JP2002090452A - 超音波距離計 - Google Patents
超音波距離計Info
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- JP2002090452A JP2002090452A JP2000279240A JP2000279240A JP2002090452A JP 2002090452 A JP2002090452 A JP 2002090452A JP 2000279240 A JP2000279240 A JP 2000279240A JP 2000279240 A JP2000279240 A JP 2000279240A JP 2002090452 A JP2002090452 A JP 2002090452A
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- Japan
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- reception
- time
- distance
- monitoring
- ultrasonic
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 遠距離から近距離の測定を行うことが出来る
超音波距離計を提供することを課題とする。 【解決手段】 超音波の残響、及び回り込みキャンセル
ゲート１、キャンセルゲート１の終了後発生するキャン
セルゲート１と同じ時間の監視ゲート２、監視ゲート２
の終了後発生するキャンセルゲート１と同じ時間の監視
ゲート３、監視ゲート２、３の終了後発生する遠距離反
射波監視ゲート４を持ち、近距離での反射波がキャンセ
ルゲート１の時間内に入ってしまった場合２次波以降の
反射波と、その反射波の次の反射波との時間間隔で距離
を算出する。
超音波距離計を提供することを課題とする。 【解決手段】 超音波の残響、及び回り込みキャンセル
ゲート１、キャンセルゲート１の終了後発生するキャン
セルゲート１と同じ時間の監視ゲート２、監視ゲート２
の終了後発生するキャンセルゲート１と同じ時間の監視
ゲート３、監視ゲート２、３の終了後発生する遠距離反
射波監視ゲート４を持ち、近距離での反射波がキャンセ
ルゲート１の時間内に入ってしまった場合２次波以降の
反射波と、その反射波の次の反射波との時間間隔で距離
を算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス状の超音波
信号を送出し、送出された超音波信号の反射物による反
射信号を受信して、反射物までの距離を算出する超音波
距離計に関する。
信号を送出し、送出された超音波信号の反射物による反
射信号を受信して、反射物までの距離を算出する超音波
距離計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波距離計は超音波を送出しそ
の超音波が反射物から反射して帰ってくる時間で距離を
算出している。このとき送出超音波の回り込み信号又
は、電気信号を超音波に変換する為の超音波振動素子か
らの残響信号を反射信号と間違えることのないようキャ
ンセルゲートを設け、回り込み信号及び残響信号をマス
クしている。
の超音波が反射物から反射して帰ってくる時間で距離を
算出している。このとき送出超音波の回り込み信号又
は、電気信号を超音波に変換する為の超音波振動素子か
らの残響信号を反射信号と間違えることのないようキャ
ンセルゲートを設け、回り込み信号及び残響信号をマス
クしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の超音波距離計はキャンセルゲートの時間で距離
を測定できる最短距離が決まってしまうという課題があ
った。また、近距離の場合多重反射が発生する為、液面
計に使用した場合、もし測定できる最短距離以下に液面
が下がってしまった時、キャンセルゲート内に第一反射
が入り、２番目、３番目の反射信号を第一反射信号と判
断してしまい、正確な距離を算出できなくなるという課
題があった。
た従来の超音波距離計はキャンセルゲートの時間で距離
を測定できる最短距離が決まってしまうという課題があ
った。また、近距離の場合多重反射が発生する為、液面
計に使用した場合、もし測定できる最短距離以下に液面
が下がってしまった時、キャンセルゲート内に第一反射
が入り、２番目、３番目の反射信号を第一反射信号と判
断してしまい、正確な距離を算出できなくなるという課
題があった。
【０００４】特にこのキャンセルゲートは十分余裕を持
って長くとる必要があり、近距離を測定する時の妨げと
なっていた。
って長くとる必要があり、近距離を測定する時の妨げと
なっていた。
【０００５】本発明は、上記した実情に鑑みてなされた
ものであり、近距離なればこそ発生する多重反射を積極
的に利用し、非感知時間にとらわれることなく、近距離
を測定することができる超音波距離計を提供することを
課題とする。
ものであり、近距離なればこそ発生する多重反射を積極
的に利用し、非感知時間にとらわれることなく、近距離
を測定することができる超音波距離計を提供することを
課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、パルス状の超音波信号で
ある送信信号を測定対象物に向けて送信し、反射信号の
受信を所定時間受け付けない非感知時間の後に、前記受
信を監視し、前記受信までの時間により前記測定対象物
までの距離を計測する超音波距離計であって、受信した
反射信号の前記測定対象物と前記超音波距離計との間の
多重反射の次数が１次であるか、２次以上であるかを検
出し、前記次数が１次である場合には、送信から受信ま
での時間を基に前記測定対象物までの距離を求め、前記
次数が２次以上である場合には、前記次数をｎ（２以上
の整数）次と表すとともに、送信からｎ次反射信号の受
信までの時間をｔnとするとき、ｔn+1−ｔnを基に前記
測定対象物までの距離を求める。また、請求項２に記載
の発明は、パルス状の超音波信号である送信信号を測定
対象物に向けて送信し、反射信号の受信を所定時間受け
付けない非感知時間の後に、受信監視手段により前記受
信を監視し、前記受信までの時間を基に距離計測手段に
より前記測定対象物までの距離を計測する超音波距離計
であって、前記受信監視手段が、第１の受信の後、さら
に所定時間、第２の受信の監視を行うものであり、前記
距離計測手段が、前記所定時間内に第２の受信がない場
合、前記送信信号の送信から第１の受信までの時間Ｔ１
を基に前記測定対象物までの距離を求め、前記所定時間
内に第２の受信があった場合、前記送信信号の送信から
第２の受信までの時間をＴ２とするとき、Ｔ２−Ｔ１を
基に前記測定対象物までの距離を求めるものである。ま
た、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波
距離計であって、前記受信監視手段が、前記第１の受信
を所定の近距離監視時間内だけ監視するものであるとと
もに、前記近距離監視時間内に前記第１の受信がなかっ
た場合に、さらに所定の遠距離監視時間だけ前記第１の
受信を監視するものであり、前記距離計測手段が、前記
遠距離監視時間内に前記第１の受信があった場合には、
前記送信信号の送信から第１の受信までの時間Ｔ3を基
に前記測定対象物までの距離を求めるものである。ま
た、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波
距離計であって、前記近距離監視時間の最大値および前
記所定時間が前記非感知時間と等しい。
に、請求項１に記載の発明は、パルス状の超音波信号で
ある送信信号を測定対象物に向けて送信し、反射信号の
受信を所定時間受け付けない非感知時間の後に、前記受
信を監視し、前記受信までの時間により前記測定対象物
までの距離を計測する超音波距離計であって、受信した
反射信号の前記測定対象物と前記超音波距離計との間の
多重反射の次数が１次であるか、２次以上であるかを検
出し、前記次数が１次である場合には、送信から受信ま
での時間を基に前記測定対象物までの距離を求め、前記
次数が２次以上である場合には、前記次数をｎ（２以上
の整数）次と表すとともに、送信からｎ次反射信号の受
信までの時間をｔnとするとき、ｔn+1−ｔnを基に前記
測定対象物までの距離を求める。また、請求項２に記載
の発明は、パルス状の超音波信号である送信信号を測定
対象物に向けて送信し、反射信号の受信を所定時間受け
付けない非感知時間の後に、受信監視手段により前記受
信を監視し、前記受信までの時間を基に距離計測手段に
より前記測定対象物までの距離を計測する超音波距離計
であって、前記受信監視手段が、第１の受信の後、さら
に所定時間、第２の受信の監視を行うものであり、前記
距離計測手段が、前記所定時間内に第２の受信がない場
合、前記送信信号の送信から第１の受信までの時間Ｔ１
を基に前記測定対象物までの距離を求め、前記所定時間
内に第２の受信があった場合、前記送信信号の送信から
第２の受信までの時間をＴ２とするとき、Ｔ２−Ｔ１を
基に前記測定対象物までの距離を求めるものである。ま
た、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波
距離計であって、前記受信監視手段が、前記第１の受信
を所定の近距離監視時間内だけ監視するものであるとと
もに、前記近距離監視時間内に前記第１の受信がなかっ
た場合に、さらに所定の遠距離監視時間だけ前記第１の
受信を監視するものであり、前記距離計測手段が、前記
遠距離監視時間内に前記第１の受信があった場合には、
前記送信信号の送信から第１の受信までの時間Ｔ3を基
に前記測定対象物までの距離を求めるものである。ま
た、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波
距離計であって、前記近距離監視時間の最大値および前
記所定時間が前記非感知時間と等しい。
【０００７】
【発明実施の形態】以下に、本発明に係わる超音波距離
計の実施形態について、図に基づいて詳細に説明する。
計の実施形態について、図に基づいて詳細に説明する。
【０００８】図１は、本発明に係わる一実施形態である
超音波距離計における測定部分の各ゲート処理をあらわ
したフローチャート図であり、図２は、本発明に係わる
一実施形態である超音波距離計の回路例である。また本
発明の各ゲート処理はＣＰＵ外部へゲート回路を設けて
も実施可能であるが、ＣＰＵ１５（受信監視手段、距離
計測手段に相当）ですべて処理した場合を例示して説明
する。
超音波距離計における測定部分の各ゲート処理をあらわ
したフローチャート図であり、図２は、本発明に係わる
一実施形態である超音波距離計の回路例である。また本
発明の各ゲート処理はＣＰＵ外部へゲート回路を設けて
も実施可能であるが、ＣＰＵ１５（受信監視手段、距離
計測手段に相当）ですべて処理した場合を例示して説明
する。
【０００９】図１で、計測部分がスタートしてから、キ
ャンセルゲート１の間隔（非感知時間に相当）、監視ゲ
ート２の最大間隔（近距離監視時間に相当）、監視ゲー
ト３の最大間隔（所定時間に相当）、監視ゲート４の最
大間隔（遠距離監視時間に相当）を設定する（処理１０
１）。このときＣＰＵ１５ですべて処理する為、各ゲー
トの間隔は、繰り返しループの回数で設定し、キャンセ
ルゲート１、監視ゲート２の最大間隔，監視ゲート３は
同じ間隔となるように設定される。
ャンセルゲート１の間隔（非感知時間に相当）、監視ゲ
ート２の最大間隔（近距離監視時間に相当）、監視ゲー
ト３の最大間隔（所定時間に相当）、監視ゲート４の最
大間隔（遠距離監視時間に相当）を設定する（処理１０
１）。このときＣＰＵ１５ですべて処理する為、各ゲー
トの間隔は、繰り返しループの回数で設定し、キャンセ
ルゲート１、監視ゲート２の最大間隔，監視ゲート３は
同じ間隔となるように設定される。
【００１０】次に超音波を送出するため、ＣＰＵ１５は
図２の送信回路１２へ超音波パルス送出命令信号を出力
すると同時に超音波の反射時間計測用のタイマをスター
トする（処理１０２）。
図２の送信回路１２へ超音波パルス送出命令信号を出力
すると同時に超音波の反射時間計測用のタイマをスター
トする（処理１０２）。
【００１１】送出された超音波の計測対象による反射波
が超音波振動子１１で受信されると、受信回路１３を通
じてコンパレータ１４により反射信号が出力されるが、
ＣＰＵ１５は、回り込み、又は超音波振動子１１の残響
信号を反射信号と間違えないように、キャンセルゲート
１の期間中、反射信号が得られるコンパレータ１４の出
力信号を読み込むのを待つ（処理１０３，１０４）。こ
のときキャンセルゲート１の開始は超音波送出と同時に
設定する。
が超音波振動子１１で受信されると、受信回路１３を通
じてコンパレータ１４により反射信号が出力されるが、
ＣＰＵ１５は、回り込み、又は超音波振動子１１の残響
信号を反射信号と間違えないように、キャンセルゲート
１の期間中、反射信号が得られるコンパレータ１４の出
力信号を読み込むのを待つ（処理１０３，１０４）。こ
のときキャンセルゲート１の開始は超音波送出と同時に
設定する。
【００１２】次にＣＰＵ１５は、監視ゲート２をスター
トし、反射信号の読み込みを開始する（処理１０５、１
０６、１０７、１０８のループ）。まず監視ゲート２の
期間中に反射信号を読み込んだ場合、超音波送出から反
射信号を読み込むまでの時間としてタイマの値を読み込
み、Ｔ１として記憶する（処理２０１）。このときこの
反射信号は測定物からの１次反射か２次、３次反射であ
るか判断できない。
トし、反射信号の読み込みを開始する（処理１０５、１
０６、１０７、１０８のループ）。まず監視ゲート２の
期間中に反射信号を読み込んだ場合、超音波送出から反
射信号を読み込むまでの時間としてタイマの値を読み込
み、Ｔ１として記憶する（処理２０１）。このときこの
反射信号は測定物からの１次反射か２次、３次反射であ
るか判断できない。
【００１３】よって、ＣＰＵ１５はキャンセルゲート１
と同じ時間間隔の監視ゲート３をスタートする（処理２
０２、２０３，２０４，２０５のループ）。この間に多
重反射の次の反射を読み込めば、時間Ｔ１に読み込んだ
信号は多重反射の１部であることが分かり（この場合の
時間Ｔ１が本発明の時間ｔnに相当）、このとき読み込
んだタイマ値Ｔ２（本発明の時間ｔn+1に相当）（処理
２０６）より、超音波の正確な反射時間ＴはＴ＝Ｔ２−
Ｔ１（＝ｔn+1−ｔn）で得られる（処理２０７）。
と同じ時間間隔の監視ゲート３をスタートする（処理２
０２、２０３，２０４，２０５のループ）。この間に多
重反射の次の反射を読み込めば、時間Ｔ１に読み込んだ
信号は多重反射の１部であることが分かり（この場合の
時間Ｔ１が本発明の時間ｔnに相当）、このとき読み込
んだタイマ値Ｔ２（本発明の時間ｔn+1に相当）（処理
２０６）より、超音波の正確な反射時間ＴはＴ＝Ｔ２−
Ｔ１（＝ｔn+1−ｔn）で得られる（処理２０７）。
【００１４】監視ゲート３の期間中に次の反射信号が得
られない場合、Ｔ１は１次反射の時間であることがわか
り、反射時間Ｔ＝Ｔ１となる（処理２０７）。
られない場合、Ｔ１は１次反射の時間であることがわか
り、反射時間Ｔ＝Ｔ１となる（処理２０７）。
【００１５】監視ゲート２の期間中に反射信号が得られ
ないときＣＰＵ１５は、遠距離監視用の監視ゲート４を
スタートする（処理１０９）。この期間反射信号があれ
ば、タイマ値Ｔ３を読み込み、反射時間Ｔ＝Ｔ３となる
（処理３０１）。
ないときＣＰＵ１５は、遠距離監視用の監視ゲート４を
スタートする（処理１０９）。この期間反射信号があれ
ば、タイマ値Ｔ３を読み込み、反射時間Ｔ＝Ｔ３となる
（処理３０１）。
【００１６】監視ゲート４の期間中に反射信号が得られ
ないとき、設定した範囲のなかには測定物は無いとして
計測処理を終了する（処理１１３）。以上のように、比
較的近距離の場合測定物からの多重反射を監視ゲート２
の時間内で検出したとき、その反射波が測定物からの第
一反射であるかどうかを判断するため、キャンセルゲー
ト１と同じ長さの監視ゲート３をスタートさせる。この
とき監視ゲート３の時間内に再度反射波を受信すれば、
キャンセルゲート１の時間内に最初の反射波が存在し、
監視ゲート２で検出した受信波は多重反射の一部である
と判断でき、監視ゲート２と監視ゲート３で検出した反
射波の時間差より測定物までの正確な距離を算出するこ
とができる。又、監視ゲート３の時間内に次の反射がな
い場合、多重反射かもしれない反射波と次の反射波の間
隔はキャンセルゲート１の時間以上はなれていることに
なり、監視ゲート２で検出した反射波が測定物からの第
一反射であると判断でき、送出してから監視ゲート２で
受信するまでの時間で距離を算出することができる。さ
らに、監視ゲート２はキャンセルゲート１の時間内に存
在するかも知れない第一反射以降の多重反射を監視する
目的であるため、監視ゲート２の時間内に反射波がない
場合、最長でキャンセルゲート１と同じ時間とすること
で、不必要に監視ゲート２が長くなることを防ぐことが
できる。
ないとき、設定した範囲のなかには測定物は無いとして
計測処理を終了する（処理１１３）。以上のように、比
較的近距離の場合測定物からの多重反射を監視ゲート２
の時間内で検出したとき、その反射波が測定物からの第
一反射であるかどうかを判断するため、キャンセルゲー
ト１と同じ長さの監視ゲート３をスタートさせる。この
とき監視ゲート３の時間内に再度反射波を受信すれば、
キャンセルゲート１の時間内に最初の反射波が存在し、
監視ゲート２で検出した受信波は多重反射の一部である
と判断でき、監視ゲート２と監視ゲート３で検出した反
射波の時間差より測定物までの正確な距離を算出するこ
とができる。又、監視ゲート３の時間内に次の反射がな
い場合、多重反射かもしれない反射波と次の反射波の間
隔はキャンセルゲート１の時間以上はなれていることに
なり、監視ゲート２で検出した反射波が測定物からの第
一反射であると判断でき、送出してから監視ゲート２で
受信するまでの時間で距離を算出することができる。さ
らに、監視ゲート２はキャンセルゲート１の時間内に存
在するかも知れない第一反射以降の多重反射を監視する
目的であるため、監視ゲート２の時間内に反射波がない
場合、最長でキャンセルゲート１と同じ時間とすること
で、不必要に監視ゲート２が長くなることを防ぐことが
できる。
【００１７】
【発明の効果】請求項１ないし請求項４に記載の超音波
距離計は、非感知時間の時間間隔にとらわれることな
く、近距離も正確に測定することが出来る。特に、請求
項４に記載の超音波距離計によれば、比較的近距離の場
合測定物からの多重反射を近距離監視時間内で検出した
とき、その反射波が測定物からの１次反射であるかどう
かを判断するため、非感知時間と同じ長さ（所定時間）
の監視をスタートさせる。この所定時間内に再度反射波
を受信すれば、非感知時間内に最初の反射波が存在し、
近距離監視時間内に検出した受信波は多重反射のｎ（２
以上の整数）次反射であると判断でき、両検出反射波の
時間差Ｔ２−Ｔ１より測定物までの正確な距離を算出す
ることができる。又、上記所定時間内に次の反射がない
場合、多重反射かもしれない反射波と次の反射波の間隔
が非感知時間以上は離れていることになり、近距離監視
時間内で検出した反射波が測定物からの１次反射である
と判断でき、送出してから近距離監視時間内で受信する
までの時間Ｔ１で距離を算出することができる。さら
に、近距離監視時間内の監視は非感知時間内に存在する
かも知れない１次反射以降の多重反射を監視する目的で
あるため、近距離監視時間内に反射波がない場合、最長
で非感知時間と同じ時間とすることで、不必要に近距離
監視時間が長くなることを防ぐことができる。
距離計は、非感知時間の時間間隔にとらわれることな
く、近距離も正確に測定することが出来る。特に、請求
項４に記載の超音波距離計によれば、比較的近距離の場
合測定物からの多重反射を近距離監視時間内で検出した
とき、その反射波が測定物からの１次反射であるかどう
かを判断するため、非感知時間と同じ長さ（所定時間）
の監視をスタートさせる。この所定時間内に再度反射波
を受信すれば、非感知時間内に最初の反射波が存在し、
近距離監視時間内に検出した受信波は多重反射のｎ（２
以上の整数）次反射であると判断でき、両検出反射波の
時間差Ｔ２−Ｔ１より測定物までの正確な距離を算出す
ることができる。又、上記所定時間内に次の反射がない
場合、多重反射かもしれない反射波と次の反射波の間隔
が非感知時間以上は離れていることになり、近距離監視
時間内で検出した反射波が測定物からの１次反射である
と判断でき、送出してから近距離監視時間内で受信する
までの時間Ｔ１で距離を算出することができる。さら
に、近距離監視時間内の監視は非感知時間内に存在する
かも知れない１次反射以降の多重反射を監視する目的で
あるため、近距離監視時間内に反射波がない場合、最長
で非感知時間と同じ時間とすることで、不必要に近距離
監視時間が長くなることを防ぐことができる。
【図１】 本発明に係わる一実施形態である超音波距離
計における測定部分の各ゲート処理をあらわしたフロー
チャート図である。
計における測定部分の各ゲート処理をあらわしたフロー
チャート図である。
【図２】 本発明に係わる一実施形態である超音波距離
計の回路例である。
計の回路例である。
１１ 超音波振動子 １２ 送信回路 １３ 受信回路 １４ コンパレータ １５ ＣＰＵ
Claims (4)
- 【請求項１】 パルス状の超音波信号である送信信号を
測定対象物に向けて送信し、反射信号の受信を所定時間
受け付けない非感知時間の後に、前記受信を監視し、前
記受信までの時間により前記測定対象物までの距離を計
測する超音波距離計において、 受信した反射信号の前記測定対象物と前記超音波距離計
との間の多重反射の次数が１次であるか、２次以上であ
るかを検出し、 前記次数が１次である場合には、送信から受信までの時
間を基に前記測定対象物までの距離を求め、 前記次数が２次以上である場合には、前記次数をｎ（２
以上の整数）次と表すとともに、送信からｎ次反射信号
の受信までの時間をｔnとするとき、ｔn+1−ｔnを基に
前記測定対象物までの距離を求めることを特徴とする超
音波距離計。 - 【請求項２】 パルス状の超音波信号である送信信号を
測定対象物に向けて送信し、反射信号の受信を所定時間
受け付けない非感知時間の後に、受信監視手段により前
記受信を監視し、前記受信までの時間を基に距離計測手
段により前記測定対象物までの距離を計測する超音波距
離計において、 前記受信監視手段が、第１の受信の後、さらに所定時
間、第２の受信の監視を行うものであり、 前記距離計測手段が、 前記所定時間内に第２の受信がない場合、前記送信信号
の送信から第１の受信までの時間Ｔ１を基に前記測定対
象物までの距離を求め、 前記所定時間内に第２の受信があった場合、前記送信信
号の送信から第２の受信までの時間をＴ２とするとき、
Ｔ２−Ｔ１を基に前記測定対象物までの距離を求めるも
のであることを特徴とする超音波距離計。 - 【請求項３】 請求項２に記載の超音波距離計であっ
て、 前記受信監視手段が、 前記第１の受信を所定の近距離監視時間内だけ監視する
ものであるとともに、前記近距離監視時間内に前記第１
の受信がなかった場合に、さらに所定の遠距離監視時間
だけ第１の受信を監視するものであり、 前記距離計測手段が、 前記遠距離監視時間内に第１の受信があった場合には、
前記送信信号の送信から第１の受信までの時間Ｔ3を基
に前記測定対象物までの距離を求めるものであることを
特徴とする超音波距離計。 - 【請求項４】 請求項３に記載の超音波距離計であっ
て、 前記近距離監視時間の最大値および前記所定時間が前記
非感知時間と等しいことを特徴とする超音波距離計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279240A JP2002090452A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 超音波距離計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279240A JP2002090452A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 超音波距離計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002090452A true JP2002090452A (ja) | 2002-03-27 |
Family
ID=18764274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000279240A Pending JP2002090452A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 超音波距離計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002090452A (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008180532A (ja) * | 2007-01-23 | 2008-08-07 | Mitsubishi Electric Corp | 距離測定装置 |
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