JP2764209B2

JP2764209B2 - パルス変調波の検出方式

Info

Publication number: JP2764209B2
Application number: JP1042443A
Authority: JP
Inventors: 幸男吉田; 富次韮沢; 裕柏瀬
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH02221885A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波等の波動をパルスにより変調したパ
ルス変調波の検出方式に係り、特に超音波式距離計や超
音波式流量計等の超音波波動の送受信点間の伝搬時間を
測定する装置等に利用できる。

〔従来の技術〕

従来、この種のパルス変調波の検出方式としては、パ
ルス変調波の信号振幅のピーク値と所定のしきい値（ス
レショルド）Thcとを比較し、ピーク値が所定スレショ
ルドThcを越えた場合に変調波を検出したものとする方
法（以下スレショルド法という）が採用されていた。

ところで、超音波式距離計等に用いられる超音波波動
は、主にトランスジューサ本体の物理的性質等により立
上がりが緩慢なパルス変調波とされ、このため第15図に
示すように、受信パルス変調波30の初頭の振幅は極めて
小さいものであった。

従って、パルス変調波30の初頭を検出するためには、
スレショルドThcを小さくする必要があった。

しかし、スレショルドThcを小さくすると、ノイズや
妨害等の影響を受けやすく正しい検出が行えないため、
受信パルス変調波30をその初頭で検出することはできな
かった。

そこで、従来のスレショルド法は、振幅がある程度増
大する先頭から数波目を検出するようにスレショルドTh
cを設定していた。

例えば、パルス変調波30の第５波目を検出するには、
第４波目の正ピーク値P4および第５波目の正ピーク値P5
の間にスレショルドThcを設け、 P4＜Thc≦P5 …（１）の関係を満たす場合に、パルス変調波30を検出したもの
としていた。

また、送信時から受信パルス変調波30が所定スレショ
ルドThcを越えた直後の零交差点ZPcまでの時間Tmcを、
その波動の伝搬時間としていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述のパルス変調波30の振幅は、時間経過に
伴い一定値に漸近するものであるため、スレショルドTh
cを適用する対象サイクルのピーク値P5と、その前後の
サイクルのピーク値P4,P6との差は僅少であった。

このため、パルス変調波30がノイズや妨害の混入に起
因する振幅変動を伴う場合、対象サイクルを正確に検出
できず、隣接する他のサイクルを検出してしまい、伝搬
時間の計測誤差が生じやすいという問題点があった。

本発明の目的は、パルス変調波の振幅の変動あるいは
ノイズや妨害の混入等に対する耐性が高く、所定の対象
サイクルを高確率で検出できるパルス変調波の検出方式
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、前述したスレショルド法において問題とな
る対象サイクルの誤判定が、パルス変調波の振幅変動に
より隣接する他のサイクル等を選択してしまうものであ
ることに着目するとともに、パルス変調波の検出対象サ
イクルの零交差点は、振幅変動が相加していても略一定
であることに着目してなされたものである。

すなわち、最初に受信したパルス変調波の所定サイク
ルの零交差点を検出し、その後は前回検出した零交差点
の前後に亘ってパルス変調波の１サイクル分より狭い範
囲内で零交差点をサーチし、零交差点を検出した時点で
当該パルス変調波を検出したものとすることによりパル
ス変調波の検出方式を構成する。

そして、本発明は、前述の最初の零交差点の検出には
スレショルド法等が利用できることに着目し、さらにス
レショルド法と前記の方式との相補的な利用を図るため
に、特許請求の範囲第１項記載の構成を採用する。

すなわち、パルス変調波の信号振幅が所定のしきい値
を越えた場合に、パルス変調波を検出したものとする第
１の検出手段と、最初に受信したパルス変調波の所定サ
イクルの零交差点をスレショルド法等を用いて検出し、
その後は前回検出したパルス変調波の零交差点の前後に
亘ってパルス変調波の１サイクル分より狭い範囲内で零
交差点をサーチし、零交差点を検出した場合に前記パル
ス変調波を検出したものとする第２の検出手段と、パル
ス変調波の変動傾向を判定する判定手段と、当該判定手
段の判定結果に基づいて前記第１および第２の判定手段
の何れかを選択してパルス変調波を検出する選択手段と
を備えてパルス変調波の検出方式を構成する。

ここで、前記判定手段および選択手段において問題と
なるパルス変調波の変動としては、信号の振幅が変化す
る振幅変動や、信号が遅れたり進んだりする時間変動が
あり、これらの変動に対応するために本発明は特許請求
の範囲第２項記載の構成を採用する。

すなわち、パルス変調波の信号振幅が所定のしきい値
を越えた場合に前記パルス変調波を検出したものとする
第１の検出手段と、最初に受信したパルス変調波の所定
サイクルの零交差点を検出し、その後は前回検出したパ
ルス変調波の零交差点の前後に亘ってパルス変調波の１
サイクル分より狭い範囲内で零交差点をサーチし、零交
差点を検出した時点で前記パルス変調波を検出したもの
とする第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手
段の出力を、現時点に至る所定期間に亘ってそれぞれ記
憶する第１および第２のメモリ手段と、前記所定期間に
おける第１および第２の検出手段の出力の期待値をそれ
ぞれ求める第１および第２の期待値算出手段と、前記第
１の検出手段の最新出力が前記第１の期待値から一定割
合内にあれば第１の合判定を出力する第１の判定手段
と、前記第２の検出手段の最新出力が前記第２の期待値
から一定割合内にあれば第２の合判定を出力する第２の
判定手段と、前記第１または第２の合判定が出力された
場合に、その合判定に基づいて前記第１または第２の検
出手段の何れかの最新出力を選択して出力する第１の出
力選択手段と、前記第１および第２の合判定の何れもが
出力されなかった場合に、前記第１または第２のメモリ
手段内に記憶されている値について、前記第１または第
２の判定手段の判定法に準じて判定し第３の合判定を出
力する第３の判定手段と、前記第３の合判定に基づい
て、前記第１または第２のメモリ手段内の何れかの値を
選択して出力する第２の出力選択手段と、を備えてパル
ス変調波の検出方式を構成する。

ここで、第１および第２の期待値算出手段としては、
移動平均を求める手段や、あるいは指数平滑を行う手段
等が利用できる。

〔作用〕

このような本発明における作用は、例えば次のように
なる。

まず、最初のパルス変調波の所定サイクルの零交差点
をスレショルド法等を用いて検出する。

その後は前回検出した零交差点の前後に亘ってパルス
変調波の１サイクル分より狭い範囲内で零交差点をサー
チする。

ここで、零交差点が見つかった場合には、パルス変調
波を検出したものとされ、送信時から検出された零交差
点までの時間を測定し、伝搬時間として出力する。

一方、零交差点が見つからなかった場合には、パルス
変調波の検出が不能であったものとされる。

従って、パルス変調波の検出に当たって、零交差点を
サーチを行い、変調波のピーク値の検出を行わないた
め、ノイズや妨害の混入等により振幅変動が起きても、
対象サイクルが高確率で検出され、伝搬時間の計測誤差
も起こらず、これらにより前記目的が達成される。

特許請求の範囲第１項記載の方式においては、スレシ
ョルド法による第１の検出手段と、前述の零交差点をサ
ーチして検出する方法（以下零点追従法という）により
第２の検出手段とを備え、測定対象のパルス変調波の変
動傾向すなわち変動が時間変動であるか振幅変動である
かを判定手段で判定し、その判定結果に基づいて第１ま
たは第２の検出手段の何れかが選択手段により適宜選択
され、最適な検出手段によりパルス変調波が検出され
る。

この際、スレショルド法は信号振幅のピーク値と所定
のしきい値とを比較してパルス変調波を検出するため、
パルス変調波の進みや遅れ等の時間変動に影響されずに
対象サイクルが検出され、検出手段を適切に選択するこ
とにより振幅変動だけでなく時間変動を伴うパルス変調
波であっても高確率で検出される。

従って、第１および第２の検出手段を備え、変動に応
じて最適な検出手段を選択することにより、どのような
変動が相加されていても対象サイクルが高確率で検出さ
れ、伝搬時間の計測誤差を生じない。

一方、特許請求の範囲第２項記載の方式においては、
前記第１および第２の検出手段の出力を各メモリ手段に
記憶し、各検出手段の出力の期待値を各期待値算出手段
により求め、各検出手段の最新出力が各期待値から一定
範囲内にあるかどうかでパルス変調波の変動傾向を判定
させる。

すなわち、各検出手段の最新出力が各期待値から一定
範囲内にあれば、その検出手段の出力は変動に影響され
ずに対象サイクルを正しく検出しているといえ、その出
力を第１の出力選択手段により選択することにより、パ
ルス変調波の検出が高確率で行われる。

尚、各検出手段の出力がそれぞれ期待値の一定範囲内
にある場合は、期待値により近い方を出力したり、一方
の検出手段の出力を優先する等で、どちらか一方の出力
が選択されるようにしてもよい。

また、各検出手段の最新出力がそれぞれ期待値の一定
範囲外にある場合には、各メモリ手段内に記憶されてい
る前回の出力がそれぞれ取り出され、その値が各期待値
から一定範囲内にあるかが第３の判定手段で判定され、
その結果に基づいて何れか一方のメモリ手段の値が第２
の出力選択手段により出力される。

従って、パルス変調波の変動の影響が少ない検出手段
の出力が常に選択され、振幅変動や時間変動を伴うパル
ス変調波であっても、正しくかつ高確率で検出される。

本発明においては、以上に記載した各作用により前記
目的が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明を利用した超音波式距離測定装置の
構成を示すブロック図である。

測定の時間カウントの基準となる基準信号を発生する
時間軸発生部１には、所定周波数の電気振動を発生する
同期発振部２を介して送／受共用部３が接続されてい
る。

送／受共用部３は、送信時には前記電気振動を送／受
波部４に送るとともに、受信時には送／受波部４からの
受信信号を増幅器５に送る機能を有している。

送／受波部４は、前記波動を超音波に変換して測定対
象物８に向かって送信し、測定対象物８による反射波を
受信するとともに、受信信号を送／受共用部３を介して
増幅器５に送る機能を有している。

増幅器５の出力側には、パルス変調波検出／時間計測
部６が接続され、このパルス変調波検出／時間計測部６
には、計測時間Tmexに基づいて測定対象物８までの距離
を算出する距離演算部７および時間軸発生部１が接続さ
れている。

ここで、パルス変調波／時間計測部６は、本発明のパ
ルス変調波の検出方式を用いて受信パルス変調波を検出
し、送信時から検出時までの計測時間Tmexを求めるもの
であり、第２図に示すように、スレショルド法を用いた
第１の検出手段11A、零点追従法を用いた第２の検出手
段11Bおよび処理判定部20を備えている。

第１および第２の検出手段11A,11Bには、増幅器５か
ら受信パルス変調波30が入力されるとともに、時間軸発
生部１から時間カウントの基準信号が入力されており、
パルス変調波30の送信時から受信時までの計測時間Tmc,
Tmzを処理判定部20に出力している。

但し、第２の検出手段11Bには、最初の検出時のみ増
幅器５からの信号は入力されず、第１の検出手段11Aの
出力Tmcが入力される。

処理判定部20は、各検出手段11A,11Bの出力が記憶さ
れる第１および第２のメモリ手段21A,21Bと、各検出手
段11A,11Bの出力の期待値を移動平均法を用いて算出す
る期待値算出手段22A,22Bとを備えている。

各メモリ手段21A,21Bおよび期待算出手段22A,22Bに
は、第１および第２の判定手段23A,23Bが接続され、こ
の第１および第２の判定手段23A,23Bには、第１の出力
選択手段24および第３の判定手段25が接続されている。
尚、第２のメモリ手段21Bは、第２の検出手段11Bにも接
続されて、前回検出した計測時間Tmz₁を出力している。

第１の出力選択手段24は、各検出手段11A,11Bに遅れ
補償用の遅延回路26A,26Bを介して設けられた第１およ
び第２のスイッチ27A,27Bを入れる機能を有している。

一方、第３の判定手段25は、第２の出力選択手段28を
起動し、各メモリ手段21A,21Bの出力側に設けられた第
３および第４のスイッチ29A,29Bを入れる機能を有して
いる。

このように構成された本実施例により超音波の伝搬時
間を測定する場合の動作を説明する。

まず、時間軸発生部１で発生された基準信号は、同期
発振部２およびパルス変調波検出／時間計測部６に送ら
れる。パルス変調波検出／時間計測部６は、時間軸発生
部１からの基準信号によって時間カウントを開始する。

一方、同期発振部２は、基準信号に同期して所定周波
数の電気振動を発生させ、この電気振動は送／受共用部
３を介して送／受波部４に送られる。

送／受波部４は、電気振動を所定周波数の超音波に変
換し、この超音波を気体や液体等の媒体中にある測定対
象物８に向かって送信する。

媒体中に送信された超音波は、測定対象物８で反射さ
れて送／受波部４で受信され、送／受波部７で受信信号
に変換された後、送／受共用部３を介して増幅器５に送
られて増幅されてからパルス変調波検出／時間計測部６
に送られる。

パルス変調波検出／時間計測部６では、第３図のフロ
ーチャートにも示すように、第１および第２の検出手段
11A,11Bによりパルス変調波30を検出できたかを示すフ
ラグFmc₀,Fmz₀と、前回パルス変調波30を検出できたか
を示すフラグFmc₁,Fmz₁をそれぞれ０とする初期設定が
行われる（段階１）。

次に、従来と同様のスレショルド法を用いた第１の検
出手段11Aにより、受信パルス変調波の検出が行われる
（段階２）。ここで、第15図に示すように、受信パルス
変調波30の波形は、搬送波を立上がりの緩いパルスで変
調した形になっており、搬送波の周期はT₀、包絡線の立
上がり時定数τは5T₀とされている。

また、第１の検出手段11Aは、第５波の正方向立上が
りを検出対象サイクルとしており、このため、スレショ
ルドThcは、第４波のピーク値P4、第５波のピーク値P5
の中央に設定されている。

第１の検出手段11Aによりパルス変調波30が検出され
ると、受信基準信号等が発信され、先に開始継続されて
きた時間カウントが終了されて計測時間Tmcが出力され
る（段階３）。

この計測時間Tmcは、第１のメモリ手段21Aに第１の検
出手段11Aの最新出力Tmc₀として記憶され（段階４）、
第１の期待値算出手段22Aでは計測時間Tmcバーの移動平
均が計算されて期待値バーTmcが求められる（段階
５）。

最新出力Tmc₀および期待値バーTmcは、第１の判定手
段23Aにおいてその差の絶対値ΔTmcが計算され（段階
６）、絶対値ΔTmcと期待値バーTmcのα_１（例えば0.
1）倍の値とが比較される（段階７）。

ここで、絶対値ΔTmcが期待値バーTmcのα_１倍の値以
下の場合は、最新出力Tmc₀は期待値バーTmcから一定範
囲内にあると判断され、第１の合判定として第１の判定
手段23AによりフラグFmc₀が１とされる（段階８）。

一方、第１の検出手段11Aによりパルス変調波30を検
出できなかった場合（段階３）や、絶対値ΔTmcが期待
値バーTmcのα_１倍の値より大きい場合（段階７）に
は、第１の検出手段11Aにより前回パルス変調波30を検
出できたかを、第３の判定手段25によりフラグFmc₁が１
であるかが調べられて判定される（段階９）。

ここで、フラグFmc₁は、前回、パルス変調波30を検出
できた時は１に設定され、検出できなかった場合および
測定開始後の第１回目の検出の場合は０に設定されてい
る。

段階８を経てフラグFmc₀が１の場合および段階９にお
いてフラグFmc₁が１の場合には、第２の検出手段11Bに
より前回パルス変調波30を検出できたかを、第３の判定
手段25によりフラグFmz₁が０であるかが調べられて判定
される（段階10）。

フラグFmz₁は、零点追従法を用いた第２の検出手段11
Bで前回パルス変調波30を検出できた場合には１に、で
きなかった場合には０に設定されているので、フラグFm
z₁が０でない場合には、第４図にも示すように、前回検
出した零交差点ZPz₁すなわち計測時間Tmz₁が零点追従法
の基準零交差点とされる（段階11）。

一方、フラグFmz₁が０の場合は、前回零点追従法によ
りパルス変調波30を検出できなかった場合もしくは第１
回目の検出の場合であるので、スレショルド法でパルス
変調波30を検出できたかをフラグFmc₀が１であるかで調
べて（段階12）、フラグFmc₀が１つまりスレショルド法
によりパルス変調波30を検出できた場合には、スレショ
ルド法により検出された零交差点ZPcすなわち計測時間T
mcが基準とされる（段階13）。

続いて、第２の検出手段11Bにより段階11,13で基準と
された零交差点ZPz₁,ZPcに基づいて、パルス変調波30が
零点追従法により検出される（段階14）。

ここで、零点追従法によるパルス変調波30の検出は、
第４図にも示すように、まず計測時間Tmz₁で表される前
回の零交差点ZPz₁の3/8To前から零交差点ZPz₁の3/8T₀後
までの範囲で零交差点ZPz₀がサーチされる。但し、零交
差点ZPz₀が検出された時点でサーチは終了される。

第２の検出手段11Bによりパルス変調波30が検出され
ると、受信基準信号等が発信され、先に開始継続されて
いた時間カウントが終了されて計測時間Tmzが出力され
る（段階15）。

この計測時間Tmzは、第２のメモリ手段21Bに第２の検
出手段11Bの最新出力Tmz₀として記憶され（段階16）、
第２の期待値算出手段22Bでは計測時間Tmzの移動平均が
計算されて期待値バーTmzが求められる（段階17）。

最新出力Tmz₀および期待値バーTmzは、第２の判定手
段23Bにおいてその差の絶対値ΔTmzが計算され（段階1
8）、絶対値ΔTmzと期待値バーTmzのα_２（例えば0.1）
倍の値とが比較される（段階19）。

ここで、絶対値ΔTmcが期待値バーTmzのα_２倍の値以
下の場合は、最新出力Tmz₀は期待値バーTmzから一定範
囲内にあると判断され、第２の判定手段23Bにより第２
の合判定としてフラグFmz₀が１とされる（段階20）。

一方、第２の検出手段11Bによりパルス変調波30を検
出できなかった場合（段階15）や、絶対値ΔTmsが期待
値バーTmzのα_２倍の値より大きい場合（段階19）に
は、第２の検出手段11Bにより前回パルス変調波30を検
出できたかを、第３の判定手段25によりフラグFmz₁が１
であるかが調べられて判定される（段階21）。

段階20を経てフラグFmz₀が１の場合および段階21にお
いてフラグFmz₁が１の場合には、各フラグFmc₀,Fmc₁,Fm
z₀,Fmz₁の何れかは１となっている。つまり、第１およ
び第２の検出手段11A,11Bの何れかが、今回あるいは前
回にパルス変調波30を検出していることとなり、その値
が計測時間Tmexとして出力される。

すなわち、まずフラグFmc₀が１であるかが調べられ
（段階22）、フラグFmc₀が１であれば、第１の検出手段
11Aに遅延回路26Aを介して設けられたスイッチ27Aが第
１の出力選択手段24により入れられ、第１の検出手段11
Aからの計測時間Tmcが出力される（段階23）。

ここで、遅延回路26Aは、処理判定部20による遅れを
補償するためのものである。

一方、フラグFmc₀が１でなければ、フラグFmz₀が１で
あるかが調べられ（段階24）、フラグFmz₀が１であれ
ば、第２の検出手段11Bに遅延回路26Bを介して設けられ
たスイッチ27Bが第１の出力選択手段24により入れら
れ、第２の検出手段11Bからの計測時間Tmzが出力される
（段階25）。

また、フラグFmz₀が１でなければ、フラグFmc₁が１で
あるかが調べられ（段階26）、フラグFmc₁が１であれ
ば、第１のメモリ手段21Aに接続されたスイッチ29Aが第
２の出力選択手段28により入れられて、第１の検出手段
11Aの前回の出力Tmc₁が出力される（段階27）。

一方、フラグFmc₁が１でなければ、フラグFmz₁が１で
あるので、第２のメモリ手段21Bに接続されたスイッチ2
9Bが第２の出力選択手段28により入れられて、第２の検
出手段11Bの前回の出力Tmz₁が出力される（段階28）。

計測時間Tmexが出力された場合、あるいは、段階9,1
0,12,21において、各フラグFmc₀,Fmc₁,Fmz₀,Fmz₁が全て
０の場合には、パルス変調波30の検出を終了するかどう
かを決定し（段階29）、検出を継続する場合には、前回
検出フラグFmc₁およびFmz₁がフラグFmc₀およびFmz₀でそ
れぞれ書き換えられ、フラグFmc₀およびFmz₀は各々０と
され、計測時間Tmc₁およびTmz₁は各々Tmc₀およびTmz₀で
書き換えられて（段階30）、第１の検出手段11Aによる
パルス変調波30の検出（段階２）から再度実行される。

パルス変調波検出／時間計測部６からの出力時間Tmex
は、距離演算部７に送られ、この出力時間Tmexに基づい
て測定対象物８までの距離が算出される。

このような本実施例における第１の検出手段11Aの計
測時間出力Tmcを第５図〜第７図に、第２の検出手段11B
の計測時間出力Tmzを第８図〜第10図に、処理判定部20
の計測時間出力Tmexを第11図〜第13図にそれぞれ示す。

尚、第5,8,11図には、パルス変調波30が振幅変動のみ
を伴う場合の各出力が示され、第6,9,12図には、パルス
変調波30が時間変動のみを伴う場合の各出力が示され、
第7,10,13図には、パルス変調波30が振幅および時間の
両変動を伴う場合が示されている。

また、振幅変動は、正規分布形Ｎ（μ_a,σ_ａ）を取る
ものとし、μ_ａ（平均値）は０に設定され、σ_ａ（標準
偏差）は第５波の正ピーク値P5とスレショルドThcとの
差を１（基準値）とするような任意の値（相対値）に設
定されている。

一方、時間変動も、正規分布形Ｎ（μ_t,σ_ｔ）を取る
ものとし、μ_ｔ（平均値）は０に設定され、σ_ｔ（標準
偏差）は搬送波の周期の1/4つまりT₀/4を１（基準値）
とするような任意の値（相対値）に設定されている。

さらに、第１および第２の検出手段11A,11Bの出力
は、各変動のばらつきの程度、つまり標準偏差σ_ａ（振
幅）およびσ_ｔ（時間）の大きさが、各々 σ_a,σ_t:0.1〜0.5 …（２）の範囲である場合について示されている。但し、振幅お
よび時間の両変動を伴う場合は、σ_ａ＝σ_ｔであるもの
とした。

一方、第11図〜第13図には、σ_ａ＝σ_ｔ＝0.4の場合
の処理判定部20の出力Tmexを示すとともに、比較対象と
して第１の検出手段11Aの出力Tmc、第２の検出手段11B
の出力Tmzもそれぞれ示している。

尚、各図の横軸は各条件における試行順（時系列）を
表し、縦軸は計測値を表しており4.5を理想値とした。

各グラフ中、点線は検出不能であったことを示してい
る。尚、各図において点線は全て下方に描かれている
が、これは時間計測値が少ない方に外れた場合だけでな
く多い方に外れた場合をも含むものである。

これらの図からも分かるように、スレショルド法を用
いた第１の検出手段11Aでは、振幅変動に対してはパル
ス変調波30の検出確率は低く、時間変動に対して検出確
率は高くなる。

一方、零点追従法を用いた第２の検出手段11Bでは、
振幅変動に対してはパルス変調波30の検出確率は高く、
時間変動に対しては検出確率は低くなっている。

これらに対し、スレショルド法および零点追従法を組
み合わせた処理判定部20の出力Tmexは、何れの変動に対
しても検出確率は高くなっており、本実施例は各検出方
法の長所が機能的に統合されたシステムであるといえ
る。

ここで、振幅および時間の両変動が存在する場合の、
検出確率に対する各変動の影響を調べるために、σ_ａ＝
σ_ｔを中心に、σ_ａまたはσ_ｔを１ランクづつ上下に振
った場合の、パラメータによるコントリビューションの
傾向を第14図に示す。尚、図中○印は完全検出の場合を
示し、▲印は１点でも検出漏れがある場合を示してい
る。

この第14図からも分かるように、振幅および時間の両
変動が共存する場合には、スレショルド法ではその検出
確率は主に振幅変動に依存しており、零点追従法では時
間変動に依存している。従って、スレショルド法および
零点追従法の検出性能はおよそ表１のようにまとめられ
る。

このように、パルス変調波30が振幅変動のみを伴う場
合には零点追従法を用い、時間変動のみを伴う場合には
スレショルド法が用いられるが、両変動を伴う場合に
は、スレショルド法の方が変動の影響が少ないため、ス
レショルド法すなわち第１の検出手段11Aの出力が優先
して出力される。

従って、各変動に対し最適な検出手段が選択され、パ
ルス変調波30は常に高確率で検出される。

このような本実施例によれば、次のような効果があ
る。

零交差点ZPz₀を検出する零点追従法を用いた第２の検
出手段11Bを設けることにより、従来のスレショルド法
では検出できなかった振幅変動を伴うパルス変調波30を
高確率で検出することができる。

また、スレショルド法を用いた第１の検出手段11Aを
併用することにより、時間変動を伴うパルス変調波30で
あっても高確率で検出することができる。

従って、スレショルド法あるいは零点追従法のみを用
いた検出手段に比べて、振幅変動および時間変動の両方
を伴うパルス変調波30でも高確率で検出でき、様々な変
動が相加されるパルス変調波30の検出確率を全体的に高
くできる。

すなわち、たとえ立上がりの緩慢なパルス変調波30で
あっても、あるいはそのパルス変調波30にノイズや妨害
が混入して振幅変動を伴うものであっても、さらに時間
変動を伴うものであっても、また両変動が混在していて
も、目標とするサイクルを安定かつ高確率で検出でき、
ひいては正確な計時を行うことができる。

また、第１および第２のメモリ手段21A,21B、第１お
よび第２の期待値算出手段22A,22B、第１および第２の
判定手段23A,23B、第１の出力選択手段24等を設けるこ
とにより、第１および第２の検出手段11A,11Bの各出力T
mc,Tmzの内、より適切な出力を自動的に選択して出力す
ることができるので、操作者が各変動の種類を調べた
り、変動に応じて適切な処理を行う必要もなく、パルス
変調波30の検出を容易に行うことができる。

さらに、第３の判定手段25および第２の出力選択手段
28を設けることにより、各検出手段11A,11Bの出力Tmc,T
mzがいずれも適当でない場合でも、前回の出力Tmc₁,Tmz
₁を用いることによりパルス変調波30の検出を続行でき
る。

尚、本発明は前記実施例の構成等に限らず、本発明の
目的を達成できる範囲の変形は、本発明に含まれるもの
である。

例えば、前記実施例では、スレショルド法を用いた第
１の検出手段11Aと、零点追従法を用いた第２の検出手
段11Bとを併用していたが、第２の検出手段11Bつまり零
点追従法のみを用いてパルス変調波30の検出を行っても
よい。

すなわち、一定距離の測定や振幅変動のみを伴うパル
ス変調波30を検出する場合には、時間変動を伴う恐れが
少ないため、従来のスレショルド法では検出できないパ
ルス変調波30であっても高確率で検出することができ
る。

また、第１および第２の検出手段11A,11Bを併用する
場合でも、前記実施例の構成に限らず他の構成でもよ
い。

例えば、第３の判定手段25および第２の出力選択手段
28を設けず、第１および第２の検出手段11A,11Bの何れ
かの出力Tmc,Tmzを常時選択して出力するようにしても
よい。特に、各変動のばらつきが小さいパルス変調波30
の検出に利用できる。

但し、前記実施例の方が、変動のばらつきが大きいた
めパルス変調波30を検出できない場合でも、前回の出力
Tmc₁,Tmz₁を選択できるので検出を続行できる利点があ
る。

また、前記実施例では、第１および第２の判定手段23
A,23Bにおいて、各検出手段11A,11Bの最新出力Tmc₀,Tmz
₀が各期待値バーTmc,バーTmzから一定範囲内にあるかを
調べていたが、各期待値バーTmc,バーTmzとの差の絶対
値ΔTmc,ΔTmzが小さい方を出力するものとしてもよ
い。

但し、最新出力Tmc₀,Tmz₀が各期待値から離れた状態
が続くと、期待値そのものが変化してしまうため、前記
実施例のように、期待値から一定範囲内にあるもののみ
を出力する方が有利である。

さらに、各最新出力Tmc₀,Tmz₀の差を求め、その大き
さに基づいて出力する値を選択するなど、検出手段11A,
11Bの出力の選択方法は適宜設定すればよい。

また、前記実施例では、零点追従法を用いた第１回目
の検出の際に、スレショルド法を用いた第１の検出手段
11Aの出力Tmcを基準となる零交差点としていたが、基準
零交差点としては、搬送波の周期T₀から予め設定してお
くなど、他の方法で設定したものでもよい。

さらに、前記実施例において、第１および第２の期待
値算出手段22A,22Bでは、移動平均を用いて期待値を算
出していたが、指数平滑を行う手段により期待値を算出
してもよい。

また、前記実施例においては、測定対象物８に超音波
を送信し、反射した反射波を受信して、測定対象物８ま
での距離を算出する場合について説明したが、超音波の
伝搬時間を測定し、媒体中における超音波自体の速度や
媒体の性質等の調査にも利用できる。

さらに、本発明は、超音波だけでなく、音波、媒体振
動、光および電磁波等の他の波動の検出にも同様に適用
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、パルス変
調波の振幅がノイズや妨害の混入等で変動しても、所定
の対象サイクルを高確率で検出できるという従来にない
優れたパルス変調波の検出方式を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は前記実施例のパルス変調波検出／時間計測部の構
成を示すブロック図、第３図（Ａ），（Ｂ）は前記実施
例のパルス変調波の検出動作を示すフローチャート、第
４図は零点追従法によるパルス変調波の検出動作を示す
グラフ、第５図〜第７図は第１の検出手段の出力Tmcを
示すグラフ、第８図〜第10図は第２の検出手段の出力Tm
zを示すグラフ、第11図〜第13図は処理判定部の出力Tme
xを示すグラフ、第14図は各変動パラメータによるコン
トリビューションの傾向を模擬的に示すグラフ、第15図
はスレショルド法によるパルス変調波の検出動作を示す
グラフである。６……パルス変調波検出／時間計測部、11A……第１の
検出手段、11B……第２の検出手段、20……処理判定
部、21A……第１のメモリ手段、21B……第２のメモリ手
段、22A……第１の期待値算出手段、22B……第２の期待
値算出手段、23A……第１の判定手段、23B……第２の判
定手段、24……第１の出力選択手段、25……第３の判定
手段、28……第２の出力選択手段、30……パルス変調
波。

フロントページの続き (56)参考文献特公昭63−67153（ＪＰ，Ｂ２) 特公平４−47249（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭59−53737（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭63−36474（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/52 G01S 7/66 G01S 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス変調波の信号振幅が所定のしきい値
を越えた場合に前記パルス変調波を検出したものとする
第１の検出手段と、最初に受信したパルス変調波の所定サイクルの零交差点
を検出し、その後は前回検出したパルス変調波の零交差
点の前後に亘ってパルス変調波の１サイクル分より狭い
範囲内で零交差点をサーチし、零交差点を検出した場合
に前記パルス変調波を検出したものとする第２の検出手
段と、パルス変調波の変動傾向を判定する判定手段と、当該判定手段に基づいて前記第１および第２の検出手段
の何れかを選択してパルス変調波を検出する選択手段
と、を有することを特徴とするパルス変調波の検出方式。
【請求項２】パルス変調波の信号振幅が所定のしきい値
を越えた場合に前記パルス変調波を検出したものとする
第１の検出手段と、最初に受信したパルス変調波の所定サイクルの零交差点
を検出し、その後は前回検出したパルス変調波の零交差
点の前後に亘ってパルス変調波の１サイクル分より狭い
範囲内で零交差点をサーチし、零交差点を検出した時点
で前記パルス変調波を検出したものとする第２の検出手
段と、前記第１および第２の検出手段の出力を、現時点に至る
所定期間に亘ってそれぞれ記憶する第１および第２のメ
モリ手段と、前記所定期間における第１および第２の検出手段の出力
の期待値をそれぞれ求める第１および第２の期待値算出
手段と、前記第１の検出手段の最新出力が前記第１の期待値から
一定割合内にあれば第１の合判定を出力する第１の判定
手段と、前記第２の検出手段の最新出力が前記第２の期待値から
一定割合内にあれば第２の合判定を出力する第２の判定
手段と、前記第１または第２の合判定が出力された場合に、その
合判定に基づいて前記第１または第２の検出手段の何れ
かの最新出力を選択して出力する第１の出力選択手段
と、前記第１および第２の合判定の何れもが出力されなかっ
た場合に、前記第１または第２のメモリ手段内に記憶さ
れている値について、前記第１または第２の判定手段の
判定法に準じて判定し第３の合判定を出力する第３の判
定手段と、前記第３の合判定に基づいて、前記第１または第２のメ
モリ手段内の何れかの値を選択して出力する第２の出力
選択手段と、を有することを特徴とするパルス変調波の検出方式。
【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記第１
および第２の期待値算出手段は移動平均を求める手段に
より構成されることを特徴とするパルス変調波の検出方
式。
【請求項４】特許請求の範囲第２項において、前記第１
および第２の期待値算出手段は指数平滑を行う手段によ
り構成されることを特徴とするパルス変調波の検出方
式。