JP2005049302A - Method for detecting build up of acoustic wave signal - Google Patents

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Koushi Aketo
甲志 明渡
Hiroshi Yamanaka
山中  浩
Yasushi Masaki
康史 正木
Xiong Si-Bei
四輩 熊
Kosaku Kitada
耕作 北田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily detect the rise of an acoustic wave signal while discriminating from noise in a method for detecting the build up of the acoustic wave signal received by an ultrasonic element element. <P>SOLUTION: When the acoustic wave signal is received by the ultrasonic receiving element, the acoustic signal is stored in time series. A window W having a predetermined time band to the stored signal is scanned in the time axial direction (arrowed direction a) based on the transmitting time t0 of sound wave at a window width pitch, and the integrated value of waveform 10 of the acoustic signal in the window W is computed for each of scanning positions W1 and W2. It is determined whether or not the resulting integrated value is more than threshold. When the integrated value is the threshold or more, the time t' corresponding to the window position W2 at the time when the window W is detected is taken as the rise timing. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、音波信号の立ち上がり検出方法に関し、特に、超音波を利用して検出対象までの距離及び方向を計測する超音波センサにおける音波信号の立ち上がり検出方法に関する。   The present invention relates to a method for detecting a rising edge of a sound wave signal, and more particularly to a method for detecting a rising edge of a sound wave signal in an ultrasonic sensor that measures the distance and direction to a detection target using ultrasonic waves.

従来から、超音波発信素子より発信された音波が検出対象により反射されて超音波受信素子によって受信されるまでの時間(伝搬時間)を計測し、この伝搬時間と音速とに基づいて検出対象までの距離を計測する方法が一般に知られている。また、複数の超音波受信素子で受信した信号に対して、入射角と素子の位置関係に対応した時間だけ遅延させて演算処理することによって、任意の方向からの入射波だけを選択的に取り出し、機械的な可動部を使用せずに電気的な信号処理のみによって対象物の方向を測定する方法が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, the time (propagation time) until the sound wave transmitted from the ultrasonic wave transmission element is reflected by the detection target and received by the ultrasonic wave reception element is measured, and the detection target is measured based on the propagation time and the sound speed. A method for measuring the distance is generally known. In addition, the signals received by a plurality of ultrasonic receiving elements are processed by delaying the time corresponding to the incident angle and the positional relationship between the elements, thereby selectively extracting only incident waves from any direction. A method is known in which the direction of an object is measured only by electrical signal processing without using a mechanical movable part (see Patent Document 1).

このような超音波を利用した距離・方向測定方法においては、超音波受信素子が受信した信号の第1波の立ち上がりタイミングを検出することが必要となるが、超音波受信素子は、音波波形以外にノイズも受信するため、受信した信号の立ち上がりタイミングを誤って検出する虞がある。ノイズには、電波ノイズや外来音波ノイズがあり、電波ノイズはシールドによりある程度は低減できるが完全ではなく、外来音波ノイズについては、超音波受信素子は音波を受信するものなので、防ぐことができない。このようなノイズによる信号の立ち上がりタイミングの誤検出を防止するために、波形の振幅値が所定のしきい値を越えたタイミングを信号の立ち上がりタイミングとする方法や、受信した信号について特定周波数でサンプリングし、得られた複数のピーク値を結ぶ包絡線から立ち上がりタイミングを推定する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−156451号公報 特開平9−184716号公報
In such a distance / direction measuring method using ultrasonic waves, it is necessary to detect the rising timing of the first wave of the signal received by the ultrasonic receiving element. In addition, since noise is also received, there is a risk of erroneously detecting the rising timing of the received signal. The noise includes radio wave noise and external sound wave noise. The radio wave noise can be reduced to some extent by the shield, but is not perfect. The external sound wave noise cannot be prevented because the ultrasonic receiving element receives sound waves. In order to prevent such erroneous detection of the signal rise timing due to noise, a method in which the timing when the amplitude value of the waveform exceeds a predetermined threshold is used as the signal rise timing, or the received signal is sampled at a specific frequency. In addition, a method for estimating the rising timing from an envelope connecting a plurality of obtained peak values is known (see, for example, Patent Document 2).
JP 2002-156451 A JP-A-9-184716

ところが、特許文献2等に記載されている音波信号の立ち上がり検出方法においては、波形の瞬間値を測定しているため、依然として音波信号とノイズとの区別が課題となる。なお、特許文献1は、小型で組み込みの用途に適した超音波センサを提供するものであって、音波信号の立ち上がり検出方法を提供するものではない。本発明は、上記問題を解消するものであり、音波信号の立ち上がり検出方法において、ノイズと音波信号を区別し、音波信号の立ち上がりタイミングを簡易的に検出することができる方法を提供することを目的とする。   However, in the method for detecting the rising edge of the sound wave signal described in Patent Document 2 and the like, since the instantaneous value of the waveform is measured, the distinction between the sound wave signal and the noise still remains a problem. Patent Document 1 provides an ultrasonic sensor that is small and suitable for a built-in application, and does not provide a method for detecting a rising edge of a sound wave signal. An object of the present invention is to solve the above-described problem, and to provide a method capable of distinguishing noise from a sound wave signal and easily detecting the rising timing of the sound wave signal in the sound wave signal rise detection method. And

請求項1の発明は、超音波センサの超音波受信素子が受信した音波信号の立ち上がりを検出する方法であって、a)超音波受信素子が音波信号を受信した際に得られるアナログ信号を時系列的に記憶する信号記憶ステップと、b)前記により記憶された信号に対して所定の時間幅を持つウインドウを、音波の発信時刻を基準として時間軸方向に走査する走査ステップと、c)前記所定走査位置毎にウインドウ内の音波信号の特徴量を求める特徴量計測ステップと、d)前記により求められた特徴量によって音波信号の立ち上がりタイミングを求める立ち上がり検出ステップとを有することを特徴とする。   The invention of claim 1 is a method for detecting the rising of a sound wave signal received by an ultrasonic wave receiving element of an ultrasonic sensor, and a) an analog signal obtained when the ultrasonic wave receiving element receives a sound wave signal A signal storing step for sequentially storing; b) a scanning step for scanning in a time axis direction a window having a predetermined time width with respect to the signal stored in the above with reference to the time of sound wave transmission; c) A feature amount measuring step for obtaining a feature amount of the sound wave signal in the window for each predetermined scanning position; and d) a rising edge detecting step for obtaining the rise timing of the sound wave signal based on the feature amount obtained as described above.

請求項2の発明は、請求項1記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、前記b)のステップでの走査は、ウインドウをウインドウ幅ピッチで行い、前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の音波信号波形の積分値であり、前記d)のステップで、前記積分値が所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to the first aspect, the scanning in the step b) performs a window with a window width pitch, and the feature amount in the step c) is a window. And the rising time is a time corresponding to the window position at the time when a window in which the integrated value is equal to or greater than a predetermined value is detected in step d). To do.

請求項3の発明は、請求項2記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、前記d)のステップで、ウインドウ内の音波信号波形の積分値が所定値以上となるウインドウについて、所定の分割数で分割し、当該分割ウインドウ内の音波信号波形の積分値が別途設定の所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to the second aspect, in the step d), with respect to the window in which the integrated value of the sound wave signal waveform in the window is equal to or greater than a predetermined value, It is divided, and a time corresponding to the window position at the time when a window in which the integrated value of the sound wave signal waveform in the divided window is equal to or greater than a predetermined value is detected is set as the rising timing.

請求項4の発明は、請求項1記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の音波信号に対して周波数分析を行って得られる発信に使用されている音波の周波数成分であり、前記d)のステップで、前記c)のステップにより求めた周波数成分のレベルが所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to the first aspect, the feature value in the step c) is used for transmission obtained by performing frequency analysis on the sound wave signal in the window. In the step d), a time corresponding to the window position at the time when a window in which the level of the frequency component obtained in the step c) is a predetermined value or more is detected. It is characterized by timing.

請求項5の発明は、請求項1記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、音波の発信周波数fが既知で、且つn周期目の立ち上がりで受信した音波信号の振幅が最大となることが既知である場合において、前記c)のステップでの特徴量は、受信した音波信号の振幅であり、前記d)のステップで、音波信号の振幅が最大となる時間から(n−0.75)×1/fの時間だけ遡った時間を立ち上がり検出タイミングとすることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to claim 1, it is known that the transmission frequency f of the sound wave is known and the amplitude of the sound wave signal received at the rising edge of the nth cycle is maximized. In some cases, the feature amount in the step c) is the amplitude of the received sound wave signal, and (n−0.75) × 1 from the time when the amplitude of the sound wave signal becomes the maximum in the step d). It is characterized in that the time detected by the time of / f is the rising detection timing.

請求項6の発明は、請求項1記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、前記超音波受信素子が受信した音波信号の包絡線成分を抽出する包絡線抽出ステップをさらに有し、前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の前記包絡線成分の積分値であることを特徴とする。   The invention of claim 6 further comprises an envelope extraction step of extracting an envelope component of the sound wave signal received by the ultrasonic wave receiving element in the method of detecting rising of the sound wave signal according to claim 1, wherein The feature amount in the step is an integral value of the envelope component in the window.

請求項7の発明は、請求項6記載の音波信号の立ち上がり検出方法において、前記d)のステップで、前記包絡線成分の積分値が所定値以上を示すウインドウ内の積分値から近似曲線を求め、該近似曲線と時間軸の切片を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to the sixth aspect, in the step d), an approximate curve is obtained from an integral value in a window where the integral value of the envelope component is equal to or greater than a predetermined value. The approximate curve and the intercept of the time axis are set as the rising timing.

本発明の音波信号の立ち上がり検出方法によれば、超音波受信素子が受信した音波信号を時系列的に記憶し、この音波信号列に対して所定の時間幅を持つウインドウを音波の発信時刻を基準として時間軸方向に走査させ、ウインドウ内の音波信号の積分値等の特徴量によって音波信号の立ち上がりタイミングを求めるようにしたので、ノイズと音波信号を区別して、簡易的に音波信号の立ち上がりタイミングを求めることができる。さらに、音波信号の包絡線成分を抽出し、この包絡線成分を用いて音波信号の立ち上がりタイミングを求めることで、さらに、ノイズの影響を受けにくくすることができる。   According to the rising detection method of the sound wave signal of the present invention, the sound wave signal received by the ultrasonic wave receiving element is stored in time series, and a window having a predetermined time width is set to the sound wave signal sequence with the sound wave transmission time. As the reference, scanning is performed in the time axis direction, and the rising timing of the sound wave signal is obtained from the feature value such as the integrated value of the sound wave signal in the window. Can be requested. Furthermore, by extracting the envelope component of the sound wave signal and obtaining the rising timing of the sound wave signal using the envelope component, the influence of noise can be further reduced.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態による音波信号の立ち上がり検出方法について、図面を参照して説明する。図1に示されるように、超音波センサ1は、音波の発信動作を制御する超音波発信制御部2と、超音波発信制御部2の制御に基づいて超音波発信素子4を駆動するための信号を出力する信号発生部3と、音波を発信する超音波発信素子4と、超音波発信素子4により発信され、検出対象5で反射された音波を受信する超音波受信素子6と、超音波受信素子6で受けたアナログ信号を処理する信号処理距離換算部7とから構成されている。なお、超音波発信素子4及び超音波受信素子6は、単素子でもアレイ状の素子でも構わない。単素子の場合は、距離測定のみが可能となり、アレイ状素子の場合は、距離及び方向の測定が可能となる。また、超音波発信素子4が発信する信号の波形は、単パルスでもバースト波でもよい。
(First embodiment)
Hereinafter, a method for detecting rising of a sound wave signal according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor 1 includes an ultrasonic transmission control unit 2 that controls a transmission operation of a sound wave, and an ultrasonic transmission element 4 for driving the ultrasonic transmission element 4 based on the control of the ultrasonic transmission control unit 2. A signal generation unit 3 that outputs a signal, an ultrasonic transmission element 4 that transmits a sound wave, an ultrasonic reception element 6 that receives a sound wave transmitted by the ultrasonic transmission element 4 and reflected by the detection target 5, and an ultrasonic wave The signal processing distance conversion unit 7 processes an analog signal received by the receiving element 6. The ultrasonic transmitting element 4 and the ultrasonic receiving element 6 may be a single element or an array element. In the case of a single element, only distance measurement is possible, and in the case of an array-like element, distance and direction can be measured. Further, the waveform of the signal transmitted by the ultrasonic transmission element 4 may be a single pulse or a burst wave.

まず、超音波センサ1において、検出対象5までの距離と方向を計測する手順を説明する。超音波発信制御部2から電源(図示せず)に対して発信開始トリガーが出力されると、信号発生部3は超音波発信素子4を駆動するための信号を出力する。超音波発信素子4はこの信号に基づいて所定周波数(例えば、20〜100kHz程度)の音波を発信し、発信された音波は、検出対象5により反射され、超音波受信素子6によって受信される。受信された信号は、後述する音波信号の立ち上がり検出手順によりその立ち上がりタイミングが検出され、反射波到達時間、及び複数の超音波受信素子6間での音波信号の遅延時間からその角度方向における検出対象5までの距離を求めることができる。   First, a procedure for measuring the distance and direction to the detection target 5 in the ultrasonic sensor 1 will be described. When a transmission start trigger is output from the ultrasonic transmission control unit 2 to a power source (not shown), the signal generation unit 3 outputs a signal for driving the ultrasonic transmission element 4. The ultrasonic transmission element 4 transmits a sound wave having a predetermined frequency (for example, about 20 to 100 kHz) based on this signal, and the transmitted sound wave is reflected by the detection target 5 and received by the ultrasonic reception element 6. The received signal is detected in the angular direction from the reflected wave arrival time and the delay time of the sound wave signal between the plurality of ultrasonic receiving elements 6 by detecting the rise time of the sound wave signal to be described later. A distance up to 5 can be determined.

次に、音波信号の立ち上がり検出手順について図2及び図3を参照して説明する。超音波受信素子6により音波信号が受信されると、信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶する(#21)。そして、記憶された信号に対して所定の時間幅を持つウインドウWを、音波の発信時刻t0を基準として時間軸方向(矢印a方向)に、ウインドウ幅ピッチで走査し(#22)、走査位置毎にウインドウW内の音波信号の波形10の積分値(特徴量)を演算する(#23)。そして、得られた積分値がしきい値以上であるかどうかを判断し(#24)、積分値がしきい値以上であれば(#24でYES)、そのウインドウWが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間t’を立ち上がりタイミングとする(#25)。図3の例では、ウインドウ位置W1では、ノイズ成分のみの積分なのでその値は小さくなるが、ウインドウ位置W2では、音波信号の一部(黒色部)を積分するため値は大きくなる。この値が所定のしきい値を超えていた場合、ウインドウ位置W2に対応する時間t’を立ち上がりタイミングとする。   Next, the procedure for detecting the rising edge of the sound wave signal will be described with reference to FIGS. When the sound wave signal is received by the ultrasonic wave receiving element 6, the signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 21). Then, the window W having a predetermined time width with respect to the stored signal is scanned at the window width pitch in the time axis direction (arrow a direction) with reference to the sound wave transmission time t0 (# 22), and the scanning position Every time, the integral value (feature value) of the waveform 10 of the sound wave signal in the window W is calculated (# 23). Then, it is determined whether or not the obtained integral value is equal to or greater than the threshold value (# 24). If the integral value is equal to or greater than the threshold value (YES in # 24), when the window W is detected. The time t ′ corresponding to the window position is set as the rising timing (# 25). In the example of FIG. 3, the value is small at the window position W1 because it is an integration of only the noise component, but the value is large at the window position W2 because part of the sound wave signal (black part) is integrated. When this value exceeds a predetermined threshold value, the time t ′ corresponding to the window position W2 is set as the rising timing.

このように、ウインドウW内の波形10の積分値により信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、波形10の瞬間値を利用する場合と異なり、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。   As described above, since the signal rising timing is detected by the integral value of the waveform 10 in the window W, unlike the case where the instantaneous value of the waveform 10 is used, it is easy to distinguish between the signal and the noise. The rising timing of the sound wave signal can be detected by the method.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について、図4及び図5を参照して説明する。第2の実施形態は、ウインドウW内の音波信号の波形10の積分値を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で第1の実施形態と同様であるが、さらに、ウインドウWを所定の分割数で分割した分割ウインドウ(例えば、w1〜w6)を利用する点で第1の実施形態と異なる。信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶し(#41)、記憶された信号に対してウインドウWを走査して(#42)、ウインドウW内の音波信号の波形10の積分値を演算し(#43)、積分値がしきい値以上であるかどうかを判断する(#44)。そして、ウインドウW内の音波信号の波形10の積分値がしきい値以上となる場合(#44でYES)、ウインドウWを所定の分割数で分割する(#45)。図5(a)は、ウインドウ位置W1において積分値がしきい値を超えた状態を示し、図5(b)は、ウインドウ位置W1においてウインドウWを6分割して分割ウインドウw1〜w6を形成した状態を示している。そして、分割ウインドウw1〜w6内の音波信号の波形10の積分値が別途設定のしきい値以上となる分割ウインドウw2を検出し(#46)、検出された分割ウインドウw2の位置に対応する時間t’を立ち上がりタイミングとする(#47)。この構成においても、ウインドウW内の特徴量を利用して信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。また、分割ウインドウw1〜w6を利用することにより精度よく音波信号の立ち上がりを検出することができる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The second embodiment is the same as the first embodiment in that the rising timing of the sound wave signal is detected by using the integrated value of the waveform 10 of the sound wave signal in the window W, but further, the window W is set to a predetermined value. This is different from the first embodiment in that a divided window (for example, w1 to w6) divided by the number of divisions is used. The signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 41), scans the window W with respect to the stored signal (# 42), and generates the waveform 10 of the sound wave signal in the window W. An integral value is calculated (# 43), and it is determined whether the integral value is equal to or greater than a threshold value (# 44). If the integral value of the waveform 10 of the sound wave signal in the window W is equal to or greater than the threshold value (YES in # 44), the window W is divided by a predetermined number of divisions (# 45). FIG. 5A shows a state where the integrated value exceeds the threshold value at the window position W1, and FIG. 5B shows that divided windows w1 to w6 are formed by dividing the window W into six at the window position W1. Indicates the state. Then, a divided window w2 in which the integrated value of the waveform 10 of the sound wave signals in the divided windows w1 to w6 is equal to or larger than a separately set threshold is detected (# 46), and the time corresponding to the detected position of the divided window w2 is detected. Let t ′ be the rise timing (# 47). Even in this configuration, since the signal rise timing is detected using the feature amount in the window W, it is easy to distinguish between the signal and the noise, and the rise timing of the sound wave signal can be detected by a simple method. Can do. Further, the rising edge of the sound wave signal can be detected with high accuracy by using the divided windows w1 to w6.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。第3の実施形態は、ウインドウW内の音波信号に対して周波数分析を行って得られる周波数成分(特徴量)を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で他の実施形態と異なる。信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶し(#61)、記憶された信号に対してウインドウWを走査して(#62)、ウインドウW内の音波信号に対して周波数分析を行う(#63)。図7(a)において、ウインドウ位置W1,W2に対して周波数分析を行うと、図7(b)に示されるように、ウインドウ位置W1ではノイズ成分のみであるために周波数分析した波形には特徴はないが、図7(c)に示されるように、ウインドウ位置W2では音波信号を含んでいるために周波数分析した波形には発信に使用されている音波の周波数fにピークPを示す。そして、この周波数成分レベルがしきい値以上となるかどうかを判断し(#64)、周波数成分レベルがしきい値以上であれば(#64でYES)、ウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとする(#65)。この構成においても、ウインドウW内の特徴量を利用して信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. The third embodiment is different from the other embodiments in that the rising timing of the sound wave signal is detected using a frequency component (feature amount) obtained by performing frequency analysis on the sound wave signal in the window W. The signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 61), scans the window W with respect to the stored signal (# 62), and performs frequency with respect to the sound wave signal in the window W. Analysis is performed (# 63). In FIG. 7A, when frequency analysis is performed on the window positions W1 and W2, as shown in FIG. 7B, since only the noise component is present at the window position W1, there is a characteristic in the waveform subjected to frequency analysis. However, as shown in FIG. 7 (c), the window position W2 includes a sound wave signal, and therefore the waveform obtained by frequency analysis shows a peak P at the frequency f of the sound wave used for transmission. Then, it is determined whether the frequency component level is equal to or higher than the threshold value (# 64). If the frequency component level is equal to or higher than the threshold value (YES in # 64), the window at the time when the window is detected is determined. The time corresponding to the position is set as the rising timing (# 65). Even in this configuration, since the signal rise timing is detected using the feature amount in the window W, it is easy to distinguish between the signal and the noise, and the rise timing of the sound wave signal can be detected by a simple method. Can do.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について、図8及び図9を参照して説明する。第4の実施形態は、音波の発信周波数fが既知で、且つn周期目の立ち上がりで受信した音波信号の振幅が最大となることが既知である場合において、受信した音波信号の振幅(特徴量)を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で他の実施形態と異なる。以下、音波の発信周波数fが既知で、且つn周期目の立ち上がりで受信した音波信号の振幅が最大となることが既知である場合について説明する。信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶し(#81)、記憶された信号に対してその振幅が最大となるウインドウ位置及びその時間tが検出されるまで(#83でYES)、ウインドウWを走査する(#82)。そして、検出された音波信号の振幅が最大となる時間tから(n−0.75)×1/fの時間だけ遡った時間を演算し(#84)、得られた時間t’を音波信号の立ち上がり検出タイミングとする(#85)。図9に示されるように、3周期目の立ち上がりで受信した音波信号の振幅が最大となることが既知である場合においては、受信した音波信号の振幅が最大となる時間tから(3−0.75)×1/fの時間だけ遡った時間を音波信号の立ち上がりタイミングとする。ここで、(3−0.75)×1/fは、(3−0.75)に周期あたりの時間である(1/f)を乗じた時間である。この構成においても、ウインドウW内の特徴量を利用して信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, when the transmission frequency f of the sound wave is known and the amplitude of the sound wave signal received at the rise of the nth cycle is known to be the maximum, the amplitude (feature value) of the received sound wave signal is known. ) Is used to detect the rising timing of the sound wave signal. Hereinafter, a case where the transmission frequency f of the sound wave is known and the amplitude of the sound wave signal received at the rise of the nth cycle is known to be maximum will be described. The signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 81), and until the window position and the time t at which the amplitude is maximum for the stored signal is detected (in # 83). YES), the window W is scanned (# 82). Then, a time that goes back by the time (n−0.75) × 1 / f from the time t at which the amplitude of the detected sound wave signal becomes maximum is calculated (# 84), and the obtained time t ′ is calculated as the sound wave signal. The rise detection timing is set (# 85). As shown in FIG. 9, when it is known that the amplitude of the sound wave signal received at the rising edge of the third period is maximized, from the time t when the amplitude of the received sound wave signal becomes maximum (3-0). .75) × 1 / f is the time before the sound wave signal rises. Here, (3-0.75) × 1 / f is a time obtained by multiplying (3-0.75) by (1 / f) which is a time per period. Even in this configuration, since the signal rise timing is detected using the feature amount in the window W, it is easy to distinguish between the signal and the noise, and the rise timing of the sound wave signal can be detected by a simple method. Can do.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について、図10及び図11を参照して説明する。第5の実施形態は、上述した他の実施形態と比較して、超音波受信素子6が受信した音波信号の波形10の包絡線成分20を抽出し、この包絡線成分20(特徴量)を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で他の実施形態と異なる。まず、信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶し(#101)、記憶した信号に対してその波形10の包絡線成分20を抽出する(#102)。そして、包絡線成分20に対してウインドウWを走査し(#103)、ウインドウW内の包絡線成分20の積分値を求める(#104)。そして、その積分値がしきい値以上となるかどうかを判断し(#105)、積分値がしきい値以上であれば(#105でYES)、そのウインドウWが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとする(#106)。この構成においても、ウインドウW内の特徴量を利用して信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。また、音波信号の立ち上がりを検出する際に、包絡線成分20の積分値を利用することにより、各ウインドウWの積分値がなだらかに変化するため、音波信号の挙動を追跡しやすく、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. Compared with the other embodiments described above, the fifth embodiment extracts the envelope component 20 of the waveform 10 of the sound wave signal received by the ultrasonic receiving element 6, and extracts the envelope component 20 (feature value). This is different from the other embodiments in that the rising timing of the sound wave signal is detected. First, the signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 101), and extracts the envelope component 20 of the waveform 10 from the stored signal (# 102). Then, the window W is scanned with respect to the envelope component 20 (# 103), and an integral value of the envelope component 20 in the window W is obtained (# 104). Then, it is determined whether or not the integral value is equal to or greater than the threshold value (# 105). If the integral value is equal to or greater than the threshold value (YES in # 105), the window at the time when the window W is detected is determined. The time corresponding to the position is set as the rising timing (# 106). Even in this configuration, since the signal rise timing is detected using the feature amount in the window W, it is easy to distinguish between the signal and the noise, and the rise timing of the sound wave signal can be detected by a simple method. Can do. Further, when detecting the rising edge of the sound wave signal, the integrated value of each window W changes gently by using the integrated value of the envelope component 20, so that the behavior of the sound wave signal can be easily traced, and the influence of noise. It can be made difficult to receive.

(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について、図12及び図13を参照して説明する。第6の実施形態は、包絡線成分20を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で第5の実施形態と同様であるが、包絡線成分20の積分値が所定値以上を示すウインドウW内の積分値から求められた近似曲線30を利用して音波信号の立ち上がりタイミングを検出する点で第5の実施形態と異なる。信号処理距離換算部7は、音波信号を時系列的に記憶し(#121)、その波形10の包絡線成分20を抽出する(#122)。そして、包絡線成分20に対しウインドウWを走査し(#123)、ウインドウW内の積分値を求める(#124)。そして、その積分値がしきい値以上となるかどうかを判断し(#125)、積分値がしきい値以上であれば(#125でYES)、その積分値を時間軸に対してプロットする(#126)。同様の手順を積分値が所定点以上プロットされる(#127でYES)まで繰り返し、その近似曲線30を得る(#128)。例えば、図13(a)に示されるように、ウィンドウ位置W1〜W5の積分値31がしきい値以上である場合、これらを時間軸に対してプロットし、カーブフィッティングを行って近似曲線30を得る。そして、近似曲線30と時間軸との切片を算出し(#129)、切片の時間t’を立ち上がりタイミングとする(#130)。この構成においても、ウインドウW内の特徴量を利用して信号の立ち上がりタイミングの検出を行うようにしたので、信号とノイズの区別が容易となり、簡易な方法で音波信号の立ち上がりタイミングを検出することができる。また、音波信号の立ち上がりを検出する際に、包絡線成分20の積分値を利用することにより、各ウインドウWの積分値がなだらかに変化するため、音波信号の挙動を追跡しやすく、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. The sixth embodiment is the same as the fifth embodiment in that the rising timing of the sound wave signal is detected using the envelope component 20, but a window in which the integral value of the envelope component 20 is greater than or equal to a predetermined value. The difference from the fifth embodiment is that the rising timing of the sound wave signal is detected using the approximate curve 30 obtained from the integral value in W. The signal processing distance conversion unit 7 stores the sound wave signal in time series (# 121), and extracts the envelope component 20 of the waveform 10 (# 122). Then, the window W is scanned with respect to the envelope component 20 (# 123), and an integral value in the window W is obtained (# 124). Then, it is determined whether or not the integral value is equal to or greater than the threshold value (# 125). If the integral value is equal to or greater than the threshold value (YES in # 125), the integral value is plotted against the time axis. (# 126). The same procedure is repeated until the integral value is plotted at a predetermined point or more (YES in # 127), and the approximate curve 30 is obtained (# 128). For example, as shown in FIG. 13A, when the integral value 31 of the window positions W1 to W5 is equal to or greater than the threshold value, these are plotted with respect to the time axis, and curve fitting is performed to obtain the approximate curve 30. obtain. Then, an intercept between the approximate curve 30 and the time axis is calculated (# 129), and the intercept time t ′ is set as the rising timing (# 130). Even in this configuration, since the signal rise timing is detected using the feature amount in the window W, it is easy to distinguish between the signal and the noise, and the rise timing of the sound wave signal can be detected by a simple method. Can do. Further, when the rising edge of the sound wave signal is detected, the integral value of each window W changes gently by using the integral value of the envelope component 20, so that the behavior of the sound wave signal can be easily traced, and the influence of noise. It can be made difficult to receive.

なお、本発明は、上記構成に限られることがなく種々の変形が可能であり、例えば、ウインドウの走査ピッチは、ウインドウ幅に限られることはない。また、超音波受信素子6が受信した音波信号に対し、バンドパスフィルタを用いて超音波受信素子6の共振周波数周辺の成分のみを抽出するようにしてもよい。バンドパスフィルタを利用することで、ノイズの影響を受けにくくすることができる。   The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications are possible. For example, the window scanning pitch is not limited to the window width. Alternatively, only a component around the resonance frequency of the ultrasonic receiving element 6 may be extracted from the sound wave signal received by the ultrasonic receiving element 6 using a band pass filter. By using a band-pass filter, it is possible to make it less susceptible to noise.

本発明の方法が適用される超音波センサの構成図。The block diagram of the ultrasonic sensor to which the method of this invention is applied. 本発明の第1の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。3 is a flowchart showing a procedure for detecting the rising edge of a sound wave signal according to the first embodiment of the present invention. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図。Explanatory drawing of the method to detect the rising of the sound wave signal by the embodiment. 第2の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a procedure for detecting a rising edge of a sound wave signal according to the second embodiment. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図であって、(a)は走査ステップを示す図、(b)は分割ウインドウの説明図。It is explanatory drawing of the method of detecting the rising of the sound wave signal by the embodiment, (a) is a figure which shows a scanning step, (b) is explanatory drawing of a division | segmentation window. 第3の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a procedure for detecting a rising edge of a sound wave signal according to a third embodiment. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図であって、(a)は走査ステップを示す図、(b)はウインドウ位置W1の周波数分析結果を示す図、(c)はウインドウ位置W2の周波数分析結果を示す図。It is explanatory drawing of the method to detect the rising of the sound wave signal by the embodiment, (a) is a figure which shows a scanning step, (b) is a figure which shows the frequency analysis result of window position W1, (c) is a window position The figure which shows the frequency analysis result of W2. 第4の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure for detecting a rising edge of a sound wave signal according to a fourth embodiment. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図。Explanatory drawing of the method to detect the rising of the sound wave signal by the embodiment. 第5の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure for detecting a rising edge of a sound wave signal according to a fifth embodiment. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図。Explanatory drawing of the method to detect the rising of the sound wave signal by the embodiment. 第6の実施形態による音波信号の立ち上がり検出手順を示すフローチャート。10 is a flowchart showing a procedure for detecting a rising edge of a sound wave signal according to a sixth embodiment. 同実施形態による音波信号の立ち上がりを検出する方法の説明図であって、(a)走査ステップを示す図、(b)は近似曲線の説明図。It is explanatory drawing of the method of detecting the rising of the sound wave signal by the embodiment, Comprising: (a) The figure which shows a scanning step, (b) is explanatory drawing of an approximated curve.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波センサ
6 超音波受信素子
7 信号処理距離換算部(信号記憶ステップ、走査ステップ、特徴量計測ステップ、立ち上がり検出ステップ、包絡線抽出ステップ)
10 音波信号の波形
20 音波信号の包絡線成分
30 近似曲線
W ウインドウ
W1,W2,W3,W4,W5 ウインドウ位置
w1,w2,w3,w4,w5,w6 分割ウインドウ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sensor 6 Ultrasonic receiving element 7 Signal processing distance conversion part (Signal storage step, scanning step, feature amount measurement step, rise detection step, envelope extraction step)
10 Waveform of sound wave signal 20 Envelope component of sound wave signal 30 Approximate curve W window W1, W2, W3, W4, W5 Window position w1, w2, w3, w4, w5, w6 Divided window

Claims (7)

超音波センサの超音波受信素子が受信した音波信号の立ち上がりを検出する方法であって、
a)超音波受信素子が音波信号を受信した際に得られるアナログ信号を時系列的に記憶する信号記憶ステップと、
b)前記により記憶された信号に対して所定の時間幅を持つウインドウを、音波の発信時刻を基準として時間軸方向に走査する走査ステップと、
c)前記所定走査位置毎にウインドウ内の音波信号の特徴量を求める特徴量計測ステップと、
d)前記により求められた特徴量によって音波信号の立ち上がりタイミングを求める立ち上がり検出ステップとを有することを特徴とする音波信号の立ち上がり検出方法。
A method for detecting a rising edge of a sound wave signal received by an ultrasonic wave receiving element of an ultrasonic sensor,
a) a signal storage step for storing, in time series, an analog signal obtained when the ultrasonic receiving element receives a sound wave signal;
b) a scanning step of scanning a window having a predetermined time width with respect to the signal stored as described above in the time axis direction with reference to the sound wave transmission time;
c) a feature amount measuring step for obtaining a feature amount of the sound wave signal in the window for each predetermined scanning position;
d) a rising edge detecting step for determining a rising edge timing of the sound wave signal based on the characteristic amount obtained as described above.
前記b)のステップでの走査は、ウインドウをウインドウ幅ピッチで行い、
前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の音波信号波形の積分値であり、
前記d)のステップで、前記積分値が所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする請求項1に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。
The scanning in the step b) performs windows at a window width pitch,
The feature value in the step c) is an integrated value of the sound wave signal waveform in the window,
2. The rising edge of the sound wave signal according to claim 1, wherein a rising time is a time corresponding to a window position at the time when a window in which the integrated value is equal to or larger than a predetermined value is detected in the step d). Detection method.
前記d)のステップで、ウインドウ内の音波信号波形の積分値が所定値以上となるウインドウについて、所定の分割数で分割し、当該分割ウインドウ内の音波信号波形の積分値が別途設定の所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする請求項2に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。   In step d), the window in which the integrated value of the sound wave signal waveform in the window is equal to or greater than a predetermined value is divided by a predetermined number of divisions, and the integrated value of the sound wave signal waveform in the divided window is a predetermined value set separately. 3. The method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to claim 2, wherein a time corresponding to the window position at the time when the above window is detected is set as a rising timing. 前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の音波信号に対して周波数分析を行って得られる発信に使用されている音波の周波数成分であり、
前記d)のステップで、前記c)のステップにより求めた周波数成分のレベルが所定値以上となるウインドウが検出された時点でのウインドウ位置に対応する時間を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする請求項1に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。
The characteristic amount in the step c) is a frequency component of the sound wave used for transmission obtained by performing frequency analysis on the sound wave signal in the window,
The time corresponding to the window position at the time when the window in which the level of the frequency component obtained in the step of c) is a predetermined value or more is detected in the step d) is set as the rising timing. Item 2. A method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to Item 1.
音波の発信周波数fが既知で、且つn周期目の立ち上がりで受信した音波信号の振幅が最大となることが既知である場合において、
前記c)のステップでの特徴量は、受信した音波信号の振幅であり、
前記d)のステップで、音波信号の振幅が最大となる時間から(n−0.75)×1/fの時間だけ遡った時間を立ち上がり検出タイミングとすることを特徴とする請求項1に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。
When the transmission frequency f of the sound wave is known and the amplitude of the sound wave signal received at the rise of the nth period is known to be maximum,
The feature amount in step c) is the amplitude of the received sound wave signal,
2. The rise detection timing according to claim 1, wherein, in the step d), a time that goes back by a time of (n−0.75) × 1 / f from a time when the amplitude of the sound wave signal becomes maximum is used. Method of detecting the rising edge of sound wave signal.
前記超音波受信素子が受信した音波信号の包絡線成分を抽出する包絡線抽出ステップをさらに有し、
前記c)のステップでの特徴量は、ウインドウ内の前記包絡線成分の積分値であることを特徴とする請求項1に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。
An envelope extraction step of extracting an envelope component of a sound wave signal received by the ultrasonic receiving element;
The method according to claim 1, wherein the feature amount in step c) is an integral value of the envelope component in a window.
前記d)のステップで、前記包絡線成分の積分値が所定値以上を示すウインドウ内の積分値から近似曲線を求め、該近似曲線と時間軸の切片を立ち上がりタイミングとすることを特徴とする請求項6に記載の音波信号の立ち上がり検出方法。   In the step d), an approximate curve is obtained from an integral value within a window in which the integral value of the envelope component is equal to or greater than a predetermined value, and the approximate curve and the intercept of the time axis are used as the rising timing. Item 7. A method for detecting a rising edge of a sound wave signal according to Item 6.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110095272A (en) * 2008-10-28 2011-08-24 악센소르 아베 Method for determining the starting instant of a periodically oscillating signal response
CN102203601A (en) * 2008-10-28 2011-09-28 艾克森赛股份公司 Method for determining the starting instant of a periodically oscillating signal response
JP2012506999A (en) * 2008-10-28 2012-03-22 アクセンサー エービー Method for determining the start instant of a periodically oscillating signal response
US8892373B2 (en) 2008-10-28 2014-11-18 Axsensor Ab Method for determining the starting instant of a periodically oscillating signal response
KR101688844B1 (en) * 2008-10-28 2017-01-02 악센소르 아베 Method for determining the starting instant of a periodically oscillating signal response

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