JP2004150815A - Ultrasonic measuring instrument - Google Patents

Ultrasonic measuring instrument Download PDF

Info

Publication number
JP2004150815A
JP2004150815A JP2002313138A JP2002313138A JP2004150815A JP 2004150815 A JP2004150815 A JP 2004150815A JP 2002313138 A JP2002313138 A JP 2002313138A JP 2002313138 A JP2002313138 A JP 2002313138A JP 2004150815 A JP2004150815 A JP 2004150815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic sensor
ultrasonic
transformer
primary side
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002313138A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4334849B2 (en
Inventor
Takashi Osawa
孝 大沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2002313138A priority Critical patent/JP4334849B2/en
Publication of JP2004150815A publication Critical patent/JP2004150815A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4334849B2 publication Critical patent/JP4334849B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclination angle measuring instrument highly precisely measuring an inclination without being affected by reverberation. <P>SOLUTION: This ultrasonic measuring instrument comprises a circuit having a little leakage inductance and not forming a resonance circuit with a capacitance of a transmission ultrasonic sensor 1 as much as possible and is provided with a transformer 2 raising a voltage fed from a primary side according to a turn ratio and impressing to the transmission ultrasonic sensor 1, and switching elements 3-5 comprising a push/pull system short-circuiting the primary side of the transformer 2 after the transmission ultrasonic sensor 1 transmits ultrasonic wave. After transmitting the ultrasonic wave, the primary side of the transformer 2 is short-circuited, so that an electrostatic energy stored in the capacitance of the transmission ultrasonic sensor 1 and an electric energy by the vibration of its periphery immediately return to the primary side of the transformer 2 and vanish to quickly mitigate excessive vibration of the transmission ultrasonic sensor 1 and its periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波センサを用いた傾斜角度測定装置または障害物検知装置などに用いられる超音波測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の送信用超音波センサでは、トランスのコアのギャップ等により調整されたインダクタンスと、超音波センサのキャパシタンスとの間で共振回路を形成し、その共振回路のインピーダンスに対して整合の取れた抵抗がトランスの一次側に接続され、そのトランスを駆動する1個のFETがトランスの一次側に接続されている。そして、超音波センサによる送信時には、そのFETをオンさせ、その共振回路による共振効果を利用し、トランスの巻数比以上に昇圧した電圧を超音波センサに印加している。また、超音波センサによる送信後には、そのFETをオフさせ、トランスの一次側に接続され整合の取れた抵抗により、超音波センサのキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーおよび超音波センサの周辺の振動による電気エネルギーをトランスの一次側に戻し消滅させ、超音波センサおよびその周辺の余分な振動を鎮めていた(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、従来の受信用超音波センサでは、超音波センサにより変換された電気信号の出力側に、逆極性に並列に接続された2個のダイオードが組み込まれており、過大な電気信号に対してクランプするものである。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−268036号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波センサは以上のように構成されているので、送信用超音波センサの送信後には、超音波センサのキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーおよび超音波センサの周辺の振動による電気エネルギーをトランスの一次側に戻そうとするが、トランスのインダクタンスはコアのギャップ等により調整されており、漏れインダクタンスが大きいことから、トランスのインダクタンスおよび超音波センサのキャパシタンスからなる共振作用により、電気エネルギーが速やかに一次側に戻らない。さらに、トランスの一次側に戻った電気エネルギーは、そのトランスの巻数比によって低い電圧となるが抵抗を介して消滅させる構成なので、速やかに消滅させることができない。
【0006】
また、受信用超音波センサの受信後には、逆極性に並列に接続された2個のダイオードにより過大な電気信号に対してクランプ効果を期待できるものの、それら2個のダイオードでは、ダイオードの順方向電圧より小さい不要な入力を制限することができない。
【0007】
このように、従来の送信用超音波センサでは、送信後にその周辺で残響が生じても速やかに消滅させることはできず、また、従来の受信用超音波センサでは、送信波の障害物や路面等によって反射しない直接受信による残響を受けてしまい、近距離の障害物の検知や精度の高い傾斜角度を測定することができないなどの課題があった。
【0008】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、残響の影響を受けることなく、近距離の障害物の検知や精度の高い傾斜角度などを測定することができる超音波測定装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超音波測定装置は、漏れインダクタンスが小さく、超音波センサのキャパシタンスとの間で共振回路を極力形成しない回路構成からなり、一次側から供給された電圧を巻数比に応じて昇圧し、超音波センサに印加するトランスと、超音波センサによる超音波の送信時にはトランスの一次側に電圧を供給し、超音波センサによる超音波の送信後にはトランスの巻き線を短絡するスイッチング素子とを備えたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による傾斜角度測定装置に用いられる送信用超音波センサの駆動回路を示す回路図であり、図において、送信用超音波センサ(超音波センサ)1は、セラミック振動子等によって構成されるものであり、電気的な周波数パルスと超音波とを相互に変換可能なものである。なお、この実施の形態1では、送信専用の超音波センサとして説明するが、送受信共用の超音波センサに適用しても良い。
【0011】
トランス2は、コアにギャップが無く、漏れ磁束が少なく、すなわち、漏れインダクタンスが小さく、送信用超音波センサ1のキャパシタンスとの間で共振回路を極力形成しないような極力小さなインダクタンスを有する回路構成からなるものである。したがって、一次側から供給された電圧を巻数比によってのみ昇圧した電圧を送信用超音波センサ1に印加するように構成されている。
【0012】
PchFET(スイッチング素子、電界効果トランジスタ)3は、直流電源とトランス2の一次側巻線の中央部Bとの間に接続され、NchFET(スイッチング素子、電界効果トランジスタ)4,5は、それぞれトランス2の一次側巻線の端部A,Cとグランドとの間に接続されたものである。これら、トランス2の一次側巻線とPchFET3およびNchFET4,5とで、超音波の送信時には一次側巻線の中央部Bから電圧を供給すると共に一次側巻線の両端部A,Cを交互に短絡してトランス2の一次側に電圧を供給するプッシュプル方式に構成されている。
【0013】
インバータ6は、電源制御信号を反転してPchFET3のゲートに供給し、インバータ7は、駆動信号を反転するものである。NANDゲート8は、電源制御信号と反転した駆動信号との否定論理積をNchFET4のゲートに供給し、NANDゲート9は、電源制御信号と駆動信号との否定論理積をNchFET5のゲートに供給するものである。
【0014】
次に動作について説明する。
この実施の形態1における傾斜角度測定装置は、車両等に設けられ、超音波センサにより超音波を路面に向けて送信し、路面によって反射された超音波を超音波センサにより受信し、それら送受信された超音波に基づいて道路に対する車両の傾斜角度を測定するものである。
【0015】
図2は駆動信号と超音波センサへの印加電圧を示す波形図であり、図3は各FETの動作を示すタイミングチャートである。
図1において、送信用超音波センサ1による超音波の送信時には、電源制御信号を“H”レベルにすると共に、図2に示すように、駆動信号として例えば20kHz程度で交互に“H”,“L”レベルを繰り返すパルスを供給する。
【0016】
その結果、図3に示すように、PchFET3のゲートには、インバータ6を通じて“L”レベルの電源制御信号が供給されオンして、直流電源からトランス2の一次側巻線の中央部Bに電圧を供給する。また、NchFET4のゲートには、インバータ7およびNANDゲート8を通じて、NchFET5のゲートには、NANDゲート9を通じて、それぞれ駆動信号および反転した駆動信号が供給され、NchFET4とNchFET5とが交互にオンして、一次側巻線の両端部A,Cを交互にグランドに短絡することにより、中央部Bから供給された電圧が、交互に両端部A,C間で加わり、いわゆるプッシュプル方式でトランス2の一次側に電圧を供給する。
【0017】
これによって、トランス2では、一次側から供給された電圧を昇圧して、図2に示すような電気的な周波数パルスを送信用超音波センサ1に印加し、送信用超音波センサ1では、その印加された電気的な周波数パルスに応じた超音波に変換し、路面に向けて送信する。ここで、トランス2のインダクタンスと送信用超音波センサ1のキャパシタンスとの間では、共振回路を極力形成しないようにインダクタンスが小さく設定されているので、共振効果によりトランス2の巻数比以上に昇圧することなく、巻数比によってのみ昇圧した電圧を送信用超音波センサ1に印加する。
【0018】
送信用超音波センサ1により所定期間、超音波が送信されれば、その超音波の送信を停止するが、その超音波の停止は、図1において、電源制御信号を“L”レベルにすることによって行われる。
【0019】
その結果、図3に示すように、PchFET3のゲートには、インバータ6を通じて“H”レベルの電源制御信号が供給されオフして、直流電源からトランス2の一次側巻線の中央部Bへの電圧の供給を遮断する。また、NchFET4,5のゲートには、NANDゲート8,9を通じて、それぞれ“H”レベルの駆動信号が供給され、それぞれオフして、一次側巻線の両端部A,Cを同時にグランドに短絡する。
【0020】
送信用超音波センサ1には、トランス2から電圧が供給されることなく、その送信用超音波センサ1のキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーおよびその送信用超音波センサ1の周辺の振動による電気エネルギーが、トランス2の一次側に戻る。
【0021】
この時、トランス2の漏れインダクタンスが小さいことから、送信用超音波センサ1のキャパシタンスおよびトランス2のインダクタンスからなる共振回路により共振動作を繰り返すことなく、送信用超音波センサ1のキャパシタンスに留まっていた静電エネルギーおよび送信用超音波センサ1の周辺の振動による電気エネルギーが速やかにトランス2の一次側に戻り消滅し、送信用超音波センサ1およびその周辺の余分な振動を速やかに鎮めることができる。
【0022】
この結果、送信用超音波センサ1による送信後にその周辺で余分な残響が生じることなく、超音波の受信時において、路面を反射して戻ってくる正規の超音波とこの残響による超音波が重畳して、正規の超音波が検出しにくくなることなく、精度の高い傾斜角度を測定することができる。
【0023】
以上のように、この実施の形態1によれば、トランス2の漏れインダクタンスが小さいことから、送信用超音波センサ1による超音波の送信後に、その送信用超音波センサ1のキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーおよび送信用超音波センサ1の周辺の振動による電気エネルギーが、送信用超音波センサ1のキャパシタンスおよびトランス2のインダクタンスからなる共振回路により共振動作を繰り返すことなく、速やかにトランス2の一次側に戻り消滅し、送信用超音波センサ1およびその周辺の余分な振動を速やかに鎮めることができる。この結果、送信用超音波センサ1による送信後にその周辺で余分な残響が生じることなく、路面を反射して戻ってくる超音波だけを正確に受信することができ、精度の高い傾斜角度を測定することができる。
【0024】
また、トランス2の一次側がプッシュプル方式であることから、超音波の送信時には、送信用超音波センサ1の両端に正負均一な振幅の交流電圧を供給することができ、また、超音波の送信後には、送信用超音波センサ1の両端に正負いずれの電圧が印加されている場合であっても静電エネルギーを速やかにトランス2の一次側に戻し消滅されることができる。
【0025】
さらに、それらスイッチング素子を、PchFET3およびNchFET4,5により構成したので、送信用超音波センサ1からトランス2の一次側に戻った静電エネルギーは、そのトランス2の巻数比によって低い電圧となるが、NchFET4,5のオン抵抗は小さく、バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間のサチュレーション電圧がないので、低い電位差でも短絡することができる。
【0026】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2による傾斜角度測定装置に用いられる受信用超音波センサの出力回路を示す回路図であり、図において、受信用超音波センサ(超音波センサ)11は、セラミック振動子等によって構成されるものであり、電気的な周波数パルスと超音波とを相互に変換可能なものである。なお、この実施の形態2では、受信専用の超音波センサとして説明するが、送受信共用の超音波センサに適用しても良い。
【0027】
電流制限抵抗12は、受信用超音波センサ11の出力回路の電流を制限するものであり、ダイオード13は、グランドとの間に順方向に接続され、過大な電気信号に対してクランプするものである。なお、参照文献1に示すように、従来構成のダイオードは対向かつ並列に2本必要であるが、FETならば寄生ダイオードが使用でき、当回路構成においては参照文献1の逆極性に並列に接続された2個のダイオードの片側が削減できる。
【0028】
スイッチング素子としてのNchFET(電界効果トランジスタ)14は、受信用超音波センサ11の出力回路にグランドとの間に接続され、その受信用超音波センサ11が残響の影響を受ける超音波の送信後から所定時間の間にオンして出力回路をグランドに短絡するものである。
【0029】
直流遮断コンデンサ15は、受信用超音波センサ11の出力回路の直流成分を遮断するものであり、増幅器16は、電気信号を増幅して出力するものである。
【0030】
次に動作について説明する。
上記実施の形態1では、送信用超音波センサ1の残響による影響を回避する手段について説明したが、この実施の形態2では、受信用超音波センサ11の残響による影響を回避する手段について説明するものである。
【0031】
図5は各部の電圧信号を示す波形図である。
上記実施の形態1で説明したように、傾斜角度測定装置では、送信用超音波センサ1から超音波が路面に向けて送信され、路面によって反射された超音波を受信用超音波センサ11により受信し、それら送受信された超音波に基づいて道路に対する車両の傾斜角度が測定されるが、受信用超音波センサ11には、路面によって反射された超音波の他、送信用超音波センサ1から直接に進行してくる超音波が受信されてしまう。
【0032】
図5に示す受信用超音波センサ11の入力信号の最初の入力波形は、その直接に進行してくる超音波の残響によるものである。この残響のような不要な信号の受信により、路面を反射して戻ってくる正規の超音波に応じた信号が検出しにくくなる場合がある。
【0033】
そこで、NchFET14では、その受信用超音波センサ11が残響の影響を受ける所定時間の間をオンするようにして出力回路をグランドに短絡する。なお、短絡するその所定時間は、路面によって反射された正規の超音波の受信を妨げないような、超音波の送信後から路面によって反射された超音波が受信されるまでの時間、換言すれば、超音波センサおよび路面間の検出距離に応じて設定するようにすれば良い。
【0034】
図5に示すように、NchFET14により出力回路をグランドに短絡することによって、電界効果トランジスタのオン抵抗は小さく、バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間のサチュレーション電圧がないので、残響による信号を完全にグランドに消滅させ、受信用超音波センサ11の残響による不要な振動を速やかに鎮めることができる。また、出力回路の後段への残響の影響を完全に防止することができる。
【0035】
所定時間経過後は、NchFET14をオフすれば、その後、受信用超音波センサ11によって路面によって反射された超音波が受信されるが、電流制限抵抗12により出力回路の電流が制限され、逆極性に並列に接続されたダイオード13およびNchFET14の寄生ダイオードにより、±0.7Vにクランプされ、さらに、直流遮断コンデンサ15により直流成分が遮断され、増幅器16により増幅して後段の回路に出力される。
【0036】
以上のように、この実施の形態2によれば、NchFET14により受信用超音波センサ11が残響の影響を受ける超音波の送信後から所定時間の間に短絡することによって、電界効果トランジスタのオン抵抗は小さいので、残響による電気信号を確実に短絡し、路面を反射して戻ってくる正規の超音波だけを正確に受信することができ、精度の高い傾斜角度を測定することができる。
【0037】
上記は傾斜角度を測定するシステム中の超音波センサについて説明したが、近距離の障害物を検知する為にも上記超音波センサの残響を短縮する手段は有効である。上記傾斜角度測定には、路面により反射して返ってきた超音波信号の位相差を用いているが、障害物検知に用いる超音波信号は送信してから反射し返ってくるまでの時間を計測する為に用いられる。
【0038】
なお、傾斜角度測定には2波の超音波信号が必要であり、2対の超音波送信及び受信センサが用いられるが、障害物検知用の反射波が戻るまでの時間を計測する為には、1対の超音波送信及び受信センサで機能できる。
【0039】
また、障害物検知においても障害物の検知距離を極く短距離にする為には送信と受信センサを独立して設けなければならないが、実用的な範囲であれば、送受一体形のセンサでも充分機能すること及び、当障害物検知用の超音波センサであっても、残響が長く伸びた測定システムにおいては、近距離の障害物から反射されてくる超音波信号が残響の中で埋没して反射信号として検出できないメカニズムは上記傾斜角度測定システムと同様である。
【0040】
従って、障害物検知用に使用する超音波センサの駆動回路もしくは入力回路に上記傾斜角度測定用で説明した回路を用いれば、近距離の障害物を検出することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、漏れインダクタンスが小さいことから、超音波センサによる超音波の送信後にはトランスの巻き線をスイッチング素子によって短絡することにより、超音波センサのキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーおよび超音波センサの周辺の振動による電気エネルギーが、超音波センサのキャパシタンスおよびトランスのインダクタンスからなる共振回路により共振動作を繰り返すことなく、速やかにトランスの一次側に戻り消滅し、超音波センサおよびその周辺の余分な振動を速やかに鎮めることができる。この結果、超音波センサによる送信後にその周辺で余分な残響が生じることなく、路面を反射して戻ってくる超音波だけを正確に受信することができ、近距離の障害物の検知や精度の高い傾斜角度を測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による傾斜角度測定装置に用いられる送信用超音波センサの駆動回路を示す回路図である。
【図2】駆動信号と超音波センサへの印加電圧を示す波形図である。
【図3】各FETの動作を示すタイミングチャートである。
【図4】この発明の実施の形態2による傾斜角度測定装置に用いられる受信用超音波センサの出力回路を示す回路図である。
【図5】各部の電圧信号を示す波形図である。
【符号の説明】
1 送信用超音波センサ(超音波センサ)、2 トランス、3 PchFET(スイッチング素子、電界効果トランジスタ)、4,5 NchFET(スイッチング素子、電界効果トランジスタ)、6,7 インバータ、8,9 NANDゲート、11 受信用超音波センサ(超音波センサ)、12 電流制限抵抗、13 ダイオード、14 NchFET(電界効果トランジスタ)、15 直流遮断コンデンサ、16 増幅器。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic measuring device used for an inclination angle measuring device or an obstacle detecting device using an ultrasonic sensor.
[0002]
[Prior art]
In a conventional transmission ultrasonic sensor, a resonance circuit is formed between an inductance adjusted by a gap in a transformer core and a capacitance of the ultrasonic sensor, and a resistance matched to the impedance of the resonance circuit is formed. Are connected to the primary side of the transformer, and one FET for driving the transformer is connected to the primary side of the transformer. At the time of transmission by the ultrasonic sensor, the FET is turned on, and a voltage boosted to a turn ratio of the transformer or more is applied to the ultrasonic sensor by utilizing the resonance effect of the resonance circuit. Also, after transmission by the ultrasonic sensor, the FET is turned off, and the electrostatic energy stored in the capacitance of the ultrasonic sensor and the vibration around the ultrasonic sensor are connected by the matched resistor connected to the primary side of the transformer. The electric energy generated by the ultrasonic sensor is returned to the primary side of the transformer and is extinguished, so as to suppress the extraneous vibration of the ultrasonic sensor and its surroundings (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Further, in the conventional ultrasonic sensor for reception, two diodes connected in parallel with opposite polarities are incorporated on the output side of the electric signal converted by the ultrasonic sensor, so that an excessive electric signal can be prevented. It is to clamp.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-268036
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional ultrasonic sensor is configured as described above, after the transmission of the transmitting ultrasonic sensor, the electrostatic energy accumulated in the capacitance of the ultrasonic sensor and the electric energy due to the vibration around the ultrasonic sensor are transmitted. In order to return to the primary side of the transformer, the inductance of the transformer is adjusted by the gap of the core, etc., and since the leakage inductance is large, electric energy is generated by the resonance action consisting of the inductance of the transformer and the capacitance of the ultrasonic sensor. Do not return to the primary side immediately. Further, the electric energy returned to the primary side of the transformer has a low voltage depending on the turns ratio of the transformer, but cannot be quickly eliminated because it is configured to be eliminated via a resistor.
[0006]
Further, after receiving the ultrasonic sensor for reception, a clamp effect can be expected for an excessive electric signal by two diodes connected in parallel with opposite polarities, but in these two diodes, the forward direction of the diode Unnecessary inputs smaller than the voltage cannot be limited.
[0007]
As described above, in the conventional ultrasonic sensor for transmission, even if reverberation occurs in the vicinity after transmission, it cannot be eliminated quickly, and in the conventional ultrasonic sensor for reception, the obstacle of the transmitted wave and the road surface cannot be eliminated. For example, there is a problem that reverberation due to direct reception which is not reflected due to reflection or the like cannot be performed, and it is not possible to detect an obstacle at a short distance or measure a tilt angle with high accuracy.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an ultrasonic measurement apparatus capable of detecting a short-range obstacle and measuring a highly accurate tilt angle without being affected by reverberation. The purpose is to obtain.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic measuring apparatus according to the present invention has a small leakage inductance and has a circuit configuration in which a resonance circuit is not formed as much as possible with the capacitance of the ultrasonic sensor, and boosts the voltage supplied from the primary side according to the turns ratio. A transformer that applies a voltage to the primary side of the transformer during transmission of ultrasonic waves by the ultrasonic sensor, and a switching element that short-circuits the winding of the transformer after transmission of the ultrasonic waves by the ultrasonic sensor. It is provided.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a driving circuit of a transmission ultrasonic sensor used in an inclination angle measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, a transmission ultrasonic sensor (ultrasonic sensor) 1 is made of ceramic. It is constituted by a vibrator or the like, and is capable of mutually converting an electric frequency pulse and an ultrasonic wave. Although the first embodiment will be described as an ultrasonic sensor dedicated to transmission, it may be applied to an ultrasonic sensor shared for transmission and reception.
[0011]
The transformer 2 has a circuit configuration that has no gap in the core and little leakage magnetic flux, that is, has a small leakage inductance, and has an inductance as small as possible so as not to form a resonance circuit with the capacitance of the transmitting ultrasonic sensor 1 as much as possible. It becomes. Therefore, a voltage obtained by boosting the voltage supplied from the primary side only by the turns ratio is applied to the transmitting ultrasonic sensor 1.
[0012]
A PchFET (switching element, field effect transistor) 3 is connected between the DC power supply and the central portion B of the primary winding of the transformer 2, and NchFETs (switching element, field effect transistor) 4, 5 Are connected between the ends A and C of the primary winding and the ground. The primary winding of the transformer 2 and the PchFET 3 and the NchFETs 4 and 5 supply a voltage from the central portion B of the primary winding and transmit both ends A and C of the primary winding alternately when transmitting ultrasonic waves. The push-pull system is configured to supply a voltage to the primary side of the transformer 2 by short-circuiting.
[0013]
The inverter 6 inverts the power control signal and supplies it to the gate of the PchFET 3, and the inverter 7 inverts the drive signal. The NAND gate 8 supplies the NAND of the power control signal and the inverted drive signal to the gate of the NchFET 4, and the NAND gate 9 supplies the NAND of the power control signal and the drive signal to the gate of the NchFET 5. It is.
[0014]
Next, the operation will be described.
The tilt angle measuring device according to the first embodiment is provided in a vehicle or the like, transmits ultrasonic waves toward a road surface by an ultrasonic sensor, receives ultrasonic waves reflected by the road surface by the ultrasonic sensor, and transmits and receives the ultrasonic waves. The inclination angle of the vehicle with respect to the road is measured based on the ultrasonic waves.
[0015]
FIG. 2 is a waveform diagram showing the drive signal and the voltage applied to the ultrasonic sensor, and FIG. 3 is a timing chart showing the operation of each FET.
In FIG. 1, during transmission of ultrasonic waves by the transmission ultrasonic sensor 1, the power supply control signal is set to the “H” level, and as shown in FIG. A pulse that repeats the L "level is supplied.
[0016]
As a result, as shown in FIG. 3, a power control signal of “L” level is supplied to the gate of the PchFET 3 through the inverter 6 and turned on, and a voltage is applied from the DC power supply to the central portion B of the primary winding of the transformer 2. Supply. A drive signal and an inverted drive signal are supplied to the gate of the NchFET 4 through the inverter 7 and the NAND gate 8, and to the gate of the NchFET 5 through the NAND gate 9, and the NchFET 4 and the NchFET 5 are turned on alternately. By alternately short-circuiting both ends A and C of the primary winding to the ground, the voltage supplied from the central portion B is alternately applied between both ends A and C, and the primary of the transformer 2 is so-called push-pull system. Supply voltage to the side.
[0017]
Thereby, the transformer 2 boosts the voltage supplied from the primary side and applies an electric frequency pulse as shown in FIG. 2 to the transmission ultrasonic sensor 1, and the transmission ultrasonic sensor 1 It is converted into an ultrasonic wave corresponding to the applied electric frequency pulse and transmitted toward the road surface. Here, between the inductance of the transformer 2 and the capacitance of the transmitting ultrasonic sensor 1, the inductance is set to be small so as not to form a resonance circuit as much as possible. Instead, the voltage boosted only by the turns ratio is applied to the transmitting ultrasonic sensor 1.
[0018]
When an ultrasonic wave is transmitted for a predetermined period by the transmission ultrasonic sensor 1, the transmission of the ultrasonic wave is stopped. To stop the ultrasonic wave, the power supply control signal is set to “L” level in FIG. Done by
[0019]
As a result, as shown in FIG. 3, a power control signal of “H” level is supplied to the gate of the PchFET 3 through the inverter 6 and turned off, and the gate of the PchFET 3 is supplied from the DC power supply to the central portion B of the primary winding of the transformer 2. Cut off the voltage supply. Further, the drive signals of “H” level are supplied to the gates of the NchFETs 4 and 5 through the NAND gates 8 and 9, respectively, and are turned off to short-circuit both ends A and C of the primary winding to the ground at the same time. .
[0020]
The voltage is not supplied to the transmitting ultrasonic sensor 1 from the transformer 2, and the electrostatic energy stored in the capacitance of the transmitting ultrasonic sensor 1 and the electric energy generated by the vibration around the transmitting ultrasonic sensor 1 are generated. Energy returns to the primary side of the transformer 2.
[0021]
At this time, since the leakage inductance of the transformer 2 was small, the resonance operation was not repeated by the resonance circuit composed of the capacitance of the transmission ultrasonic sensor 1 and the inductance of the transformer 2, but remained at the capacitance of the transmission ultrasonic sensor 1. The electrostatic energy and the electric energy due to the vibration around the transmission ultrasonic sensor 1 quickly return to the primary side of the transformer 2 and disappear, and the excessive vibration around the transmission ultrasonic sensor 1 and its surroundings can be quickly calmed down. .
[0022]
As a result, there is no extra reverberation around the transmission ultrasonic wave after transmission by the transmission ultrasonic sensor 1, and when the ultrasonic wave is received, the normal ultrasonic wave returning from the road surface and returning is superimposed. Thus, a highly accurate tilt angle can be measured without making it difficult to detect regular ultrasonic waves.
[0023]
As described above, according to the first embodiment, since the leakage inductance of the transformer 2 is small, after transmitting the ultrasonic wave by the transmission ultrasonic sensor 1, the capacitance is accumulated in the transmission ultrasonic sensor 1. The electrostatic energy and the electric energy due to the vibration around the transmission ultrasonic sensor 1 are quickly converted into the primary voltage of the transformer 2 without repeating the resonance operation by the resonance circuit including the capacitance of the transmission ultrasonic sensor 1 and the inductance of the transformer 2. As a result, the transmission ultrasonic sensor 1 and its surroundings can be quickly quenched. As a result, after transmission by the transmission ultrasonic sensor 1, there is no extra reverberation in the vicinity thereof, and only the ultrasonic wave returning from the road surface and returning can be accurately received, and the tilt angle with high accuracy can be measured. can do.
[0024]
Further, since the primary side of the transformer 2 is of the push-pull type, during transmission of an ultrasonic wave, an alternating voltage having a positive and negative uniform amplitude can be supplied to both ends of the transmission ultrasonic sensor 1. Thereafter, even when a positive or negative voltage is applied to both ends of the transmission ultrasonic sensor 1, the electrostatic energy can be quickly returned to the primary side of the transformer 2 and disappear.
[0025]
Further, since the switching elements are constituted by the PchFET 3 and the NchFETs 4 and 5, the electrostatic energy returned from the transmitting ultrasonic sensor 1 to the primary side of the transformer 2 becomes a low voltage depending on the turns ratio of the transformer 2, Since the ON resistances of the NchFETs 4 and 5 are small and there is no saturation voltage between the collector and the emitter of the bipolar transistor, short-circuiting can be performed even with a low potential difference.
[0026]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an output circuit of a receiving ultrasonic sensor used in a tilt angle measuring device according to a second embodiment of the present invention. In the drawing, a receiving ultrasonic sensor (ultrasonic sensor) 11 is a ceramic. It is constituted by a vibrator or the like, and is capable of mutually converting an electric frequency pulse and an ultrasonic wave. Although the second embodiment will be described as an ultrasonic sensor dedicated to reception, it may be applied to an ultrasonic sensor shared for transmission and reception.
[0027]
The current limiting resistor 12 limits the current of the output circuit of the ultrasonic sensor 11 for reception, and the diode 13 is connected between the ground and the ground in the forward direction to clamp an excessive electric signal. is there. As shown in Reference 1, two diodes of the conventional configuration are required in opposition and in parallel, but a parasitic diode can be used in the case of an FET, and in this circuit configuration, it is connected in parallel with the reverse polarity of Reference 1 One of the two diodes can be reduced.
[0028]
An NchFET (field effect transistor) 14 as a switching element is connected between the output circuit of the receiving ultrasonic sensor 11 and the ground, and the receiving ultrasonic sensor 11 transmits ultrasonic waves affected by reverberation. It turns on during a predetermined time and short-circuits the output circuit to ground.
[0029]
The DC blocking capacitor 15 blocks a DC component of the output circuit of the receiving ultrasonic sensor 11, and the amplifier 16 amplifies and outputs an electric signal.
[0030]
Next, the operation will be described.
In the first embodiment, the means for avoiding the influence of the reverberation of the transmitting ultrasonic sensor 1 has been described. In the second embodiment, the means for avoiding the effect of the reverberation of the receiving ultrasonic sensor 11 will be described. Things.
[0031]
FIG. 5 is a waveform diagram showing the voltage signal of each section.
As described in the first embodiment, in the inclination angle measuring apparatus, the ultrasonic wave is transmitted from the transmission ultrasonic sensor 1 toward the road surface, and the ultrasonic wave reflected by the road surface is received by the reception ultrasonic sensor 11. Then, the inclination angle of the vehicle with respect to the road is measured based on the transmitted and received ultrasonic waves, but the ultrasonic sensor for reception 11 directly transmits from the ultrasonic sensor for transmission 1 in addition to the ultrasonic wave reflected by the road surface. The ultrasonic wave that is traveling is received.
[0032]
The first input waveform of the input signal of the receiving ultrasonic sensor 11 shown in FIG. 5 is due to the reverberation of the ultrasonic wave which proceeds directly. The reception of an unnecessary signal such as reverberation may make it difficult to detect a signal corresponding to a normal ultrasonic wave that returns after reflecting off the road surface.
[0033]
Therefore, in the NchFET 14, the output circuit is short-circuited to the ground so that the receiving ultrasonic sensor 11 is turned on for a predetermined time during which the reverberation is affected. The predetermined time for short-circuiting is such that it does not hinder reception of regular ultrasonic waves reflected by the road surface, and is a period of time from transmission of ultrasonic waves until reception of ultrasonic waves reflected by the road surface, in other words. , May be set according to the detection distance between the ultrasonic sensor and the road surface.
[0034]
As shown in FIG. 5, by short-circuiting the output circuit to the ground by the NchFET 14, the on-resistance of the field-effect transistor is small and there is no saturation voltage between the collector and the emitter of the bipolar transistor. The vibration can be eliminated, and unnecessary vibration due to reverberation of the receiving ultrasonic sensor 11 can be quickly suppressed. Further, the effect of reverberation on the subsequent stage of the output circuit can be completely prevented.
[0035]
After the lapse of a predetermined time, if the NchFET 14 is turned off, then the ultrasonic wave reflected by the road surface is received by the receiving ultrasonic sensor 11, but the current of the output circuit is limited by the current limiting resistor 12, and the polarity is reversed. The voltage is clamped to ± 0.7 V by the diode 13 connected in parallel and the parasitic diode of the NchFET 14, the DC component is cut off by the DC cutoff capacitor 15, amplified by the amplifier 16, and output to the subsequent circuit.
[0036]
As described above, according to the second embodiment, the NchFET 14 causes the receiving ultrasonic sensor 11 to be short-circuited for a predetermined time after transmission of ultrasonic waves affected by reverberation, thereby reducing the on-resistance of the field-effect transistor. Is small, the electric signal due to reverberation can be reliably short-circuited, and only the normal ultrasonic wave that reflects off the road surface and returns can be accurately received, and the tilt angle with high accuracy can be measured.
[0037]
Although the above description has been given of the ultrasonic sensor in the system for measuring the tilt angle, a means for reducing the reverberation of the ultrasonic sensor is also effective for detecting an obstacle at a short distance. The above-mentioned inclination angle measurement uses the phase difference of the ultrasonic signal reflected and returned from the road surface, but the ultrasonic signal used for obstacle detection measures the time from transmission to reflection and back. Used to
[0038]
In addition, two ultrasonic signals are required for the tilt angle measurement, and two pairs of ultrasonic transmission and reception sensors are used. However, in order to measure the time until the reflected wave for obstacle detection returns, It can function with a pair of ultrasonic transmission and reception sensors.
[0039]
Also, in the obstacle detection, in order to make the detection distance of the obstacle extremely short, the transmission and reception sensors must be provided independently. Even with the ultrasonic sensor for detecting obstacles, the ultrasonic signal reflected from an obstacle at a short distance may be buried in the reverberation in a measurement system with long reverberation. The mechanism that cannot be detected as a reflected signal is the same as that of the tilt angle measuring system.
[0040]
Therefore, if the circuit described for the tilt angle measurement is used as the drive circuit or input circuit of the ultrasonic sensor used for obstacle detection, an obstacle at a short distance can be detected.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the leakage inductance is small, the winding of the transformer is short-circuited by the switching element after the transmission of the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor, so that the capacitance is accumulated in the capacitance of the ultrasonic sensor. The electrostatic energy and the electric energy due to the vibration around the ultrasonic sensor return to the primary side of the transformer immediately without repeating the resonance operation by the resonance circuit composed of the capacitance of the ultrasonic sensor and the inductance of the transformer, and disappear. Excessive vibration around the sensor and its surroundings can be quenched quickly. As a result, after transmission by the ultrasonic sensor, there is no extra reverberation in the surroundings, and only the ultrasonic wave that reflects off the road surface and returns can be accurately received, and it is possible to detect short-range obstacles and improve accuracy. There is an effect that a high inclination angle can be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a drive circuit of a transmitting ultrasonic sensor used in a tilt angle measuring device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a drive signal and a voltage applied to an ultrasonic sensor.
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of each FET.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an output circuit of a receiving ultrasonic sensor used in a tilt angle measuring device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a waveform chart showing voltage signals of respective units.
[Explanation of symbols]
1 transmission ultrasonic sensor (ultrasonic sensor), 2 transformer, 3 PchFET (switching element, field effect transistor), 4,5 NchFET (switching element, field effect transistor), 6,7 inverter, 8,9 NAND gate, 11 ultrasonic sensor for reception (ultrasonic sensor), 12 current limiting resistor, 13 diode, 14 NchFET (field effect transistor), 15 DC cutoff capacitor, 16 amplifier.

Claims (4)

漏れインダクタンスが小さく、超音波センサのキャパシタンスとの間で共振回路を極力形成しない回路構成からなり、一次側から供給された電圧を巻数比に応じて昇圧し、その超音波センサに印加するトランスと、
上記超音波センサによる超音波の送信時には上記トランスの一次側に電圧を供給し、その超音波センサによる超音波の送信後にはそのトランスの巻き線を短絡するスイッチング素子とを備えた超音波測定装置。
A transformer that has a small leakage inductance and does not form a resonance circuit with the capacitance of the ultrasonic sensor as much as possible, boosts the voltage supplied from the primary side according to the turns ratio, and applies the transformer to the ultrasonic sensor. ,
An ultrasonic measuring device having a switching element for supplying a voltage to the primary side of the transformer when transmitting the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor and short-circuiting the winding of the transformer after transmitting the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor; .
トランスは、一次側巻線の中央および両端にスイッチング素子が接続され、超音波の送信時には一次側巻線の中央から電圧を供給すると共に一次側巻線の両端を交互に短絡することによりトランスの一次側に電圧を供給するプッシュプル方式であり、超音波の送信後には一次側巻線の中央からの電圧の供給を遮断すると共に一次側巻線の両端を同時に短絡することによりトランスの一次側を短絡することを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。In the transformer, switching elements are connected to the center and both ends of the primary winding.When transmitting ultrasonic waves, a voltage is supplied from the center of the primary winding and both ends of the primary winding are alternately short-circuited. This is a push-pull system that supplies voltage to the primary side.After transmission of ultrasonic waves, the supply of voltage from the center of the primary side winding is cut off, and both ends of the primary side winding are simultaneously short-circuited. 2. The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is short-circuited. スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の超音波測定装置。The ultrasonic measurement device according to claim 1, wherein the switching element is a field-effect transistor. 受信された超音波に応じた電気信号に変換する超音波センサと、
上記超音波センサにより変換された電気信号の出力側に接続され、その超音波センサが残響の影響を受ける超音波の送信後から所定時間の間に短絡する短絡素子とを備えた超音波測定装置。
An ultrasonic sensor that converts an electric signal according to the received ultrasonic wave,
An ultrasonic measuring device comprising: a short-circuit element connected to an output side of an electric signal converted by the ultrasonic sensor, wherein the ultrasonic sensor short-circuits for a predetermined time after transmission of ultrasonic waves affected by reverberation. .
JP2002313138A 2002-10-28 2002-10-28 Ultrasonic measuring device Expired - Lifetime JP4334849B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002313138A JP4334849B2 (en) 2002-10-28 2002-10-28 Ultrasonic measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002313138A JP4334849B2 (en) 2002-10-28 2002-10-28 Ultrasonic measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004150815A true JP2004150815A (en) 2004-05-27
JP4334849B2 JP4334849B2 (en) 2009-09-30

Family

ID=32457837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002313138A Expired - Lifetime JP4334849B2 (en) 2002-10-28 2002-10-28 Ultrasonic measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4334849B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009034422A (en) * 2007-08-03 2009-02-19 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic equipment and transformer circuit
CN101571589A (en) * 2008-04-28 2009-11-04 罗伯特·博世有限公司 Driver unit for signal emission, and method for driving emission signal
WO2013031169A1 (en) * 2011-08-31 2013-03-07 パナソニック株式会社 Ultrasound diagnostic device
US20220120715A1 (en) * 2018-07-10 2022-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Control method, inspection system, and storage medium

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009034422A (en) * 2007-08-03 2009-02-19 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic equipment and transformer circuit
CN101571589A (en) * 2008-04-28 2009-11-04 罗伯特·博世有限公司 Driver unit for signal emission, and method for driving emission signal
DE102008001436B4 (en) * 2008-04-28 2017-12-28 Robert Bosch Gmbh Driver for a transmit signal and method for driving a transmit signal
WO2013031169A1 (en) * 2011-08-31 2013-03-07 パナソニック株式会社 Ultrasound diagnostic device
JPWO2013031169A1 (en) * 2011-08-31 2015-03-23 コニカミノルタ株式会社 Ultrasonic diagnostic equipment
US20220120715A1 (en) * 2018-07-10 2022-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Control method, inspection system, and storage medium
US11709151B2 (en) * 2018-07-10 2023-07-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Control method, inspection system, and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP4334849B2 (en) 2009-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10833540B2 (en) Q-factor determination for foreign object detection circuit in wireless charging system
US9791522B2 (en) Magnetic field detection sensor
US20180164433A1 (en) Ultrasonic sensor
JP2004150815A (en) Ultrasonic measuring instrument
JP3177700B2 (en) Measuring device using magnetostrictive wire
JP2006266740A (en) Ultrasonic sonar device
US8721550B2 (en) High voltage ultrasound transmitter with symmetrical high and low side drivers comprising stacked transistors and fast discharge
JP6021055B2 (en) Ultrasonic sensor
CN204925389U (en) Ultrasonic wave car radar system that backs a car
WO2018221393A1 (en) Ultrasonic sensor and object detection system
CN105283778B (en) Ultrasonic transmitting and receiving device
WO2020095668A1 (en) Object detection device
JP4219775B2 (en) Ultrasonic sensor drive circuit
US10598774B2 (en) Object detection apparatus
JP4151154B2 (en) Ultrasonic sensor transmission circuit
JP2007255990A (en) Ultrasonic transmission device and underwater detection device
KR101932285B1 (en) Ultrasonic measuring system and method for detecting an obstacle by using ultrasonics
JPH02218983A (en) Ultrasonic sensor
KR0138622B1 (en) A tail warning system
JPH054805Y2 (en)
JPH08313236A (en) Displacement detection apparatus
JPH05172555A (en) Magnetostrictive type displacement detector
JP2019029740A (en) Ultrasonic vibrator driving device
SU1226280A1 (en) Device for exciting piezotransducers
JP2001153639A (en) Length measuring device using magnetostriction line

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20071026

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20071026

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080520

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080701

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080813

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090616

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090624

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4334849

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term