JP2019138688A - ソナー用回路およびソナー - Google Patents
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Abstract
【課題】近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路およびソナーを提供する。【解決手段】ソナー用回路100は、ダイアフラム12に圧電素子11が接合されたトランスデューサ1と、圧電素子11に所定の周波数の駆動電圧を印加してトランスデューサ1に超音波を発信させる電源部2と、トランスデューサ1から取得した所定の周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出する信号処理回路3と、を備え、電源部2は駆動電圧として、第一周波数の駆動電圧と、当該第一周波数とは異なる第二周波数の駆動電圧とを印加し、第一周波数は、前記第二周波数よりも、相対的にトランスデューサ1の共振周波数に近い周波数に設定されており、信号処理回路3は、第一周波数を基にして遠距離d1を算出し、第二周波数を基にして近距離d2を算出する。【選択図】図13
Description
本発明は、ソナー用回路、および当該ソナー用回路を用いたソナーに関する。
特許文献1には、セラミック系振動子1個で形成される超音波送受器を備えた二周波形超音波感知器が記載されている。二周波形超音波感知器は、セラミック系振動子1個で形成される超音波送受器に加えて、このセラミック系振動子の直列または並列共振周波数(第一または第二周波数に対応)を一定周期で発生する二周波発生部と、この出力を受けて超音波送受器を駆動する超音波送波部(駆動回路)と、超音波送受器での受波信号を所定レベルまで増幅する超音波受波部と、受波信号のキャリアの大きさが感知レベルを越えた場合に波形整形してデジタル波(キャリアパルス列)に変換する波形整形部と、直列共振周波数付近のデジタル波のみを通過させる直列共振帯域フィルタと、並列共振周波数付近のデジタル波のみを通過させる並列共振帯域フィルタと、共振帯域フィルタの各出力のうち当該動作周期に対応した周波数の出力のみを選択するなどの動作をするゲート部と、共振帯域フィルタの帯域周波数を自動設定するフィルタ制御部と、ゲート部からのデジタル波を取り込み、受波タイミングおよびその継続時間に基づいて検知対象の有無を判定する感知処理部とで構成される二周波形超音波感知器が記載されている。
この二周波形超音波感知器は、たとえば、車両、人間、物体などを検出する、いわゆるソナーとして用いられる。この二周波形超音波感知器は、同じ超音波振動子を用いて2種類の超音波の送受を行うので、感度と温度特性が一致することになり安定した性能の感知器が得られる。また、直列共振周波数と並列共振周波数との超音波を交互に発射するので、当該送波周期以前の発射波に基づく反射波を除去して乱反射や多重反射による不要反射波の大きい環境下でも使用することができる。
特許文献2には、対象物に超音波を送信する送信素子と、送信素子に駆動信号を出力する駆動回路と、対象物からの反射波を受信する受信素子と、受信素子からの信号により対象物との間の距離を検出する信号処理回路とを備えた超音波距離センサシステム(いわゆるソナー用回路の一例)および超音波距離センサ(いわゆるソナーの一例)が記載されている。この超音波距離センサ等は、信号処理回路は複数の送信パターンに基づいて送信波を形成し、複数の送信パターンと受信素子からの信号の相関に基づき対象物までの距離を算出することを特徴としている。また、この複数の送信パターンとしては、第一の送信パターンと、当該第一の送信パターンよりも周期が短い第二の送信パターンとを含み、当該第一の送信パターンが、第二の送信パターンを出力よりも大きな振幅を有することが記載されている。
この超音波距離センサ等は、特性の異なる複数の送信信号パターンを重ね合わせて送信信号として出力し、その反射波と各送信信号パターンとの相関値演処理を独立して行うことにより、単一の超音波センサ上で、測定レンジの異なる測距処理が同時に並行して行うことができる。これにより、短距離対象物は周期の短い送信信号パターンを使用して高い測定頻度での測距(距離の計測、検知、算出)が可能となる。また、周期の長い送信信号パターンにより、遠方の対象物の測距も可能となる。
特許文献1に記載された二周波形超音波感知器においては、通常、直列共振周波数と並列共振周波数とは、互いに接近している。それゆえ、それぞれ互いを分離するための直列共振帯域フィルタや並列共振帯域フィルタなどのフィルタは、その特性が急峻なものでなければならない。そのため、例えば、デジタルフィルタによってこれを実現させることを要するため、回路構成に制約が出る。また、セラミック系振動子の共振周波数と反共振周波数とは温度によって変化するため、セラミック系振動子の共振周波数等の温度変化に追従できる駆動回路やフィルタを要するため、回路構成が複雑化する。さらに、一つのセラミック系振動子で送信(送波、出力)および受信(受波)するため、送信後の減衰振動の信号と受信信号とを適切に分離することが難しく、近傍の物体等の検知が困難である。したがって、近距離から遠距離にわたる、広い範囲での対象物の検知(距離計測)が十分に行えない問題があった。
特許文献2に記載された超音波距離センサにおいては、送信および受信において、それぞれ別の送信素子と受信素子とを用いるため上記の減衰振動(残響)の影響は受けにくい。しかし、部品点数が増加するため、センサの大型化、ひいてはコストアップを招く問題がある。また、各素子の特性バラツキ、たとえば周波数特性や指向性のバラつきにより、センサ性能のバラつきを生じやすくなる問題がある。また、特許文献2の記載からは、各素子の共振周波数や、送信パターンとの関係は明らかでは無いが、仮に、第一の送信パターンの超音波の周波数が共振周波数から大きく離れた周波数である場合、当該周波数で超音波を発信するためには高電圧を要し、また当該周波数の超音波を受信する場合にも受信感度が低くなる問題がある。したがって、近距離から遠距離にわたる、広い範囲での対象物の検知が十分に行えない問題があった。
したがって、近距離から遠距離にわたる、十分広い範囲での対象物の検知が行えるソナーないしソナー用回路の提供が望まれる。
本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路およびソナーの提供を目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係るソナー用回路の特徴構成は、
ダイアフラムに圧電素子が接合された振動部と、
第一周波数の駆動電圧と、当該第一周波数よりも相対的に前記振動部の共振周波数から遠い第二周波数の駆動電圧とを前記圧電素子に印加して前記振動部に超音波を発信させる電源部と、
前記振動部から取得した前記第一周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出するとともに、前記振動部から取得した前記第二周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出する信号処理回路と、を備えた点にある。
ダイアフラムに圧電素子が接合された振動部と、
第一周波数の駆動電圧と、当該第一周波数よりも相対的に前記振動部の共振周波数から遠い第二周波数の駆動電圧とを前記圧電素子に印加して前記振動部に超音波を発信させる電源部と、
前記振動部から取得した前記第一周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出するとともに、前記振動部から取得した前記第二周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出する信号処理回路と、を備えた点にある。
上記構成によれば、第一周波数は、第二周波数よりも、相対的に振動部の共振周波数に近い周波数に設定される。また、信号処理回路は、当該第一周波数を基にして距離を算出するようになっている。そのため、振動部のダイアフラムは、第一周波数の所定の駆動電圧(たとえば第二周波数で印加する場合と同じ駆動電圧)を圧電素子に印加された場合でも相対的に大きな振動振幅を得て、高い音圧の第一周波数の超音波を送信することができる。これにより、第一周波数の超音波を遠方まで到達させる(送信する)ことが可能となる。
また、第一周波数の超音波の反射波を受信する場合も同様に、振動部のダイアフラムが、第一周波数の反射波を受信した場合、たとえばそれが低い音圧の場合であっても、相対的に大きな振動振幅を得ることができ、圧電素子は高い電圧を生じる。そのため、高感度な受信が可能となる。これにより、遠方において対象物で反射した微弱な音圧の第一周波数の超音波も検出(受信)可能となる。
このように、第一周波数を振動部の共振周波数に近づけることにより、遠距離を計測したい場合に、遠方まで到達可能な高い音圧の超音波を送信し、また、高い感度で超音波を受信できるため、対象物を検出する際の距離検出の長距離化が可能となる。
また、上記構成によれば、信号処理回路は、第一周波数とは異なる第二周波数、すなわち、相対的に振動部の共振周波数から遠い第二周波数を基にして距離を算出するようになっている。そのため、振動部のダイアフラムは、第二周波数の駆動電圧を圧電素子に印加されて第二周波数の超音波を送信した後、その減衰振動(残響)の周波数を第二周波数から振動部の反共振周波数に速やかにシフトさせることができる。いいかえると、第二周波数の超音波を送信した後に短時間で(すぐに)、残響と第二周波数の反射波とを分別して受信可能な状態とすることができる。これにより、近傍において対象物で反射した第二周波数の超音波の検出(受信)が可能となる。
また、第二周波数の超音波を送信した後に信号処理回路に伝送される、減衰振動に起因する不要な信号を、減衰させることができ、信号処理回路を、当該送信後に短時間で第二周波数を基にして相対的に近距離を算出することが可能な状態とすることができる。このように、近距離を計測したい場合に、減衰振動の周波数を検出に用いる第二周波数と離すことにより、信号処理回路を当該第二周波数ですぐに受信できる状態とすることができるため、距離検出の短距離化が可能となる。
このように上記構成によれば、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路を提供することができる。
本発明に係るソナー用回路の更なる特徴構成は、
前記信号処理回路は、前記第一周波数を基にして距離を算出する第一信号処理回路と、前記第二周波数を基にして距離を算出する第二信号処理回路と、を有し、
前記第二信号処理回路は、前記圧電素子の信号出力線と電気的に接続されており、
前記第二信号処理回路は、前記第一周波数の信号を減衰させるフィルタを有する点にある。
前記信号処理回路は、前記第一周波数を基にして距離を算出する第一信号処理回路と、前記第二周波数を基にして距離を算出する第二信号処理回路と、を有し、
前記第二信号処理回路は、前記圧電素子の信号出力線と電気的に接続されており、
前記第二信号処理回路は、前記第一周波数の信号を減衰させるフィルタを有する点にある。
上記構成によれば、圧電素子の信号出力線と電気的に接続されている第二信号処理回路に伝送される第一周波数の信号を減衰させることができる。そのため、ダイアフラムが第二周波数の超音波を発信した後の第一周波数とほぼ等しい周波数を有する残響による信号が第二信号処理回路に伝送されて、第二信号処理回路の算出に対して影響を及ぼすことを低減することができる。
本発明に係るソナー用回路の更なる特徴構成は、
前記圧電素子に並列接続されたコイルを備え、
前記コイルと、前記圧電素子とで並列共振回路を構成し、
前記第一周波数と前記並列共振回路の共振周波数との差は、前記第二周波数と当該共振周波数との差よりも、相対的に小さく設定されている点にある。
前記圧電素子に並列接続されたコイルを備え、
前記コイルと、前記圧電素子とで並列共振回路を構成し、
前記第一周波数と前記並列共振回路の共振周波数との差は、前記第二周波数と当該共振周波数との差よりも、相対的に小さく設定されている点にある。
上記構成によれば、第一周波数の反射波を受信した際の受信感度を向上させることができる。なぜならば、圧電素子に並列接続されたコイルと、コンデンサとしての特性を併せ持つ圧電素子とで構成された並列共振回路は、ダイアフラムが並列共振回路の共振周波数(いわゆる反共振周波数)に近い第一周波数の反射波を受信して、圧電素子が第一周波数の電圧の信号に変換した際に高インピーダンスとなるため、ダイアフラムが並列共振回路の共振周波数に近い第一周波数の反射波を受信した場合に、弱い音圧の反射波を受信した場合においても高い電圧の信号に変換することができるためである。
本発明に係るソナー用回路の更なる特徴構成は、
前記電源部は、前記第一周波数の波形と、前記第二周波数の波形とを重畳させた波形に対応する前記駆動電圧を前記圧電素子に印加する点にある。
前記電源部は、前記第一周波数の波形と、前記第二周波数の波形とを重畳させた波形に対応する前記駆動電圧を前記圧電素子に印加する点にある。
上記構成によれば、第一周波数の超音波と第二周波数の超音波とを同時に送信し、その後、第二周波数の超音波の反射波を受信し、さらにその後、第一周波数および第二周波数の超音波の反射波を受信する。第一周波数の超音波の反射波のうち、近傍の対象物からの反射波は残響にうもれて検出困難である。しかし、第一周波数の超音波の反射波のうち、遠方の対象物からの反射波は感度良く検出できる。他方、第二周波数の超音波の反射波のうち、遠方からの反射波に対する受信感度は小さいため検出困難である。しかし、第二周波数の超音波の反射波のうち、近傍の対象物からの反射波に対しては残響の影響を受けにくく、検出しやすい。これにより、第一周波数の超音波を発信して受信する間隔(インターバル)内で、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知を行うことが可能となり、ソナーの検出頻度を上げることができる。
上記目的を達成するための本発明に係るソナー用の特徴構成は、
上記に記載のソナー用回路を備え、
前記振動部が発信した超音波の周波数をキャリアとして距離を算出する点にある。
上記に記載のソナー用回路を備え、
前記振動部が発信した超音波の周波数をキャリアとして距離を算出する点にある。
上記構成によれば、上記ソナー用回路と同様の作用効果を得ることができる。
近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路およびソナーを提供することができる。
図1から図13に基づいて、本発明の実施形態に係るソナー用回路、および当該回路を用いたソナーについて説明する。
〔ソナー用回路、および当該回路を用いたソナーの概略構成の説明〕
〔ソナーの全体の構成〕
まず、ソナー300の全体の構成を説明する。本実施形態に係るソナー300の全体構成を図12に示す。ソナー300は、たとえば自動車などの走行車両の障害物センサとして利用される。
〔ソナーの全体の構成〕
まず、ソナー300の全体の構成を説明する。本実施形態に係るソナー300の全体構成を図12に示す。ソナー300は、たとえば自動車などの走行車両の障害物センサとして利用される。
ソナー300は、図12に示すように、ダイアフラム12に圧電素子11が接合されたトランスデューサ1(振動部の一例)と、圧電素子11に所定の周波数の駆動電圧を印加して超音波Wを発信させる電源部2と、トランスデューサ1から取得した所定の周波数をキャリアとする信号の振幅情報を基にして距離を算出する信号処理回路3と、を備えている。
トランスデューサ1は、有底筒状の容器13の一端部である底部に、圧電素子11を接合したダイアフラム12の面が容器13の筒の内側になるように設けられ、トランスデューサユニット200を構成する。トランスデューサ1の振動面(ダイアフラム12の振動面)の共振周波数は、主として圧電素子11とダイアフラム12との電気的/力学的特性により決定される。以下では、トランスデューサ1の共振周波数と称する場合、トランスデューサ1の振動面の共振周波数を意味するものとする。本実施形態では、圧電素子11には例えばセラミクス圧電体を採用することができる。また、ダイアフラム12には、たとえば金属板を用いることができる。
ソナー300は、図13に示すように、トランスデューサユニット200のトランスデューサ1の面から発信される超音波Wを発信してから、その反射波Rをトランスデューサ1のダイアフラム12で受信するまでの時間(以下では、単に、戻り時間と称する場合がある)と音速とに基づいて、トランスデューサ1と対象物9との距離dを信号処理回路3が算出することで、近距離d2にある対象物92や遠距離d1にある対象物92を検出する。
このように、超音波Wを送信し、その反射波Rを受信するまでの時間と音速とを基にして対象物9までの距離dを測定する方法は、いわゆるタイム・オブ・フライト(Time−Of−Flight、TOF)法として知られている。
〔ソナー用回路の構成〕
本実施形態に係るソナー用回路100は、図12に示すごとく、電源部2と、信号処理回路3と、トランスデューサ1の圧電素子11とを含む回路のことをいう。トランスデューサ1は、制御部の指示を受けて電源部2から供給される駆動電圧により圧電素子11を駆動され、超音波Wを発信し、当該超音波Wが対象物9で反射した反射波Rを受信して圧電素子11が電圧の信号に変換し、当該信号により信号処理回路3が対象物9を検知し、また、距離dを算出する。
本実施形態に係るソナー用回路100は、図12に示すごとく、電源部2と、信号処理回路3と、トランスデューサ1の圧電素子11とを含む回路のことをいう。トランスデューサ1は、制御部の指示を受けて電源部2から供給される駆動電圧により圧電素子11を駆動され、超音波Wを発信し、当該超音波Wが対象物9で反射した反射波Rを受信して圧電素子11が電圧の信号に変換し、当該信号により信号処理回路3が対象物9を検知し、また、距離dを算出する。
ソナー用回路100は、図示されない制御部により、超音波Wの発信を制御されている。本実施形態ではさらに、ソナー用回路100が検出した対象物9の情報を処理する処理回路8と接続される場合を例示している。
ソナー用回路100において、電源部2とトランスデューサ1とは一対の信号線7(信号出力線の一例)で接続されている。ソナー用回路100の一端側は、電源部2とトランスデューサ1との間の信号線7がグランドG(GND)に接続されている。
図12では、グランドGに接続されている側の信号線7を第一信号線71で表しており、他端側の信号線7を第二信号線72で表している。図12には、第二信号線72は、圧電素子11と直接接続されている場合を図示している。また、第一信号線71は、トランスデューサユニット200の容器13およびダイアフラム12を介して圧電素子11と接続されている場合を図示している。
電源部2は、トランスデューサ1に所定の周波数の駆動電圧を印加する電源である。たとえば、図示されない走行車両のバッテリーから電力を供給されている。電源部2は、グランドGを基準電位としている。
電源部2は、圧電素子11の駆動電圧として、第一周波数の駆動電圧と、当該第一周波数とは異なる第二周波数の駆動電圧とを出力し、圧電素子11に印加することができる。ここで、第一周波数は、第二周波数よりも、相対的にトランスデューサ1の共振周波数に近い周波数に設定されている。言い換えると、第二周波数は、第一周波数よりも相対的にトランスデューサ1の共振周波数から遠い周波数に設定されている。
信号処理回路3は、電源部2とトランスデューサ1との間において、第二信号線72と接続されている。トランスデューサ1が受信した周波数の信号は電圧の振幅の信号(電圧の振幅情報)として第二信号線72から信号処理回路3に伝送される。信号処理回路3は、トランスデューサ1から取得した第一周波数の信号を基にして相対的に遠距離を算出し、トランスデューサ1から取得した第二周波数の信号を基にして相対的に近距離を算出するようになっている。なお、信号処理回路3は、グランドGを基準電位としている。
トランスデューサ1のダイアフラム12は、第一周波数の所定の駆動電圧を圧電素子11に印加された場合、相対的にトランスデューサ1の共振周波数から遠い周波数(例えば、第二周波数)の所定の駆動電圧を印加された場合に比べて、相対的に大きな振動振幅を得て、高い音圧の第一周波数の超音波W1を送信することができる。これにより、第一周波数の超音波W1を遠方にある対象物91まで到達させることができる。
トランスデューサ1のダイアフラム12は、第一周波数の超音波W1の反射波RW1を受信する場合も同様に、相対的にトランスデューサ1の共振周波数から遠い周波数の超音波(例えば、第二周波数の反射波RW2)を受信する場合に比べて相対的に大きな振動振幅を得て、圧電素子11は高い電圧を生じる。そのため、このソナー用回路100は、高感度な受信が可能となる。これにより、遠方において対象物91で反射した微弱な音圧の第一周波数の反射波RW1も検出(受信)可能となる。このようにして、ソナー用回路100は、遠方の対象物91との遠距離d1(図13参照)を計測することができる。
トランスデューサ1のダイアフラム12は、第二周波数の駆動電圧を圧電素子11に印加されて第二周波数の超音波W2を送信した後、つまり駆動された後、減衰振動(いわゆる残響)するが、その減衰振動の周波数は第二周波数からトランスデューサ1の反共振周波数に速やかにシフトする。なお、残響とは、圧電素子11が駆動電圧の印加を停止された後、引き続きダイアフラム12が減衰振動している状態をいい、この振動が停止するまでの時間は減衰時間ないし残響時間と称される。以下では減衰振動が停止するまでの時間を残響時間と称する。
これにより、第二周波数の超音波W2を送信後速やかに、近傍の対象物92で反射した第二周波数の超音波W2の反射波RW2も検出(受信)可能となる。また、ダイアフラム12が第二周波数の超音波W2を送信した後に信号処理回路3に伝送される残響による第二周波数の信号を速やかに減少させることができ、信号処理回路3を、当該送信後に短時間で第二周波数を基にして相対的に近距離を算出することが可能な状態とすることができる。このようにして、ソナー用回路100は、近傍の対象物92との近距離d2(図13参照)を計測することができる。
トランスデューサ1の共振周波数は、通常温度依存性があり、たとえば車載用途では数パーセント程度の変化幅を想定している。このような温度特性を考慮して、第一周波数と第二周波数とは20パーセント程度の差を設けて設定することが好ましい。温度特性による共振周波数の振れ幅の影響を相対的に小さくするためである。
処理回路8は、ソナー用回路100の信号処理回路3と接続されており、信号処理回路3が出力した対象物9との距離dに関する情報を、予め定めた方式で扱う回路である。
ソナー300は、対象物9を検出した場合、処理回路8を介して、対象物9が存在する旨や、対象物9との距離dを、使用者に報知する構成とすることができる。なお、処理回路8は、本実施形態におけるソナー用回路100には含まれず、ソナー用回路100とは別の回路である。
処理回路8としては、対象物9が存在する旨や対象物9との距離dを使用者に報知するモニタなどの表示機やスピーカーなどの発音器のような報知機や、走行車両のエンジンコントロールユニット等の安全回路(例えば、対象物9を検知し、障害物と認識した場合に車両の走行を制動するブレーキ制御回路)が例示される。
〔ソナー用回路の制御方法について〕
ソナー用回路100は、図示されない制御部が、電源部2に、第一周波数の駆動電圧をトランスデューサ1に印加させる工程と、当該第一周波数とは異なる第二周波数の駆動電圧をトランスデューサ1に印加さる工程とを実行させて、超音波Wを発信させる工程を実行するようになっている。この際、第一周波数を、第二周波数よりも、相対的にトランスデューサ1の共振周波数に近い周波数に設定し、第二周波数を、相対的にトランスデューサ1の共振周波数から遠い周波数に設定する。そして、制御部は、信号処理回路3に、トランスデューサ1から取得した信号の内、第一周波数の信号を基にして相対的に遠距離を算出させる工程と、第二周波数の信号を基にして相対的に近距離を算出させる工程とを実行させている。
ソナー用回路100は、図示されない制御部が、電源部2に、第一周波数の駆動電圧をトランスデューサ1に印加させる工程と、当該第一周波数とは異なる第二周波数の駆動電圧をトランスデューサ1に印加さる工程とを実行させて、超音波Wを発信させる工程を実行するようになっている。この際、第一周波数を、第二周波数よりも、相対的にトランスデューサ1の共振周波数に近い周波数に設定し、第二周波数を、相対的にトランスデューサ1の共振周波数から遠い周波数に設定する。そして、制御部は、信号処理回路3に、トランスデューサ1から取得した信号の内、第一周波数の信号を基にして相対的に遠距離を算出させる工程と、第二周波数の信号を基にして相対的に近距離を算出させる工程とを実行させている。
なお、ソナー用回路100は、図示されない記憶部に記憶されたプログラムにより、制御部、電源部2および信号処理回路3に上記工程の実行を実現させている。
〔第一実施形態〕
図1、図3、図12、および図13を基にして、ソナー用回路100の第一実施形態を説明する。ソナー用回路100は、上述のごとく、電源部2と、信号処理回路3と、トランスデューサ1の圧電素子11とを含む。
図1、図3、図12、および図13を基にして、ソナー用回路100の第一実施形態を説明する。ソナー用回路100は、上述のごとく、電源部2と、信号処理回路3と、トランスデューサ1の圧電素子11とを含む。
トランスデューサ1は、図1において、電源部2の一端(第一信号線71)から他端(第二信号線72)に向けて、抵抗R1、コンデンサC10、コイルL1の順に接続された直列回路と、当該直列回路と並列に接続されるコンデンサC11とで構成される等価回路で図示されている。
圧電素子11は、コンデンサC11の電極間容量CdがコンデンサC10の電極間容量Csに比べて大きいため、トランスデューサ1の反共振周波数はトランスデューサ1の共振周波数および第一周波数の近傍の値となる。通常、反共振周波数は共振周波数から高周波側にシフトした周波数である。
電源部2は、第一交流電圧源PV1と、第二交流電圧源PV2と、第一スイッチSW1と、第二スイッチSW2とを有する。
第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2は、交流電圧を発生する電圧源である。第一交流電圧源PV1と第二交流電圧源PV2とは信号線7と並列に接続されている。第一交流電圧源PV1と第二信号線72とは、開閉式の第一スイッチSW1を介して接続されている。第二交流電圧源PV2と第二信号線72とは、開閉式の第二スイッチSW2を介して接続されている。
第一交流電圧源PV1は、図3に示すように、連続的に第一周波数の駆動電圧を発生している。制御部の指示を受けて第一スイッチSW1が時間t1の間短絡(閉に)すると、第一周波数の駆動電圧が信号線7から圧電素子11に供給されて、トランスデューサ1は第一周波数の超音波W1を発信する。その後、トランスデューサ1は反共振周波数で減衰振動(残響)する。なお、トランスデューサ1の振動は、図3において、「圧電素子の電極間電圧」で示される。図3に反射波RW1を受信した際の電圧の変化は図示しないが、トランスデューサ1は残響が減衰した後、反射波RW1を受信する。
第二交流電圧源PV2は、図3に示すように、連続的に第二周波数の駆動電圧を発生している。制御部の指示を受けて第二スイッチSW2が時間t2の間短絡(閉に)すると、第二周波数の駆動電圧が信号線7から圧電素子11に供給されて、トランスデューサ1は第二周波数の超音波W2を発信する。その後、トランスデューサ1は反共振周波数で減衰振動(残響)する。図3に電圧は図示しないが、トランスデューサ1は残響が減衰した後、反射波RW2を受信する。
なお、時間t1と時間t2とは同じ時間長さとすることもできるし、異なる時間長さとすることもできるが、本実施形態では、時間t1は時間t2よりもやや長い時間に設定されている。
本実施形態では、第一スイッチSW1と第二スイッチSW2とは排他的に短絡される。第一スイッチSW1と第二スイッチSW2とは、例えば交互に短絡することができるが、これに限られない。第一スイッチSW1が短絡される頻度と、第二スイッチSW2が短絡される頻度とは同じでなくてもよい。走行車両の障害物センサとして用いるような場合には、衝突を回避すべく近傍の対象物92(図13参照)の接近を確実に検知することを要し、他方、遠方の対象物91(図13参照)は即座の衝突のおそれは低いことから、近傍の対象物92の検知の頻度を高めるべく、第一スイッチSW1にくらべて第二スイッチSW2を短絡する頻度を高くする場合もある。
信号処理回路3は、第一フィルタ31と、第二フィルタ32と、第一信号処理回路33と、第二信号処理回路34とを有する。第一フィルタ31と、第二フィルタ32とは、第二信号線72と接続されている。第一信号処理回路33は第一フィルタ31を介して第二信号線72と接続されている。第二信号処理回路34は第二フィルタ32を介して第二信号線72と接続されている。
第一フィルタ31は、第一周波数の近傍の周波数の信号を通過させ、第二周波数の信号を減衰ないし遮断する周波数フィルタを有する。第一フィルタ31は、第一周波数の信号を通過させ、第二周波数の信号を減衰ないし遮断する機能を有すればよく、いわゆるバンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ないしはこれらの組み合わせなど、種々の構成を採用しうる。なお、第一フィルタ31は必須では無く、省略してもよい。
第二フィルタ32は、第二周波数の近傍の周波数の信号を通過させ、第一周波数の信号を減衰ないし遮断する周波数フィルタを有する。第二フィルタ32は、第二周波数の信号を通過させ、第二周波数の信号を減衰ないし遮断する機能を有すればよく、いわゆるバンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ないしはこれらの組み合わせなど、種々の構成を採用しうる。なお、第二フィルタ32は、第一フィルタ31とは異なり、通常は省略しないことが好ましい。
第二フィルタ32の第一周波数の信号の減衰比入力される第一周波数信号の電圧の振幅は、少なくとも30以上、好ましくは50以上であり、さらに好ましくは10000以上であるとよい。SN比で言うと、少なくとも約30db以上、好ましくは34db以上であり、さらに好ましくは80db以上である。
第一信号処理回路33は、受信波のうち、第一周波数の信号を基にして距離を算出する回路である。第二信号処理回路34は受信波のうち、第二周波数の信号を基にして距離を算出する回路である。第一信号処理回路33は、第二信号処理回路34と比べて相対的に遠距離を算出し、第二信号処理回路34は第一信号処理回路33と比べて相対的に近距離を算出する関係にある。
第一信号処理回路33は、第二信号線72に伝送される第一周波数の電圧の信号を、第一フィルタ31を介して受信するため、第二周波数の信号の影響を抑制し、精度よく遠方にある対象物92(図13参照)を検知することができる。
第二信号処理回路34は、第二信号線72に伝送される第二周波数の電圧の信号を、第二フィルタ32を介して受信するため、第一周波数、共振周波数、および反共振周波数の信号の影響を抑制し、精度よく近傍にある対象物92(図13参照)を検知することができる。
このように、第一実施形態では、反共振周波数が第一周波数に近いため、第一スイッチSW1が解放された後の反共振周波数の減衰振動を第一フィルタ31は十分に減衰させることができない。そのため、戻り時間が残響時間よりも短くなるような近傍にある対象物92(図13参照)を、第一周波数を用いて検出するのは困難になる。
また、第二周波数は第一周波数と比べてトランスデューサ1の共振周波数との差が大きいため、トランスデューサ1は第一周波数の場合に比べて大きな音圧で超音波Wを発信するのは困難である。
しかし、第二周波数は第一周波数と比べてトランスデューサ1の反共振周波数との差も大きいため、トランスデューサ1は第二周波数の超音波W2を発信した後速やかに反共振周波数で減衰振動し、第二信号処理回路34は第二周波数の減衰振動の信号の影響を免れる。これにより、近傍にある対象物92を検知することができる。また、第二フィルタ32は第一周波数に近い反共振周波数の近傍の周波数の信号を容易に減衰ないし遮断するため、精度よく近傍にある対象物92を検知することができるのである。
すなわち、第一周波数によるセンサ動作と第二周波数によるセンサ動作とを組み合わせることにより、近距離から遠距離まで検出可能なソナー300を実現することができるのである。
〔第二実施形態〕
図2、図12、図13を基にして、ソナー用回路100の第二実施形態を説明する。第二実施形態のソナー用回路100は、第一実施形態と異なり、図2に示すように、電源部2が、第一交流電圧源PV1と、第二交流電圧源PV2と、第一スイッチSW1と、第二スイッチSW2とに加えて、さらに、トランスデューサ1と並列に信号線7と接続されたコイルL2と、抵抗R2と、コンデンサC2と有する。本実施形態では、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2と、グランドGとの間の信号線7に、コイルL2と、抵抗R2と、コンデンサC2とが、この順に、接続されている。
図2、図12、図13を基にして、ソナー用回路100の第二実施形態を説明する。第二実施形態のソナー用回路100は、第一実施形態と異なり、図2に示すように、電源部2が、第一交流電圧源PV1と、第二交流電圧源PV2と、第一スイッチSW1と、第二スイッチSW2とに加えて、さらに、トランスデューサ1と並列に信号線7と接続されたコイルL2と、抵抗R2と、コンデンサC2と有する。本実施形態では、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2と、グランドGとの間の信号線7に、コイルL2と、抵抗R2と、コンデンサC2とが、この順に、接続されている。
コイルL2は、トランスデューサ1の圧電素子11のコンデンサC11と並列共振回路(LC並列回路)を構成している。つまり、コイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路は、圧電素子11の電極間容量の少なくとも一部となるコンデンサC11の電極間容量Cdを含んで構成される並列共振回路である。言い換えると、コイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路とは、その電気的特性が、コイルL2のインダクタンスと、コンデンサC11の電極間容量Cdとを含めて決定される回路である。
コイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路の共振周波数は、トランスデューサ1の共振周波数、すなわち、トランスデューサ1の抵抗R1、コンデンサC10、コイルL1で構成される直列回路の直列共振周波数とおよそ一致するように設定されている。
コンデンサC2は、コイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路の共振周波数を調整すべく、必要に応じて設けられる。つまり、コンデンサC2は、必須では無く、省略される場合もある。コンデンサC2は、その電極間容量を大小させることで、コイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路の共振周波数を調整するために設けられるものである。
抵抗R2は、残響時間を短縮するために設置される場合がある。つまり、抵抗R2は、必須では無く、省略される場合もある。抵抗R2を設けることで、圧電素子11を駆動中にトランスデューサ1に蓄積された振動エネルギー(運動エネルギー)を、トランスデューサ1の抵抗R1によるのみならず、抵抗R2によっても熱エネルギーに変換することができる。これにより減衰時間を短縮することができる。このように減衰時間を短縮することで、第一周波数で対象物9を検知する場合の、検出範囲(特に近距離側の検出範囲)を拡大することができる。
抵抗R2は、その抵抗値を小さくすると減衰時間を短縮することができる。これにより、ソナー用回路100の近距離検出能力が向上する。しかし、抵抗R2の抵抗値を小さくしすぎると、出力音圧が低下し、ソナー用回路100の受信感度が低下する。つまり、ソナー用回路100の近距離検出能力と受信感度とはトレードオフの関係にあるため、抵抗R2の抵抗値はソナー300の使用目的に応じて適宜調整を要する。
なお、本実施形態において減衰振動の挙動は、トランスデューサ1の、抵抗R1、コンデンサC10、コイルL1で構成される直列回路の共振(トランスデューサ1の共振周波数)、トランスデューサ1の、当該直列回路とコンデンサC11とで構成される並列回路の共振(トランスデューサ1の反共振周波数)、およびトランスデューサ1のコンデンサC11とコイルL2とを含む並列共振回路の共振(反共振周波数)に起因するものであり、第一周波数に近い(第一周波数の近傍の)周波数の振動である。そのため、第一周波数とコイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路の共振周波数(反共振周波数)との差(差分の絶対値)は、第二周波数と当該共振周波数との差(差分の絶対値)よりも、相対的に小さく設定されるとよい。
上記のようにコイルL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路を構成することで、第一周波数でトランスデューサ1を駆動し、第一周波数の反射波RW1を受信した時には、当該並列共振回路が高インピーダンスとなる。これにより、トランスデューサ1が反射波RW1を受信して、圧電素子11から信号線7に第一周波数の信号が出力される際の、当該信号の電圧の振幅を大きくすることができる。そのため、第一周波数で対象物9を検知する場合の、ソナー用回路100の受信感度を向上させることができる。したがって、遠方の対象物91(図13参照)の検出が可能となる。
〔第三実施形態〕
図7を基にして、ソナー用回路100の第二実施形態を説明する。第三実施形態のソナー用回路100は、第二実施形態と異なり、図7に示すように、電源部2が、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2と、コイルL2および抵抗R2およびコンデンサC2との間にトランスTRを有する。
図7を基にして、ソナー用回路100の第二実施形態を説明する。第三実施形態のソナー用回路100は、第二実施形態と異なり、図7に示すように、電源部2が、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2と、コイルL2および抵抗R2およびコンデンサC2との間にトランスTRを有する。
トランスTRは電気的エネルギーの供給を受ける一次側コイルTL1と、電気的エネルギーを供給する二次側コイルTL2とを備える。
第一交流電圧源PV1と第二交流電圧源PV2とは、一次側コイルTL1と、第一電力線73および第二電力線74とで接続されている。第一交流電圧源PV1と第二電力線74とは、開閉式の第一スイッチSW1を介して接続されている。第二交流電圧源PV2と第二電力線74とは、開閉式の第二スイッチSW2を介して接続されている。
二次側コイルTL2は、一次側コイルTL1が第二電力線74に接続されている極側に対応する極側で、第二信号線72と接続されており、他極側を第一電力線73と接続されている。つまり、二次側コイルTL2は、圧電素子11と並列接続されている。
すなわち、第三実施形態では、上記第二実施形態と同様に、二次側コイルTL2と、トランスデューサ1(圧電素子11)とで並列共振回路を構成している。このように、二次側コイルTL2とコンデンサC11とを含む並列共振回路を構成することで、第一周波数でトランスデューサ1を駆動し、第一周波数の反射波RW1を受信した時には、当該並列共振回路が高インピーダンスとなる。これにより、トランスデューサ1が反射波RW1を受信して、圧電素子11から信号線7に第一周波数の信号が出力される際の、当該信号の電圧の振幅を大きくすることができる。そのため、第一周波数で対象物9を検知する場合の、ソナー用回路100の受信感度を向上させることができる。したがって、遠方の対象物91(図13参照)の検出が可能となる。
また、トランスTRを用いることにより、一次側コイルTL1と二次側コイルTL2との巻線比を調整し、トランスデューサ1を駆動するための駆動電圧を昇圧することができる。具体的には、二次側コイルTL2からトランスデューサ1に出力される駆動電圧を昇圧することができる。
〔第四実施形態〕
図5、図6を基にして、ソナー用回路100の第四実施形態を説明する。第三実施形態のソナー用回路100は、第一実施形態と異なり、図5に示すように、電源部2が、第二スイッチSW2を備える代わりに、加算器21を備えている。
図5、図6を基にして、ソナー用回路100の第四実施形態を説明する。第三実施形態のソナー用回路100は、第一実施形態と異なり、図5に示すように、電源部2が、第二スイッチSW2を備える代わりに、加算器21を備えている。
加算器21は、入力された二系統の信号の電圧の和を出力する回路である。加算器21の出力側は、第一スイッチSW1を介して第二信号線72と接続されている。加算器21の入力側は、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2とそれぞれ別個に接続されている。
このように電源部2を構成することで、第一周波数と第二周波数の交流電圧の和をトランスデューサ1の圧電素子11に印加することができる。つまり、電源部2は、第一周波数の波形と、第二周波数の波形とを重畳させた波形に対応する圧電素子11に駆動電圧を印加することができる。図6には、第一スイッチSW1の開放と短絡(開閉)のタイミングと同期して、すなわち、第一スイッチSW1が短絡(閉)される期間とおなじ期間の間のみ、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の信号線7への出力が行われる場合を図示している。図6は、第一スイッチSW1が時間t1の間短絡されて、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の出力の和が加算器21から時間t1の間、信号線7へ間欠的に出力されている。
これにより、トランスデューサ1は、第一周波数の超音波W1と第二周波数の超音波W2とを同時に送信し、その後、第二周波数の反射波RW2を受信し、さらにその後、第一周波数の反射波RW1および第二周波数の超音波W2の反射波RW2を受信することができる。第一周波数の超音波W1の反射波RW1のうち近傍の対象物92(図13参照)からの反射波RW1は残響にうもれて検出困難である。しかし、第一周波数の超音波W1の反射波RW1のうち遠方の対象物91(図13参照)からの反射波RW1は感度良く検出できる。他方、第二周波数の超音波W2の反射波RW2のうち、遠方からの反射波RW2に対する受信感度は小さいため検出困難である。しかし、第二周波数の超音波W2の反射波RW2のうち、近傍の対象物92(図13参照)からの反射波RW2に対しては残響の影響を受けにくく、検出しやすい。これにより、第一周波数の超音波W1を発信して反射波RW1を受信する間隔(インターバル)内で、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物9の検知を行うことが可能となり、ソナー用回路100の検出頻度を上げることができる。
〔第五実施形態〕
図8、図9を基にして、ソナー用回路100の第五実施形態を説明する。第五実施形態のソナー用回路100は、第三実施形態と異なり、電源部2が、第一交流電圧源PV1および第一スイッチSW1と、第二交流電圧源PV2および第二スイッチSW2とを備える代わりに、第一交流電流源PC1と、第二交流電流源PC2とを備える。第一交流電流源PC1および第二交流電流源PC2は、交流電流を発生する電流源である。
図8、図9を基にして、ソナー用回路100の第五実施形態を説明する。第五実施形態のソナー用回路100は、第三実施形態と異なり、電源部2が、第一交流電圧源PV1および第一スイッチSW1と、第二交流電圧源PV2および第二スイッチSW2とを備える代わりに、第一交流電流源PC1と、第二交流電流源PC2とを備える。第一交流電流源PC1および第二交流電流源PC2は、交流電流を発生する電流源である。
第一交流電流源PC1は、図示しない制御部の指示を受け、図9に示すように、時間t1の時間長さだけ、第一周波数の交流電流を出力することができる。
第二交流電流源PC2は、図示しない制御部の指示を受け、図9に示すように、時間t2の時間長さだけ、第二周波数の交流電流を出力することができる。
第五実施形態においても、第三実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上のようにして、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路100およびソナー300を提供することができる。
〔第六実施形態〕
図11を基にして、ソナー用回路100の第六実施形態を説明する。第六実施形態のソナー用回路100は、第五実施形態と異なり、電源部2が、第一交流電流源PC1と、第二交流電流源PC2とを備える代わりに、第一定電流回路PS1と、第二定電流回路PS2と、第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6と、を備えている。第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6とはそれぞれ開閉式のスイッチである。第一定電流回路PS1とおよび第二定電流回路PS2は、一定の直流電流を発生する電流源である。
図11を基にして、ソナー用回路100の第六実施形態を説明する。第六実施形態のソナー用回路100は、第五実施形態と異なり、電源部2が、第一交流電流源PC1と、第二交流電流源PC2とを備える代わりに、第一定電流回路PS1と、第二定電流回路PS2と、第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6と、を備えている。第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6とはそれぞれ開閉式のスイッチである。第一定電流回路PS1とおよび第二定電流回路PS2は、一定の直流電流を発生する電流源である。
第一定電流回路PS1は、第二電力線74と、第三スイッチSW3を介して接続されている。また、第一定電流回路PS1は、第一電力線73と、第四スイッチSW4を介して接続されている。第三スイッチSW3と第四スイッチSW4とは、図示されない制御部に指示されて、それぞれ同時に短絡状態とならないように短絡と開放(開閉)を交互に切り替える。つまり、第三スイッチSW3が短絡されているときは、第四スイッチSW4は開放されて、第四スイッチSW4が短絡されているときは、第三スイッチSW3が開放される。なお、上記第一定電流回路PS1は、上記第三スイッチSW3または第四スイッチSW4が短絡の時のみ電流を出力する。
制御部が、これら第三スイッチSW3と第四スイッチSW4とを、第一周波数の半周期ごとに開閉することで、第一定電流回路PS1と、第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4とで構成される回路は、第五実施形態における第一交流電流源PC1と同様の効果を奏することができる。
第二定電流回路PS2は、第二電力線74と、第五スイッチSW5を介して接続されている。また、第二定電流回路PS2は、第一電力線73と、第六スイッチSW6を介して接続されている。第五スイッチSW5と第六スイッチSW6とは、図示されない制御部に指示されて、それぞれ同時に短絡状態とならないように短絡と開放(開閉)を交互に切り替える。つまり、第五スイッチSW5が短絡されているときは、第六スイッチSW6は開放されて、第六スイッチSW6が短絡されているときは、第五スイッチSW5が開放される。なお、上記第二定電流回路PS2は、上記第五スイッチSW5または第六スイッチSW6が短絡の時のみ電流を出力する。
制御部が、これら第五スイッチSW5と第六スイッチSW6とを、第二周波数の半周期ごとに開閉することで、第二定電流回路PS2と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6とで構成される回路は、第五実施形態における第一交流電流源PC1と同様の効果を奏することができる。
第六実施形態においても、第五実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、図3に示すように、第一交流電圧源PV1は、連続的に第一周波数の駆動電圧を発生し、第二交流電圧源PV2は、連続的に第二周波数の駆動電圧を発生している場合を例示した。
(1)上記実施形態では、図3に示すように、第一交流電圧源PV1は、連続的に第一周波数の駆動電圧を発生し、第二交流電圧源PV2は、連続的に第二周波数の駆動電圧を発生している場合を例示した。
しかしながら、図4に示すように、第一交流電圧源PV1は、たとえば図示されない制御部から指示を受け、第一スイッチSW1が短絡(閉)される期間とおなじ期間の間、第一周波数の駆動電圧を発生し、第一スイッチSW1が開放(開)される期間とおなじ期間の間、第一周波数の駆動電圧を停止することもできる。
同様に、第二交流電圧源PV2は、たとえば図示されない制御部から指示を受け、第二スイッチSW2が短絡(閉)される期間とおなじ期間の間、第二周波数の駆動電圧を発生し、第二スイッチSW2が開放(開)される期間とおなじ期間の間、第二周波数の駆動電圧を停止することもできる。
(2)上記実施形態では、図6に示すように、第一スイッチSW1が短絡(閉)される期間とおなじ期間の間のみ、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の出力が行われ、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の出力の和が加算器21から時間t1の間、信号線7へ間欠的に出力されている場合を例示した。
しかしながら、図6に示すごとく第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の出力を加算器21を介して信号線7へ出力する場合にも、第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2の出力は、図3に示すように、連続的に出力する態様も取り得る。
(3)上記実施形態では、図8に示すごとく、電源部2が、第一交流電流源PC1と第二交流電流源PC2とを備え、第一交流電流源PC1は、図示しない制御部の指示を受け、図9に示すように、時間t1の時間長さだけ、第一周波数の交流電流を出力し、第二交流電流源PC2は、図示しない制御部の指示を受け、時間t2の時間長さだけ、第二周波数の交流電流を出力する場合を例示した。
しかしながら、図10に示すごとく第一交流電流源PC1および第二交流電流源PC2から、それぞれ第一周波数の交流電流と第二周波数の交流電流とを同時に出力する態様も取り得る。この場合、図10に示す第一交流電流源PC1と第二交流電流源PC2とが並列に接続された電源回路は、第四実施形態において図5を参照しつつ説明した、加算器21の出力側が第一スイッチSW1を介して第二信号線72と接続されており、加算器21の入力側が第一交流電圧源PV1および第二交流電圧源PV2とそれぞれ別個に接続されている電源回路とは同様の効果を奏することができる。
(4)上記実施形態では、図1または図2に示すごとく、電源部2は、第一交流電圧源PV1と、第二交流電圧源PV2と、第一スイッチSW1と、第二スイッチSW2とを有し第一交流電圧源PV1の一方の出力と第二交流電圧源PV2の一方の出力とは第一信号線71(信号線7)を介してグランドGに接続されており、第一交流電圧源PV1の他方の出力と第二信号線72とは、開閉式の第一スイッチSW1を介して接続されており、第二交流電圧源PV2の他方の出力と第二信号線72とは、開閉式の第二スイッチSW2を介して接続されている場合を例示した。
しかしながら、電源部2の、第一交流電圧源PV1と、第二交流電圧源PV2と、第一スイッチSW1と、第二スイッチSW2とで構成される回路は、図11で例示した、第一定電流回路PS1と、第二定電流回路PS2と、第三スイッチSW3と、第四スイッチSW4と、第五スイッチSW5と、第六スイッチSW6とで構成される回路や、図8に例示した、第一交流電流源PC1および第二交流電流源PC2とで構成される回路に置き換えることもでき、それぞれ同等の効果を奏することができる。
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
本発明は、近距離から遠距離にわたる広い範囲での対象物の検知が行えるソナー用回路およびソナーに適用できる。
1 :トランスデューサ(振動部)
2 :電源部
3 :信号処理回路
7 :信号線(信号出力線)
8 :処理回路
11 :圧電素子
12 :ダイアフラム
31 :第一フィルタ
32 :第二フィルタ
33 :第一信号処理回路
34 :第二信号処理回路
71 :第一信号線
72 :第二信号線(信号出力線)
100 :ソナー用回路
200 :トランスデューサユニット
300 :ソナー
W :超音波
W1 :超音波
W2 :超音波
d :距離
d1 :遠距離
d2 :近距離
2 :電源部
3 :信号処理回路
7 :信号線(信号出力線)
8 :処理回路
11 :圧電素子
12 :ダイアフラム
31 :第一フィルタ
32 :第二フィルタ
33 :第一信号処理回路
34 :第二信号処理回路
71 :第一信号線
72 :第二信号線(信号出力線)
100 :ソナー用回路
200 :トランスデューサユニット
300 :ソナー
W :超音波
W1 :超音波
W2 :超音波
d :距離
d1 :遠距離
d2 :近距離
Claims (5)
- ダイアフラムに圧電素子が接合された振動部と、
第一周波数の駆動電圧と、当該第一周波数よりも相対的に前記振動部の共振周波数から遠い第二周波数の駆動電圧とを前記圧電素子に印加して前記振動部に超音波を発信させる電源部と、
前記振動部から取得した前記第一周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出するとともに、前記振動部から取得した前記第二周波数をキャリアとする信号を基にして距離を算出する信号処理回路と、を備えたソナー用回路。 - 前記信号処理回路は、前記第一周波数を基にして距離を算出する第一信号処理回路と、前記第二周波数を基にして距離を算出する第二信号処理回路と、を有し、
前記第二信号処理回路は、前記圧電素子の信号出力線と電気的に接続されており、
前記第二信号処理回路は、前記第一周波数の信号を減衰させるフィルタを有する請求項1に記載のソナー用回路。 - 前記圧電素子に並列接続されたコイルを備え、
前記コイルと、前記圧電素子とで並列共振回路を構成し、
前記第一周波数と前記並列共振回路の共振周波数との差は、前記第二周波数と当該共振周波数との差よりも、相対的に小さく設定されている請求項1または2に記載のソナー用回路。 - 前記電源部は、前記第一周波数の波形と、前記第二周波数の波形とを重畳させた波形に対応する前記駆動電圧を前記圧電素子に印加する請求項1から3のいずれか一項に記載のソナー用回路。
- 請求項1から4に記載のソナー用回路を備え、
前記振動部が発信した超音波の周波数をキャリアとして距離を算出するソナー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018020084A JP2019138688A (ja) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | ソナー用回路およびソナー |
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JP2018020084A JP2019138688A (ja) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | ソナー用回路およびソナー |
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JP (1) | JP2019138688A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020203714A1 (ja) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | 分散剤、分散体、樹脂組成物、合材スラリー、電極膜、および非水電解質二次電池 |
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2018
- 2018-02-07 JP JP2018020084A patent/JP2019138688A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020203714A1 (ja) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | 分散剤、分散体、樹脂組成物、合材スラリー、電極膜、および非水電解質二次電池 |
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