JP2015010888A - Ultrasonic sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波センサ装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic sensor device.
従来、超音波パルスを送受波する超音波送受波器を備え、超音波送受波器が超音波パルスを送波し、超音波送受波器が受波した信号に物体からの反射波が現われるか否かを判別することで、物体の存否を検知する超音波センサ装置があった(特許文献1参照)。 Conventionally, an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic pulses has been provided. The ultrasonic transducer transmits ultrasonic pulses, and whether reflected waves from objects appear in the signals received by the ultrasonic transducers. There is an ultrasonic sensor device that detects the presence or absence of an object by determining whether or not (see Patent Document 1).
この種の超音波センサ装置では、超音波パルスを送波した直後に超音波送受波器の受波信号に残響振動による信号が現れるので、この残響振動が収束する時間以降に検知ゲートを開いて、反射波の有無を検出している。近距離に物体が存在する場合でも、多重反射によって検知ゲートが開いた後に反射波が入力されれば、物体の存在を検知できるが、多重反射が無く、残響振動が収束する前に反射波が入力されると、近距離にある物体を検知できない可能性があった。 In this type of ultrasonic sensor device, a signal due to reverberation appears in the received signal of the ultrasonic transducer immediately after transmitting an ultrasonic pulse, so the detection gate is opened after the time when the reverberation converges. The presence or absence of reflected waves is detected. Even if an object is present at a short distance, the presence of the object can be detected if a reflected wave is input after the detection gate is opened by multiple reflection, but there is no multiple reflection, and the reflected wave is generated before the reverberation vibration converges. When input, there is a possibility that an object at a short distance cannot be detected.
特許文献1に記載された超音波センサ装置では、検知ゲートが開く以前に反射波が入力されるような近距離の物体を検知するために、残響波形の異常を検知している。すなわち、残響振動が収束する前に反射波が入力されると、反射波の信号が重畳した残響振動が収束するまでに、より長い時間がかかることになる。よって、特許文献1に記載された超音波センサ装置では、反射波の信号が重畳することによって生じる残響振動の長さの変化をもとに、反射波の有無を判定している。
In the ultrasonic sensor device described in
上述した特許文献1に開示された超音波センサ装置では、残響振動の長さの変化から反射波の有無を判定して、近距離の物体を検知していた。ところで、残響によって発生する超音波送受波器(超音波振動子)の振動特性が、温度や個体のばらつきによって変化すると、残響振動の長さが変化する可能性があるため、特許文献1に開示された超音波センサ装置では近距離にある物体の検知性能が低かった。
In the ultrasonic sensor device disclosed in
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、超音波振動子の振動特性が変化した場合でも近距離にある物体の検知性能を向上させた超音波センサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor device that improves the detection performance of an object at a short distance even when the vibration characteristics of the ultrasonic transducer change. Is to provide.
本発明の超音波センサ装置は、入力されたパルス信号を超音波パルスに変換して送波し、物体によって反射された超音波パルスを受波して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波振動子から出力される電気信号を増幅する増幅部と、前記超音波振動子から出力される電気信号をもとに、超音波パルスを送波することによって前記超音波振動子に発生する残響振動のQ値を測定する第1測定部と、前記超音波振動子から出力される電気信号をもとに前記残響振動の周波数を測定する第2測定部と、前記第1測定部が測定したQ値、前記第2測定部が測定した周波数、前記増幅部から出力される非飽和状態の出力振幅をもとに前記増幅部の出力振幅を予測する予測部と、ある時点で前記増幅部から出力される出力振幅と前記予測部が予測したその時点での出力振幅とを比較する比較部と、前記比較部による比較結果をもとに物体の存否を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。 An ultrasonic sensor device of the present invention converts an input pulse signal into an ultrasonic pulse, transmits the ultrasonic pulse, receives an ultrasonic pulse reflected by an object, and converts it into an electric signal; Generated in the ultrasonic transducer by amplifying an electrical signal output from the ultrasonic transducer and transmitting an ultrasonic pulse based on the electrical signal output from the ultrasonic transducer A first measurement unit for measuring a Q value of the reverberation vibration, a second measurement unit for measuring a frequency of the reverberation vibration based on an electric signal output from the ultrasonic transducer, and the first measurement unit. A prediction unit that predicts an output amplitude of the amplification unit based on a measured Q value, a frequency measured by the second measurement unit, and an output amplitude in a non-saturated state output from the amplification unit; The output amplitude output from the unit and the prediction unit predicts And a comparing unit for comparing the output amplitude at that time, characterized by comprising a determination unit based on the presence or absence of an object the comparison result by the comparison unit.
この超音波センサ装置において、前記増幅部の増幅率を、予め設定された複数の増幅率の中から、前記増幅部の出力が飽和しない範囲で最大の増幅率に切り替える切替部を備え、前記切替部は、前記増幅部の増幅率を切り替えるタイミングを、前記第1測定部が測定したQ値に基づいて設定するように構成されることも好ましい。 The ultrasonic sensor device includes a switching unit that switches the amplification factor of the amplification unit from a plurality of preset amplification factors to a maximum amplification factor within a range in which the output of the amplification unit is not saturated. It is also preferable that the unit is configured to set the timing for switching the amplification factor of the amplification unit based on the Q value measured by the first measurement unit.
この超音波センサ装置において、前記超音波振動子から出力される電気信号に減衰を与える減衰器を備え、前記第1測定部は、前記減衰器によって減衰された前記超音波振動子の電気信号をもとに、前記残響振動のQ値を測定することも好ましい。 The ultrasonic sensor device includes an attenuator that attenuates an electric signal output from the ultrasonic transducer, and the first measurement unit receives an electric signal of the ultrasonic transducer attenuated by the attenuator. It is also preferable to measure the Q value of the reverberation vibration.
本発明によれば、第1測定部が残響振動のQ値を測定し、第2測定部が残響振動の周波数を測定している。予測部は、残響振動のQ値及び周波数の測定結果を用いて、増幅部の出力振幅を予想しているので、温度や個体のばらつきによって残響振動が変化した場合でも、増幅部の出力振幅を正確に予測することができる。超音波センサ装置の近距離に物体が存在し、この物体で反射された反射波が残響振動に重畳する場合、増幅部から出力される実際の出力振幅が、予測部で予測される出力振幅からずれてしまう。よって、判定部は、ある時点での増幅部の出力振幅と予測部が予測した出力振幅とを比較部が比較した結果をもとに、物体によって反射された反射波が残響振動に重畳しているか否かを判定でき、近距離の物体を検出することができる。 According to the present invention, the first measurement unit measures the Q value of reverberation vibration, and the second measurement unit measures the frequency of reverberation vibration. Since the prediction unit predicts the output amplitude of the amplification unit using the measurement result of the Q value and frequency of the reverberation vibration, even when the reverberation vibration changes due to temperature and individual variations, the output amplitude of the amplification unit is determined. It can be predicted accurately. When an object exists at a short distance of the ultrasonic sensor device and the reflected wave reflected by this object is superimposed on the reverberation vibration, the actual output amplitude output from the amplifying unit is based on the output amplitude predicted by the prediction unit. It will shift. Therefore, the determination unit superimposes the reflected wave reflected by the object on the reverberation vibration based on the comparison result of the output amplitude of the amplification unit at a certain time and the output amplitude predicted by the prediction unit. It is possible to determine whether or not there is an object at a short distance.
本発明に係る超音波センサ装置の実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of an ultrasonic sensor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の超音波センサ装置は、超音波振動子1と、増幅部2と、第1測定部4と、第2測定部5と、予測部6と、比較部7と、判定部8とを備える。また、本実施形態の超音波センサ装置は、上記の構成に加えて、電圧測定部3と、ドライブ回路9と、トランス10とをさらに備えている。本実施形態の超音波センサ装置は、例えば自動車の前後のバンパ付近に取り付けられて、駐車時などに自動車の周囲にある物体を検出するために用いられる。
The ultrasonic sensor device of this embodiment includes an
ドライブ回路9は、超音波振動子1から超音波をパルス的に出力させるために、所定周波数のパルス信号を一定の時間間隔で出力する。
The
トランス10の一次側にはドライブ回路9が接続され、トランス10の二次側に超音波振動子1が接続されている。トランス10は、ドライブ回路9から入力されたパルス信号を昇圧して超音波振動子1に印加しており、超音波振動子1を振動させて、所定周波数の超音波パルスを超音波振動子1から出力させる。
A
超音波振動子1は、トランス10から入力されたパルス信号を超音波パルスに変換して送波する。超音波センサ装置の周囲に物体が存在する場合、超音波振動子1から送波された超音波は、その物体によって反射され、超音波振動子1によって受波される。超音波振動子1は、物体によって反射された超音波を受波すると、受波した超音波によって振動し、その振動を電気信号S1に変換して出力する。
The
増幅部2は、超音波振動子1から出力される電気信号S1を増幅し、増幅して得た信号S2を電圧測定部3に出力する。
The amplifying
電圧測定部3は、増幅部2から出力される信号S2の周期毎のピーク値、すなわち信号S2の出力振幅を測定する。
The
第1測定部4は、超音波振動子1から出力される電気信号S1をもとに、超音波パルスを送波することによって超音波振動子1に発生する残響振動のQ値(減衰定数)を測定する。
The
図3(a)は超音波振動子1から出力される電気信号S1の波形図であり、図3(b)は増幅部2から出力される信号S2の波形図である。時刻t0において超音波振動子1から超音波パルスが送信されると、超音波パルスを送信することによって超音波振動子1には残響振動が発生するため、超音波振動子1からは残響振動に応じた電気信号S1が出力される。残響振動によって超音波振動子1から出力される電気信号は、反射波を受波したことによって発生する電気信号に比べて非常に大きいため、残響振動の減衰によって増幅部2の出力が飽和レベルを下回る時刻t4までの間、増幅部2の出力S2は飽和している。一方、増幅部2によって増幅される前の超音波振動子1の出力信号S1は残響振動が発生した当初は飽和しているが、残響振動の減衰に伴って減少し、時刻t4よりも早い時刻t1において飽和レベルよりも小さくなっている。
FIG. 3A is a waveform diagram of the electric signal S1 output from the
第1測定部4は、超音波振動子1から出力される非飽和状態の出力信号S1をもとに、超音波振動子1のQ値を算出する。すなわち、第1測定部4は、非飽和状態となった後の1番目のピーク電圧V1(時刻t2)と、2番目のピーク電圧V2(時刻t3)とをもとに、下記の式(1)を用いてQ値を求める。
The
Q=−2×π/ln(V2/V1) …(1)
第2測定部5は、超音波振動子1から出力される出力信号S1をもとに、出力信号の周波数を測定する。例えば第2測定部5は、出力信号S1のピークの時間間隔、或いは、ゼロクロスの時間間隔を求め、この時間間隔の逆数から周波数を求めている。
Q = −2 × π / ln (V2 / V1) (1)
The
予測部6は、第1測定部4が測定したQ値と、第2測定部5が測定した周波数と、ある時刻において増幅部2から出力される飽和していない出力振幅(すなわち電圧測定部3の出力)と、増幅部2の増幅率をもとに、増幅部2の出力振幅を予測する。予測部6には、電圧測定部3によって測定された増幅部2の出力振幅が入力されており、図3(b)の例では、時刻t4以降に増幅部2の出力S2が飽和レベルから低下している。したがって、予測部6は、非飽和状態となった時刻t5における出力振幅V3を基準振幅として採用し、この出力振幅V3を用いて、それ以後の時刻tにおける増幅部2の出力振幅を予測する。具体的には、第1測定部4が測定したQ値をQ1、第2測定部5が測定した周波数をf1、非飽和状態における増幅部2の出力振幅をV3とすると、予測部6は下記の式(2)を用いて、時刻tにおける出力振幅の予測値V(t)を求める。
The
V(t)=V3×exp(−π×f1×t/Q1) …(2)
尚、予測部6は、非飽和状態となった増幅部2の出力振幅V3を基準振幅として採用しているが、増幅部2による増幅前の信号V3pを基準振幅として採用してもよい。ここで、増幅部2の利得をG1とすると、V3=V3p×G1となる。したがって、時刻tにおける出力振幅の予測値V(t)は下記の式(3)によって求められる。
V (t) = V3 × exp (−π × f1 × t / Q1) (2)
Note that the
V(t)=V3p×G1×exp(−π×f1×t/Q1) …(3)
比較部7は、時刻t5以降の時刻tにおいて電圧測定部3から増幅部2の出力振幅S(t)を取り込むと、この出力振幅S(t)と、予測部6が予測したその時点での出力振幅V(t)とを比較する。比較部7は、予測部6が予測した出力振幅V(t)に対して所定の許容誤差δを設定する。比較部7は、時刻tにおける出力振幅S(t)と予測部6の予測した出力振幅V(t)との誤差の絶対値(|S(t)−V(t)|)が許容誤差δよりも小さければ、出力として「0」を出力する。一方、比較部7は、時刻tにおける出力振幅S(t)と予測部6の予測した出力振幅V(t)との誤差の絶対値が許容誤差δ以上であれば、出力として「1」を出力する。
V (t) = V3p × G1 × exp (−π × f1 × t / Q1) (3)
When the
判定部8は、比較部7の比較結果をもとに物体による反射波の存否を判定しており、比較部7の出力が「1」であれば、残響振動の存在する期間に物体による反射波が入力されたと判断し、近距離に物体が存在するとの判断結果を外部に出力する。一方、判定部8は、比較部7の出力が「0」であれば、残響振動の存在する期間に物体による反射波が入力されなかったと判断し、近距離に物体が存在しないとの判断結果を外部に出力する。
The
図2は、超音波センサの検知動作を説明するフローチャートである。超音波振動子1から超音波が送波されると、送波した超音波によって超音波振動子1に残響振動が発生する。第2測定部5は、例えば、超音波振動子1から出力される信号S1のゼロクロスの時間間隔を測定することによって、残響振動の周波数を測定する(ステップST1)。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the detection operation of the ultrasonic sensor. When ultrasonic waves are transmitted from the
超音波振動子1に発生する残響振動が減衰し、出力信号S1の振動振幅が飽和レベルを下回ると、第1測定部4は、残響振動の振動振幅を測定し、その測定結果をもとに上記の式(1)を用いて残響振動のQ値を演算により求める(ステップST2)。
When the reverberation vibration generated in the
その後、予測部6は、電圧測定部3から非飽和状態における出力振幅V3を基準振幅として取り込み、この出力振幅V3と残響振動の周波数f1とQ値Q1とを用いて、上記の式(2)から時刻tにおける出力振幅の予測値V(t)を求める(ステップST3)。
Thereafter, the
次に、比較部7は、時刻tにおける出力振幅S(t)と、予測部6によって予測された出力振幅V(t)とを比較する(ステップST4)。出力振幅S(t)と出力振幅V(t)との誤差の絶対値が許容誤差δ以内であれば、比較部7は出力を「0」とする。
Next, the
ところで、図4は増幅部2の出力S2の波形図であり、図示するように物体による反射波が残響振動に重畳していると、電圧測定部3から出力される出力振幅S(t)が、予測部6によって予測された出力振幅V(t)と異なる値になる。そして、実際の出力振幅S(t)と予測部6が予測した出力振幅V(t)との差の絶対値が許容誤差δ以上になると、比較部7は出力を「1」とする。
4 is a waveform diagram of the output S2 of the amplifying
判定部8は、比較部7の比較結果をもとに、残響振動が減衰するまでの間に反射波が入射するような近距離に物体が存在するか否かを判断する(ステップST5)。ここで、比較部7の出力が「0」であれば、判定部8は、近距離に物体が存在しないと判定し、その判定結果を外部に出力する。また、比較部7の出力が「1」であれば、判定部8は、近距離に物体が存在すると判定し、その判定結果を外部に出力する。
Based on the comparison result of the
また判定部8は、超音波振動子1が超音波を送波した時点から残響振動が十分に減衰するまでに必要な時間が経過すると、電圧測定部3によって測定された出力振幅S(t)と所定の閾値レベルとの高低を比較する。ここで、超音波振動子1が超音波を送波した時点から、残響振動が十分に減衰するまでに必要な時間が経過するまでの期間をマスク期間といい、マスク期間が終了してから次に超音波振動子1が超音波を送波するまでの期間を検知ゲート期間という。この検知ゲート期間では、電圧測定部3の出力振幅S(t)が閾値レベルを超えると、判定部8は、物体による反射波が入力されたと判断し、超音波パルスの送波時から反射波を受波するまでの時間に応じた距離に物体が存在するとの判断結果を外部に出力する。
Further, the
以上説明したように、本実施形態の超音波センサ装置は、超音波振動子1と、増幅部2と、第1測定部4と、第2測定部5と、予測部6と、判定部8とを備えたことを特徴とする。超音波振動子1は、入力されたパルス信号を超音波パルスに変換して送波し、物体によって反射された超音波パルスを受波して電気信号に変換する。増幅部2は、超音波振動子1から出力される電気信号を増幅する。第1測定部4は、超音波振動子1から出力される電気信号をもとに、超音波パルスを送波することによって超音波振動子1に発生する残響振動のQ値を測定する。第2測定部5は、超音波振動子1から出力される電気信号をもとに残響振動による信号の周波数を測定する。予測部6は、第1測定部4が測定したQ値、第2測定部5が測定した周波数、増幅部2から出力される非飽和状態の出力振幅をもとに増幅部2の出力振幅を予測する。比較部7は、ある時点で増幅部2から出力される出力振幅と予測部6が予測したその時点での出力振幅とを比較する。判定部8は、比較部7による比較結果をもとに物体の存否を判定する。
As described above, the ultrasonic sensor device of the present embodiment includes the
本実施形態の超音波センサ装置では、第1測定部4が残響振動のQ値を測定し、第2測定部5が残響振動の周波数f1を測定している。予測部6は、残響振動のQ値及び周波数の測定結果を用いて、増幅部2の出力振幅を予想しているので、温度や個体のばらつきによって残響振動が変化した場合でも、増幅部2の出力振幅を正確に予測することができる。超音波センサ装置の近距離に物体が存在し、この物体で反射された反射波が残響振動に重畳する場合、増幅部2から出力される実際の出力振幅が、予測部6で予測される出力振幅からずれてしまう。よって、判定部8は、ある時点での増幅部2の出力振幅と予測部6が予測した出力振幅とを比較部7が比較した結果をもとに、物体によって反射された反射波が残響振動に重畳しているか否かを判定でき、近距離の物体を検出することができる。
In the ultrasonic sensor device of the present embodiment, the
ところで、本実施形態の超音波センサ装置において、図5に示すように、増幅部2と電圧測定部3の間に、増幅部2から出力される信号の包絡線の波形を電圧測定部3に出力する検波回路11が設けられていてもよい。図6は、増幅部2から出力される信号S2と、検波回路11から出力される信号S3の波形図である。検波回路11の出力信号S3の波形は、出力信号S2の包絡線の波形となる。電圧測定部3は、検波回路11から入力される信号S3の電圧値を測定して予測部6に出力する。予測部6は、所定のサンプリング間隔で電圧測定部3、第1測定部4、第2測定部5の測定結果を取り込んでいる。予測部6は、超音波の送波後に残響振動が減衰して、電圧測定部3の測定結果が飽和レベルよりも低下すると、そのときの電圧値を用いて以後のある時点における電圧測定部3の測定値を予測する。そして、比較部7は、ある時点で電圧測定部3から出力される実際の測定値と、予測部6が予測したその時点での電圧値とを比較し、その比較結果に基づいて判定部8が近距離に物体が存在するか否かを判定する。
By the way, in the ultrasonic sensor device of this embodiment, as shown in FIG. 5, the waveform of the envelope of the signal output from the
尚、予測部6が電圧測定部3、第1測定部4及び第2測定部5の測定結果をサンプリングする周期は任意であるが、例えば超音波振動子1に発生する残響振動の周期(1/f1)でサンプリングすることも好ましい。
In addition, although the period for which the
また、予測部6が、残響振動のゼロクロスを検出し、単位時間内にゼロクロスを検出した回数を計数することでゼロクロスの周期を求め、ゼロクロス点から(1/4)周期だけずらした時点で実際に計測された電圧と予測部6が予測した予測値とを、比較部7が比較してもよい。図7(a)は増幅部2の出力信号S2と検波回路11の出力S3の波形を示す図である。図7(b)は出力信号S2のゼロクロスを示す波形図(出力信号S2をゼロレベルで二値化した波形図)であり、図7(c)はサンプリングのタイミングを示す波形図である。ゼロクロス点から(1/4)周期だけずれた点は残響振動のピークとなり、残響振動のピーク付近は、1周期の中で時間変化に対する電圧の変化量が最も少ない時間帯となる。図7の例では、出力信号S2が負から正に切り替わるゼロクロス点から(1/4)周期だけ経過したタイミング、すなわち残響振動の正のピーク付近で、比較部7が、電圧測定部3の測定結果をサンプリングする。そして、比較部7は、上記のタイミングで電圧測定部3が測定した実際の電圧値と、予測部6が予測したこのタイミングの電圧値とを比較し、この比較結果に基づいて判定部8が近距離における物体の存否を判定している。
Further, the
尚、図7(a)は増幅部2の出力S2を模式的に示しているため、図7(b)のゼロクロスの波形において、出力S2が正となる時間幅と、出力S2が負となる時間幅とがばらついているが、実際には出力S2が正の時間幅と負の時間幅とはほぼ等しくなっている。
Since FIG. 7A schematically shows the output S2 of the amplifying
また本実施形態の超音波センサ装置において、図8に示すように、増幅部2の増幅率を、予め設定された複数の増幅率の中から、増幅部2の出力が飽和しない範囲で最大の増幅率に切り替える切替部13を備えることも好ましい。切替部13は、第1測定部4が測定したQ値に基づいて、増幅部2の増幅率を切り替えるタイミングを設定するように構成されている。
Further, in the ultrasonic sensor device of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the amplification factor of the
物体による反射波を受信したことによって超音波振動子1から出力される信号S1の信号レベルは、残響振動によって発生する信号に比べて小さいため、増幅部2の増幅率はできるだけ大きくすることが好ましい。増幅部2の増幅率が大きい値に設定されていると、残響振動による信号が残っているマスク期間では、残響振動による信号を増幅部2が増幅することによって、増幅部2の出力が飽和してしまう可能性がある。増幅部2の出力が飽和すると、物体による反射波を検出できないため、増幅部2の出力が飽和しない範囲で、できるだけ大きい値に増幅率を設定することが好ましい。
Since the signal level of the signal S1 output from the
例えば増幅部2の増幅率として3種類の増幅率g1,g2,g3(g1<g2<g3)が予め設定されている場合、切替部13は、マスク期間T1において、残響振動による信号が減衰するにつれて、増幅率を大きくするように、増幅部2の増幅率を切り替えている。図9の例では、切替部13は、マスク期間T1を3つの期間T11,T12,T13に分け、最初の期間T11では増幅率を最小値g1に設定し、その後の期間T12では増幅率を中間の値g2に設定し、最後の期間T13では増幅率を最大値g3に設定する。期間T11では増幅部2の増幅率が3つの設定値のうち最小の値g1に設定されており、信号S1自体が飽和している期間(期間T11の前半)を除いて、増幅部2の出力S2が飽和しなくなる。その後の期間T12において切替部13は増幅部2の増幅率をg1よりも大きい値g2に切り替えており、増幅部2の出力S2を飽和させることなく、増幅部2の出力を大きくすることができる。さらに、マスク期間T1の最後の期間T13では、切替部13は増幅部2の増幅率を3つの値g1〜g3のうち最大の値g3に切り替えており、期間T13においても増幅部2の出力S2を飽和させることなく、増幅部2の出力を大きくすることができる。
For example, when three types of amplification factors g1, g2, and g3 (g1 <g2 <g3) are preset as the amplification factors of the
図9の例では、期間T12の後半から期間T13の前半にかけて、残響振動による信号波形に物体による反射波が重畳している。マスク期間T1の全体で増幅部2の増幅率がg3に設定されていると、増幅部2の出力S2は図9中に二点鎖線で示した波形A1となり、期間T12の終わりまで増幅部2の出力S2が飽和しているため、反射波による信号を検出できなくなる。一方、マスク期間T1の全体で増幅部2の増幅率がg1に設定されていると、増幅部2の出力S2は図9中に破線で示した波形A3となり、増幅率が小さいために増幅部2の出力S2に含まれる反射波の信号成分が小さくなり、反射波による信号を検出しにくくなる。
In the example of FIG. 9, the reflected wave by the object is superimposed on the signal waveform due to the reverberation vibration from the second half of the period T12 to the first half of the period T13. When the amplification factor of the
そこで、切替部13は、期間T12において増幅部2の増幅率を、増幅部2の出力S2が飽和しない範囲で最大の値g2に設定しており、増幅部2の出力S2は図9中に一点鎖線で示した波形A2となる。これにより、残響振動による信号に重畳した物体による反射波の信号を確実に検出することができる。
Therefore, the switching
なお、切替部13は、増幅部2の増幅率を切り替えるタイミングを、第1測定部4が測定したQ値に基づいて決定している。Q値が小さくなると残響振動が収束するまでの時間が短くなるので、切替部13は、Q値が小さい場合、増幅部2の増幅率を大きい値に切り替えるタイミングを早めており、増幅部2の出力S2が飽和しない範囲で増幅部2の出力をできるだけ大きい値に増幅することができる。
Note that the switching
なお、マスク期間T1が終了した後の検知ゲート期間では、切替部13は、増幅部2の増幅率を変化させておらず、マスク期間T1の最後の期間T13における増幅率g3のままとする。
Note that in the detection gate period after the mask period T1 ends, the switching
また本実施形態の超音波センサ装置において、図5に示すように、超音波振動子1から出力される電気信号に減衰を与える減衰器12を備え、第1測定部4が、減衰器12で減衰された超音波振動子1の電気信号をもとに、残響振動のQ値を測定することも好ましい。
Further, as shown in FIG. 5, the ultrasonic sensor device of the present embodiment includes an
増幅部2の出力をもとに残響振動のQ値を測定する場合、増幅部2の出力は、超音波振動子1の出力を増幅しているため、その出力が飽和している期間が長く、Q値を測定できるまでに比較的長い時間がかかる。超音波センサ装置の近傍に物体が存在すると、この物体による反射波が残響振動に重畳して、残響振動による信号波形が変化するため、残響振動のQ値を正確に測定できない可能性がある。それに対して、超音波振動子1の出力を減衰器12で減衰させた信号をもとに第1測定部4が残響振動のQ値を測定するようにすれば、超音波を送波した時点からより短い時間で残響振動のQ値を測定できる。よって、近距離の物体で反射された反射波の影響が少ない時間帯で残響振動のQ値を測定できるから、残響振動のQ値をより正確に測定することができる。
When measuring the Q value of the reverberation vibration based on the output of the amplifying
1 超音波振動子
2 増幅部
4 第1測定部
5 第2測定部
6 予測部
7 比較部
8 判定部
9 ドライブ回路
10 トランス
11 検波回路
12 減衰器
13 切替部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記超音波振動子から出力される電気信号を増幅する増幅部と、
前記超音波振動子から出力される電気信号をもとに、超音波パルスを送波することによって前記超音波振動子に発生する残響振動のQ値を測定する第1測定部と、
前記超音波振動子から出力される電気信号をもとに前記残響振動の周波数を測定する第2測定部と、
前記第1測定部が測定したQ値、前記第2測定部が測定した周波数、前記増幅部から出力される非飽和状態の出力振幅をもとに前記増幅部の出力振幅を予測する予測部と、
ある時点で前記増幅部から出力される出力振幅と前記予測部が予測したその時点での出力振幅とを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果をもとに物体の存否を判定する判定部とを備えたことを特徴とする超音波センサ装置。 An ultrasonic transducer that converts an input pulse signal into an ultrasonic pulse, transmits the ultrasonic pulse, receives an ultrasonic pulse reflected by an object, and converts it into an electrical signal;
An amplifying unit for amplifying an electrical signal output from the ultrasonic transducer;
A first measurement unit that measures a Q value of reverberation vibration generated in the ultrasonic transducer by transmitting an ultrasonic pulse based on an electrical signal output from the ultrasonic transducer;
A second measurement unit that measures the frequency of the reverberation vibration based on an electrical signal output from the ultrasonic transducer;
A prediction unit that predicts an output amplitude of the amplification unit based on a Q value measured by the first measurement unit, a frequency measured by the second measurement unit, and an output amplitude in a non-saturated state output from the amplification unit; ,
A comparison unit that compares the output amplitude output from the amplification unit at a certain point in time with the output amplitude at the point predicted by the prediction unit;
An ultrasonic sensor device comprising: a determination unit that determines presence or absence of an object based on a comparison result by the comparison unit.
前記切替部は、前記増幅部の増幅率を切り替えるタイミングを、前記第1測定部が測定したQ値に基づいて設定するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の超音波センサ装置。 A switching unit that switches the amplification factor of the amplification unit to a maximum amplification factor within a range in which the output of the amplification unit is not saturated from a plurality of preset amplification factors,
2. The ultrasonic sensor device according to claim 1, wherein the switching unit is configured to set a timing for switching an amplification factor of the amplification unit based on a Q value measured by the first measurement unit. .
前記第1測定部は、前記減衰器によって減衰された前記超音波振動子の電気信号をもとに、前記残響振動のQ値を測定することを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載の超音波センサ装置。 An attenuator for attenuating the electrical signal output from the ultrasonic transducer;
The said 1st measurement part measures the Q value of the said reverberation vibration based on the electrical signal of the said ultrasonic transducer | vibrator attenuate | damped by the said attenuator, The any one of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. The ultrasonic sensor device according to item.
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