JP2014115255A - Ultrasound sensor - Google Patents

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逸志 只政
Kazumasa Yamauchi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasound sensor that can readily predict the reverberation time even in the presence of an obstacle nearby.SOLUTION: An ultrasound sensor comprises a piezoelectric vibrator 1, a drive unit 2 that drives the piezoelectric vibrator 1, a variable capacity element 4 connected in parallel to the piezoelectric vibrator 1, a signal processor 3 that adjusts the capacity of the variable capacity element 4, and an attenuator 5 that attenuates electric signals outputted from the piezoelectric vibrator 1 and outputs the attenuated signals to the signal processor 3. The signal processor 3 measures the peak voltage of reverberation signals that are generated when ultrasounds are transmitted from the piezoelectric vibrator 1, calculates the Q value of the piezoelectric vibrator 1 on the basis of the measured peak voltage and adjusts the capacity of the variable capacity element 4 on the basis of the calculated Q value of the piezoelectric vibrator 1.

Description

本発明は、超音波センサに関する。   The present invention relates to an ultrasonic sensor.

従来、超音波を送信した後、障害物からの反射波を受信することにより障害物の有無を検出する障害物検出センサに適用される送受信兼用の超音波センサが知られており、例えば特許文献1に開示されている。この特許文献1に記載の超音波センサは、圧電振動子に対して並列接続される複数のコンデンサと、圧電振動子とコンデンサとの接続状態を切り換える複数のスイッチとを備える。   Conventionally, an ultrasonic sensor for transmitting and receiving that is applied to an obstacle detection sensor that detects the presence or absence of an obstacle by receiving a reflected wave from the obstacle after transmitting an ultrasonic wave is known. 1 is disclosed. The ultrasonic sensor described in Patent Document 1 includes a plurality of capacitors connected in parallel to the piezoelectric vibrator, and a plurality of switches that switch a connection state between the piezoelectric vibrator and the capacitor.

この超音波センサでは、出力信号処理回路にて、圧電振動子からの受信信号に基づいて圧電振動子の出力の残響時間をセンシングし、マイコンからその残響時間に応じたオンオフ制御信号を出力することで、複数のスイッチのオンオフ組み合わせを変更する。これにより、この超音波センサでは、圧電振動子の静電容量補償を行い、所望の残響時間となるように調整する。   In this ultrasonic sensor, the output signal processing circuit senses the reverberation time of the output of the piezoelectric vibrator based on the received signal from the piezoelectric vibrator, and outputs an on / off control signal corresponding to the reverberation time from the microcomputer. Then, change the ON / OFF combination of multiple switches. Thereby, in this ultrasonic sensor, capacitance compensation of the piezoelectric vibrator is performed, and adjustment is made so as to have a desired reverberation time.

また、超音波パルスを送受波する超音波振動子のQ値を検出し、検出されたQ値に応じて超音波の受波時刻を設定する超音波センサが知られており、例えば特許文献2に開示されている。この特許文献2に記載の超音波センサは、検出されたQ値が小さい場合には、残響終了時刻が早くなることに合わせて受波時刻を早く設定する。   There is also known an ultrasonic sensor that detects the Q value of an ultrasonic transducer that transmits and receives an ultrasonic pulse, and sets the reception time of the ultrasonic wave according to the detected Q value. Is disclosed. When the detected Q value is small, the ultrasonic sensor described in Patent Document 2 sets the reception time earlier in accordance with the earlier reverberation end time.

特開2004−343482号公報JP 2004-343482 A 特開平4−083192号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-083192

しかしながら、超音波センサの近傍に障害物が存在する場合には、圧電振動子から超音波を送波した直後の残響に障害物からの反射波が重畳する虞がある。そして、特許文献1に記載の超音波センサでは、残響に反射波が重畳した場合、残響と反射波との区別がつかないため、残響時間を測定し難いという問題があった。特に、超音波の波長程度の距離に障害物が存在する場合、多重反射によって障害物からの反射波が残響に複数重畳するため、より残響時間を測定し難い。   However, when there is an obstacle in the vicinity of the ultrasonic sensor, a reflected wave from the obstacle may be superimposed on the reverberation immediately after the ultrasonic wave is transmitted from the piezoelectric vibrator. The ultrasonic sensor described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to measure the reverberation time because the reverberation and the reflected wave cannot be distinguished when the reflected wave is superimposed on the reverberation. In particular, when an obstacle exists at a distance of about the wavelength of the ultrasonic wave, a plurality of reflected waves from the obstacle are superimposed on the reverberation due to multiple reflection, and therefore, the reverberation time is more difficult to measure.

また、引用文献2に記載の超音波センサでも、残響に反射波が重畳して残響と反射波との区別がつかないため、超音波振動子のQ値を正確に測定できず、残響終了時刻を予測し難いという問題があった。   Further, even in the ultrasonic sensor described in the cited document 2, since the reflected wave is superimposed on the reverberation and the reverberation cannot be distinguished from the reflected wave, the Q value of the ultrasonic transducer cannot be measured accurately, and the reverberation end time is not obtained. There was a problem that it was difficult to predict.

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、近傍に障害物が存在する場合にも残響時間を容易に予測す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。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an ultrasonic sensor capable of easily predicting reverberation time even when an obstacle is present in the vicinity.

本発明の超音波センサは、超音波を送受波する圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動部と、前記圧電振動子と直列又は並列に接続される可変容量素子と、前記可変容量素子の容量を調整する信号処理部と、前記圧電振動子から出力される電気信号を減衰して前記信号処理部に出力する減衰部とを備え、前記信号処理部は、前記圧電振動子から超音波を送波した際に生じる残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定し、測定した前記ピーク電圧に基づいて前記圧電振動子のQ値を演算し、且つ演算した前記圧電振動子のQ値に基づいて前記可変容量素子の容量を調整することを特徴とする。   The ultrasonic sensor of the present invention includes a piezoelectric vibrator that transmits and receives ultrasonic waves, a drive unit that drives the piezoelectric vibrator, a variable capacitance element that is connected in series or in parallel with the piezoelectric vibrator, and the variable capacitance. A signal processing unit that adjusts the capacitance of the element; and an attenuation unit that attenuates an electrical signal output from the piezoelectric vibrator and outputs the attenuated signal to the signal processing unit. The peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal generated when the sound wave is transmitted is measured, the Q value of the piezoelectric vibrator is calculated based on the measured peak voltage, and the calculated Q value of the piezoelectric vibrator is calculated. The capacitance of the variable capacitance element is adjusted based on this.

この超音波センサにおいて、前記信号処理部は、前記残響信号の減衰振動のうち、互いに1パルス以上離れた2つの前記ピーク電圧に基づいて前記圧電振動子のQ値を演算することが好ましい。   In this ultrasonic sensor, it is preferable that the signal processing unit calculates a Q value of the piezoelectric vibrator based on two peak voltages separated from each other by one pulse or more among the damped vibrations of the reverberation signal.

この超音波センサにおいて、前記信号処理部は、所定のパルス数の分だけ前記残響信号の減衰振動のパルスをスキップしてから前記ピーク電圧を測定することが好ましい。   In this ultrasonic sensor, it is preferable that the signal processing unit measures the peak voltage after skipping the decay vibration pulse of the reverberation signal by a predetermined number of pulses.

この超音波センサにおいて、前記信号処理部は、前記残響信号の周期を測定し、前記残響信号の周期に基づいてスキップ数を決定する第1処理と、前記スキップ数の分だけ前記残響信号の減衰振動のパルスをスキップしてから前記ピーク電圧を測定する第2処理とを実行することが好ましい。   In this ultrasonic sensor, the signal processing unit measures the period of the reverberation signal, determines the number of skips based on the period of the reverberation signal, and attenuates the reverberation signal by the skip number. It is preferable to execute the second process of measuring the peak voltage after skipping the vibration pulse.

この超音波センサにおいて、前記信号処理部は、前記調整モードにおいて、前記残響信号のゼロクロス点から所定時間遅延したタイミングで前記残響信号をサンプリングし、前記ピーク電圧を測定することが好ましい。   In this ultrasonic sensor, it is preferable that the signal processing unit samples the reverberation signal at a timing delayed by a predetermined time from a zero cross point of the reverberation signal and measures the peak voltage in the adjustment mode.

この超音波センサにおいて、前記所定時間は、前記残響信号の周期の1/4であることが好ましい。   In this ultrasonic sensor, the predetermined time is preferably ¼ of the period of the reverberation signal.

本発明では、近傍に障害物が存在したとしても、障害物からの反射波を減衰部で減衰させることができるので、残響信号に反射波が重畳し難い。したがって、本発明は、近傍に障害物が存在する場合にも残響時間を容易に予測することができる。   In the present invention, even if there is an obstacle in the vicinity, the reflected wave from the obstacle can be attenuated by the attenuator, so that it is difficult for the reflected wave to be superimposed on the reverberation signal. Therefore, the present invention can easily predict the reverberation time even when there is an obstacle in the vicinity.

本発明に係る超音波センサの実施形態1を示す図で、(a)はブロック図で、(b)は動作の概略を示すフローチャート図で、(c)は調整モードにおける動作のフローチャート図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows Embodiment 1 of the ultrasonic sensor which concerns on this invention, (a) is a block diagram, (b) is a flowchart figure which shows the outline of operation | movement, (c) is a flowchart figure of the operation | movement in adjustment mode. . (a),(b)は、それぞれ同上の超音波センサの残響波形を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the reverberation waveform of an ultrasonic sensor same as the above, respectively. 同上の超音波センサの調整モードにおける他の動作のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the other operation | movement in the adjustment mode of an ultrasonic sensor same as the above. 同上の超音波センサにおける他の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structure in an ultrasonic sensor same as the above. 本発明に係る超音波センサの実施形態2を示す図で、(a)はブロック図で、(b)は調整モードにおける動作のフローチャート図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an ultrasonic sensor according to a second embodiment of the present invention, where (a) is a block diagram and (b) is a flowchart of an operation in an adjustment mode. 同上の超音波センサの残響波形を示す図である。It is a figure which shows the reverberation waveform of an ultrasonic sensor same as the above. 本発明に係る超音波センサの実施形態3を示す図で、(a)はブロック図で、(b)はQ値の演算処理のフローチャート図である。It is a figure which shows Embodiment 3 of the ultrasonic sensor which concerns on this invention, (a) is a block diagram, (b) is a flowchart figure of the calculation process of Q value. 同上の超音波センサの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of an ultrasonic sensor same as the above. 本発明に係る超音波センサにおける圧電振動子のQ値の演算を省略した調整モードの動作を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the operation | movement of the adjustment mode which abbreviate | omitted calculation of the Q value of the piezoelectric vibrator in the ultrasonic sensor which concerns on this invention.

(実施形態1)
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態1について図面を用いて説明する。本実施形態は、図1(a)に示すように、圧電振動子1と、駆動部2と、信号処理部3と、可変容量素子4と、減衰部5と、増幅部6と、検波部7とを備える。本実施形態は、例えば自動車の車体(図示せず)に搭載され、車両の周辺の障害物の有無を検知するために使用される。また、本実施形態は、検知範囲内に障害物が存在する場合には、障害物までの距離を演算する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an ultrasonic sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the piezoelectric vibrator 1, the drive unit 2, the signal processing unit 3, the variable capacitance element 4, the attenuation unit 5, the amplification unit 6, and the detection unit. 7. The present embodiment is mounted, for example, on a car body (not shown) of an automobile and used to detect the presence or absence of an obstacle around the vehicle. Moreover, this embodiment calculates the distance to an obstacle, when an obstacle exists in a detection range.

圧電振動子1は、図示しない器体に装着され、例えば車体のバンパーに取り付けられる。圧電振動子1は、後述する駆動部2から発振信号を与えられることにより振動し、超音波を送波する。また、圧電振動子1は、障害物で反射した反射波を受波して振動することにより、反射波に基づいた電気信号に変換して出力する。   The piezoelectric vibrator 1 is attached to a container (not shown), and is attached to a bumper of a vehicle body, for example. The piezoelectric vibrator 1 vibrates by receiving an oscillation signal from a driving unit 2 described later, and transmits ultrasonic waves. The piezoelectric vibrator 1 receives the reflected wave reflected by the obstacle and vibrates, thereby converting it into an electric signal based on the reflected wave and outputting it.

駆動部2は、所定の周波数の発振信号を発振する発振器(図示せず)と、発振器と圧電振動子1との間の接続を切り替えるスイッチ(図示せず)とを備える。当該スイッチは、後述する制御部311から与えられる駆動信号によってオン/オフを切り替える。したがって、駆動部2は、制御部311からの駆動信号により圧電振動子1に発振信号を入力し、圧電振動子1を振動させて超音波を送波させる。なお、圧電振動子1と駆動部2との間には、絶縁トランスT1を設けている。この絶縁トランスT1により、駆動部2からの発振信号の電力を増幅している。   The drive unit 2 includes an oscillator (not shown) that oscillates an oscillation signal having a predetermined frequency, and a switch (not shown) that switches the connection between the oscillator and the piezoelectric vibrator 1. The switch is turned on / off by a drive signal supplied from a control unit 311 described later. Therefore, the drive unit 2 inputs an oscillation signal to the piezoelectric vibrator 1 by a drive signal from the control unit 311 and vibrates the piezoelectric vibrator 1 to transmit ultrasonic waves. An insulating transformer T1 is provided between the piezoelectric vibrator 1 and the drive unit 2. The insulation transformer T1 amplifies the power of the oscillation signal from the drive unit 2.

信号処理部3は、A/Dコンバータ30と、制御ブロック31とから成る。A/Dコンバータ30は、アナログ信号である圧電振動子1の出力信号をディジタル信号に変換する。制御ブロック31は、例えばマイコンから成り、A/Dコンバータ30からのディジタル信号を受けて各種処理を実行する。制御ブロック31は、演算部310と、制御部311とを備える。   The signal processing unit 3 includes an A / D converter 30 and a control block 31. The A / D converter 30 converts the output signal of the piezoelectric vibrator 1 that is an analog signal into a digital signal. The control block 31 is composed of, for example, a microcomputer, and executes various processes upon receiving a digital signal from the A / D converter 30. The control block 31 includes a calculation unit 310 and a control unit 311.

なお、演算部310及び制御部311は、制御ブロック31が各種プログラムを実行することで機能するプログラムモジュールである。勿論、制御ブロック31は、その構成がマイコンに限定されるものではなく、演算部310及び制御部311をそれぞれハードウェアで構成してもよい。   The calculation unit 310 and the control unit 311 are program modules that function when the control block 31 executes various programs. Of course, the configuration of the control block 31 is not limited to the microcomputer, and the calculation unit 310 and the control unit 311 may be configured by hardware.

演算部310は、後述する通常モードにおいては、圧電振動子1での超音波の送受波のタイミングに基づいて障害物までの距離を演算する処理を実行する。また、演算部310は、後述する調整モードにおいては、圧電振動子1を含むシステムのQ値(以下、「圧電振動子1のQ値」と呼ぶ)を演算する処理を実行する。   In the normal mode, which will be described later, the calculation unit 310 performs a process of calculating the distance to the obstacle based on the timing of transmission / reception of the ultrasonic wave by the piezoelectric vibrator 1. In addition, in the adjustment mode described later, the calculation unit 310 executes a process of calculating the Q value of the system including the piezoelectric vibrator 1 (hereinafter referred to as “Q value of the piezoelectric vibrator 1”).

ここで、圧電振動子1のQ値は、圧電振動子1から超音波を送波した際の残響が持続する時間である残響時間と相関がある。すなわち、圧電振動子1のQ値が大きければ残響時間が長くなり、Q値が小さければ残響時間が短くなる。したがって、圧電振動子1のQ値を演算することで残響時間を予測することができる。   Here, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 has a correlation with the reverberation time, which is the time during which reverberation continues when ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric vibrator 1. That is, if the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is large, the reverberation time is long, and if the Q value is small, the reverberation time is short. Therefore, the reverberation time can be predicted by calculating the Q value of the piezoelectric vibrator 1.

圧電振動子1のQ値は、圧電振動子1が超音波を送波した際の残響の減衰特性から求めることができる。例えば、図2(a)に示すように、残響に基づく電気信号(以下、「残響信号」と呼ぶ)の減衰振動の最初のパルスのピーク電圧をV1、2番目のパルスのピーク電圧をV2としたとき、圧電振動子1のQ値は以下の式で求めることができる。   The Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be obtained from the reverberation attenuation characteristics when the piezoelectric vibrator 1 transmits ultrasonic waves. For example, as shown in FIG. 2A, the peak voltage of the first pulse of the damped oscillation of the electric signal based on reverberation (hereinafter referred to as “reverberation signal”) is V1, and the peak voltage of the second pulse is V2. Then, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be obtained by the following equation.

Q=−2π/ln(V2/V1)
なお、残響信号の減衰振動のピーク電圧は、演算部310においてピーク検出処理を実行することで測定する。
Q = -2π / ln (V2 / V1)
The peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal is measured by executing a peak detection process in the calculation unit 310.

このように、残響信号の減衰振動の2パルス分、又は数パルス分のピーク電圧を測定すれば圧電振動子1のQ値を計算することができる。このため、残響時間を直接測定する場合と比較して、短時間で残響時間を予測することができる。なお、更に短時間で残響時間を予測するためには、圧電振動子1から送波する超音波のパルス数を少なくする(例えば、1パルスのみ送波する)とよい。   Thus, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be calculated by measuring the peak voltage of two pulses or several pulses of the damped oscillation of the reverberation signal. For this reason, the reverberation time can be predicted in a short time compared with the case where the reverberation time is directly measured. In order to predict the reverberation time in a shorter time, the number of ultrasonic pulses transmitted from the piezoelectric vibrator 1 may be reduced (for example, only one pulse is transmitted).

ここで、圧電振動子1のQ値をより精度良く求める場合には、残響信号の減衰振動の隣り合うパルスのピーク電圧に基づいて逐次Q値を演算し、その平均値を圧電振動子1のQ値とすることが望ましい。例えば、残響信号の減衰振動の1,2番目のパルスのピーク電圧に基づいてQ値を演算、3,4番目のパルスのピーク電圧に基づいてQ値を演算し、各Q値の平均値を圧電振動子1のQ値とする。しかしながら、この演算方法では、Q値を複数回演算する必要があるため、処理に要する負荷が大きくなってしまう。   Here, in order to obtain the Q value of the piezoelectric vibrator 1 with higher accuracy, the Q value is sequentially calculated based on the peak voltage of the adjacent pulses of the damped vibration of the reverberation signal, and the average value is calculated by the piezoelectric vibrator 1. The Q value is desirable. For example, the Q value is calculated based on the peak voltage of the first and second pulses of the decaying vibration of the reverberation signal, the Q value is calculated based on the peak voltage of the third and fourth pulses, and the average value of each Q value is calculated. The Q value of the piezoelectric vibrator 1 is assumed. However, in this calculation method, since the Q value needs to be calculated a plurality of times, the load required for processing increases.

そこで、残響信号の減衰振動のうち、互いに1周期以上離れた2つのパルスのピーク電圧を測定し、これらピーク電圧に基づいて圧電振動子1のQ値を演算してもよい。すなわち、図2(b)に示すように、残響信号の減衰振動のn番目(nは3以上の自然数)のパルスのピーク電圧をVnとしたとき、圧電振動子1のQ値は以下の式で求めることができる。   Therefore, it is also possible to measure the peak voltage of two pulses that are separated from each other by one cycle or more out of the damped oscillation of the reverberation signal, and calculate the Q value of the piezoelectric vibrator 1 based on these peak voltages. That is, as shown in FIG. 2B, when the peak voltage of the nth pulse (n is a natural number of 3 or more) of the damped oscillation of the reverberant signal is Vn, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is expressed by the following equation: Can be obtained.

Q=−nπ/ln(Vn/V1)
この演算方法では、Q値の演算を1回行うだけでよいので、処理に要する負荷を低減することができる。
Q = −nπ / ln (Vn / V1)
In this calculation method, since the calculation of the Q value only needs to be performed once, the load required for the processing can be reduced.

制御部311は、上述のように、駆動部2に駆動信号を与えることで、圧電振動子1から超音波を送波させる。また、制御部311は、演算部310で演算したQ値に基づいて、後述する可変容量素子4の可変コンデンサC1に制御信号を与える。また、制御部311は、A/Dコンバータ30にサンプリング信号を与えている。A/Dコンバータ30は、このサンプリング信号に基づいて、圧電振動子1から出力される電気信号をサンプリングする。   As described above, the control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by giving a drive signal to the drive unit 2. Further, the control unit 311 gives a control signal to a variable capacitor C1 of the variable capacitance element 4 described later based on the Q value calculated by the calculation unit 310. Further, the control unit 311 gives a sampling signal to the A / D converter 30. The A / D converter 30 samples the electrical signal output from the piezoelectric vibrator 1 based on this sampling signal.

なお、微分回路(図示せず)を別途設け、微分回路を用いて残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定する構成でもよい。この構成では、圧電振動子1から出力される電気信号を微分回路で微分し、微分回路の出力信号をコンパレータ(図示せず)に入力する。制御部311は、当該コンパレータの出力信号がゼロとなるタイミングでA/Dコンバータ30によるサンプリングを実行させる。これにより、残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定することができる。   Note that a differentiating circuit (not shown) may be provided separately, and the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal may be measured using the differentiating circuit. In this configuration, the electrical signal output from the piezoelectric vibrator 1 is differentiated by a differentiation circuit, and the output signal of the differentiation circuit is input to a comparator (not shown). The control unit 311 causes the A / D converter 30 to perform sampling at a timing when the output signal of the comparator becomes zero. Thereby, the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal can be measured.

演算部310及び制御部311は、車両の動作に基づいて、通常モードと、調整モードとの何れかのモードで動作する。通常モードは、検知範囲内(すなわち、超音波の届く範囲内)における障害物の有無を検知するモードである。調整モードは、後述する可変容量素子4の可変コンデンサC1の容量を調整することで、圧電振動子1のQ値を調整するモードである。   The calculation unit 310 and the control unit 311 operate in one of a normal mode and an adjustment mode based on the operation of the vehicle. The normal mode is a mode for detecting the presence or absence of an obstacle within a detection range (that is, within an ultrasonic wave reachable range). The adjustment mode is a mode in which the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is adjusted by adjusting the capacitance of a variable capacitor C1 of the variable capacitance element 4 described later.

例えば、演算部310及び制御部311は、運転者がイグニッションキーを用いて車両のアクセサリの電源をオンに切り替える、又はエンジンを起動したときに調整モードで動作し、調整モードの終了後に通常モードに切り替える。勿論、アクセサリの電源をオンに切り替える又はエンジンを起動する度に調整モードで動作する必要はなく、調整モードで動作する条件は適宜変更してもよい。本実施形態では、車両のアクセサリの電源をオンに切り替えることを条件にして、演算部310及び制御部311が調整モードに切り替える。   For example, the calculation unit 310 and the control unit 311 operate in the adjustment mode when the driver switches on the power of the accessory of the vehicle using the ignition key or starts the engine, and enters the normal mode after the adjustment mode ends. Switch. Of course, it is not necessary to operate in the adjustment mode every time the accessory is turned on or the engine is started, and the conditions for operating in the adjustment mode may be changed as appropriate. In the present embodiment, the calculation unit 310 and the control unit 311 switch to the adjustment mode on condition that the power supply of the vehicle accessory is switched on.

可変容量素子4は、圧電振動子1に直列又は並列に接続される可変コンデンサC1から成る。本実施形態では、可変容量素子4は圧電振動子1に並列に接続している。可変コンデンサC1は、制御部311から与えられる制御信号により容量を調整することができる。この可変コンデンサC1の容量を調整することで、圧電振動子1のQ値を調整することができる。なお、可変容量素子4は、例えば従来例のように、コンデンサ及びスイッチを直列に接続した直列回路を複数並列に接続して構成してもよい。この構成では、制御部311から各スイッチに制御信号を与えて各スイッチのオン/オフを適宜切り替えることで、可変容量素子4の容量を調整することができる。   The variable capacitance element 4 includes a variable capacitor C1 connected to the piezoelectric vibrator 1 in series or in parallel. In the present embodiment, the variable capacitance element 4 is connected to the piezoelectric vibrator 1 in parallel. The variable capacitor C <b> 1 can adjust the capacitance by a control signal given from the control unit 311. By adjusting the capacitance of the variable capacitor C1, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be adjusted. Note that the variable capacitance element 4 may be configured by connecting a plurality of series circuits in which capacitors and switches are connected in series as in the conventional example, for example. In this configuration, the capacitance of the variable capacitance element 4 can be adjusted by giving a control signal to each switch from the control unit 311 and appropriately switching on / off of each switch.

減衰部5は、圧電振動子1と信号処理部3との間に設けられ、圧電振動子1から出力される電気信号を減衰させる。本実施形態では、増幅部6及び検波部7の直列回路と並列に減衰部5を設けている。増幅部6は、圧電振動子1から出力される電気信号を増幅し、検波部7に出力する。検波部7は、増幅部6の出力信号を包絡線検波し、信号処理部3のA/Dコンバータ30に出力する。減衰部5と、増幅部6及び検波部7の直列回路とは並列に接続されている。   The attenuation unit 5 is provided between the piezoelectric vibrator 1 and the signal processing unit 3 and attenuates an electric signal output from the piezoelectric vibrator 1. In the present embodiment, the attenuation unit 5 is provided in parallel with the series circuit of the amplification unit 6 and the detection unit 7. The amplifying unit 6 amplifies the electrical signal output from the piezoelectric vibrator 1 and outputs it to the detection unit 7. The detector 7 detects the output signal of the amplifier 6 by envelope detection and outputs it to the A / D converter 30 of the signal processor 3. The attenuating unit 5 and the series circuit of the amplifying unit 6 and the detecting unit 7 are connected in parallel.

なお、減衰部5により、障害物からの反射波に基づく電気信号のみならず残響信号も減衰する。しかしながら、残響信号のレベルの方が、反射波に基づく電気信号のレベルよりも大きい。このため、減衰部5は、反射波の影響を低減する程度に電気信号を減衰させるものであればよく、後段の信号処理部3で飽和しないように決定するのがよい。   The attenuation unit 5 attenuates not only an electric signal based on a reflected wave from an obstacle but also a reverberation signal. However, the level of the reverberation signal is higher than the level of the electric signal based on the reflected wave. For this reason, the attenuating unit 5 only needs to attenuate the electric signal to the extent that the influence of the reflected wave is reduced, and it is preferable to determine that the signal processing unit 3 in the subsequent stage does not saturate.

本実施形態では、減衰部5の信号処理部3への接続と、増幅部6及び検波部7の直列回路の信号処理部3への接続とを第1スイッチSW1で切り替えている。第1スイッチSW1は、例えば半導体スイッチやリレーから成る。第1スイッチSW1による接続の切り替えは、制御部311が行う。すなわち、制御部311は、通常モードであれば第1スイッチSW1を制御して、増幅部6及び検波部7の直列回路を信号処理部3に接続する。また、制御部311は、調整モードであれば第1スイッチSW1を制御して、減衰部5を信号処理部3に接続する。   In the present embodiment, the connection of the attenuation unit 5 to the signal processing unit 3 and the connection of the amplifying unit 6 and the detection unit 7 to the signal processing unit 3 in the series circuit are switched by the first switch SW1. The first switch SW1 is composed of, for example, a semiconductor switch or a relay. Switching of connection by the first switch SW1 is performed by the control unit 311. That is, the control unit 311 controls the first switch SW1 in the normal mode to connect the series circuit of the amplification unit 6 and the detection unit 7 to the signal processing unit 3. Further, the control unit 311 controls the first switch SW1 in the adjustment mode, and connects the attenuation unit 5 to the signal processing unit 3.

以下、本実施形態の動作について説明する。先ず、通常モードの動作について説明する。制御部311は、所定の間隔で駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から所定の間隔で超音波を送波させる。ここで、検知範囲内に障害物が存在する場合には、超音波が障害物で反射する。この反射波を圧電振動子1が受波すると、圧電振動子1は当該反射波を電気信号に変換して出力する。この電気信号を増幅部6で増幅し、さらに検波部7で包絡線検波した後に、A/Dコンバータ30に入力する。   Hereinafter, the operation of this embodiment will be described. First, the operation in the normal mode will be described. The control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 at a predetermined interval by giving a driving signal to the driving unit 2 at a predetermined interval. Here, when an obstacle exists in the detection range, the ultrasonic wave is reflected by the obstacle. When the piezoelectric vibrator 1 receives this reflected wave, the piezoelectric vibrator 1 converts the reflected wave into an electric signal and outputs it. This electric signal is amplified by the amplifying unit 6 and further envelope-detected by the detecting unit 7 and then input to the A / D converter 30.

そして、演算部310では、A/Dコンバータ30の出力信号に基づいて得られる反射波の受波タイミングと、圧電振動子1の超音波の送波タイミングとに基づいて、障害物までの距離を演算する。制御部311は、この演算結果に基づいて、ブザー(図示せず)から警告音を鳴動させたり、ディスプレイ(図示せず)に障害物までの距離を表示させたりしてもよい。この通常モードの動作は、図1(b)に示すように、車両のエンジンをオフに切り替えるまで繰り返す。勿論、通常モードを終了する条件はエンジンをオフに切り替えることに限定される必要はなく、適宜変更してもよい。   The calculation unit 310 calculates the distance to the obstacle based on the reception timing of the reflected wave obtained based on the output signal of the A / D converter 30 and the ultrasonic wave transmission timing of the piezoelectric vibrator 1. Calculate. Based on the calculation result, the control unit 311 may sound a warning sound from a buzzer (not shown) or display a distance to an obstacle on a display (not shown). The operation in the normal mode is repeated until the vehicle engine is switched off as shown in FIG. Of course, the condition for ending the normal mode need not be limited to switching the engine off, and may be changed as appropriate.

次に、調整モードの動作について図1(b),(c)を用いて説明する。車両のアクセサリの電源がオンに切り替わると、演算部310及び制御部311が調整モードに切り替える。制御部311は、駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から超音波を送波させる。超音波の送波により生じる残響信号は、減衰部5で減衰し、その後A/Dコンバータ30に入力される。   Next, the operation in the adjustment mode will be described with reference to FIGS. When the power supply of the vehicle accessory is turned on, the calculation unit 310 and the control unit 311 are switched to the adjustment mode. The control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by giving a drive signal to the drive unit 2. A reverberation signal generated by ultrasonic transmission is attenuated by the attenuation unit 5 and then input to the A / D converter 30.

そして、演算部310は、A/Dコンバータ30から出力される残響信号の減衰振動に基づいて圧電振動子1のQ値を演算する。ここで、制御部311では、予め圧電振動子1のQ値の閾値をメモリ(図示せず)に記憶している。この閾値は、圧電振動子1の許容可能な残響時間に基づいて設定される。制御部311は、この閾値と、演算部310で得られたQ値とを比較する。   Then, the calculation unit 310 calculates the Q value of the piezoelectric vibrator 1 based on the damped vibration of the reverberation signal output from the A / D converter 30. Here, the control unit 311 stores a threshold value of the Q value of the piezoelectric vibrator 1 in a memory (not shown) in advance. This threshold is set based on the allowable reverberation time of the piezoelectric vibrator 1. The control unit 311 compares this threshold value with the Q value obtained by the calculation unit 310.

演算部310で得られたQ値が閾値よりも大きければ、制御部311は、制御信号を与えることで可変コンデンサC1の容量を調整し、駆動信号を駆動部2に与えることで圧電振動子1から再び超音波を送波させる。そして、演算部310及び制御部311は、それぞれ圧電振動子1のQ値を演算する処理、及び得られたQ値と閾値とを比較する処理を再び実行する。演算部310で得られたQ値が閾値よりも小さければ、演算部310及び制御部311は調整モードを終了し、通常モードに切り替える。上記の調整モードにより、圧電振動子1のQ値を適切な値に調整し、残響時間を短縮する。   If the Q value obtained by the calculation unit 310 is larger than the threshold value, the control unit 311 adjusts the capacity of the variable capacitor C1 by giving a control signal, and gives the drive signal to the drive unit 2 to thereby provide the piezoelectric vibrator 1. The ultrasonic wave is transmitted again from. Then, the calculation unit 310 and the control unit 311 again execute the process of calculating the Q value of the piezoelectric vibrator 1 and the process of comparing the obtained Q value with a threshold value. If the Q value obtained by the calculation unit 310 is smaller than the threshold value, the calculation unit 310 and the control unit 311 end the adjustment mode and switch to the normal mode. With the above adjustment mode, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is adjusted to an appropriate value, and the reverberation time is shortened.

なお、演算部310及び制御部311による調整モードでの処理は、以下に示すものでもよい。先ず、図3に示すように、制御部311は、駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から超音波を送波させる。次に、演算部310は、A/Dコンバータ30から出力される残響信号の減衰振動に基づいて圧電振動子1のQ値を演算する。この演算したQ値は、メモリに記憶する。そして、制御部311は、制御信号を与えることで可変コンデンサC1の容量を調整する。   The processing in the adjustment mode by the calculation unit 310 and the control unit 311 may be as follows. First, as illustrated in FIG. 3, the control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by supplying a drive signal to the drive unit 2. Next, the calculation unit 310 calculates the Q value of the piezoelectric vibrator 1 based on the damped vibration of the reverberation signal output from the A / D converter 30. The calculated Q value is stored in the memory. And the control part 311 adjusts the capacity | capacitance of the variable capacitor C1 by giving a control signal.

上記の一連の処理を、可変コンデンサC1の選択可能な全ての容量について逐次実行する。そして、上記の一連の処理が完了すると、制御部311は、記憶しているQ値を比較し、Q値が最小となるように可変コンデンサC1の容量を調整する。この構成では、圧電振動子1のQ値を最も小さくすることができるので、残響時間をより短縮することができる。   The above series of processing is sequentially executed for all selectable capacities of the variable capacitor C1. When the above series of processing is completed, the control unit 311 compares the stored Q values and adjusts the capacitance of the variable capacitor C1 so that the Q value is minimized. In this configuration, since the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be minimized, the reverberation time can be further shortened.

上述のように、本実施形態では、残響信号を減衰部5で減衰させた後に、減衰させた残響信号の減衰振動に基づいて圧電振動子1のQ値を演算することで、残響時間を予測している。このため、本実施形態では、近傍に障害物が存在したとしても、障害物からの反射波を減衰部5で減衰させることができるので、残響信号に反射波が重畳し難い。したがって、本実施形態では、近傍に障害物が存在する場合にも残響時間を容易に予測することができる。   As described above, in the present embodiment, after the reverberation signal is attenuated by the attenuation unit 5, the reverberation time is predicted by calculating the Q value of the piezoelectric vibrator 1 based on the attenuation vibration of the attenuated reverberation signal. doing. For this reason, in this embodiment, even if there is an obstacle in the vicinity, the reflected wave from the obstacle can be attenuated by the attenuating unit 5, so that the reflected wave is difficult to be superimposed on the reverberation signal. Therefore, in this embodiment, the reverberation time can be easily predicted even when an obstacle exists in the vicinity.

また、本実施形態では、残響信号の減衰振動のピーク電圧の差分からQ値を演算することで、圧電振動子1の残響時間を予測しているが、これには次のようなメリットがある。例えば、圧電振動子1の残響時間を直接測定する場合には、残響時間が短くなるほど減衰振動の時間が短くなり、測定精度が低下する虞がある。一方、残響信号の減衰振動のピーク電圧の差分は、残響時間が短い方が大きくなるため、差分を測定し易くなる。本実施形態では、残響時間を短縮することを目的としているため、残響信号の減衰振動のピーク電圧の差分からQ値を演算する構成が望ましい。   In the present embodiment, the reverberation time of the piezoelectric vibrator 1 is predicted by calculating the Q value from the difference in the peak voltage of the decaying vibration of the reverberation signal. This has the following advantages. . For example, in the case where the reverberation time of the piezoelectric vibrator 1 is directly measured, the shorter the reverberation time, the shorter the time of damped vibration, which may reduce the measurement accuracy. On the other hand, the difference in the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal becomes larger when the reverberation time is shorter, and thus the difference is easily measured. In this embodiment, since it aims at shortening reverberation time, the structure which calculates Q value from the difference of the peak voltage of the damping vibration of a reverberation signal is desirable.

なお、図4に示すように、減衰部5と信号処理部3との間に、ローパスフィルタから成るフィルタ部8を設けてもよい。フィルタ部5は、圧電振動子1から出力される電気信号に含まれるノイズを除去する。この構成では、残響からノイズを除去した状態で残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定できるので、安定して圧電振動子1のQ値を演算することができる。   As shown in FIG. 4, a filter unit 8 composed of a low-pass filter may be provided between the attenuation unit 5 and the signal processing unit 3. The filter unit 5 removes noise included in the electrical signal output from the piezoelectric vibrator 1. In this configuration, since the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal can be measured in a state where noise is removed from the reverberation, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be calculated stably.

(実施形態2)
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態2について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図5(a),(b)に示すように、コンパレータ9と、周期測定部312と、計数部313とを備える。
(Embodiment 2)
Hereinafter, an ultrasonic sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, since the basic configuration of the present embodiment is common to that of the first embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIGS. 5A and 5B, the present embodiment includes a comparator 9, a period measurement unit 312, and a counting unit 313.

コンパレータ9は、減衰器5から出力される残響信号と、所定の閾値とを比較することで2値信号を出力する。本実施形態では、所定の閾値をゼロに設定している。したがって、コンパレータ9の出力信号は、残響信号のゼロクロス毎にハイレベルとローレベルとを切り替える2値信号となる。   The comparator 9 outputs a binary signal by comparing the reverberation signal output from the attenuator 5 with a predetermined threshold value. In the present embodiment, the predetermined threshold is set to zero. Therefore, the output signal of the comparator 9 is a binary signal that switches between a high level and a low level every zero cross of the reverberation signal.

周期測定部312は、コンパレータ9の出力する2値信号の周期をタイマ(図示せず)でカウントすることで、残響信号の周期をパルス毎に測定する。また、周期測定部312は、測定したパルス毎の周期を比較する。計数部313は、周期測定部312での比較結果に基づいて、残響信号のパルスをスキップするスキップ数をカウントする。   The period measurement unit 312 measures the period of the reverberation signal for each pulse by counting the period of the binary signal output from the comparator 9 with a timer (not shown). The period measuring unit 312 compares the measured periods for each pulse. The counting unit 313 counts the number of skips for skipping the reverberation signal pulse based on the comparison result in the period measurement unit 312.

なお、周期測定部312及び計数部313は、演算部310及び制御部311と同様に、制御ブロック31が各種プログラムを実行することで機能するプログラムモジュールである。勿論、制御ブロック31は、その構成がマイコンに限定されるものではなく、各部310〜313をそれぞれハードウェアで構成してもよい。   Note that the period measuring unit 312 and the counting unit 313 are program modules that function when the control block 31 executes various programs, like the calculation unit 310 and the control unit 311. Of course, the configuration of the control block 31 is not limited to the microcomputer, and each of the units 310 to 313 may be configured by hardware.

また、本実施形態では、減衰部5の信号処理部3への接続と、減衰部5のコンパレータ9への接続とを第2スイッチSW2で切り替えている。第2スイッチSW2は、第1スイッチSW1と同様に、例えば半導体スイッチやリレーから成る。第2スイッチSW2による接続の切り替えは、制御部311が行う。すなわち、制御部311は、調整モードにおいて、後述する第1処理を実行する際には第2スイッチSW2を制御して、減衰部5をコンパレータ9に接続する。また、制御部311は、後述する第2処理を実行する際には第2スイッチSW2を制御して、減衰部5を信号処理部3に接続する。   In the present embodiment, the connection of the attenuation unit 5 to the signal processing unit 3 and the connection of the attenuation unit 5 to the comparator 9 are switched by the second switch SW2. Similar to the first switch SW1, the second switch SW2 is formed of, for example, a semiconductor switch or a relay. Switching of connection by the second switch SW2 is performed by the control unit 311. That is, in the adjustment mode, the control unit 311 controls the second switch SW2 to connect the attenuation unit 5 to the comparator 9 when performing a first process described later. Further, the control unit 311 controls the second switch SW <b> 2 to connect the attenuation unit 5 to the signal processing unit 3 when executing a second process described later.

以下、本実施形態における調整モードの動作について説明する。図5(b)に示すように、調整モードを開始すると、演算部310及び制御部311は、先ず残響信号の周期を測定し、残響信号の周期に基づいてスキップ数を決定する第1処理を実行する。第1処理が完了すると、演算部310及び制御部311は、スキップ数の分だけ残響信号の減衰振動のパルスをスキップしてからピーク電圧を測定する第2処理を実行する。   Hereinafter, the operation of the adjustment mode in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 5B, when the adjustment mode is started, the calculation unit 310 and the control unit 311 first measure the period of the reverberation signal, and perform a first process for determining the number of skips based on the period of the reverberation signal. Run. When the first process is completed, the calculation unit 310 and the control unit 311 execute the second process of measuring the peak voltage after skipping the decay vibration pulses of the reverberation signal by the number of skips.

第1処理について説明する。先ず、計数部313は、スキップ数を初期値のゼロにリセットする。次に、制御部311は、駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から超音波を送波させる。超音波の送波により生じる残響信号は、減衰部5で減衰し、その後コンパレータ9に入力される。周期測定部312は、コンパレータ9の出力信号から残響信号の1周期を測定し、測定した周期をメモリに記憶する。この時点では、未だ1周期しか測定していないので、周期測定部312は次の1周期を測定(すなわち、2パルス目の周期を測定)し、測定した周期をメモリに記憶する。   The first process will be described. First, the counting unit 313 resets the skip number to an initial value of zero. Next, the control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by giving a drive signal to the drive unit 2. The reverberation signal generated by the ultrasonic wave transmission is attenuated by the attenuation unit 5 and then input to the comparator 9. The period measurement unit 312 measures one period of the reverberation signal from the output signal of the comparator 9 and stores the measured period in the memory. At this time, since only one period is measured, the period measuring unit 312 measures the next one period (that is, measures the period of the second pulse) and stores the measured period in the memory.

そして、周期測定部312は、今回測定した周期と、前回測定した周期とを比較する。比較の結果、各周期が一致する場合には、第1処理を終了して第2処理に移行する。各周期が一致しない場合には、計数部313がスキップ数を1増加する。そして、再び周期測定部312が次の1周期を測定し、測定した周期をメモリに記憶する。以下、比較動作において各周期が一致するまで、上記の動作を繰り返す。   Then, the cycle measuring unit 312 compares the cycle measured this time with the cycle measured last time. As a result of the comparison, when the periods coincide with each other, the first process is terminated and the process proceeds to the second process. If the periods do not match, the counting unit 313 increases the skip number by one. Then, the period measuring unit 312 again measures the next one period and stores the measured period in the memory. Thereafter, the above operation is repeated until the respective periods coincide in the comparison operation.

次に、第2処理について説明する。先ず、制御部311は、駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から超音波を送波させる。超音波の送波により生じる残響信号は、減衰部5で減衰し、その後A/Dコンバータ30に入力される。そして、演算部310は、計数部313でカウントしたスキップ数の分だけ残響信号のパルスをスキップしてから、A/Dコンバータ30から出力される残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定する。   Next, the second process will be described. First, the control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by giving a drive signal to the drive unit 2. A reverberation signal generated by ultrasonic transmission is attenuated by the attenuation unit 5 and then input to the A / D converter 30. Then, calculation unit 310 skips the reverberation signal pulse by the number of skips counted by counting unit 313 and then measures the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal output from A / D converter 30.

例えば、残響信号の周期が、減衰振動の3周期目から安定したものとする。この場合、図6に示すように、演算部310は、残響信号の減衰振動の1番目及び2番目のパルスをスキップし、3番目以降のパルスのピーク電圧を測定する。そして、演算部310は、測定したピーク電圧に基づいて圧電振動子1のQ値を演算する。したがって、本実施形態では、残響信号の減衰振動の周期が安定してから圧電振動子1のQ値を演算するので、残響時間を予測する精度を向上させることができる。   For example, it is assumed that the period of the reverberation signal is stable from the third period of the damped vibration. In this case, as shown in FIG. 6, the calculation unit 310 skips the first and second pulses of the damped oscillation of the reverberation signal and measures the peak voltage of the third and subsequent pulses. Then, the calculation unit 310 calculates the Q value of the piezoelectric vibrator 1 based on the measured peak voltage. Therefore, in the present embodiment, since the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is calculated after the period of the damped oscillation of the reverberation signal is stabilized, the accuracy of predicting the reverberation time can be improved.

また、残響信号の減衰振動の周期を予め測定する第1処理を実行せずに、第2処理において、残響信号の減衰振動のパルスを予め設定している所定のパルス数の分だけスキップして、残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定する構成でもよい。この構成でも、残響信号の減衰信号がある程度安定してからQ値を演算するので、残響時間を予測する精度を向上させることができる。また、この構成では、周期を予め測定する場合と比較して、調整モードの処理に要する時間を短縮することができる。   In addition, in the second process, the decay vibration pulses of the reverberation signal are skipped by a predetermined number of pulses without executing the first process of measuring the decay vibration period of the reverberation signal in advance. The peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal may be measured. Even in this configuration, since the Q value is calculated after the attenuation signal of the reverberation signal is stabilized to some extent, the accuracy of predicting the reverberation time can be improved. Also, with this configuration, it is possible to reduce the time required for the adjustment mode processing as compared with the case where the period is measured in advance.

(実施形態3)
以下、本発明に係る超音波センサの実施形態3について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態2と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、調整モードにおいて、信号処理部3が、残響信号のゼロクロス点から所定時間遅延したタイミングで残響信号をサンプリングすることで、残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定することを特徴とする。
(Embodiment 3)
Hereinafter, an ultrasonic sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, since the basic configuration of the present embodiment is common to that of the second embodiment, common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The present embodiment is characterized in that, in the adjustment mode, the signal processing unit 3 measures the peak voltage of the decaying vibration of the reverberation signal by sampling the reverberation signal at a timing delayed for a predetermined time from the zero cross point of the reverberation signal. To do.

図7に示すように、制御部311には、コンパレータ9の出力信号を入力する。このコンパレータ9の出力信号により、制御部311は、残響信号のゼロクロス点を検出することができる。また、制御部311は、周期測定部312から残響信号の周期のデータを取得する。以下、残響信号の周期をT1とする。   As shown in FIG. 7, the output signal of the comparator 9 is input to the control unit 311. Based on the output signal of the comparator 9, the control unit 311 can detect the zero cross point of the reverberation signal. In addition, the control unit 311 acquires reverberation signal cycle data from the cycle measurement unit 312. Hereinafter, the period of the reverberation signal is T1.

そして、調整モードにおいて、制御部311は、残響信号のゼロクロス点から所定時間(本実施形態では、T1/4)遅延したタイミングでサンプリング信号を出力する(図8参照)。A/Dコンバータ30は、このサンプリング信号に基づいて残響信号をサンプリングすることで、残響信号の減衰振動のピーク電圧を出力する。   In the adjustment mode, the control unit 311 outputs the sampling signal at a timing delayed by a predetermined time (T1 / 4 in the present embodiment) from the zero cross point of the reverberation signal (see FIG. 8). The A / D converter 30 samples the reverberation signal based on the sampling signal, and outputs a peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal.

上述のように、本実施形態では、信号処理部3が残響信号の減衰振動のピーク電圧のみを出力するようにサンプリングするので、常時サンプリングする場合と比較してサンプリング回数を減らすことができる。したがって、本実施形態では、ハードウェアへの負荷を低減することができる。   As described above, in the present embodiment, since the signal processing unit 3 performs sampling so as to output only the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal, the number of samplings can be reduced as compared with the case of always sampling. Therefore, in this embodiment, the load on hardware can be reduced.

また、本実施形態では、残響信号のゼロクロス点からT1/4遅延したタイミングで残響信号をサンプリングしているので、以下の利点がある。すなわち、残響信号の減衰振動のピーク付近は電圧の変動が小さい領域であるので、当該領域でサンプリングすることで、残響信号の減衰振動のピーク電圧の測定誤差を小さくすることができる。   In the present embodiment, since the reverberation signal is sampled at a timing delayed by T1 / 4 from the zero cross point of the reverberation signal, the following advantages are obtained. That is, the vicinity of the peak of the damped oscillation of the reverberation signal is a region where the voltage fluctuation is small, and by sampling in this region, the measurement error of the peak voltage of the damped oscillation of the reverberation signal can be reduced.

なお、上記各実施形態では、圧電振動子1のQ値を演算した上で可変コンデンサC1の容量の調整を行なっているが、圧電振動子1のQ値の演算を省略する方法も考えられる。以下、圧電振動子1のQ値の演算を省略した調整モードの動作について図9を用いて説明する。先ず、制御部311は、駆動信号を駆動部2に与えることにより、圧電振動子1から超音波を送波させる。次に、演算部310は、残響信号の減衰振動の最初のパルスのピーク電圧V1を測定すると、当該ピーク電圧V1と、予め設定してある閾値VA1〜VZ1(VA1>…>VZ1)とを比較する。   In each of the above embodiments, the capacitance of the variable capacitor C1 is adjusted after calculating the Q value of the piezoelectric vibrator 1, but a method of omitting the calculation of the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is also conceivable. Hereinafter, the operation in the adjustment mode in which the calculation of the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is omitted will be described with reference to FIG. First, the control unit 311 transmits an ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 1 by giving a drive signal to the drive unit 2. Next, when the calculation unit 310 measures the peak voltage V1 of the first pulse of the damped oscillation of the reverberation signal, the calculation unit 310 compares the peak voltage V1 with preset threshold values VA1 to VZ1 (VA1>...> VZ1). To do.

例えば、演算部310は、ピーク電圧V1が閾値VA1より大きければ、閾値Vth2の値をVA2に設定する。また、演算部310は、ピーク電圧V1が閾値VA1よりも小さく、閾値VB1よりも大きければ、閾値Vth2の値をVB2に設定する。以下、同様に閾値VA1〜VZ1とピーク電圧V1とを比較することで、演算部310は、閾値Vth2をVA2〜VZ2(VA2>…>VZ2)の何れかの値に設定する。すなわち、演算部310は、残響信号の減衰振動の最初のパルスのピーク電圧V1に基づいて、2番目のパルスのピーク電圧V2の閾値Vth2を設定する。   For example, if the peak voltage V1 is greater than the threshold value VA1, the arithmetic unit 310 sets the value of the threshold value Vth2 to VA2. If the peak voltage V1 is smaller than the threshold value VA1 and larger than the threshold value VB1, the calculation unit 310 sets the value of the threshold value Vth2 to VB2. Hereinafter, similarly, by comparing the threshold values VA1 to VZ1 with the peak voltage V1, the calculation unit 310 sets the threshold value Vth2 to any value of VA2 to VZ2 (VA2>...> VZ2). That is, the arithmetic part 310 sets the threshold value Vth2 of the peak voltage V2 of the second pulse based on the peak voltage V1 of the first pulse of the damped oscillation of the reverberation signal.

そして、残響信号の減衰振動の2番目のパルスのピーク電圧V2を測定すると、制御部311は、ピーク電圧V2と閾値Vth2とを比較する。ピーク電圧V2が閾値Vth2よりも大きければ、制御部311は、制御信号を与えることで可変コンデンサC1の容量を調整し、駆動信号を駆動部2に与えることで圧電振動子1から再び超音波を送波させる。そして、制御部311は、閾値Vth2を設定する処理、及びピーク電圧V2と閾値Vth2とを比較する処理を再び実行する。ピーク電圧V2が閾値Vth2よりも小さければ、演算部310及び制御部311は調整モードを終了し、通常モードに切り替える。   Then, when the peak voltage V2 of the second pulse of the damped oscillation of the reverberation signal is measured, the control unit 311 compares the peak voltage V2 with the threshold value Vth2. If the peak voltage V2 is larger than the threshold value Vth2, the control unit 311 adjusts the capacity of the variable capacitor C1 by giving a control signal, and gives a drive signal to the drive unit 2 to emit ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator 1 again. Send a wave. Then, the control unit 311 executes again the process of setting the threshold value Vth2 and the process of comparing the peak voltage V2 and the threshold value Vth2. If the peak voltage V2 is smaller than the threshold value Vth2, the calculation unit 310 and the control unit 311 end the adjustment mode and switch to the normal mode.

上述のように、圧電振動子1のQ値の演算を省略した場合でも、可変容量素子4の可変コンデンサC1の容量を調整して、圧電振動子1のQ値を調整することができる。   As described above, even when the calculation of the Q value of the piezoelectric vibrator 1 is omitted, the Q value of the piezoelectric vibrator 1 can be adjusted by adjusting the capacitance of the variable capacitor C1 of the variable capacitance element 4.

1 圧電振動子
2 駆動部
3 信号処理部
4 可変容量素子
5 減衰部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2 Drive part 3 Signal processing part 4 Variable capacitance element 5 Attenuation part

Claims (6)

超音波を送受波する圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する駆動部と、前記圧電振動子と直列又は並列に接続される可変容量素子と、前記可変容量素子の容量を調整する信号処理部と、前記圧電振動子から出力される電気信号を減衰して前記信号処理部に出力する減衰部とを備え、
前記信号処理部は、前記圧電振動子から超音波を送波した際に生じる残響信号の減衰振動のピーク電圧を測定し、測定した前記ピーク電圧に基づいて前記圧電振動子のQ値を演算し、且つ演算した前記圧電振動子のQ値に基づいて前記可変容量素子の容量を調整することを特徴とする超音波センサ。
Piezoelectric vibrator for transmitting and receiving ultrasonic waves, drive unit for driving the piezoelectric vibrator, variable capacitance element connected in series or in parallel with the piezoelectric vibrator, and signal processing for adjusting the capacitance of the variable capacitance element And an attenuation unit that attenuates an electrical signal output from the piezoelectric vibrator and outputs the attenuated signal to the signal processing unit,
The signal processing unit measures a peak voltage of decay vibration of a reverberation signal generated when ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric vibrator, and calculates a Q value of the piezoelectric vibrator based on the measured peak voltage. And an ultrasonic sensor that adjusts the capacitance of the variable capacitance element based on the calculated Q value of the piezoelectric vibrator.
前記信号処理部は、前記残響信号の減衰振動のうち、互いに1パルス以上離れた2つの前記ピーク電圧に基づいて前記圧電振動子のQ値を演算することを特徴とする請求項1記載の超音波センサ。   2. The super value according to claim 1, wherein the signal processing unit calculates a Q value of the piezoelectric vibrator based on two peak voltages separated from each other by one pulse or more among the damped oscillations of the reverberation signal. Sonic sensor. 前記信号処理部は、所定のパルス数の分だけ前記残響信号の減衰振動のパルスをスキップしてから前記ピーク電圧を測定することを特徴とする請求項1記載の超音波センサ。   The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the signal processing unit measures the peak voltage after skipping the damped oscillation pulse of the reverberation signal by a predetermined number of pulses. 前記信号処理部は、前記残響信号の周期を測定し、前記残響信号の周期に基づいてスキップ数を決定する第1処理と、前記スキップ数の分だけ前記残響信号の減衰振動のパルスをスキップしてから前記ピーク電圧を測定する第2処理とを実行することを特徴とする請求項1記載の超音波センサ。   The signal processing unit measures the period of the reverberation signal, skips the decay vibration pulse of the reverberation signal by the first process for determining the number of skips based on the period of the reverberation signal, and the skip number. 2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the second process of measuring the peak voltage is performed after the first time. 前記信号処理部は、前記調整モードにおいて、前記残響信号のゼロクロス点から所定時間遅延したタイミングで前記残響信号をサンプリングし、前記ピーク電圧を測定することを特徴とする請求項1記載の超音波センサ。   2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the signal processing unit samples the reverberation signal at a timing delayed by a predetermined time from a zero cross point of the reverberation signal and measures the peak voltage in the adjustment mode. . 前記所定時間は、前記残響信号の周期の1/4であることを特徴とする請求項5記載の超音波センサ。   The ultrasonic sensor according to claim 5, wherein the predetermined time is ¼ of a period of the reverberation signal.
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