JP2658345B2 - 超音波式距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス列からなる超音波を親器と子器との
間で送受信して距離を測定する超音波式距離測定装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

この種の超音波を用いた距離測定装置としては、親器
と子器との間で超音波パルスを送受信して、送受信に要
する時間から距離を測定する超音波式距離測定装置があ
る。この超音波式距離測定装置は光や電波を用いた距離
測定装置に比べて伝送速度が遅いため、比較的容易に距
離を測定できることが知られている。

このような超音波式距離測定装置の一方式を第５図及
び第６図を用いて説明する。第５図の超音波式距離測定
装置は車両A₁,A₂の車間距離を測定するために用いたも
ので、両車両A₁,A₂に超音波センサ1,2を設けてある。な
お、以下の説明においては便宜上車両A₁の超音波センサ
１を親器とよび、車両A₂の超音波センサ２を子器と呼
ぶ。また、親器１及び子器２の間の送受信はパルス列か
らなる超音波を用いて行っている。親器１から送信され
る第６図（ａ）に示すパルス列P₁からなる超音波は、空
気中を伝播して同図（ｂ）に示すように時間t₁だけ遅れ
て受波R₁として子器２に受信される。子器２は受信後に
時間t₀だけ待って同図（ｃ）に示すようにパルス列P₂か
らなる超音波を送信し、同図（ｄ）に示すように時間t₂
だけ遅れて親器１に受波R₂として受信される。親器１に
は子器２の送波待ち時間t₀が予め与えられているので、
親器１および子器２の間の距離ｄは、 ｄ＝（ｔ−t₀）÷２×ｃ または、ｄ＝（t₁＋t₂）÷２×ｃ （但し、ｃは音速） で求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の待ち時間t₀は、送波後自己の送波の
反射（多重回反射）の影響がなくなるまで待つためのも
のであるが、一般に多重回反射は、超音波センサの周囲
の状態や温度等に大きく影響されるため十分に余裕を持
たせた長めの時間に設定していた。従って、多重回反射
が比較的短い時間内で終わってしまう状況においても、
待ち時間t₀が固定されているため、検知時間が長くなっ
てしまうという問題点があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであって、そ
の目的とするところは、多重回反射等の影響を受けず
に、検知時間も短くなるような超音波式距離測定装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、パルス列からなる超音波を親器より送信
し、前記超音波を子器にて受信して、予め設定した送波
待ち時間だけ経過した後、前記子器から前記親器にパル
ス列からなる超音波を返信し、前記親器からの超音波の
送信時点から、前記子器から返信された超音波を前記親
器が受信するまでに要する時間によって、前記親器と前
記子器との間の距離を測定する超音波式距離測定装置に
おいて、前記親器では、多重回反射測定用の超音波を、
距離測定用の超音波の送波パルスパターンと異なるパタ
ーンの送波パルス列として送波し、多重回反射の測定結
果により、前記送波待ち時間を可変するようにしたこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の超音波式距離測定装置では、親器において、
距離測定用の超音波の送波以外に、例えば定期的に多重
回反射測定用の超音波を送波する。ただし、両者の超音
波は、各々の送波パルス列のパターンが異なったものと
しており、識別できるようになっている。親器において
測定した多重回反射の状態に対応して、親器および子器
の送波待ち時間を変更することにより、多重回反射の影
響を防止しながら、かつ検知時間を短くするものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について説明する。

第１図は本発明の超音波式距離測定装置の一実施例を
示すブロック図である。本実施例の超音波式距離測定装
置は、車両A₁,A₂の車間距離を測定するために用いたも
ので、両車両A₁,A₂に超音波センサ1,2を設けてある。な
お、以下の説明においては便宜上車両A₁の超音波センサ
１を親器とよび、車両A₂の超音波センサ２を子器と呼
ぶ。また、親器１および子器２の間の送受信はパルス列
からなる超音波を用いて行っている。

親器１において、３は変調回路で、後述の受信回路８
からの信号により、子器２の送波待ち時間および受波ゲ
ート開始時刻（本実施例では両者は同じ値とする。）の
情報を含んだ超音波の送波パルス列を決定するものであ
る。第３図は送波パルス列の一例である。２つのパルス
列P₁₁、P₁₂（超音波のトーンバースト波）間の時間間隔
を可変とするものである。例えば子器２の送波待ち時間
を３種類に設定可能としたい場合、２つのパルス列
P₁₁、P₁₂間の時間間隔を、同図（ａ）の時間間隔D₁、同
図（ｂ）の時間間隔D₂、図（ｃ）の時間間隔D₃のように
選び、これらの時間間隔D₁、D₂、D₃の各々に３種類の送
波待ち時間を対応させておけばよい。また、第４図はパ
ルス列の別の一例で、この場合は一定の時間間隔でパル
ス列P₁₁、P₁₂、P₁₃の有無により情報を送るもので、同
図（ａ）〜（ｄ）により４種類の送波待ち時間が設定で
きる。

４は送信回路で、変調回路３で決定したパルス列から
なる超音波信号を生成する。

５は送波駆動回路で、送信回路４で得られた超音波信
号が超音波振動子６を充分に駆動できるものとなるよう
に増幅する回路である。なお、本実施例では超音波振動
子６は送波一体型のものを用いているが、送波専用、受
波専用の２つの超音波振動子を用いても何等さしつかえ
ない。

７は受波ゲート回路で、後述の受信回路８からの信号
により、親器１の受波ゲートを設定するとともに、受波
ゲート内に入った反射波の情報を受信回路８に送出す
る。

８は受信回路で、受波ゲート回路７からの受波信号を
増幅し、予め設定しておいた送波待ち時間（送波からの
遅れ時間）を用いて、前述の計算式により親器１及び子
器２の間の距離を求め、表示器（図示せず）等に距離を
出力するとともに、変調回路３および受波ゲート回路７
に送波待ち時間および受波ゲート開始時刻を設定するた
めの信号を送出する回路である。

ここで、送波待ち時間および受波ゲート開始時刻の設
定のしかたを説明する。電源投入時や一定時間毎（例え
ば１時間毎）に多重回反射の状態を調べるための多重回
反射測定用の超音波パルスを親器１より送波する。この
超音波パルスのパルス列パターンは、距離測定時のパル
ス列パターンとは識別可能なものにし、子器２が誤って
受信し、返信してしまわないようにする。親器１では、
多重回反射測定用の超音波パルス送波後、多重回反射検
知ゲートを開き、反射パルスを受波する。この多重回反
射検知ゲートは通常の受波ゲートと比べて十分に長い時
間（例えば0.5秒）に設定する。前記反射パルスが多重
回反射検知ゲートのどの位置まで存在したかにより、次
回の距離測定時の送波待ち時間および受波ゲート開始時
刻を決定する。即ち、多重回反射が早く消えていれば送
波待ち時間および受波ゲート開始時刻を早めるようにす
ればよいし、逆の場合は遅めるように設定すればよい。
例えば、送波後50msまで反射パルスが存在したとする
と、送波待ち時間等は（50＋α）msにする。αは余裕時
間であり、実験等により求められる。

子器２において、受波ゲート回路７は、後述の復調回
路９からの信号に基づき、受波ゲートＧを開くのであ
る。さらに、受波ゲート回路７では、親器１から送られ
てくる距離測定用の超音波の送波パルス列のパターンを
記憶しておき、このパターンと同じパターンの受波信号
が受波ゲート内に入ったときだけ、受波信号を受波回路
８へ送るとともに、復調回路９からの信号により送波待
ち時間を、送信回路８に与える。受信回路８は、受波ゲ
ート回路７からの受波信号により、送信回路４にトリガ
信号を送出する。送信回路４では、受信回路８のトリガ
信号を受けてから、受波ゲート回路７より入力された送
波待ち時間後に、返信信号を、送波駆動回路５に送出す
る。送波駆動回路５では、送信回路４で得られた超音波
信号が超音波振動子６を十分に駆動できるものとなるよ
うに増幅する。復調回路９は、親器１の変調回路３によ
り変調された信号を復調し、送波待ち時間および受波ゲ
ート開始時刻の情報を受波ゲート回路７に送出するもの
である。

次に、上記実施例の動作を説明する。

第２図は、本発明の超音波式距離測定装置の動作説明
のためのタイミングチャートである。親器１において、
送信回路４は変調回路３により設定されたパルス列パタ
ーンから超音波パルス列、例えば、第３図（ｂ）のよう
なパターンのパルス列P₁₁、P₁₂を生成し、送波駆動回路
５で増幅して超音波振動子６から送信する。

親器１は第２図（ａ）において、超音波パルス列
P₁₁、P₁₂を送信した後、時間t_dだけ待ってから受波ゲー
トＧを開く。この時間t_dは取り敢えず適当な値を用い
る。第３図（ｂ）のパルス列パターンの時間D₂は、この
時間t_dと対応したものとする。

子器２は第２図（ｂ）に示すように親器１から送出さ
れた送波パルス列P₁₁、P₁₂を超音波パルス列R₁₁、R₁₂と
して受信する。このとき、受信した超音波パルス列
R₁₁、R₁₂は、受波ゲート回路７、受信回路８を介して、
復調回路９に入力され、復調される。その結果、パルス
列P₁₁、P₁₂間の間隔情報である時間D₂と対応した時間t_d
の情報を得て、この時間t_dを、受波ゲート回路７に送波
待ち時間および受波ゲート開始時刻の情報として送出す
る。受波ゲート回路７では、受波ゲート開始時刻t_dを設
定するとともに、送信回路４に送波待ち時間t_dの情報を
送出する。送信回路４では、受信回路８からのトリガ信
号が入力してから送波待ち時間t_d後に返信パルス列
P₁₁′、P₁₂′の超音波信号を送波駆動回路５に送出し、
送波駆動回路５で増幅し、超音波振動子６から親器１に
向けて返信する。この返信用の超音波パルス列P₁₁′、P
₁₂′は親器１からの送波パルス列と全く同じものでよい
が、それに限らない。

親器１は子器２からの返信信号を受けるが、送波パル
ス列P₁₁、P₁₂を送波してから時間t_d後に開かれる受波ゲ
ートＧ内にある受波信号について、以下の動作を行う。

受波ゲート回路７で、受波ゲート内にある受波パルス
を検出し、受信回路８で、親器１の送波パルスからの時
間遅れより、親器１と子器２間の距離を求める。

ここで、親器１が、ある時刻に、多重回反射測定用の
超音波パルスＰ′を送波したとする。この超音波パルス
Ｐ′は、距離測定用の超音波パルス列のパターンとは異
なったパターンのものを用い、識別できるようになって
いる。即ち、距離測定用の超音波信号が２つのパルスP
₁₁、P₁₂からなっており、これと識別できるように、多
重回反射測定用の超音波パルスＰ′は、１つのパルス列
からなっている。超音波パルスＰ′に対して、子器２で
は、通常の距離測定用の超音波パルスと異なっているの
で、受波ゲートＧ内に受波信号が入っても、返信は行わ
ない。超音波パルスＰ′の多重回反射による最終の受波
信号Ｒ′（第２図（ａ）において、受波信号Ｒ′より前
の多重回反射による受波信号は、図上の記載を省略して
ある。）の受波ゲートＧ′内の位置により、次の送波待
ち時間および受波ゲート開始時刻を決定する。今の場
合、比較的早い位置で受波信号Ｒ′が終わっているの
で、送波待ち時間、受波ゲート開始時刻をこれまでのt_d
からt_d′へと短くするために、時間t_dと対応した時間D₁
の情報が含まれたパルス列（第３図（ａ）のP₁₁、P₁₂）
を超音波信号として、親器１から子器２へと送出する。
この超音波信号を受信した子器２は、送波待ち時間と受
波ゲート開始時刻とをt_d′に変更して、以上の動作を繰
り返す。

本実施例では、送波待ち時間t_dが一定でなく、多重回
反射の状態に対応して変わるので、多重回反射の影響を
防止しながら、多重回反射が比較的短い時間で終わって
いる場合は、検知時間を短くできるのである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、パルス列からなる超
音波を親器より送信し、前記超音波を子器にて受信し
て、予め設定した送波待ち時間だけ経過した後に、前記
子器から前記親器にパルス列からなる超音波を返信し、
前記親器からの超音波の送信時点から、前記子器から返
信された超音波を前記親器が受信するまでに要する時間
によって、前記親器と前記子器との間の距離を測定する
超音波式距離測定装置において、前記親器では、多重回
反射測定用の超音波を、距離測定用の超音波の送波パル
スパターンと異なるパターンの送波パルス列として送波
し、多重回反射の測定結果により、前記送波待ち時間を
可変するようにしたので、多重回反射等の影響を受けず
に、検知時間も短くなるような超音波式距離測定装置が
提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、 第２図は、同上の動作を説明するためのタイムチャー
ト、 第３図、第４図は、同上に係る送波パルスパターン図、 第５図は、従来例を示す模式図、 第６図は、同上の動作を説明するためのタイムチャート
である。 １……親器、２……子器 ３……変調回路、４……送信回路 ５……送波駆動回路、６……超音波振動子 ７……受波ゲート回路、８……受信回路 ９……復調回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス列からなる超音波を親器より送信
   し、前記超音波を子器にて受信して、予め設定した送波
   待ち時間だけ経過した後に、前記子器から前記親器にパ
   ルス列からなる超音波を返信し、前記親器からの超音波
   の送信時点から、前記子器から返信された超音波を前記
   親器が受信するまでに要する時間によって、前記親器と
   前記子器との間の距離を測定する超音波式距離測定装置
   において、前記親器では、多重回反射測定用の超音波
   を、距離測定用の超音波の送波パルスパターンと異なる
   パターンの送波パルス列として送波し、多重回反射の測
   定結果により、前記送波待ち時間を可変するようにした
   ことを特徴とする超音波式距離測定装置。