JP2011035884A - Ultrasonic sensor - Google Patents

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Tadashi Kamemura
忠 亀村
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Nissei Giken KK
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Nissei Giken KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic sensor which improves sensitivity, sound pressure, and directivity, prevents performance degradation due to water dripping, and easily obtains desired characteristics, by using a conventional drip-proof ultrasonic sensor. <P>SOLUTION: The ultrasonic sensor is provided with a drip-proof ultrasonic element in which a piezoelectric element is tightly sealed within a cylindrical case, and arranged in the center of a horn-shaped reflecting plate, and a front reflecting plate arranged in front of the ultrasonic element. The front reflecting plate is composed of chevron planes which are tilted rearward from the central ridgeline toward the left and right ends thereof, while the ridgeline is arranged facing the front surface of the ultrasonic element. A microgap is formed between the ridgeline and the front surface of the ultrasonic element, to obtain vibrational impedance matching between the ultrasonic element and the atmosphere. Thereby, central-part sensitivity (S/N ratio), directivity characteristics, and reverberation characteristics, which are all satisfactory and are equivalent to those of open-type ultrasonic sensors, can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、防滴型の超音波センサに関し、特に感度と指向性を向上させた防滴型の超音波センサに関する。  The present invention relates to a drip-proof ultrasonic sensor, and particularly to a drip-proof ultrasonic sensor with improved sensitivity and directivity.

超音波センサは、超音波振動子の共振周波数で超音波を対象物に向けて発信して、かつ同じ周波数で対象物から反射した超音波の受信を行い、その発信から受信までの時間で対象物の距離を測定したり、物体を検知したりするものである。このような超音波センサは、車両の後部や四隅に取り付けられて後方や曲がる際に障害物や人間を検知するためのセンサや、建設重機の前後左右に取り付けられて作業範囲にいる人間を検知するためのセンサなど幅広い用途で使用されている。また、車両や建設重機などに取り付けられた超音波センサは、雨などの水滴から超音波センサを保護するために、防滴構造の超音波素子を使用している。このような防滴型の超音波センサの一般的な従来技術を以下に示す。  The ultrasonic sensor emits ultrasonic waves toward the object at the resonance frequency of the ultrasonic transducer, receives the ultrasonic waves reflected from the object at the same frequency, and takes the time from transmission to reception. It measures the distance of an object or detects an object. These ultrasonic sensors are attached to the rear and four corners of a vehicle to detect obstacles and people when turning backwards and turn, and to detect people in the working range attached to the front, back, left and right of heavy construction equipment. It is used in a wide range of applications such as sensors. In addition, an ultrasonic sensor attached to a vehicle or heavy construction equipment uses a drip-proof ultrasonic element in order to protect the ultrasonic sensor from water droplets such as rain. A general prior art of such a drip-proof ultrasonic sensor will be described below.

例えば、特開昭63−255679号公報(特許文献1)に開示された「超音波振動子」は、当該公報の図1に表されるように、密閉構造の振動板の内面に圧電素子を接合して、密閉構造(防滴型)の超音波センサとしたものである。  For example, an “ultrasonic transducer” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-255679 (Patent Document 1) has a piezoelectric element on the inner surface of a diaphragm having a sealed structure, as shown in FIG. The ultrasonic sensor having a sealed structure (drip-proof type) is joined.

また、特開平4−56597号公報(特許文献2)に開示された「防滴型超音波マイクロホン」についても、特許文献1と同様な技術が示されており、一般的な防滴型の超音波センサはこのように密閉構造とすることで防滴性能を得るように構成している。  A technique similar to that of Patent Document 1 is also disclosed for the “drip-proof ultrasonic microphone” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-56597 (Patent Document 2). The sound wave sensor is configured to obtain a drip-proof performance by having such a sealed structure.

さらに、このような防滴型の超音波センサの指向性を向上させる方法としては、超音波センサにホーンを設けることが一般的な技術であり、実公平2−27665号公報(特許文献3)に開示された「超音波センサ」には、当該公報の図1に従来例として防滴型超音波振動子にホーンを備えたことが表されている。  Furthermore, as a method for improving the directivity of such a drip-proof ultrasonic sensor, it is a common technique to provide a horn on the ultrasonic sensor, and Japanese Utility Model Publication No. 2-27665 (Patent Document 3). 1 discloses that a drip-proof ultrasonic transducer is provided with a horn as a conventional example in FIG. 1 of the publication.

特開昭63−255679号公報  JP-A-63-255679 特開平4−56597号公報  Japanese Patent Laid-Open No. 4-56597 実公平2−27665号公報  No. 2-27665

ところで、従来の防滴型の超音波センサは、水滴が入らないように密閉された構造となっているため、素子と空中との振動インピーダンスのマッチングが取りづらく、超音波センサとしての良好な性能を得ることができない。通常の開放型の超音波センサと比較した場合、感度、音圧、指向性の低下が著しく、一般的なデータとしては、開放型の音圧が115dBに対して防滴型は106dBに低下、開放型の感度が−67dBに対して防滴型は−78dBに低下、開放型の半減角が55°に対して防滴型は80°に指向性が低下し、その性能低下は顕著なものである。  By the way, the conventional drip-proof ultrasonic sensor has a sealed structure so that water droplets do not enter, so it is difficult to match the vibration impedance between the element and the air, and it has good performance as an ultrasonic sensor. Can't get. When compared with a normal open-type ultrasonic sensor, the sensitivity, sound pressure, and directivity are significantly reduced. As general data, the open-type sound pressure is 115 dB and the drip-proof type is 106 dB. The sensitivity of the open type is reduced to -78 dB with respect to the sensitivity of -67 dB, the directivity of the open type is reduced to 80 ° with respect to the open half-angle of 55 °, and the performance deterioration is remarkable. It is.

また、特許文献3に示されるホーンを使用して指向性を向上させたものにあっては、ホーンの開口部から雨滴や水はねなどの水滴が侵入して、超音波センサとしての所望の性能を得ることができなくなる。そのために内部に水抜き穴を備えているが、水抜き穴が土埃などで詰まったりする場合があり結果的に、超音波センサとしての所望の性能を得ることが難しい。  Moreover, in the thing which improved directivity using the horn shown by patent document 3, water drops, such as a raindrop and a water splash, penetrate | invade from the opening part of a horn, and desired ultrasonic sensor is used. It becomes impossible to obtain performance. For this reason, a drain hole is provided inside, but the drain hole may be clogged with dirt or the like, and as a result, it is difficult to obtain desired performance as an ultrasonic sensor.

そこで本発明は、従来の防滴型の超音波センサを利用して、感度、音圧、指向性の向上と、水滴による性能低下を防止するとともに、目的とする所望の特性を容易に得ることのできる超音波センサを提供することを目的とするものである。  Therefore, the present invention utilizes conventional drip-proof ultrasonic sensors to improve sensitivity, sound pressure, directivity, prevent performance degradation due to water droplets, and easily obtain desired desired characteristics. An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor capable of performing the above.

円筒状のケース内部に圧電素子を備えて密閉してなる防滴型の超音波素子と、該超音波素子をホーン型反射板の中央部に備えてなる防滴型の超音波センサにおいて、該超音波素子の前面に前面反射板を備え、
該前面反射板は、中央の稜線部から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面からなり、該稜線部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該稜線部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成したことで解決される。
In a drip-proof ultrasonic element comprising a piezoelectric element inside a cylindrical case and hermetically sealed, and a drip-proof ultrasonic sensor comprising the ultrasonic element in the center of a horn-type reflector, A front reflector is provided in front of the ultrasonic element,
The front reflector is formed of a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line portion toward the left and right ends, and the ridge line portion is provided facing the front surface of the ultrasonic element, and the ridge line portion This is solved by providing a fine gap between the ultrasonic device and the front surface of the ultrasonic element.

また、前記、前面反射板の稜線部は、該超音波素子の前面方向に膨出するように円弧状に形成して構成したことで解決される。  Moreover, the ridgeline part of the said front reflector is solved by having formed in the circular arc shape so that it may bulge in the front direction of this ultrasonic element.

また、前記、前面反射板は、中央の頂点部から円形に後退傾斜してなる円錐側面からなり、該頂点部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該頂点部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成したことで解決される。  In addition, the front reflector has a conical side surface that is circularly inclined backward from the central apex, and the apex is provided to face the front of the ultrasonic element, and the apex and super This is solved by providing a fine gap between the front surface of the acoustic wave element.

前記、ホーン型反射板の前面開口部に、井桁に組んだ格子板を備えて構成したことで解決される。  This can be solved by providing the front opening of the horn-shaped reflector with a lattice plate assembled in a cross beam.

前記、超音波センサからのセンシング信号と、別に備えられた撮像装置からの画像信号とを解析することにより、人体だけを識別して警報を発するように構成したことで解決される。  This is solved by analyzing the sensing signal from the ultrasonic sensor and the image signal from the imaging device provided separately to identify only the human body and issue an alarm.

請求項1においては、円筒状のケース内部に圧電素子を備えて密閉してなる防滴型の超音波素子と、該超音波素子をホーン型反射板の中央部に備えてなる防滴型の超音波センサにおいて、該超音波素子の前面に前面反射板を備え、該前面反射板は、中央の稜線部から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面からなり、該稜線部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該稜線部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成した。これにより、超音波素子が振動することにより発生した超音波が、ホーン型反射板と前面反射板との間に形成された空間で圧縮され、超音波素子と空中との振動インピーダンスのマッチングを得ることが可能となり、開放型超音波センサと同等の良好な中央部感度(S/N比)、指向性特性、残響特性を得ることを可能とした。また、雨滴などの水滴が超音波素子の前面に付着することで超音波センサとしての性能が低下するが、超音波素子の前面に前面反射板を備えたことで、超音波素子への水滴付着をなくして性能低下を防止する。さらに、超音波素子と前面反射板の隙間に水滴が侵入した場合であっても、前面反射板の稜線部と該超音波素子との間の微細な間隙によって、水滴が自然に下方に流れ落ち、雨天時や水溜まりがある作業現場などでの超音波センサの性能低下防止を確実に可能とした。  According to the first aspect of the present invention, a drip-proof ultrasonic element having a cylindrical case and a hermetically sealed piezoelectric element, and a drip-proof type having the ultrasonic element at the center of a horn-shaped reflector are provided. In the ultrasonic sensor, a front reflector is provided on the front surface of the ultrasonic element, and the front reflector is formed of a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line portion toward the left and right ends, and the ridge line portion. Is provided to face the front surface of the ultrasonic element, and a fine gap is provided between the ridge line portion and the front surface of the ultrasonic element. As a result, the ultrasonic wave generated by the vibration of the ultrasonic element is compressed in the space formed between the horn-type reflector and the front reflector, and the vibration impedance matching between the ultrasonic element and the air is obtained. This makes it possible to obtain good center sensitivity (S / N ratio), directivity characteristics, and reverberation characteristics equivalent to those of an open-type ultrasonic sensor. In addition, raindrops and other water droplets adhere to the front surface of the ultrasonic element, which degrades the performance of the ultrasonic sensor. However, the provision of a front reflector on the front surface of the ultrasonic element allows water droplets to adhere to the ultrasonic element. To prevent performance degradation. Furthermore, even when a water droplet enters the gap between the ultrasonic element and the front reflector, the water droplet naturally flows down due to the fine gap between the ridge line portion of the front reflector and the ultrasonic element, It is possible to reliably prevent the deterioration of the performance of the ultrasonic sensor in the rainy weather or at the work site where there is a puddle.

請求項2においては、前面反射板の稜線部が、該超音波素子の前面方向に膨出するように円弧状に形成して構成した。これにより、請求項1の効果に加えて、円弧状の稜線部と超音波素子との微細な間隙は、より点に近い状態となるので、水滴の付着防止性能を高めることを実現し、超音波センサの性能低下防止を確実に可能とした。  According to a second aspect of the present invention, the ridge line portion of the front reflector is formed in an arc shape so as to bulge toward the front surface of the ultrasonic element. Thereby, in addition to the effect of claim 1, since the fine gap between the arc-shaped ridge line portion and the ultrasonic element is closer to a point, it is possible to improve the water droplet adhesion preventing performance, The performance degradation of the acoustic wave sensor can be reliably prevented.

請求項3においては、前面反射板を、中央の頂点部から円形に後退傾斜してなる円錐側面からなり、該頂点部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該頂点部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成した。これにより、請求項1の効果に加えて、頂点部と超音波素子との微細な間隙は、より点に近い状態となるので、水滴の付着防止性能を高めることを実現し、超音波センサの性能低下防止を確実に可能とした。  In claim 3, the front reflector is formed of a conical side surface that is inclined backward and circularly from the central apex portion, the apex portion is provided to face the front surface of the ultrasonic element, and the apex portion A fine gap was provided between the ultrasonic element and the front surface. Thereby, in addition to the effect of claim 1, since the fine gap between the apex and the ultrasonic element is closer to a point, it is possible to improve the performance of preventing the adhesion of water droplets. It was possible to reliably prevent performance degradation.

請求項4においては、ホーン型反射板の前面開口部に、井桁に組んだ格子板を備えて構成した。これにより、超音波センサの性能を変化させることなく、大粒の雨滴や水滴がホーン型反射板、前面反射板、超音波素子に直接付着することを防止して、水滴による性能低下防止を実現し、激しい雨天時や、深い水溜まりがある作業現場などでの超音波センサの性能低下防止を確実に可能とした。  According to a fourth aspect of the present invention, the front opening of the horn-type reflector is provided with a lattice plate assembled in a cross beam. This prevents large drops of rain and water from directly adhering to the horn-type reflector, front reflector, and ultrasonic element without changing the performance of the ultrasonic sensor, and prevents performance degradation due to water drops. It is possible to reliably prevent the deterioration of the performance of the ultrasonic sensor in heavy rain and at work sites with deep water pools.

請求項5においては、超音波センサからのセンシング信号と、別に備えられた撮像装置からの画像信号とを解析することにより、人体だけを識別して警報を発するように構成した。これにより、車両や建設重機で人体検知システムとして使用したときに、段差や瓦礫、草木など人体以外の地面の障害物を検知して誤警報を発することなく確実に人体だけを検知して警報を発することを可能とした。  According to a fifth aspect of the present invention, an alarm is generated by identifying only a human body by analyzing a sensing signal from an ultrasonic sensor and an image signal from an imaging device provided separately. As a result, when used as a human body detection system in a vehicle or heavy construction equipment, it detects the obstacles on the ground other than the human body such as steps, rubble, vegetation, etc. and reliably detects only the human body without issuing a false alarm. It was possible to emit.

本発明の第1の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Example of this invention. 図1の要部拡大B−B線断面図である。It is principal part expanded BB sectional drawing of FIG. 前面反射板の他の形状を示す図である。It is a figure which shows the other shape of a front reflector. 本発明の第2の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例の詳細説明図である。It is detailed explanatory drawing of the 2nd Example of this invention. 指向性特性を示す図である。It is a figure which shows a directivity characteristic. 本発明の第3の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Example of this invention. 指向性特性を示す図である。It is a figure which shows a directivity characteristic. 本発明の第4の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 5th Example of this invention.

本発明の超音波センサの第1の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す図であり、図2は図1の正面図におけるB−B線断面図で要部を拡大した図である。図1に示されるように、超音波センサ本体(1)は、円筒状のケース内部に圧電素子を備えて密閉してなる防滴型の超音波素子(2)と、該超音波素子(2)をホーン型反射板(3)の中央部に備え、該超音波素子(2)の前面に、前面反射板(4)を備えて構成されている。図2に示されるように、該前面反射板(4)は、中央の稜線部(4a)から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面からなり、該稜線部(4a)が該超音波素子(2)の前面に対向して備えられるとともに、該稜線部(4a)と該超音波素子(2)の前面との間に微細な間隙(5)を備えて構成した。なお、微細な間隙(5)とは、該前面反射板(4)と該超音波素子(2)とが接触するかしないかといった状態であり、概ね1mm以下を意味するものである。  A first embodiment of an ultrasonic sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part in a cross-sectional view taken along line BB in the front view of FIG. As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor body (1) includes a drip-proof ultrasonic element (2) formed by sealing a cylindrical case with a piezoelectric element, and the ultrasonic element (2). ) At the center of the horn-type reflector (3), and the front reflector (4) is provided on the front surface of the ultrasonic element (2). As shown in FIG. 2, the front reflector (4) has a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line part (4a) toward the left and right ends, and the ridge line part (4a) is The ultrasonic element (2) is provided so as to face the front surface, and a fine gap (5) is provided between the ridge line portion (4a) and the front surface of the ultrasonic element (2). The fine gap (5) is a state in which the front reflector (4) and the ultrasonic element (2) are in contact with each other, and generally means 1 mm or less.

このように構成された超音波センサ本体(1)は、図2に示されるように、超音波素子(2)に所定の電圧が印加され、超音波素子(2)が振動することにより発生した超音波が、該間隙(5)及びホーン型反射板(3)と前面反射板(4)との間に形成された空間で圧縮され、超音波圧縮空間(6)が形成される。これにより、超音波素(2)と空中との振動インピーダンスのマッチングを得ることが可能となり、従来の前面反射板のない防滴型の超音波センサでは得ることができなかった、開放型超音波センサと同等の良好な中央部感度(S/N比)、指向性特性、残響特性を得ることを可能とした。  As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor main body (1) configured as described above is generated by applying a predetermined voltage to the ultrasonic element (2) and vibrating the ultrasonic element (2). The ultrasonic wave is compressed in the space (5) and the space formed between the horn-type reflector (3) and the front reflector (4), and the ultrasonic compression space (6) is formed. Thereby, it becomes possible to obtain a matching of vibration impedance between the ultrasonic element (2) and the air, and an open type ultrasonic wave that cannot be obtained with a conventional drip-proof ultrasonic sensor without a front reflector. Good center sensitivity (S / N ratio), directivity characteristics, and reverberation characteristics equivalent to those of the sensor can be obtained.

また、従来例の防滴型の超音波センサでは、超音波素子を水滴の侵入を防止するために密閉構造としている故に開放型の超音波素子と比較すると著しく性能が低い。また、雨などの水滴が超音波素子の前面に付着することでさらに著しく性能が低下するといった課題を有していたが、本発明においては、超音波素子(2)の前面に前面反射板(4)を備えたことで、超音波素子(2)への水滴付着をなくして性能低下の防止をすることをも実現した。なおかつ超音波素子(2)と前面反射板(4)の間に水滴が侵入した場合であっても、前面反射板(4)の稜線部(4a)と超音波素子(2)との間の微細な間隙(5)によって、水滴が下方に自然に流れ落ち、雨天時や水溜まりがある作業現場などでの超音波センサの性能低下防止を前記と合わせて確実に可能とした。  Further, the conventional drip-proof ultrasonic sensor has a significantly lower performance than the open ultrasonic element because the ultrasonic element has a sealed structure to prevent water droplets from entering. In addition, there has been a problem that performance drops significantly due to water drops such as rain adhering to the front surface of the ultrasonic element. In the present invention, a front reflector (2) is placed on the front surface of the ultrasonic element (2). By providing 4), it was also possible to eliminate water droplet adhesion to the ultrasonic element (2) and prevent performance degradation. In addition, even when a water droplet enters between the ultrasonic element (2) and the front reflector (4), the gap between the ridge (4a) of the front reflector (4) and the ultrasonic element (2) The fine gap (5) allows water droplets to flow down naturally and reliably prevent deterioration of the performance of the ultrasonic sensor when it is raining or at a work site where there is a water pool.

図3は、該前面反射板(4)の稜線部の他の形状を示したもので図2に示された前面反射板(4)をこれに置き換えて見る。(A)は稜線部にRを付けたR状稜線部(4b)、(B)は稜線部を平らにした平面状稜線部(4c)で、何れも、請求項1の技術範囲に含まれるものであり、同様の効果を奏するものである。  FIG. 3 shows another shape of the ridge portion of the front reflector (4), and the front reflector (4) shown in FIG. 2 is replaced with this. (A) is an R-shaped ridgeline portion (4b) with an R added to the ridgeline portion, and (B) is a planar ridgeline portion (4c) obtained by flattening the ridgeline portion, both of which are included in the technical scope of claim 1. It has the same effect.

なお、前面反射板(4)は、中央の稜線部(4a)から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面とし、図においては中実で表しているが、要するに山型面を有していれば良いのであって、板状の金属あるいは樹脂を用いて山型面を有するように形成しても良い。  The front reflector (4) is a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line portion (4a) toward the left and right ends, and is represented by a solid shape in the figure. However, it may be formed using a plate-like metal or resin so as to have a mountain-shaped surface.

図6は、本実施例における超音波センサ(1)の指向性特性を示す図で、水平面指向特性は、前面反射板(4)が中央の稜線部(4a)から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面からなり、該稜線部(4a)が該超音波素子(2)の前面に対向して備えられていることから、水平面方向に干渉が生じてサイドローブを有する特性となり、水平面方向にワイドな特性を得ることができる。一方垂直面方向は、反対にナローな特性となり地面の障害物(石や段差など)の影響が少なく、かつ人体など必要な物体の検知精度を向上させた超音波センサを提供することを可能とした。  FIG. 6 is a diagram showing the directivity characteristics of the ultrasonic sensor (1) in the present embodiment. The horizontal plane directivity characteristics are such that the front reflector (4) is directed from the central ridge line portion (4a) toward the left and right end portions. Since the ridge line portion (4a) is provided opposite to the front surface of the ultrasonic element (2), it has interference in the horizontal plane and has side lobes. Thus, a wide characteristic in the horizontal plane direction can be obtained. On the other hand, the vertical plane direction has narrow characteristics, which makes it possible to provide an ultrasonic sensor that is less affected by obstacles (stones, steps, etc.) on the ground and that improves the detection accuracy of necessary objects such as the human body. did.

本実施例の超音波センサ(1)のホーン型反射板(3)は、図1に示されるように正面図から正円、A−A線断面図から椀状に形成し、前面反射板(4)は図2に示されるように中央の稜線部(4a)から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面として形成しているが、ホーン型反射板(3)を正面視形状を正円から横長楕円にした場合は、更に水平方向にワイドな指向性特性を得ることができる。また、椀状の深さを更に深くすることでよりスポットで遠方の物体をも検知することができ、単一指向性を得ることできる。
さらに、前面反射板(4)の山型面の角度を調整することで水平方向の所望の指向性特性を得ることができ、両者の形状、深さ、角度などを適宜組み合わせて設計することにより使用する用途に応じた所望の指向性特性を容易に得ることができる優れた防滴型の超音波センサを得ることを可能とした。
As shown in FIG. 1, the horn-type reflector (3) of the ultrasonic sensor (1) of this embodiment is formed into a perfect circle from a front view and a bowl shape from a cross-sectional view taken along the line AA. As shown in FIG. 2, 4) is formed as a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line portion (4a) toward the left and right ends, but the horn-shaped reflector (3) is viewed from the front. When the shape is changed from a perfect circle to a horizontally long ellipse, it is possible to obtain a wider directivity characteristic in the horizontal direction. Further, by further increasing the depth of the bowl shape, it is possible to detect a distant object at a spot and to obtain unidirectionality.
Furthermore, by adjusting the angle of the chevron surface of the front reflector (4), desired directivity characteristics in the horizontal direction can be obtained, and by designing the shape, depth, angle, etc. of the two appropriately combined It was possible to obtain an excellent drip-proof ultrasonic sensor capable of easily obtaining desired directivity characteristics according to the intended use.

図4は、本発明の第2の実施例を示す図であり、図1のA−A線断面図における前面反射板(4)の稜線部(4a)を円弧状にしたものである。本実施例においては、前面反射板(4)の稜線部(4a)、(4b)、(4c)を、超音波素子(2)の前面方向に膨出するように円弧状に形成した円弧状稜線部(4d)として構成した。これにより、実施例1における種々の効果に加えて、円弧状稜線部(4d)と超音波素子(2)とは微細な間隙(5)を介して、より点に近い状態で近接して構成されるので、超音波センサとして優れた中央部感度(S/N比)、指向性特性、残響特性を得ることを可能とした。  FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the present invention, in which the ridge line portion (4a) of the front reflector (4) in the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. In the present embodiment, the ridge line portions (4a), (4b), (4c) of the front reflector (4) are formed in an arc shape so as to bulge toward the front surface of the ultrasonic element (2). The ridge line portion (4d) was configured. Thereby, in addition to the various effects in the first embodiment, the arcuate ridge line portion (4d) and the ultrasonic element (2) are configured close to each other in a state closer to a point via the fine gap (5). Therefore, it is possible to obtain a central sensitivity (S / N ratio), directivity characteristics, and reverberation characteristics that are excellent as an ultrasonic sensor.

また、図5に示すように、円弧状稜線部(4d)と超音波素子(2)と前面反射板(4)の間に水滴が侵入した場合であっても、円弧に沿って水滴が下方に自然に流れ落ち、雨天時や水溜まりがある作業現場などでの超音波センサの性能低下防止を前記と合わせて確実に可能とした。なお、指向性特性においては第1の実施例と同様の特性を示すので説明は省略する。  In addition, as shown in FIG. 5, even when a water droplet enters between the arcuate ridge line portion (4d), the ultrasonic element (2), and the front reflector (4), the water droplet moves downward along the arc. In addition to the above, it has been possible to reliably prevent deterioration of the performance of the ultrasonic sensor in a work site where it flows down naturally and is raining or where there is a puddle. Note that the directivity characteristics are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図7は、本発明の第3の実施例を示す図である。本実施例においては、前面反射板を、中央の頂点部(41a)から円形に後退傾斜してなる円錐側面を有する前面反射板(41)として構成したことに特徴を有する。この場合、基本的な構成及びその効果は、前面反射板の形状が異なるのみで、第1の実施例と同一であるので、同一の説明は省略し相違する点を説明する。  FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that the front reflector is configured as a front reflector (41) having a conical side surface that is inclined backward and circularly from the central apex (41a). In this case, the basic configuration and the effect thereof are the same as those of the first embodiment except that the shape of the front reflector is different. Therefore, the same description is omitted and only different points will be described.

前面反射板(41)は、頂点部(41a)によって、超音波素子(2)とは微細な間隙(5)を介して、より点に近い状態で近接して構成されることになる。これにより、超音波素子(2)と前面反射板(4)の間に水滴が侵入した場合であっても、排水性能と、水滴の滞留防止効果を高めることを実現して、雨天時や水溜まりがある作業現場などでの超音波センサの性能低下防止を確実に可能とした。  The front reflector (41) is configured to be closer to the ultrasonic element (2) in a state closer to a point through the minute gap (5) by the apex portion (41a). As a result, even if water droplets enter between the ultrasonic element (2) and the front reflector (4), the drainage performance and the effect of preventing the water droplets from being retained can be improved, and in the rain or in the water pool This makes it possible to reliably prevent the deterioration of the performance of ultrasonic sensors at certain work sites.

また、本実施例においても、段落番号0024で述べたと同様に、前面反射板(41)の頂点部(41a)にRを付けたり、平らにしたりしても請求項3の技術範囲に含まれるものであり、同様の効果を呈するものである。なお、説明の図は、既出の図3をそのまま適用する。(ただし、符号は適用しないものとする)  Also in this embodiment, as described in paragraph 0024, even if the vertex (41a) of the front reflector (41) is rounded or flattened, it is included in the technical scope of claim 3. It has a similar effect. It should be noted that the already described FIG. (However, the sign shall not apply.)

図8は、本実施例における超音波センサ(1)の指向性特性を示す図で、前面反射板(41)が円錐側面を有する形状であることから、水平面及び垂直面指向特性は、極めてスポット的な単一指向性となり、地面の障害物(石や段差など)の影響が少なく、かつ人体など必要な物体の検知精度を向上させるとともに、より遠方の物体の検知も可能になる。  FIG. 8 is a diagram showing the directivity characteristics of the ultrasonic sensor (1) in the present embodiment. Since the front reflector (41) has a conical side surface, the horizontal plane and vertical plane directivity characteristics are extremely spots. Unidirectionality is less affected by obstacles (stones, steps, etc.) on the ground, and the detection accuracy of necessary objects such as the human body can be improved, and the detection of distant objects is also possible.

本実施例の超音波センサ(1)のホーン型反射板(3)は、図7に示されるように正面図から正円、A−A線断面図から椀状に形成し、前面反射板(41)は中央の頂点部(41a)から円形に後退傾斜してなる円錐側面を有して形成しているが、ホーン型反射板(3)の椀状深さを更に深くすることでよりスポットで遠方の物体をも検知することができ、単一指向性を得ることできる。また、前面反射板(41)の円錐面の角度を調整することで所望のスポット指向性特性を得ることができ、両者の深さや角度などを適宜組み合わせて設計することにより使用する用途に応じた所望の指向性特性を容易に得ることができる優れた防滴型の超音波センサを得ることを可能とした。  As shown in FIG. 7, the horn type reflector (3) of the ultrasonic sensor (1) of the present embodiment is formed into a perfect circle from the front view and a bowl shape from the AA line sectional view, and the front reflector ( 41) has a conical side surface that is circularly inclined backward from the central apex (41a), but it is more spotted by further increasing the bowl-shaped depth of the horn-shaped reflector (3). Can also detect distant objects, and can obtain unidirectionality. Moreover, a desired spot directivity characteristic can be obtained by adjusting the angle of the conical surface of the front reflector (41), and the depth, angle, etc. of the both are appropriately combined and designed according to the intended use. It is possible to obtain an excellent drip-proof ultrasonic sensor that can easily obtain desired directivity characteristics.

なお、前面反射板(41)は、中央の頂点部(41a)から円形に後退傾斜してなる円錐側面を有し、図においては中実で表しているが、要するに円錐側面を有していれば良いのであって、板状の金属あるいは樹脂を用いて円錐側面を有するように形成しても良い。  The front reflector (41) has a conical side surface that is circularly inclined backward from the central apex (41a), and is represented by a solid shape in the figure. In other words, a plate-like metal or resin may be used so as to have a conical side surface.

図9は、本発明の第4の実施例を示す図である。ホーン型反射板(3)の前面開口部に、井桁に組んだ格子板(7)を備えたことを特徴とした。格子板(7)は、前後方向に幅を有する板を井桁に組んで格子状に構成しているので、超音波センサ(1)の性能及び特性を変化させることなく、大粒の雨滴や水滴を遮断し、ホーン型反射板(3)、前面反射板(4)、(41)、超音波素子(2)に直接付着することを防止する。格子板(7)のホーン型反射板(3)側に流れた水滴は、下部に備えた水抜孔(7a)から排出される。これにより、大粒の雨滴が超音波素子(2)に付着することによる性能低下の防止を実現するとともに、実施例1乃至4の請求項2に記載の前面反射板(4)の効果と合わせて適用することで、雨滴や水滴に対する超音波センサのさらなる性能維持を実現した。  FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. A lattice plate (7) assembled in a cross beam is provided at the front opening of the horn-shaped reflector (3). Since the lattice plate (7) is configured in a lattice shape by arranging plates having widths in the front-rear direction, large raindrops and water droplets can be obtained without changing the performance and characteristics of the ultrasonic sensor (1). It cuts off and prevents direct attachment to the horn-type reflector (3), the front reflectors (4) and (41), and the ultrasonic element (2). Water droplets that have flowed to the horn-type reflector (3) side of the lattice plate (7) are discharged from a drain hole (7a) provided in the lower part. Accordingly, it is possible to prevent the performance from being deteriorated due to large raindrops adhering to the ultrasonic element (2), and in addition to the effect of the front reflector (4) according to claim 2 of Examples 1 to 4. By applying it, it was possible to maintain the performance of ultrasonic sensors against raindrops and waterdrops.

図10は、本発明の第5の実施例を示すブロック図である。超音波センサ(1)からのセンシング信号(10a)と、別に備えられた撮像装置(10)からの画像信号(10b)とを、CPU(11a)を経て解析部(11b)で解析することにより、人体だけを識別して警報を発するように構成したことを特徴とする人体検知システムである。一般的に超音波センサは指向性に応じた検知エリア内の物体を検知する。物体とは人体、段差、瓦礫、草木などであり、特に建築や土木作業現場において建設重機を操作する際は、周囲に作業員がいるかいないかの確認が必要である。死角の多い建設重機においては目視での確認は困難を伴うものであり、安全確保のために超音波センサを設置することが必要不可欠である。しかしながら建築や土木作業現場においては前記したように、様々な物体が存在し検知した物体が人体であるか否かの判定が極めて難しい。本実施例においては、解析部(11b)で、画像信号(10b)から得た情報を、人体シルエットの解析アルゴリズムによって、超音波センサ(1)からのセンシング信号(10a)と撮像装置(10)からの画像信号(10b)とで検知物体が人体であるか否かを識別する。そして識別した結果を警報部(11c)で音、光、振動、モニタ表示などの手段、それぞれ単体あるいはその組み合わせによって、車両ドライバーや重機オペレータに対して警報を発する。警報は、人体である場合にのみ発するような設定でも、人体や障害物によって異なる音や光などを発するように設定してもよいことはいうまでもない。これにより、特に死角が多い大型建設重機などの人体検知システムとして使用したときに、段差や地面の障害物を検知して誤警報を発することなく、確実に人体だけを検知して警報を発するので大幅な安全性向上の実現を可能とした。  FIG. 10 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention. By analyzing the sensing signal (10a) from the ultrasonic sensor (1) and the image signal (10b) from the imaging device (10) provided separately by the analysis unit (11b) via the CPU (11a). The human body detection system is characterized in that only a human body is identified and an alarm is issued. In general, an ultrasonic sensor detects an object in a detection area corresponding to directivity. Objects are human bodies, steps, rubble, vegetation, etc. Especially when operating heavy construction equipment at construction or civil engineering work sites, it is necessary to check whether there are workers around. In construction heavy machinery with many blind spots, visual confirmation is difficult, and it is essential to install an ultrasonic sensor to ensure safety. However, as described above, it is extremely difficult to determine whether or not a detected object is a human body in a building or civil engineering work site. In the present embodiment, the information obtained from the image signal (10b) by the analysis unit (11b) is converted into the sensing signal (10a) from the ultrasonic sensor (1) and the imaging device (10) by the human body silhouette analysis algorithm. Whether or not the detected object is a human body is identified by the image signal (10b) from. Then, an alarm is given to the vehicle driver or heavy equipment operator by means of sound, light, vibration, monitor display, etc., each alone or in combination with the identified result in the alarm unit (11c). It goes without saying that the alarm may be set so as to be emitted only when it is a human body, or may be set so as to emit a different sound or light depending on the human body or an obstacle. As a result, when used as a human body detection system such as a large construction heavy machine with a lot of blind spots, it is possible to reliably detect only a human body and issue an alarm without detecting a false alarm by detecting a step or an obstacle on the ground. It has made it possible to achieve significant safety improvements.

1 超音波センサ本体
2 超音波素子
3 ホーン型反射板
4 前面反射板
4a 稜線部
4b R状稜線部
4c 平面状稜線部
4d 円弧状稜線部
41 前面反射板
41a 頂点部
5 微細な間隙
6 超音波圧縮空間
7 格子板
7a 水抜孔
10 撮像装置
10a センシング信号
10b 映像信号
11 人体検知システム
11a CPU
11b 解析部
11c 警報部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sensor main body 2 Ultrasonic element 3 Horn type reflector 4 Front reflector 4a Ridge part 4b R-shaped ridge line part 4c Planar ridge line part 4d Arc-shaped ridge line part 41 Front reflector 41a Vertex part 5 Fine gap 6 Ultrasonic wave Compression space 7 Lattice plate 7a Drain hole 10 Imaging device 10a Sensing signal 10b Video signal 11 Human body detection system 11a CPU
11b Analysis unit 11c Alarm unit

Claims (5)

円筒状のケース内部に圧電素子を備えて密閉してなる防滴型の超音波素子と、該超音波素子をホーン型反射板の中央部に備えてなる防滴型の超音波センサにおいて、該超音波素子の前面に前面反射板を備え、該前面反射板は、中央の稜線部から左右の端部に向かって後退傾斜してなる山型面からなり、該稜線部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該稜線部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成したことを特徴とする超音波センサ。  In a drip-proof ultrasonic element comprising a piezoelectric element inside a cylindrical case and hermetically sealed, and a drip-proof ultrasonic sensor comprising the ultrasonic element in the center of a horn-type reflector, A front reflector is provided on the front surface of the ultrasonic element, and the front reflector is formed of a mountain-shaped surface that is inclined backward from the central ridge line portion toward the left and right ends, and the ridge line portion of the ultrasonic element. An ultrasonic sensor characterized by being provided so as to face the front surface and having a fine gap between the ridge line portion and the front surface of the ultrasonic element. 前記、該前面反射板の稜線部は、該超音波素子の前面方向に膨出するように円弧状に形成して構成したことを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。  2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the ridge line portion of the front reflector is formed in an arc shape so as to bulge toward the front surface of the ultrasonic element. 前記、該前面反射板は、中央の頂点部から円形に後退傾斜してなる円錐側面からなり、該頂点部が該超音波素子の前面に対向して備えられるとともに、該頂点部と該超音波素子の前面との間に微細な間隙を備えて構成したことを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の超音波センサ。  The front reflector has a conical side surface that is circularly inclined backward from a central vertex, and the vertex is provided to face the front surface of the ultrasonic element, and the vertex and the ultrasonic wave are provided. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the ultrasonic sensor is provided with a fine gap between the front surface of the element. 前記、該ホーン型反射板の前面開口部に、井桁に組んだ格子板を備えて構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の超音波センサ。  The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the front opening of the horn-shaped reflector is provided with a lattice plate assembled in a cross beam. 前記、該超音波センサからのセンシング信号と、別に備えられた撮像装置からの画像信号とを解析することにより、人体だけを識別して警報を発するように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の超音波センサ。  2. The apparatus according to claim 1, wherein the sensor is configured to identify only a human body and issue an alarm by analyzing a sensing signal from the ultrasonic sensor and an image signal from an imaging device provided separately. The ultrasonic sensor according to claim 4.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017167061A (en) * 2016-03-17 2017-09-21 株式会社デンソー Ultrasonic sound wave sensor
CN112153543A (en) * 2020-09-07 2020-12-29 上海船舶电子设备研究所(中国船舶重工集团公司第七二六研究所) Half-space radiation high-frequency broadband transducer

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