際、各超音波送波器が同一直線上に配列しな
いようにその取付位置を設定する。そして、前記式
（１）ないし（５）式に準じた２次元用の演算式を用い
てブイに対する受波器の位置を演算し、その演算結果に
基づいて受波器からのブイの距離を算出する。なお、上
記２次元座標系上での距離計測においても、超音波送出
エリアをより広く設定する目的と、計測精度の向上を図
る目的のために３個以上の超音波送波器をブイ等の対象
物体に設けることが可能である
【００１９】
【発明の効果】本発明に係る超音波距離計測装置によれ
ば、対象物体の位置が時々刻々変動する場合でも、該対
象物体までの距離を計測することができるので、距離計
測の適用範囲を拡大することができる。
ば、対象物体の位置が時々刻々変動する場合でも、該対
象物体までの距離を計測することができるので、距離計
測の適用範囲を拡大することができる。
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図。
【図２】喫水深さの計測態様を示す概念図。
【図３】フロートにおける超音波送波器の配置態様を示
す斜視図である。
す斜視図である。
１０ 送信ユニット １１−１〜１１−４ 超音波送波器 １２ 送信器 １３ フロート ２０ 受信ユニット ２１ 受波器 ２２ 受信処理部 ２３ 表示部
Claims (3)
- 【請求項１】 対象物体の所定位置に配設され、識別可
能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくとも４
個の超音波送波器と、 前記各超音波送波器から送出された超音波信号を受ける
超音波受波器と、 前記超音波受波器の出力に基づいて、該超音波受波器か
ら前記対象物体に至る距離を演算する距離演算手段と、 を備え、前記各超音波送波器の内の３個を三角形の頂点
位置にそれぞれ配設するとともに、残る超音波送波器を
前記三角形の外方に配設するようにしたことを特徴とす
る超音波距離計測装置。 - 【請求項２】 前記各超音波送波器を液面上に浮上させ
るフロートに配設したことを特徴とする請求項１に記載
の超音波距離計測装置。 - 【請求項３】 対象物体上の所定位置に配設され、識別
可能な超音波信号をそれぞれ同時に送出する少なくとも
３個の超音波送波器と、 前記各超音波送波器から送出された超音波信号を受ける
超音波受波器と、 前記超音波受波器の出力に基づいて、該超音波受波器か
ら前記対象物体に至る距離を演算する距離演算手段と、 を備え、前記各超音波送波器を同一直線上に位置しない
態様で配設するようにしたことを特徴とする超音波距離
計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11025711A JP2000221019A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 超音波距離計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11025711A JP2000221019A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 超音波距離計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000221019A true JP2000221019A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12173387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11025711A Withdrawn JP2000221019A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 超音波距離計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000221019A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7388810B2 (en) | 2005-03-23 | 2008-06-17 | Viren Pty Limited | Ultrasonic distance measurement system |
| AU2008243991B2 (en) * | 2007-04-28 | 2012-10-04 | Pulsar Process Measurement Limited | Distance measurement apparatus and related methods |
-
1999
- 1999-02-03 JP JP11025711A patent/JP2000221019A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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