JP2003156561A - Method and device for ultrasonic wave distance measurement - Google Patents

Method and device for ultrasonic wave distance measurement

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JP2003156561A
JP2003156561A JP2001354084A JP2001354084A JP2003156561A JP 2003156561 A JP2003156561 A JP 2003156561A JP 2001354084 A JP2001354084 A JP 2001354084A JP 2001354084 A JP2001354084 A JP 2001354084A JP 2003156561 A JP2003156561 A JP 2003156561A
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JP
Japan
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time
threshold level
echo
level
reception
Prior art date
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Application number
JP2001354084A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Horiuchi
秀樹 堀内
Masayoshi Tanaka
正吉 田中
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Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic wave distance measuring method and a device thereof, capable of accurately measuring a distance from a target only by judging the level of a received echo, with no AGC required. SOLUTION: The received echo is discriminated for three different threshold levels (TH). Based on both a time T1 starting from the time point of transmission through the time point which exceeds a first TH and a time T2 starting from the time point of transmission through the time point which exceeds a second TH, a time T0 starting from the time point of transmission through the time point of rising of the received echo is calculated by linear approximation, for measuring a distance. If the received echo exceeds a third TH, distance measurement result is assumed to be varid while it is assumed to be invalid if the received echo does not exceed the third TH.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を送信しタ
ーゲットからの反射波を受信するまでの時間から距離を
測定する超音波距離測定方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic distance measuring method and apparatus for measuring a distance from a time until ultrasonic waves are transmitted and reflected waves from a target are received.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来からターゲットまでの距離を測定す
るために、超音波を利用した距離測定装置が広く使用さ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a distance measuring device utilizing ultrasonic waves has been widely used to measure a distance to a target.

【0003】図7は、従来から一般的に用いられている
超音波距離測定装置のブロック構成を示す図であり、ま
た図8は距離測定動作を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram showing a block configuration of an ultrasonic distance measuring device generally used conventionally, and FIG. 8 is a diagram for explaining a distance measuring operation.

【0004】図7において、中央演算処理装置(以下、
CPU)71は発振器72からの基準クロック信号に基
づいて動作する。ターゲットまでの距離測定に際して
は、まずCPU71から送信トリガが駆動信号発生回路
73に与えられこれに基づいて形成された所定周波数の
バースト信号が電力増幅回路74で増幅され、送受切替
器75を介して超音波センサ76に供給される。なお、
駆動信号発生回路73,電力増幅回路74で送信回路が
構成されている。
In FIG. 7, a central processing unit (hereinafter,
The CPU 71 operates based on the reference clock signal from the oscillator 72. When measuring the distance to the target, first, a transmission trigger is given from the CPU 71 to the drive signal generation circuit 73, and a burst signal of a predetermined frequency formed based on this is amplified by the power amplification circuit 74 and transmitted via the transmission / reception switch 75. It is supplied to the ultrasonic sensor 76. In addition,
The drive signal generation circuit 73 and the power amplification circuit 74 constitute a transmission circuit.

【0005】超音波センサ76はバースト信号により駆
動され、超音波センサ76からターゲットに向けて送信
パルスが送信される。送信パルスはターゲットで反射さ
れ超音波エコーが超音波センサ76で受信され、電気信
号に変換されて受信エコーが送受切替器75を介して受
信回路に供給される。
The ultrasonic sensor 76 is driven by a burst signal, and the ultrasonic sensor 76 transmits a transmission pulse toward a target. The transmission pulse is reflected by the target, the ultrasonic echo is received by the ultrasonic sensor 76, converted into an electric signal, and the received echo is supplied to the reception circuit via the transmission / reception switch 75.

【0006】受信エコーは、受信回路のバンドパスフィ
ルタ77で帯域外のノイズが除去され、増幅回路78で
増幅され、検波回路79で検波されてレベル比較回路8
0に供給される。このレベル比較回路80は、スレッシ
ョルドレベルTHが設定されており検波回路79からの
検波出力がスレッショルドレベルTHと比較され、スレ
ッショルドレベルTHを越えたときにCPU71にレベ
ル比較信号を供給する。CPU71では、送信トリガの
発生時からレベル比較信号を受けるまでの時間Tに基づ
いて、この距離測定装置からターゲットまでの距離を測
定し、表示器81に測定された距離を表示する。
The received echo has a bandpass filter 77 of the receiving circuit to remove noise outside the band, is amplified by an amplifying circuit 78, is detected by a detecting circuit 79, and is compared with the level comparing circuit 8
Supplied to zero. The level comparison circuit 80 is set with a threshold level TH, the detection output from the detection circuit 79 is compared with the threshold level TH, and supplies a level comparison signal to the CPU 71 when the detection output exceeds the threshold level TH. The CPU 71 measures the distance from the distance measuring device to the target based on the time T from the generation of the transmission trigger to the reception of the level comparison signal, and displays the measured distance on the display 81.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この距離測定におい
て、ターゲットの形状(凹凸など)・材質や距離によっ
て受信エコーのレベルが大きく変動することがある。特
に、近距離ターゲット(例えば、凹凸の激しい路面での
車高計測など)では、エコーレベルが安定しない場合に
は距離測定結果に大きな誤差が生じる原因となる。
In this distance measurement, the level of the received echo may vary greatly depending on the shape (concavities and convexities), material and distance of the target. In particular, with a short-range target (for example, vehicle height measurement on a road surface with severe unevenness), when the echo level is not stable, it causes a large error in the distance measurement result.

【0008】この状態を図8を参照して説明する。超音
波パルスを送信してから受信したエコーが、レベル比較
回路80におけるスレッショルドレベルTHを越えるま
での時間Tによりターゲットまでの距離を求めている。
受信エコー波形は一般的に、超音波センサ76の特性
や、バンドパスフィルタを含む受信回路などの特性によ
り、その立ち上がり及び立ち下がりに遅延を伴う。この
ため、エコーのレベルが高い実線で示す波形イの場合
と、エコーのレベルが低い破線で示す波形ロの場合とで
は、受信エコーがスレッショルドレベルTHを越える時
間が大きく異なるから、必然的にエコーレベルの高低に
より距離測定値が大きく変化してしまう。特に、近距離
のターゲットを測定する場合には、大きな誤差を含むこ
とになる。
This state will be described with reference to FIG. The distance to the target is obtained from the time T until the echo received after transmitting the ultrasonic pulse exceeds the threshold level TH in the level comparison circuit 80.
The received echo waveform generally has a delay in its rising and falling due to the characteristics of the ultrasonic sensor 76 and the characteristics of the receiving circuit including a bandpass filter. For this reason, the time when the received echo exceeds the threshold level TH is greatly different between the case of the waveform B indicated by the solid line having a high echo level and the case of the waveform B indicated by the broken line having a low echo level. The distance measurement value changes greatly depending on the level. In particular, when measuring a target at a short distance, a large error will be included.

【0009】この問題を解決するために、図7のよう
に、受信回路を構成するバンドパスフィルタ77,増幅
回路78、検波回路79に、さらにAGC検波回路82
を設け、増幅回路78の増幅度を制御できるようにす
る。そして、検波回路79のエコーレベル(ピーク値)
が一定値になるように自動利得制御(以下、AGC)を
行うようにしている。即ち、AGCの回路構成は、受信
されたエコーレベルが大きいときにはフィードバックを
かけて増幅回路78のゲインを低下させ、エコーレベル
が小さいときには逆に増幅回路78のゲインを上昇させ
る。つまり増幅回路78の増幅度を自動的に制御し出力
レベルを一定にするように動作する。しかし、出力をフ
ィードバックしているためエコーレベル(ピーク値)の
変動が激しい場合には出力レベルを一定に保つことが難
しいという問題がある。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 7, a bandpass filter 77, an amplifier circuit 78, a detection circuit 79, and a AGC detection circuit 82 which form a reception circuit.
Is provided so that the amplification degree of the amplifier circuit 78 can be controlled. Then, the echo level (peak value) of the detection circuit 79
The automatic gain control (to be referred to as AGC hereinafter) is performed so that is a constant value. That is, the AGC circuit configuration reduces the gain of the amplification circuit 78 by feeding back when the received echo level is high, and conversely increases the gain of the amplification circuit 78 when the echo level is low. That is, it operates so as to automatically control the amplification degree of the amplifier circuit 78 and keep the output level constant. However, since the output is fed back, there is a problem that it is difficult to keep the output level constant when the echo level (peak value) fluctuates significantly.

【0010】また、AGCを行うために回路規模も大き
くなり、回路実装面積が増大し、コストアップにつなが
るという欠点もある。
Further, there is a drawback that the circuit scale becomes large due to the AGC, the circuit mounting area increases, and the cost increases.

【0011】本発明は上述のような問題点に鑑みて、A
GCを不要とし、かつ受信したエコーのレベル判断のみ
により、ターゲットまでの距離を正確に測定することが
可能な超音波距離測定方法及びその装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems.
An object of the present invention is to provide an ultrasonic distance measuring method and an apparatus therefor, which can accurately measure the distance to a target by eliminating the need for GC and only by judging the level of the received echo.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の超音波距離測
定方法は、超音波パルスの送信時点から、この超音波パ
ルスがターゲットで反射した受信エコーの受信時点まで
の時間によりターゲットまでの距離を測定する超音波距
離測定方法において、受信エコーを少なくとも3つの異
なる第1スレッショルドレベル乃至第3スレッショルド
レベルで判定し、受信エコーが、送信時点から第1スレ
ッショルドレベルを超えた時点までの時間と、送信時点
から前記第1スレッショルドレベルより大きい第2スレ
ッショルドレベルを越えた時点までの時間とから、直線
近似により送信時点から前記受信エコーの立ち上がり時
点までの時間を演算し、受信エコーが前記第2スレッシ
ョルドレベルより大きい第3スレッショルドレベルを越
えた場合に、演算により求められた前記立ち上がり時点
を前記受信エコーの受信時点とする一方、前記受信エコ
ーが前記第3スレッショルドレベルを越えない場合に
は、前記立ち上がり時点を無効とすることを特徴とす
る。
An ultrasonic distance measuring method according to a first aspect of the present invention is a method for measuring a distance to a target by a time from a transmission time point of an ultrasonic pulse to a reception time point of a reception echo reflected by the ultrasonic pulse at the target. In the ultrasonic distance measuring method for measuring, the reception echo is determined at at least three different first threshold levels to third threshold levels, and the reception echo has a time from a transmission time point to a time point exceeding the first threshold level, and The time from the transmission time to the rising edge of the reception echo is calculated by linear approximation from the time from the transmission time to the time when the second threshold level which is higher than the first threshold level is exceeded, and the reception echo changes to the second threshold. Calculated when the 3rd threshold level, which is higher than the level, is exceeded While more the obtained the rising time and the reception time of the received echo, when said received echo does not exceed said third threshold level, characterized by a disabling said rise time.

【0013】請求項1の超音波距離測定方法によれば、
受信エコーの立ち上がり時点を、第1スレッショルドレ
ベルを超えた時点と第2スレッショルドレベルを越えた
時点とから演算により求めるから、AGC等の複雑な回
路を用いることなく、受信エコーレベルが常に変動する
状況下においても、送信時点から受信時点までの時間を
正確に得ることができる。したがって、エコーレベルの
変動が激しい近距離ターゲットの距離測定を精度よく行
うことができる。また、受信エコーが第3スレッショル
ドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上がり
時点を受信時点として取得するから、距離測定の信頼性
を確保することができる。
According to the ultrasonic distance measuring method of claim 1,
Since the rising time of the reception echo is calculated from the time when the first threshold level is exceeded and the time when the second threshold level is exceeded, the reception echo level constantly fluctuates without using a complicated circuit such as AGC. Even under the time, the time from the transmission time to the reception time can be accurately obtained. Therefore, it is possible to accurately measure the distance of the short-range target in which the echo level varies greatly. Further, since the rising time of the received echo is acquired as the received time only when the received echo exceeds the third threshold level, the reliability of distance measurement can be ensured.

【0014】請求項2の超音波距離測定装置は、送信パ
ルスを発生する送信手段と、この送信手段からの送信パ
ルスを超音波パルスとして送信し、ターゲットで反射し
た反射波を受信して受信エコーを出力する超音波センサ
手段と、この超音波センサ手段からの受信エコーを検波
する検波手段と、検波された受信エコーと少なくとも3
つの順次レベルが大きい第1スレッショルドレベル乃至
第3スレッショルドレベルとをそれぞれ比較し、比較結
果を出力するレベル比較手段と、前記送信回路に送信ト
リガを与え、時間計測を行うとともに、判断、制御機能
を有する制御手段とを備え、前記制御手段は、受信エコ
ーが、送信トリガ時点から前記第1スレッショルドレベ
ルを超えた時点までの時間と、送信トリガ時点から前記
第2スレッショルドレベルを越えた時点までの時間とか
ら、直線近似により送信トリガ時点から受信エコーの立
ち上がり時点までの時間を演算し、かつ受信エコーが前
記第3スレッショルドレベルを越えた場合に、前記立ち
上がり時点を受信エコーの受信時点として、ターゲット
までの距離を測定する一方、受信エコーが前記第3スレ
ッショルドレベルを越えない場合に、ターゲットまでの
距離測定を行わないことを特徴とする。
An ultrasonic distance measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is a transmission means for generating a transmission pulse, a transmission pulse from the transmission means is transmitted as an ultrasonic pulse, and a reflected wave reflected by a target is received to receive echo. An ultrasonic sensor means for outputting, a detecting means for detecting a reception echo from the ultrasonic sensor means, and a detected reception echo for at least 3
The first threshold level to the third threshold level, which have a large sequential level, are compared with each other, and a level comparison means for outputting a comparison result and a transmission trigger are given to the transmission circuit to measure a time, and at the same time, a judgment and control function is provided. And a time from the time when the transmission echo exceeds the first threshold level to the time when the reception echo exceeds the first threshold level, and a time from the time when the transmission trigger exceeds the second threshold level to the time when the transmission echo exceeds the second threshold level. From the above, the time from the transmission trigger time to the rising time of the reception echo is calculated by linear approximation, and when the reception echo exceeds the third threshold level, the rising time is taken as the reception time of the reception echo to the target. While measuring the distance of the received echo, the received echo is equal to the third threshold level. If not exceeded, characterized in that it does not perform a distance measurement to the target.

【0015】請求項2の超音波距離測定装置によれば、
受信エコーをレベル比較手段で第1乃至第3スレッショ
ルドレベルと比較し、制御手段でそれらの比較結果に基
づいて受信エコーの立ち上がり時点を演算して距離を測
定するから、AGC等の複雑な回路を用いることなく、
受信エコーレベルが常に変動する状況下においても、タ
ーゲットまでの距離を精度よく得ることができる。特
に、エコーレベルの変動が激しい近距離ターゲットの距
離測定に好適である。また、受信エコーが第3スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 2,
The level comparison means compares the received echo with the first to third threshold levels, and the control means calculates the rising time of the received echo based on the comparison result to measure the distance. Therefore, a complicated circuit such as AGC is used. Without using
The distance to the target can be accurately obtained even in a situation where the received echo level constantly fluctuates. In particular, it is suitable for distance measurement of a short-range target in which the echo level varies greatly. Further, since the rising time of the received echo is acquired as the received time only when the received echo exceeds the third threshold level, the reliability of distance measurement can be ensured.

【0016】請求項3の超音波距離測定装置は、請求項
2の超音波距離測定装置において、前記レベル比較手段
は、受信エコー毎に前記第1スレッショルドレベル乃至
第3スレッショルドレベルのうちのいずれかがスレッシ
ョルドレベルとして設定可能であり、前記制御手段は、
前記レベル比較手段に前記第1スレッショルドレベル乃
至第3スレッショルドレベルのうちのいずれかをスレッ
ショルドレベルとして設定することを特徴とする。
An ultrasonic distance measuring apparatus according to a third aspect is the ultrasonic distance measuring apparatus according to the second aspect, wherein the level comparing means is any one of the first threshold level to the third threshold level for each received echo. Can be set as a threshold level, the control means,
It is characterized in that any one of the first to third threshold levels is set as the threshold level in the level comparing means.

【0017】請求項3の超音波距離測定装置によれば、
超音波パルスの送信毎に、比較手段のスレッショルドレ
ベルを第1、第2、第3スレッショルドレベルに順次変
更して設定し、各受信エコーの受信毎に1つのレベル判
定を行うから、レベル比較手段及び時間計測手段を、例
えば単一の比較器、カウンタ等の、簡素な構成とするこ
とができ、装置構成を小さくすることができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 3,
Each time an ultrasonic pulse is transmitted, the threshold level of the comparing means is sequentially changed and set to the first, second and third threshold levels, and one level judgment is made for each reception of each received echo. Also, the time measuring means can have a simple structure such as a single comparator and a counter, and the device structure can be reduced.

【0018】請求項4の超音波距離測定装置は、請求項
2の超音波距離測定装置において、前記レベル比較手段
は、前記第1スレッショルドレベルに設定されている第
1比較器と、前記第2スレッショルドレベルに設定され
ている第2比較器と、前記第3スレッショルドレベルに
設定されている第3比較器とを有することを特徴とす
る。
An ultrasonic distance measuring apparatus according to a fourth aspect is the ultrasonic distance measuring apparatus according to the second aspect, wherein the level comparing means has a first comparator set to the first threshold level, and the second comparator. It is characterized by having a second comparator set to a threshold level and a third comparator set to the third threshold level.

【0019】請求項4の超音波距離測定装置によれば、
レベル比較手段にスレッショルドレベル毎に比較器を設
けて、受信エコー毎に多段階のレベル比較を行うから、
短い時間で距離測定結果を得ることができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 4,
By providing a comparator for each threshold level in the level comparing means, and performing multi-step level comparison for each received echo,
The distance measurement result can be obtained in a short time.

【0020】請求項5の超音波距離測定装置は、請求項
2、3または4のいずれかに記載された超音波距離測定
装置において、前記制御手段は、前記送信トリガにより
時間カウントを開始し、前記レベル比較手段の比較結果
出力により時間カウントを停止するカウンタ手段を有
し、このカウンタ手段のカウント値により時間計測を行
うことを特徴とする。
An ultrasonic distance measuring apparatus according to claim 5 is the ultrasonic distance measuring apparatus according to any one of claims 2, 3 and 4, wherein the control means starts time counting by the transmission trigger, It is characterized in that it has a counter means for stopping the time counting by the comparison result output of the level comparing means, and measures the time by the count value of the counter means.

【0021】請求項5の超音波距離測定装置によれば、
送信トリガにより時間カウントを開始し、レベル比較手
段の比較結果出力により時間カウントを停止するカウン
タ手段で時間計測を行うから、受信エコーをディジタル
信号に変換することなくアナログ信号のままで処理で
き、所要の分解能を持つクロック信号をカウントするだ
けで精度よく時間を測定できる。また、制御手段に、高
速動作の高価なCPUなどは不要であり、比較的低速の
安価なCPUなどの制御装置により構成することができ
る。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 5,
Since the time counting is started by the transmission trigger, and the time counting is stopped by the comparison result output of the level comparing means, the time is measured by the counter means. It is possible to measure the time accurately by simply counting the clock signals with the resolution of. Further, the control means does not require an expensive CPU that operates at high speed, and can be configured by a control device such as an inexpensive CPU that operates at a relatively low speed.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0023】本発明の超音波距離測定方法及び装置にお
ける基本的な考え方を図1を参照して説明する。超音波
送信パルスに対する受信エコーEを少なくとも3つの異
なる第1スレッショルドレベルTH1乃至第3スレッシ
ョルドレベルTH3で判定する。なお、TH1<TH2
<TH3に設定されている。
The basic concept of the ultrasonic distance measuring method and apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The reception echo E for the ultrasonic transmission pulse is determined at at least three different first threshold levels TH1 to TH3. In addition, TH1 <TH2
<TH3 is set.

【0024】まず、受信エコーEが、送信時点tsから
第1スレッショルドレベルTH1を超えた時点t1まで
の時間T1と、送信時点tsから第2スレッショルドレ
ベルTH2を越えた時点t2までの時間T2とを求め
る。
First, the reception echo E has a time T1 from the transmission time ts to the time t1 when it exceeds the first threshold level TH1 and a time T2 from the transmission time ts to the time t2 when it exceeds the second threshold level TH2. Ask.

【0025】つぎに、受信エコーEの立ち上がりに三角
形の相似を適用して、直線近似により送信時点tsから
受信エコーEの立ち上がり時点t0までの時間T0を演
算する。即ち、TH2:TH1=(T2−T0):(T
1−T0)より、時間T0を求める。この時間T0が、
ターゲットまでの超音波パルスの往復に要した時間であ
る。
Next, a triangle similarity is applied to the rising of the reception echo E, and the time T0 from the transmission time ts to the rising time t0 of the reception echo E is calculated by linear approximation. That is, TH2: TH1 = (T2-T0) :( T
The time T0 is calculated from (1-T0). This time T0
This is the time required to make a round trip of the ultrasonic pulse to the target.

【0026】つぎに、受信エコーEが、適宜その大きさ
を決めている第3スレッショルドレベルTH3を越えた
場合に、直線近似が妥当性を有するとして、演算により
求められている立ち上がり時点t0(即ち時間T0)を
受信エコーEの受信時点として、距離測定を行う。
Next, when the received echo E exceeds the third threshold level TH3, the magnitude of which is appropriately determined, it is assumed that the linear approximation is valid, and the rising time point t0 (that is, calculated) is calculated. The distance is measured with the time T0) as the reception time of the reception echo E.

【0027】しかし、同図中に破線で示すように、受信
エコーEが第3スレッショルドレベルTH3に達しない
ときには、直線近似が妥当性を欠き、立ち上がり時点t
0′に誤差を多く含むことになる。つまり、実線で示さ
れる正常なエコーレベルである場合の立ち上がり時点t
0と比較して明白なように、受信エコーEが、送信時点
tsから第1スレッショルドレベルTH1を超えた時点
t1′までの時間T1′と、送信時点tsから第2スレ
ッショルドレベルTH2を越えた時点t2′までの時間
T2′に基づいて演算した立ち上がり時点t0′は本当
の立ち上がり時点からずれており、距離測定に大きな誤
差を生じることになる。したがって、求めた立ち上がり
時点t0′(即ち時間T0′)を無効とする。即ち、こ
の場合には、ターゲットまでの距離は求めないか、求め
たとしても無効とする。
However, as shown by the broken line in the figure, when the received echo E does not reach the third threshold level TH3, the linear approximation is not appropriate and the rising time t.
A lot of errors are included in 0 '. That is, the rising time point t when the echo level is normal indicated by the solid line
As apparent from comparison with 0, the time T1 ′ from the transmission time ts to the time t1 ′ when the reception echo E exceeds the first threshold level TH1 and the time T1 ′ from the transmission time ts to the second threshold level TH2. The rising time point t0 'calculated based on the time T2' up to t2 'is deviated from the true rising time point, which causes a large error in the distance measurement. Therefore, the obtained rising time t0 '(that is, the time T0') is invalidated. That is, in this case, the distance to the target is not obtained or even if it is obtained, it is invalid.

【0028】このようにして、本発明では、超音波パル
スの送信時点tsから受信エコーEの受信時点t0まで
の時間により、精度良く且つ信頼性高く、ターゲットま
での距離を測定する。
In this way, according to the present invention, the distance from the ultrasonic pulse transmission time ts to the reception time t0 of the reception echo E is measured accurately and highly reliably to measure the distance to the target.

【0029】図2は、本発明の第1の実施の形態に係る
超音波距離測定装置の全体ブロック構成を示す図であ
り、図3は、その測定動作の手順を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram showing an overall block configuration of the ultrasonic distance measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the procedure of its measuring operation.

【0030】図2において、CPU11は、発振器12
からの基準クロック信号を受け、送信トリガを発生し、
スレッショルドレベルTH(TH1、TH2またはTH
3)を出力するほか、本装置の判断、制御機能を司る。
カウンタ13は、例えば16ビットのバイナリカウンタ
で構成され、発振器12からの計測用クロック信号を受
け、送信トリガによりカウント動作を開始する。そし
て、比較器21からの比較出力によりカウント動作を終
了し、カウント値をラッチして16ビットカウントデー
タとしてCPU11に供給する。これらCPU11,発
振器12,カウンタ13は、制御手段を構成する。
In FIG. 2, the CPU 11 has an oscillator 12
Receives the reference clock signal from the
Threshold level TH (TH1, TH2 or TH
In addition to outputting 3), it controls the judgment and control functions of this device.
The counter 13 is composed of, for example, a 16-bit binary counter, receives a measurement clock signal from the oscillator 12, and starts a counting operation by a transmission trigger. Then, the count operation is terminated by the comparison output from the comparator 21, the count value is latched and supplied to the CPU 11 as 16-bit count data. The CPU 11, the oscillator 12, and the counter 13 constitute control means.

【0031】駆動信号発生回路14は送信トリガを受け
て所定周波数、所定パルス幅の駆動信号を発生し、電力
増幅回路15は、駆動信号を増幅する。この駆動信号発
生回路14と電力増幅回路15は送信回路を構成する。
送受切替器16は電力増幅回路15からの送信パルスを
超音波センサ17に与え、超音波センサ17は超音波パ
ルスをターゲットに向けて送出し、ターゲットで反射さ
れた反射波を受けて受信エコーとして送受切替器16を
介して受信回路に供給する。
The drive signal generation circuit 14 receives a transmission trigger to generate a drive signal having a predetermined frequency and a predetermined pulse width, and the power amplification circuit 15 amplifies the drive signal. The drive signal generation circuit 14 and the power amplification circuit 15 form a transmission circuit.
The transmission / reception switch 16 gives the transmission pulse from the power amplification circuit 15 to the ultrasonic sensor 17, the ultrasonic sensor 17 sends out the ultrasonic pulse toward the target, receives the reflected wave reflected by the target, and receives it as a reception echo. It is supplied to the receiving circuit via the transmission / reception switch 16.

【0032】受信回路は、バンドパスフィルタ18,増
幅回路19、検波回路20で構成されており、検波回路
20から検波された受信エコーEが、比較手段である比
較器21に出力される。なお、増幅回路19は設定され
た増幅度で信号増幅を行うが、AGC動作は行われな
い。
The receiving circuit is composed of a bandpass filter 18, an amplifying circuit 19 and a detecting circuit 20, and the reception echo E detected by the detecting circuit 20 is output to a comparator 21 which is a comparing means. The amplifier circuit 19 amplifies the signal at the set amplification degree, but does not perform the AGC operation.

【0033】図2の距離測定装置でターゲットまでの距
離を測定する手順を説明する。この第1の実施の形態で
は、3回の送受信をセットとして、1回の距離測定を行
う。
A procedure for measuring the distance to the target with the distance measuring device shown in FIG. 2 will be described. In the first embodiment, the distance measurement is performed once by setting transmission and reception three times.

【0034】まず、第1回目の送信に際して、CPU1
1から比較器21に第1スレッショールドレベルTH1
を設定する。そして、CPU11から送信トリガを発生
して、送信回路を駆動して、超音波センサ17から超音
波パルスをターゲットに向けて送出する。また、送信ト
リガは、カウンタ13に与えられ、そのカウント値をリ
セットした後、初期値からカウント動作を開始する。
First, at the time of the first transmission, the CPU 1
1 to the comparator 21 to the first threshold level TH1
To set. Then, the CPU 11 generates a transmission trigger to drive the transmission circuit, and the ultrasonic sensor 17 sends an ultrasonic pulse toward the target. The transmission trigger is given to the counter 13, resets the count value, and then starts the counting operation from the initial value.

【0035】ターゲットで反射された反射波は、超音波
センサ17で受信され、受信回路で検波されて、受信エ
コーEとなり、比較器21に供給される。比較器21の
スレッショルドレベルは、第1スレッショルドレベルT
H1に設定されている。
The reflected wave reflected by the target is received by the ultrasonic sensor 17, detected by the receiving circuit, becomes a reception echo E, and is supplied to the comparator 21. The threshold level of the comparator 21 is the first threshold level T
It is set to H1.

【0036】図3(a)を参照して、受信エコーEが第
1スレッショルドレベルTH1に達した時点t1で、比
較器21から比較結果の信号がカウンタ13に供給され
て、そのカウント動作を停止して、その時点のカウント
値をラッチする。このカウント値は16ビットのカウン
トデータとしてCPU11に入力される。このカウント
値は、送信トリガtsから時点t1までの時間T1に対
応している。なお、TRは、送信波(残響波を含む)で
ある。
Referring to FIG. 3 (a), at time t1 when the received echo E reaches the first threshold level TH1, the comparator 21 supplies the signal of the comparison result to the counter 13 to stop the counting operation. Then, the count value at that time is latched. This count value is input to the CPU 11 as 16-bit count data. This count value corresponds to the time T1 from the transmission trigger ts to the time point t1. TR is a transmission wave (including a reverberation wave).

【0037】つぎに、第2回目の送信が行われる。この
第2回目の送信に際し、CPU111は比較器21に第
2スレッショールドレベルTH2を設定する。この第2
回目の送信及び受信が第1回目と同様に行われ、その結
果、図3(b)のように、受信エコーEが第2スレッシ
ョルドレベルTH2に達した時点t2で、比較器21か
ら比較結果の信号がカウンタ13に供給されて、そのカ
ウント動作が停止されて、そのカウント値がラッチさ
れ、カウントデータとしてCPU11に入力される。こ
のカウント値は、送信トリガtsから時点t2までの時
間T2に対応している。
Next, the second transmission is performed. At the time of the second transmission, the CPU 111 sets the second threshold level TH2 in the comparator 21. This second
The second transmission and reception are performed in the same manner as the first transmission, and as a result, as shown in FIG. 3B, at the time t2 when the reception echo E reaches the second threshold level TH2, the comparison result from the comparator 21 is output. A signal is supplied to the counter 13, the counting operation is stopped, the count value is latched, and the count value is input to the CPU 11. This count value corresponds to the time T2 from the transmission trigger ts to the time point t2.

【0038】これら時間T1,時間T2、第1スレッシ
ョルドレベルTH1及び第2スレッショルドレベルTH
2に基づいて、直線近似により受信エコーEの立ち上が
り時点t0までの時間T0を求める。
These times T1, T2, the first threshold level TH1 and the second threshold level TH
Based on 2, the time T0 until the rising time t0 of the reception echo E is obtained by linear approximation.

【0039】さらに、第3回目の送信が行われる。この
第3回目の送信に際し、CPU11は比較器21に第3
スレッショールドレベルTH3を設定する。この第3回
目の送信及び受信が同様に行われ、その結果、図3
(c)のように、受信エコーEが第3スレッショルドレ
ベルTH3を越えたか否かを判定する。この判定は、第
3スレッショルドレベルTH3を受信エコーEが越えた
ときには、カウンタ13のカウント動作が停止し、その
カウント値が入力されることでCPU11が判定する。
Furthermore, the third transmission is performed. At the time of this third transmission, the CPU 11 makes the comparator 21
Set the threshold level TH3. This third transmission and reception is performed in the same manner, and as a result, as shown in FIG.
As shown in (c), it is determined whether the received echo E has exceeded the third threshold level TH3. This determination is made by the CPU 11 by stopping the counting operation of the counter 13 when the reception echo E exceeds the third threshold level TH3 and inputting the count value.

【0040】受信エコーEが第3スレッショルドレベル
TH3を越えたときには、直線近似が妥当性を有するか
ら、既に求めている立ち上がり時点t0(即ち時間T
0)を受信エコーEの受信時点とし、この時間T0によ
り直ちに、ターゲットまでの距離を求める。
When the received echo E exceeds the third threshold level TH3, the linear approximation is valid, so that the rising time t0 (that is, the time T
0) is the reception time of the reception echo E, and the distance to the target is immediately obtained from this time T0.

【0041】しかし、受信エコーEが第3スレッショル
ドレベルTH3に達しないときには、直線近似が妥当性
を欠き、立ち上がり時点に誤差を多く含むことになるの
で、既に求めている立ち上がり時点t0(即ち時間T
0)を無効とする。即ち、この場合には、ターゲットま
での距離は求めないか、求めたとしても無効とする。
However, when the received echo E does not reach the third threshold level TH3, the linear approximation is not appropriate and the rising time includes many errors.
0) is invalid. That is, in this case, the distance to the target is not obtained or even if it is obtained, it is invalid.

【0042】なお、受信エコーEが第3スレッショルド
レベルTH3に達しないことは、カウンタ13からカウ
ント値がCPU11に入力されないことで判定できる。
あるいは、比較器21の出力を監視して、判定してもよ
い。
The fact that the received echo E does not reach the third threshold level TH3 can be determined by the fact that the count value is not input from the counter 13 to the CPU 11.
Alternatively, the output of the comparator 21 may be monitored to make the determination.

【0043】各スレッショルドレベルとしては、TH1
×2=TH2に設定すると演算が容易になる。また、第
3スレッショルドレベルTH3は、第2スレッショルド
レベルTH2より大きければ大きいほど、立ち上がり時
点に含まれる誤差は小さくなるので好ましい。ただ、第
1スレッショルドレベルTH1及び第2スレッショルド
レベルTH2を安定して検出する観点から、例えば、T
H3=3・TH1、TH2=2・TH1に設定すること
がよい。なお、第1スレッショルドレベルTH1は、タ
ーゲットからの受信エコー以外のノイズを検出しないよ
うに、ノイズレベルの5倍程度はマージンが得られるよ
うに設定すると良い。
As each threshold level, TH1
Setting x2 = TH2 facilitates calculation. Further, the larger the third threshold level TH3 is than the second threshold level TH2, the smaller the error included in the rising time point, which is preferable. However, from the viewpoint of stably detecting the first threshold level TH1 and the second threshold level TH2, for example, T
It is preferable to set H3 = 3 · TH1 and TH2 = 2 · TH1. It should be noted that the first threshold level TH1 may be set so that a margin of about 5 times the noise level can be obtained so that noise other than the received echo from the target is not detected.

【0044】また、スレッショルドレベルの設定は、必
ずしもTH1,TH2、TH3の順に行う必要は、その
順序は逆にするなど任意にすることができる。
The threshold levels need not necessarily be set in the order of TH1, TH2, TH3, but the order can be reversed.

【0045】以上のように、超音波パルスの3回の送受
信により距離測定が一通り終了した後、引き続いて測定
を実施し、複数回の測定結果の平均化処理を行って、測
定距離を得ることが良い。この場合、厳密にはリアルタ
イム測定とはならないが、送受信の周期が短い(周期:
10ms)ため、平均を取る間の各受信エコーのレベル
に実質的な変化は発生しない。
As described above, after the distance measurement has been completed by transmitting and receiving the ultrasonic pulse three times, the measurement is continuously performed, and the measurement results of the plurality of times are averaged to obtain the measured distance. Is good. In this case, it is not strictly real-time measurement, but the transmission / reception cycle is short (cycle:
10 ms), no substantial change occurs in the level of each received echo during the averaging.

【0046】この実施の形態における、具体的な実施例
として、送受信回路の特性は次のように設定することが
できる。また、受信エコーの特性は、その実測した波形
が図4に示されるようになる。 送信周波数・電圧 :800kHz、10波、3
8Vp−p バンドパスフィルタ特性 :740〜860kHz(−
3dB) 増幅回路の利得 :70dB(図4(a))、
74dB(図4(b)) センサの振動子特性 :共振周波数790kHz、
Q=13.2(−3dB)、
Cd=116pF(at 1kHz)
As a concrete example of this embodiment, the characteristics of the transmission / reception circuit can be set as follows. Further, the characteristic of the received echo is such that the actually measured waveform is shown in FIG. Transmission frequency / voltage: 800 kHz, 10 waves, 3
8Vp-p band pass filter characteristic: 740 to 860 kHz (-
3 dB) Gain of amplifier circuit: 70 dB (Fig. 4 (a)),
74 dB (Fig. 4 (b)) Transducer characteristics of sensor: resonance frequency 790 kHz,
Q = 13.2 (-3 dB),
Cd = 116 pF (at 1 kHz)

【0047】特に、この実施例では、近距離ターゲット
までの距離の測定に適合するように超音波センサの振動
子を飽和させないこととし、送信パルスを800kH
z、10波のバースト波としている。これにより、受信
エコーの波形をほぼ三角形状にすることができる。
In particular, in this embodiment, the transducer of the ultrasonic sensor is not saturated so as to be suitable for the measurement of the distance to the short-range target, and the transmission pulse is 800 kH.
z, 10 burst waves. As a result, the waveform of the received echo can be made substantially triangular.

【0048】図4(a)は、増幅回路の利得を70dB
とした場合のエコー波形Eを示しており、増幅回路は飽
和していないので、出力されるエコー波形Eは三角形状
である。
FIG. 4A shows that the gain of the amplifier circuit is 70 dB.
The echo waveform E in the case of is shown. Since the amplifier circuit is not saturated, the output echo waveform E has a triangular shape.

【0049】図4(b)は、増幅回路の利得を74dB
とした場合のエコー波形Eを示しており、増幅回路が飽
和しているのでエコー波形上部がカットされているが、
波形の立ち上がりは鋭いものになっている。
FIG. 4B shows a gain of the amplifier circuit of 74 dB.
The echo waveform E in the case of is shown, and the upper portion of the echo waveform is cut because the amplification circuit is saturated,
The rising edge of the waveform is sharp.

【0050】なお、この図4では、受信回路でのエコー
波形を実測したものであるため、送信パルスTRは小さ
く見え、逆に大きな残響波TR′が観測されている。ま
た、図4(a)、(b)では、ターゲットの位置が異な
っている。
In FIG. 4, since the echo waveform in the receiving circuit is actually measured, the transmission pulse TR looks small and conversely a large reverberation wave TR 'is observed. Further, in FIGS. 4A and 4B, the position of the target is different.

【0051】この第1の実施の形態では、AGC等の複
雑な回路を用いることなく、受信エコーEのレベルが常
に変動する状況下においても、ターゲットまでの距離を
精度よく得ることができる。特に、エコーレベルの変動
が激しい近距離ターゲットの距離測定に好適である。ま
た、受信エコーEが第3スレッショルドレベルTH3を
越える場合にのみ、受信エコーの立ち上がり時点t0を
受信時点として取得するから、距離測定の信頼性を確保
することができる。
In the first embodiment, the distance to the target can be obtained accurately even in a situation where the level of the received echo E constantly fluctuates without using a complicated circuit such as AGC. In particular, it is suitable for distance measurement of a short-range target in which the echo level varies greatly. Further, since the rising time t0 of the reception echo is acquired as the reception time only when the reception echo E exceeds the third threshold level TH3, the reliability of the distance measurement can be ensured.

【0052】また、超音波パルスの送信毎に、比較器2
1のスレッショルドレベルTHを第1、第2、第3スレ
ッショルドレベルに順次変更して設定し、各受信エコー
の受信毎に1つのレベル判定を行うから、単一の比較
器、カウンタ等の、簡素な構成とすることができ、装置
構成を小さくすることができる。
Further, every time the ultrasonic pulse is transmitted, the comparator 2
The threshold level TH of 1 is sequentially changed and set to the first, second, and third threshold levels, and one level judgment is performed for each reception of each received echo, so that a simple comparator, counter, etc. can be used. Therefore, it is possible to reduce the size of the device.

【0053】図5は、本発明の第2の実施の形態に係る
超音波距離測定装置の全体ブロック構成を示す図であ
り、図6は、その測定動作を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram showing the overall block configuration of an ultrasonic distance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining its measuring operation.

【0054】この図5の第2の実施の形態では、超音波
パルスの1回の送受信で距離測定を行うように構成して
いる。そのために、比較手段が、第1スレッショルドレ
ベルに設定されている第1比較器21−1と、第2スレ
ッショルドレベルに設定されている第2比較器21−2
と、第3スレッショルドレベルに設定されている第3比
較器21−3とを有している。
In the second embodiment shown in FIG. 5, the distance is measured by transmitting and receiving the ultrasonic pulse once. For that purpose, the comparison means has a first comparator 21-1 set to the first threshold level and a second comparator 21-2 set to the second threshold level.
And a third comparator 21-3 set to the third threshold level.

【0055】また、制御手段におけるカウンタとして、
第1比較器21−1の比較結果をカウントする第1カウ
ンタ13−1と、第2比較器21−2の比較結果をカウ
ントする第2カウンタ13−2と、第3比較器21−3
の比較結果をカウントする第3カウンタ13−3とを有
している。その他の構成は、図2の第1の実施の形態に
おけると同様である。
Further, as a counter in the control means,
A first counter 13-1 that counts the comparison result of the first comparator 21-1, a second counter 13-2 that counts the comparison result of the second comparator 21-2, and a third comparator 21-3.
And a third counter 13-3 that counts the comparison result of. Other configurations are the same as those in the first embodiment shown in FIG.

【0056】図5において、第1〜第3比較器21−1
〜21−3は、予めそれぞれ第1〜第3スレッショルド
レベルTH1〜TH3に設定されている。CPU11か
ら送信トリガが出力されると、第1〜第3カウンタ13
−1〜13−3は、そのカウント値がリセットされた
後、初期値から同時にカウント動作を開始する。
In FIG. 5, first to third comparators 21-1
21-3 are preset to the first to third threshold levels TH1 to TH3, respectively. When the transmission trigger is output from the CPU 11, the first to third counters 13
After the count value is reset, -1 to 13-3 simultaneously start the count operation from the initial value.

【0057】このとき、送信トリガにより、送信回路を
駆動して、超音波センサ17から超音波送信パルスをタ
ーゲットに向けて送出する。ターゲットで反射された反
射波は、超音波センサ17で受信され、受信回路で検波
されて、受信エコーEとなり、第1〜第3比較器21−
1〜21−3に並列に供給される。
At this time, the transmission circuit is driven by the transmission trigger and the ultrasonic transmission pulse is sent from the ultrasonic sensor 17 toward the target. The reflected wave reflected by the target is received by the ultrasonic sensor 17, detected by the receiving circuit, and becomes the received echo E, which is the first to third comparators 21-.
1 to 21-3 are supplied in parallel.

【0058】図6を参照して、受信エコーEが第1スレ
ッショルドレベルTH1に達した時点t1で、第1比較
器21−1から比較結果の信号が第1カウンタ13−1
に供給されて、そのカウント動作を停止して、その時点
のカウント値をラッチする。このカウント値は16ビッ
トのカウントデータとしてCPU11に入力される。こ
のカウント値は、送信トリガtsから時点t1までの時
間T1に対応している。
Referring to FIG. 6, at the time t1 when the reception echo E reaches the first threshold level TH1, the signal of the comparison result from the first comparator 21-1 is the first counter 13-1.
To stop the counting operation and latch the count value at that time. This count value is input to the CPU 11 as 16-bit count data. This count value corresponds to the time T1 from the transmission trigger ts to the time point t1.

【0059】引き続いて、受信エコーEが第2スレッシ
ョルドレベルTH2に達した時点t2で、第2比較器2
1−2から比較結果の信号が第2カウンタ13−2に供
給されて、そのカウント動作を停止して、その時点のカ
ウント値をラッチする。このカウント値は16ビットの
カウントデータとしてCPU11に入力される。このカ
ウント値は、送信トリガtsから時点t2までの時間T
2に対応している。
Subsequently, at the time t2 when the received echo E reaches the second threshold level TH2, the second comparator 2
The signal of the comparison result is supplied to the second counter 13-2 from 1-2, the counting operation is stopped, and the count value at that time is latched. This count value is input to the CPU 11 as 16-bit count data. This count value is the time T from the transmission trigger ts to the time point t2.
Corresponds to 2.

【0060】更に、受信エコーEが第3スレッショルド
レベルTH3を越えた時点で、第3比較器21−3から
比較結果の信号が第3カウンタ13−3に供給されて、
そのカウント動作が停止し、その時点のカウント値がC
PU11に入力される。これにより、CPU11は、第
3スレッショルドレベルTH3を越えたことを検出す
る。この第3カウンタ13−3は、省略することができ
る。この場合、第3比較器21−3の出力レベルを直接
CPU11が認識できるようにすればよい。
Further, when the reception echo E exceeds the third threshold level TH3, the signal of the comparison result is supplied from the third comparator 21-3 to the third counter 13-3,
The counting operation stops, and the count value at that time is C
It is input to PU11. As a result, the CPU 11 detects that the third threshold level TH3 has been exceeded. The third counter 13-3 can be omitted. In this case, the output level of the third comparator 21-3 may be directly recognized by the CPU 11.

【0061】受信エコーEが第3スレッショルドレベル
TH3を越えたときには、直線近似が妥当性を有するか
ら、時間T1,時間T2、第1スレッショルドレベルT
H1及び第2スレッショルドレベルTH2に基づいて、
直線近似により受信エコーEの立ち上がり時点t0まで
の時間T0を求める。この時間T0により直ちに、ター
ゲットまでの距離を求める。
When the received echo E exceeds the third threshold level TH3, the linear approximation is valid, so that the time T1, the time T2, and the first threshold level T are obtained.
Based on H1 and the second threshold level TH2,
The time T0 until the rising time t0 of the reception echo E is obtained by linear approximation. From this time T0, the distance to the target is immediately obtained.

【0062】しかし、受信エコーEが第3スレッショル
ドレベルTH3に達しないときには、直線近似が妥当性
を欠き、立ち上がり時点に誤差を多く含むことになる。
つまり、正常なエコーレベルである場合の立ち上がり時
点t0と比較して、演算した立ち上がり時点は本当の立
ち上がり時点からずれており、距離測定に大きな誤差を
生じることになる。したがって、求めた立ち上がり時点
t0(即ち時間T0)を無効とする。即ち、この場合に
は、ターゲットまでの距離は求めないか、求めたとして
も無効とする。
However, when the received echo E does not reach the third threshold level TH3, the linear approximation is not appropriate and the rising time point contains many errors.
That is, compared with the rising time point t0 in the case of a normal echo level, the calculated rising time point is deviated from the true rising time point, which causes a large error in the distance measurement. Therefore, the obtained rising time t0 (that is, the time T0) is invalidated. That is, in this case, the distance to the target is not obtained or even if it is obtained, it is invalid.

【0063】この第2の実施の形態では、更に、レベル
比較手段に、第1〜第3スレッショルドレベル毎に第1
〜第3比較器21−1〜21−3を設けて、受信エコー
毎に多段階のレベル比較を行うから、短い時間で距離測
定結果を得ることができる。
In the second embodiment, the level comparing means further includes the first to third threshold levels.
Since the third comparators 21-1 to 21-3 are provided to perform multi-step level comparison for each received echo, the distance measurement result can be obtained in a short time.

【0064】[0064]

【発明の効果】請求項1の超音波距離測定方法によれ
ば、受信エコーの立ち上がり時点を、第1スレッショル
ドレベルを超えた時点と第2スレッショルドレベルを越
えた時点とから演算により求めるから、AGC等の複雑
な回路を用いることなく、受信エコーレベルが常に変動
する状況下においても、送信時点から受信時点までの時
間を正確に得ることができる。したがって、エコーレベ
ルの変動が激しい近距離ターゲットの距離測定を精度よ
く行うことができる。また、受信エコーが第3スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。
According to the ultrasonic distance measuring method of the first aspect, since the rising time of the reception echo is calculated from the time when the first threshold level is exceeded and the time when the second threshold level is exceeded, the AGC is performed. It is possible to accurately obtain the time from the transmission time point to the reception time point even in a situation where the reception echo level constantly fluctuates without using such a complicated circuit. Therefore, it is possible to accurately measure the distance of the short-range target in which the echo level varies greatly. Further, since the rising time of the received echo is acquired as the received time only when the received echo exceeds the third threshold level, the reliability of distance measurement can be ensured.

【0065】請求項2の超音波距離測定装置によれば、
受信エコーをレベル比較手段で第1乃至第3スレッショ
ルドレベルと比較し、制御手段でそれらの比較結果に基
づいて受信エコーの立ち上がり時点を演算して距離を測
定するから、AGC等の複雑な回路を用いることなく、
受信エコーレベルが常に変動する状況下においても、タ
ーゲットまでの距離を精度よく得ることができる。特
に、エコーレベルの変動が激しい近距離ターゲットの距
離測定に好適である。また、受信エコーが第3スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 2,
The level comparison means compares the received echo with the first to third threshold levels, and the control means calculates the rising time of the received echo based on the comparison result to measure the distance. Therefore, a complicated circuit such as AGC is used. Without using
The distance to the target can be accurately obtained even in a situation where the received echo level constantly fluctuates. In particular, it is suitable for distance measurement of a short-range target in which the echo level varies greatly. Further, since the rising time of the received echo is acquired as the received time only when the received echo exceeds the third threshold level, the reliability of distance measurement can be ensured.

【0066】請求項3の超音波距離測定装置によれば、
超音波パルスの送信毎に、比較手段のスレッショルドレ
ベルを第1、第2、第3スレッショルドレベルに順次変
更して設定し、各受信エコーの受信毎に1つのレベル判
定を行うから、レベル比較手段及び時間計測手段を、例
えば単一の比較器、カウンタ等の、簡素な構成とするこ
とができ、装置構成を小さくすることができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 3,
Each time an ultrasonic pulse is transmitted, the threshold level of the comparing means is sequentially changed and set to the first, second and third threshold levels, and one level judgment is made for each reception of each received echo. Also, the time measuring means can have a simple structure such as a single comparator and a counter, and the device structure can be reduced.

【0067】請求項4の超音波距離測定装置によれば、
レベル比較手段にスレッショルドレベル毎に比較器を設
けて、受信エコー毎に多段階のレベル比較を行うから、
短い時間で距離測定結果を得ることができる。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 4,
By providing a comparator for each threshold level in the level comparing means, and performing multi-step level comparison for each received echo,
The distance measurement result can be obtained in a short time.

【0068】請求項5の超音波距離測定装置によれば、
送信トリガにより時間カウントを開始し、レベル比較手
段の比較結果出力により時間カウントを停止するカウン
タ手段で時間計測を行うから、受信エコーをディジタル
信号に変換することなくアナログ信号のままで処理で
き、所要の分解能を持つクロック信号をカウントするだ
けで精度よく時間を測定できる。また、制御手段に、高
速動作の高価なCPUなどは不要であり、比較的低速の
安価なCPUなどの制御装置により構成することができ
る。
According to the ultrasonic distance measuring device of claim 5,
Since the time counting is started by the transmission trigger, and the time counting is stopped by the comparison result output of the level comparing means, the time is measured by the counter means. It is possible to measure the time accurately by simply counting the clock signals with the resolution of. Further, the control means does not require an expensive CPU that operates at high speed, and can be configured by a control device such as an inexpensive CPU that operates at a relatively low speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における超音波距離測定方法及び装置の
考え方を説明する図。
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of an ultrasonic distance measuring method and device according to the present invention.

【図2】第1の実施の形態に係る全体ブロック構成を示
す図。
FIG. 2 is a diagram showing an overall block configuration according to the first embodiment.

【図3】その測定動作の手順を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating the procedure of the measurement operation.

【図4】実施例における受信エコーの特性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a received echo in the embodiment.

【図5】第2の実施の形態に係る全体ブロック構成を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing an overall block configuration according to a second embodiment.

【図6】その測定動作を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement operation.

【図7】従来の超音波距離測定装置のブロック構成を示
す図。
FIG. 7 is a diagram showing a block configuration of a conventional ultrasonic distance measuring device.

【図8】図7の距離測定動作を説明するための図。FIG. 8 is a diagram for explaining the distance measurement operation of FIG. 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 CPU 12 発振器 13、13−1〜13−3 カウンタ 14 駆動信号発生回路 15 電力増幅回路 16 送受切替器 17 超音波センサ 18 バンドパスフィルタ 19 増幅回路 20 検波回路 21、21−1〜21−3 比較器 11 CPU 12 oscillators 13, 13-1 to 13-3 counter 14 Drive signal generation circuit 15 Power amplifier circuit 16 transmission / reception switch 17 Ultrasonic sensor 18 bandpass filter 19 Amplifier circuit 20 Detection circuit 21, 21-1 to 21-3 Comparator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波パルスの送信時点から、この超音
波パルスがターゲットで反射した受信エコーの受信時点
までの時間によりターゲットまでの距離を測定する超音
波距離測定方法において、 受信エコーを少なくとも3つの異なる第1スレッショル
ドレベル乃至第3スレッショルドレベルで判定し、 受信エコーが、送信時点から第1スレッショルドレベル
を超えた時点までの時間と、送信時点から前記第1スレ
ッショルドレベルより大きい第2スレッショルドレベル
を越えた時点までの時間とから、直線近似により送信時
点から前記受信エコーの立ち上がり時点までの時間を演
算し、 受信エコーが前記第2スレッショルドレベルより大きい
第3スレッショルドレベルを越えた場合に、演算により
求められた前記立ち上がり時点を前記受信エコーの受信
時点とする一方、前記受信エコーが前記第3スレッショ
ルドレベルを越えない場合には、前記立ち上がり時点を
無効とすることを特徴とする超音波距離測定方法。
1. An ultrasonic distance measuring method for measuring a distance to a target according to a time from a transmission time point of an ultrasonic pulse to a reception time point of a reception echo reflected by the ultrasonic pulse at the target. Judgment is made from three different first to third threshold levels, and the time from the time when the reception echo exceeds the first threshold level to the time when the reception echo is exceeded, and the second threshold level higher than the first threshold level from the time of transmission. The time from the point of transmission to the point of rise of the received echo is calculated by linear approximation from the time until the point of time when the received echo exceeds the third threshold level which is higher than the second threshold level. The obtained rising time is set to the reception The ultrasonic distance measuring method is characterized in that the rising time is invalidated when the reception echo does not exceed the third threshold level while the reception time of the code is set.
【請求項2】 送信パルスを発生する送信手段と、 この送信手段からの送信パルスを超音波パルスとして送
信し、ターゲットで反射した反射波を受信して受信エコ
ーを出力する超音波センサ手段と、 この超音波センサ手段からの受信エコーを検波する検波
手段と、 検波された受信エコーと少なくとも3つの順次レベルが
大きい第1スレッショルドレベル乃至第3スレッショル
ドレベルとをそれぞれ比較し、比較結果を出力するレベ
ル比較手段と、 前記送信回路に送信トリガを与え、時間計測を行うとと
もに、判断、制御機能を有する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 受信エコーが、送信トリガ時点から前記第1スレッショ
ルドレベルを超えた時点までの時間と、送信トリガ時点
から前記第2スレッショルドレベルを越えた時点までの
時間とから、直線近似により送信トリガ時点から受信エ
コーの立ち上がり時点までの時間を演算し、 かつ受信エコーが前記第3スレッショルドレベルを越え
た場合に、前記立ち上がり時点を受信エコーの受信時点
として、ターゲットまでの距離を測定する一方、受信エ
コーが前記第3スレッショルドレベルを越えない場合
に、ターゲットまでの距離測定を行わないことを特徴と
する超音波距離測定装置。
2. A transmitting means for generating a transmitting pulse, an ultrasonic sensor means for transmitting the transmitting pulse from the transmitting means as an ultrasonic pulse, receiving a reflected wave reflected by a target and outputting a reception echo. The detection means for detecting the reception echo from the ultrasonic sensor means and the detected reception echo are compared with at least three first threshold levels to third threshold levels having large levels, and a level for outputting a comparison result. Comparing means, and a control means having a function of judging and controlling while giving a transmission trigger to the transmission circuit to measure a time, the control means is configured such that a reception echo changes the first threshold level from a transmission trigger time point. Time until the time exceeds the time, and time from the time of the transmission trigger to the time when the second threshold level is exceeded From the time interval, the time from the transmission trigger time to the rising time of the reception echo is calculated by linear approximation, and when the reception echo exceeds the third threshold level, the rising time is taken as the reception time of the reception echo and the target The ultrasonic distance measuring device is characterized in that the distance to the target is not measured when the received echo does not exceed the third threshold level while the distance to the target is measured.
【請求項3】 前記レベル比較手段は、受信エコー毎に
前記第1スレッショルドレベル乃至第3スレッショルド
レベルのうちのいずれかがスレッショルドレベルとして
設定可能であり、 前記制御手段は、前記レベル比較手段に前記第1スレッ
ショルドレベル乃至第3スレッショルドレベルのうちの
いずれかをスレッショルドレベルとして設定することを
特徴とする、請求項2に記載された超音波距離測定装
置。
3. The level comparing means can set any one of the first threshold level to the third threshold level as a threshold level for each received echo, and the control means includes the level comparing means in the level comparing means. The ultrasonic distance measuring device according to claim 2, wherein any one of the first threshold level to the third threshold level is set as the threshold level.
【請求項4】 前記レベル比較手段は、前記第1スレッ
ショルドレベルに設定されている第1比較器と、前記第
2スレッショルドレベルに設定されている第2比較器
と、前記第3スレッショルドレベルに設定されている第
3比較器とを有することを特徴とする、請求項2に記載
された超音波距離測定装置。
4. The level comparing means sets a first comparator set to the first threshold level, a second comparator set to the second threshold level, and the third threshold level. The ultrasonic distance measuring device according to claim 2, further comprising a third comparator which is provided.
【請求項5】 前記制御手段は、前記送信トリガにより
時間カウントを開始し、前記レベル比較手段の比較結果
出力により時間カウントを停止するカウンタ手段を有
し、このカウンタ手段のカウント値により時間計測を行
うことを特徴とする、請求項2、3または4のいずれか
に記載された超音波距離測定装置。
5. The control means has counter means for starting time counting by the transmission trigger and stopping time counting by the comparison result output of the level comparing means, and measuring time by the count value of the counter means. It carries out, The ultrasonic distance measuring device in any one of Claim 2, 3 or 4 characterized by the above-mentioned.
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