JP2774270B2 - パルス走行時間原理に従った距離測定の際の固定目標エコーの抑圧方法および装置 - Google Patents

パルス走行時間原理に従った距離測定の際の固定目標エコーの抑圧方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の関連する技術分野】本発明は、それぞれの測定
サイクルにおいて、送信フェーズにおいて前以て決めら
れた送信周波数を有する送信パルスを送出しかつ引き続
く受信フェーズにおいて、有効エコーパルスの走行時間
を測定しかつそこから測定すべき距離を計算するため
に、前記送信周波数を有する受信信号の包絡線を形成
し、ここにおいて測定の前に、固定目標エコーに関する
情報を検出しかつ記憶し、該情報をそれぞれの測定サイ
クルにおいて固定目標エコーを抑圧するために使用す
る、パルス走行時間原理に従った距離測定の際の固定目
標エコーの抑圧方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この形式の方法は、米国特許第４８９０
２６６号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公告第
４２１８３０３号公報から公知である。これらの公知の
方法では、受信信号のエコープロフィールおよび固定目
標エコーを含んでいるしきい値プロフィールが形成され
かつ記憶される。それからしきいプロフィールを上回る
成分のみにおいて評価が行われる。しかしプロフィール
の記憶は非常に大きな記憶容量を要求する。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】本発明の課題は、非常に僅か
な所要記憶容量で固定目標エコーの抑圧を可能にする、
冒頭に述べた形式の方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、固定目標エコーに関する情報の検出の際に、固定目
標エコーの包絡線を取り囲む、複数の直線区間から成る
折れ線グラフを形成し、かつそれぞれの区間に対して、
当該区間の端点の振幅に関する情報、当該区間の変化方
向に関する情報および当該区間の勾配に関する情報並び
に第１の区間に対して測定サイクルにおける該区間の始
まりの時点に関する情報を記憶し、かつそれぞれの測定
サイクルの経過中、第１の区間の始まりの時点から、そ
れぞれの区間に対して計数パルスを、前記勾配情報によ
って決められる繰り返し周波数で、前記方向情報によっ
て決められる計数方向において、前記振幅情報によって
決められる計数状態に達するまで計数し、かつ測定サイ
クルの経過中、その都度その時の計数状態を固定目標エ
コーの抑圧を制御するために使用することによって解決
される。
【０００５】折れ線グラフのそれぞれの区間に関する情
報の記憶に対する所要記憶容量は非常に僅かである。記
憶された情報はそれぞれの測定サイクルにおいて直接処
理されかつ到来する受信信号に適用され、その結果受信
信号のエコープロフィールを必要とすることなしに、固
定目標抑圧が行われる。それ故に、この種のエコープロ
フィールに対する所要記憶容量も低減される。
【０００６】本発明の方法によれば、２つの異なった作
動形式における固定目標エコーの抑圧が可能である。一
方の作動形式は、測定サイクルの経過中その都度のその
時の計数状態に依存して、受信信号を増幅する増幅器の
増幅度が、折れ線グラフに相応する包絡線信号の振幅が
前以て決められたしきい値を上回らないように調整設定
される点にある。
【０００７】別の作動形式によれば、測定サイクルの経
過中その都度のその時の計数状態に依存して、折れ線グ
ラフに相応する包絡線信号の振幅が前以て決められたし
きい値を上回るはずである時間間隔の間、包絡線信号の
評価は阻止される。
【０００８】それぞれの測定サイクルの送信フェーズに
おいて送信パルスを送出するための装置と、前記送信フ
ェーズに続いている、それぞれの測定サイクルにおける
受信フェーズにおいて受信される受信信号に対する信号
処理回路とを備え、該信号処理回路は前記受信信号を増
幅しかつフィルタリングしかつ受信信号の包絡線を形成
するためのアナログ回路部を含んでおりかつ前記信号処
理回路は、測定サイクルの経過中、連続的に、クロック
信号の周期を、測定サイクルの始めから経過した時間に
対する尺度として計数する距離計数器を含んでいる、本
発明の方法を実施するための装置は、本発明によれば、
前記信号処理回路は、その固定エコーを抑圧すべきであ
るそれぞれの固定目標に対して、１つの固定目標回路を
有しており、該固定目標回路には、前記折れ線グラフの
すべての区間に対する振幅情報、方向情報および勾配情
報が表の形において記憶されており、該表はそれぞれの
区間に対して１つの行を含んでおり、かつそれぞれの固
定目標回路は、測定サイクルにおける第１の区間の始ま
りの時点に関する情報が記憶されている固定目標スター
トレジスタと、該固定目標スタートレジスタに記憶され
ている情報を、前記距離計数器の計数状態と常時比較し
かつ一致を検出した際に、前記固定目標メモリに記憶さ
れている情報の行毎の処理をトリガする固定目標スター
トコンパレータとを含んでいることによって特徴付けら
れている。
【０００９】本発明の方法の有利な構成および実施例並
びにこの方法を実施するための装置はその他の請求項に
記載されている。
【００１０】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
【００１１】図１には、パルス走行時間方法による距離
測定に対する例として、充填物１１を含んでいる容器１
０における充填状態を測定するための装置が示されてい
る。容器１０の上面に、生じ得る最高の充填状態より上
方に、超音波変換器１２が配置されている。超音波変換
器は交互に送波器および受波器として動作する。送波フ
ェーズにおいて、超音波変換器１２は、電気信号によっ
て励振され、その結果超音波変換器は超音波パルスを発
生し、それは容器中に存在する充填物１１に向かって下
方に垂直に指向される。受波フェーズにおいて、超音波
変換器１２は充填物１１の表面において反射されたエコ
ー信号を受信し、それを電気信号に変換する。送波フェ
ーズおよび受波フェーズは一緒に１つの測定サイクルを
形成する。クロック発生器１３は、測定サイクルの時間
的な順序およびそれぞれの測定サイクル内の過程の時間
的なシーケンスを制御する。
【００１２】それぞれの測定サイクルの開始時にクロッ
ク発生器１３によってトリガされる送信パルス発生器１
４は、送波フェーズの期間に、超音波変換器１２の励振
のために必要である、送波すべき超音波の周波数を有す
るパルス形状の電気信号を発生する。この信号は超音波
変換器１２に、送受切換装置１５を介して供給される。
送信パルス送出の停止後、超音波変換器１２に到来する
すべての超音波信号は、これによって電気的な受信信号
に変換され、それは送受切換装置１５を介して信号処理
回路１６に供給される。これらの受信された超音波信号
には殊に、充填物１１の表面において反射されかつ超音
波変換器１２から充填物表面に達しかつ再び超音波変換
器１２に戻るその走行時間を測定しようとする有効エコ
ーパルスがある。この走行時間から、充填物表面の、超
音波変換器１２からの距離、ひいては容器１０における
充填状態が検出される。
【００１３】超音波変換器１２によって受信される超音
波信号には、有効エコーパルスの他に、容器における固
定組み込み箇所において反射されかつそれ故に“固定目
標エコー”と称される障害エコー信号もある。信号処理
回路１６の重要な課題は、偽の超音波信号が有効エコー
パルスとして解釈されかつ走行時間測定のために使用さ
れることがないように、受信された超音波信号全体から
有効エコーパルスを見付け出すことである。このために
殊に、受信信号における固定目標エコーを抑圧する努力
が払われる。
【００１４】図２には、固定目標エコーを抑圧するため
の特別な手段が設けられている、信号処理回路１６の実
施例のブロック回路図が示されている。図２の信号処理
回路１６は、超音波変換器１２から送出される受信信号
が供給されるアナログ回路部２０を含んでいる。アナロ
グ回路部２０では、調整設定可能な増幅度を有する増幅
器２１，帯域通過フィルタ２２，整流器２３および低域
フィルタ２４が直列接続されている。増幅器２１は、超
音波変換器１２から送出された受信信号を６４個の離散
的な段階において調整設定可能な増幅度によって増幅す
る。帯域通過フィルタ２２は、超音波の周波数に同調さ
れておりかつ受信信号から、エコー信号を含んでいる周
波数領域を取り出す。増幅されかつフィルタリングされ
た受信信号は整流器２３によって整流される。整流器
は、後置接続されている低域フィルタ２４と関連して受
信信号の包絡線信号を形成する。この包絡線信号は、低
域フィルタ２４の出力側からコンパレータ２５に供給さ
れ、そこでこれは固定設定されているしきい値と比較さ
れる。コンパレータ２５は、包絡線信号がしきい値を上
回るとその都度出力側に１つのパルスを送出する。この
パルスは、通常閉成されているイネーブルスイッチ２６
を介して一方においてコンパレータ計数器２７に供給さ
れかつ他方においてエコーレジスタ３０に供給される。
コンパレータ計数器２７の計数状態は、包絡線信号がし
きい値を上回るとその都度１単位づつ高められかつ増幅
度調整器３１に供給され、そこでそれは内部増幅度調整
のために使用される。増幅度調整器３１は、出力側に、
調整設定すべき増幅度を指示するデータ語を最大値検出
器３１に送出する。
【００１５】最大値検出器３２は、調整設定すべき増幅
度を指示する別のデータ語を、エコー信号の走行時間に
依存した減衰の補償のために用いられる時間に依存した
増幅度に対する制御回路３３並びに３つの固定目標回路
３４，３５および３６から得る。最大値検出器３２は、
供給された５つのデータ語から常時、最大の数値を有す
るデータ語を求めかつこのデータ語をその出力側から増
幅度レジスタ３７に供給する。従って増幅度レジスタ３
７は常に、その時の増幅度値を表すデータ語を含んでい
る。最大の数値を有するデータ語は最小の増幅度に相応
することを考慮されたい。というのは、それぞれのデー
タ語は、増幅器２１の増幅度を最大値からどれだけ低く
設定するかという大きさを表しているからである。増幅
度レジスタ３７において記憶されたデータ語は、バス３
８を介してデコーダ３９に供給される。デコーダは、増
幅器２１の増幅度を、それが増幅度レジスタ３７におい
て記憶されたデータ語に相応するように調整設定する増
幅度制御信号を発生する。バス３８に、３つの固定目標
回路３４，３５，３６および時間に依存した増幅度に対
する制御回路３３が接続されている。
【００１６】制御回路３３および固定目標回路３４，３
５および３６のそれぞれは、増幅度データ語に代わっ
て、別の出力側から、消去信号を消去回路４０に送出す
る。消去回路４０が消去信号を受信するとき、消去回路
はイネーブルスイッチ２６を開放し、これによりコンパ
レータ２５の出力側とコンパレータ計数器２７およびエ
コーレジスタ３０との接続が中断される。これにより、
アナログ回路部２０によってフィルタリングされた包絡
線信号の使用が妨げられる。
【００１７】消去回路４０は、別の消去信号を、ブロッ
ク距離レジスタ４１および最大距離レジスタ４２から受
信する。ブロック距離レジスタ４１から送出された消去
信号は、イネーブルスイッチ２６の開放によって、送信
パルスの終了後の超音波変換器１２の減衰振動時間の間
の包絡線信号の評価を阻止する。最大距離レジスタ４２
から送出される消去信号は、イネーブルスイッチ２６の
開放によって、最大測定距離の後ろにある領域における
包絡線信号の評価を阻止する。
【００１８】距離計数器４５は、信号処理に対する時間
基準として用いられる。それは、それぞれの測定サイク
ルの開始の前に、零にセットされかつそれぞれの測定サ
イクルの経過中周波数ｆCLを有するクロック信号ＣＬを
計数する。計数値は、測定サイクルの開始から経過した
時間に対する尺度でありかつ音波速度が分かっている場
合、エコーパルスが進んだ距離に対する尺度でもある。
距離計数器４５は例えば、１４ビット幅の計数器であ
り、従ってこの計数器は１６３８４個の周期を計数する
ことができる。計数値はバス４６を介して連続的にエコ
ーレジスタ３０，時間に依存した増幅度に対する制御回
路３３，３つの固定目標回路３４，３５，３６，ブロッ
ク距離レジスタ４１および最大距離レジスタ４２に供給
される。計数値は、エコーレジスタ３０がコンパレータ
２５からパルスを受信するとき、このレジスタに記憶さ
れる。
【００１９】バス４７を介して、増幅度調整器３１，３
つの固定目標回路３４，３５，３６，時間に依存した増
幅度に対する制御回路３３，ブロック距離レジスタ４１
および最大距離レジスタ４２とでデータを交換すること
ができる。
【００２０】３つの固定目標回路３４，３５，３６のそ
れぞれによって、固定目標から到来する固定目標エコー
の処理が可能になる。即ち、図２に図示の信号処理回路
によって、３つの固定目標から到来する固定目標エコー
を、固定目標エコーがオーバラップしている場合でも、
相互に無関係に処理することができる。基本的に例え
ば、それぞれの固定目標に対してもう１つの固定目標回
路を付加接続することによって、４つの固定目標を処理
することができる。すべての固定目標回路は同一に構成
されており、かつこれらは同一の方法でかつ相互に無関
係に動作する。次に、図３の詳細なブロック回路図に基
づいて固定目標回路について説明する。以下の説明は、
他の固定目標回路すべてにも当てはまる。
【００２１】固定目標抑圧に対しては、固定目標から到
来するエコー信号が、測定サイクルにおけるその時間的
な位置に関しても、比較的長い時間間隔にわたるその包
絡線の形状に関しても変化しないという事実が利用され
る。それ故に、固定目標エコーの包絡線は始動の前に検
出しかつ記憶することができ、かつそれから記憶された
値をそれぞれの測定サイクルにおいて固定目標抑圧のた
めに使用することができる。図３に図示の固定目標回路
は、この回路によって抑圧しようとする固定目標エコー
の包絡線に関する情報が記憶されている固定目標メモリ
５０を含んでいる。
【００２２】エコープロフィールから標本値を規則的な
時間間隔において取り出し、これら標本値をデジタル化
しかつデジタルコード語をこれら標本時点と対応させて
記憶することによって、固定目標エコーの完全なエコー
プロフィールが記憶されるとき、所要記憶容量は非常に
大きい。それ故に図３の固定目標回路では、非常に僅か
な容量の固定目標メモリ５０ですませることを可能にす
る別の方法が使用される。この方法を図４の時間線図に
基づいて詳細に説明する。
【００２３】図４の線図には、低域フィルタ２４の出力
側において得られるような、固定目標エコーの包絡線の
時間経過Ｆが示されている。時間尺度として、線図の横
軸には、距離計数器４５によって計数されるような、ク
ロック信号ＣＬの周期の数が示されている。振幅尺度と
して、線図の縦軸には、増幅器２１が調整設定可能であ
る増幅度段の数が示されている。既述のように、増幅度
は、０から６３まで番号付けられている６４の段階にお
いて調整設定可能である。
【００２４】図４では包絡線Ｆの周りに、包絡線Ｆを出
来るだけ密に取り囲む４つの直線線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４から成る折れ線グラフＬが描かれている。それ
ぞれの区間の端点において、座標は、前述した尺度にお
いて表されている：−区間Ｓ１は、クロック信号ＣＬの
周期１４４０および増幅度段０において始まりかつそれ
は周期１８４０および増幅度段４０において終わる。従
ってそれは、クロック信号ＣＬの４００の周期の時間間
隔における４０の増幅度段分の増大に相応する。
【００２５】−区間Ｓ２は、区間Ｓ１の終点において始
まりかつそれは周期２０２０および増幅度段４６におい
て終わる。これは、クロック信号ＣＬの１８０の周期の
時間間隔における６の増幅度段の増大に相応する。
【００２６】−区間Ｓ３は、区間Ｓ２の終点において始
まりかつそれは周期２３２０および増幅度段３７におい
て終わる。これは、クロック信号ＣＬの３６０の周期の
時間間隔における９の増幅度段の低下に相応する。
【００２７】−区間Ｓ４は、区間Ｓ３の終点において始
まりかつそれは周期２６７６および増幅度段０において
終わる。これは、クロック信号ＣＬの２９６の周期の時
間間隔における３７の増幅度段の低下に相応する。
【００２８】図３の固定目標回路において、固定目標エ
コーの包絡線Ｆに代わって、固定目標抑圧のための折れ
線グラフＬが使用される。このために、折れ線グラフＬ
をシミュレートすることを可能にする情報のみが記憶さ
れる。増幅度は段階的にしか変化することができないの
で、折れ線グラフＬは、それぞれの段の高さが増幅度段
の高さに等しくかつそれぞれの段の持続時間が上昇ない
し下降の勾配を決定する台形曲線によってシミュレート
される。それぞれの段の持続時間は、クロック信号ＣＬ
の周期の数によって表される。出来るだけ短い持続時間
およびそれに相応した出来るだけ大きい勾配は、クロッ
ク信号ＣＬの周期の持続時間に相応する。図４に図示の
例では、種々の区間に対して、次の段持続時間が生じ
る： −区間Ｓ１に対して：４００：４０＝段当たり１０周
期； −区間Ｓ２に対して：１８０：６ ＝段当たり３０周
期； −区間Ｓ３に対して：３６０：９ ＝段当たり４０周
期； −区間Ｓ４に対して：２９６：３７＝段当たり ８周
期； 段当たりの周期の数を表す数を小さく抑えるために、付
加的に、クロック信号ＣＬに代わって、クロック信号Ｃ
Ｌからの分周によって形成することができる、複数の補
助クロック信号の１つを使用することができるように設
定されている。図３の固定目標回路において、周波数ｆ
CLを有するクロック信号ＣＬに対して付加的に、周波数
ｆCL/2，ｆCL/4，ｆCL/8， ｆCL/16，ｆCL/32およびｆ
CL/64を有する６つの補助クロック信号を使用すること
ができる。記憶すべき周期数は、補助クロック信号を使
用すれば一層小さい。例えば、周波数ｆCL/8を有する補
助クロック信号の周期は、クロック信号ＣＬの８つの周
期に相応する。
【００２９】固定目標メモリ５０において、区間Ｓ１な
いしＳ４のそれぞれに対して、以下に示すビット数が必
要とされる次の情報が記憶される： −使用されるクロック周波数： ３ビット、 −段当たりの周期数： ５ビット、 −増幅度段の数： ６ビット、 −上昇するまたは下降する方向： １ビット 従って、１つの区間の情報の記憶のために、僅か１５ビ
ットの記憶容量しか必要でなくかつ折れ線グラフ全体Ｌ
の情報の記憶のために、僅か６０ビットの記憶容量しか
必要でない。
【００３０】従って固定目標メモリ５０は４行を有する
メモリを格納しており、これら行においてそれぞれの行
が８ビットづつの２バイトを記憶することができる。第
１のバイトのビット５ないし７は、使用されるクロック
周波数を数字１ないし７の１つによって表している。第
１のバイトのビット０ないし４は、使用のクロック周波
数の周期の数により段の持続時間を表しており、その際
周期数は１ないし３２をとることができる。第２のバイ
トのビット０ないし５は、１から６３までをとることが
できる、当該区間の段数を表す。第２のバイトのビット
６は使用されない。第２のバイトのビット７の２進値
は、当該区間が上昇方向に向いているのかまたは下降方
向に向いているかを指示し、その際２進値１は上昇方向
を表しかつ２進値０は下降方向を表している。
【００３１】従って、図４の例に対して、固定目標メモ
リ５０に次の情報を記憶することができる： 行 クロック 周期 方向 段 行１ ｆＣＬ １０ １ ４０ 行２ ｆＣＬ ３０ １ ６ 行３ ｆCL/8 ５ ０ ９ 行４ ｆCL/8 １ ０ ３７ 付加的に、折れ線グラフＬのスタート時点が記憶されて
いる固定目標スタートレジスタ５１が設けられている。
それは、測定サイクルの始めからクロック信号ＣＬの周
期の数によって表される。即ち図４の例において、固定
目標スタートレジスタ５１に、数１４４０が記憶されて
いる。固定目標スタートレジスタ５１のビット幅は、距
離計数器４５のビット幅と等しくなければならない。即
ち上述の例では、固定目標スタートレジスタ５１は、固
定目標スタート値を記憶するための１４ビット幅を有し
ていなければならない。しかし以下に説明する目的のた
めに、固定目標スタートレジスタ５１において更に、１
ビットを記憶するための付加的な記憶場所が含まれてい
る。
【００３２】固定目標メモリ５０および固定目標スター
トレジスタ５１に記憶されているデータは、バス４７を
介して入力される。これらのデータは、なにかある理由
から、固定目標エコーを新たに検出しかつ記憶しなけれ
ばならないときまで、変わらずに留まる。
【００３３】固定目標スタートレジスタ５１において記
憶された固定目標スタート値は持続的に、固定目標スタ
ートコンパレータ５２の一方の入力側に接続されてお
り、該コンパレータの他方の入力側には常時、バス４６
を介して距離計数器４５の計数状態が供給される。固定
目標スタートコンパレータ５２の出力側は、クロック周
波数選択器５３のトリガ入力側に接続されており、該ク
ロック周波数選択器の出力側は、周期計数器５４のクロ
ック入力側に接続されている。周期計数器５４の出力側
は、段計数器５５のクロック入力側および振幅計数器５
６のクロック入力側に接続されている。振幅計数器５６
は、その計数方向が、方向レジスタ５７から計数方向入
力側に加えられる信号によって決められるアップ・ダウ
ンカウンタである。段計数器５５の出力側は、計数選択
器５８の制御入力側に接続されている。
【００３４】固定目標メモリ５０のそれぞれの行に記憶
されているデータは、図示の接続線を介してクロック周
波数選択器５３，方向レジスタ５７，周期計数器５４お
よび段計数器５５に入力することができる。
【００３５】図３の固定目標回路のこれまで説明してき
た部分は次のように動作する：固定目標ルーチンの開始
の前に、振幅計数器５６は零にセットされており、かつ
行選択器５８は、固定目標メモリ５０の行１にある。固
定目標ルーチンのシーケンスは、それぞれの測定サイク
ルにおいて、固定目標スタートコンパレータ５２が、距
離計数器４５の計数状態が固定目標スタートレジスタ５
１に記憶されている固定目標スタート値に等しいことを
検出したときに始まる。その時固定目標スタートコンパ
レータ５２はその出力側に信号を送出し、この信号はク
ロック周波数選択器５３および別の回路ブロックに供給
されかつ次のように作用する： −固定目標メモリ５０の行１に記憶されている、クロッ
ク周波数の番号がクロック周波数選択器５３に入力され
る； −固定目標メモリ５０の行１に記憶されている周期数
が、周期計数器５４に入力される； −固定目標メモリ５０の行１に記憶されている方向ビッ
トが、方向レジスタ５７に入力される。； −固定目標メモリ５０の行１に記憶されている段数が、
段計数器５５に入力される。
【００３６】これらの操作により生じる動作を、図４の
図示の例の数値によって説明する。
【００３７】クロック周波数選択器５３が、入力された
番号によって表されているクロック周波数ｆCLを選択し
かつこのクロック周波数を有するパルスを周期計数器５
４に送出する。周期計数器５４はこのクロック周波数の
周期を計数しかつメモリ５０から入力される周期数の計
数後その都度、出力側に１つの計数パルスを送出する。
周期計数器５４は例えば、リングカウンタとして構成す
ることができる。リングカウンタのサイクルは、メモリ
５０から入力される周期数によって決められかつ零点通
過の都度１つの計数パルスを送出する。これにより、周
期計数器５４はこの例ではクロック周波数ｆCLのそれぞ
れ１０周期後に、１つの計数パルスを段計数器５５およ
び振幅計数器５６に送出する。段計数器５５はダウンカ
ウンタであり、その計数状態は、固定目標メモリ５０か
ら入力される段数４０によって調整設定されておりかつ
周期計数器５４から送出されるそれぞれの計数パルスに
よって１ステップづつダウン計数される。振幅計数器５
６は、周期計数器５４によって送出されるそれぞれの計
数パルスによって、方向レジスタ５７に存在する方向ビ
ットによって決められている計数方向において、歩進計
数される。行１に記憶されている方向ビットは２進値１
を有しているので、振幅計数器５６の計数状態はステッ
プ毎に高められる。
【００３８】段計数器５５は、それが周期計数器５４か
ら４０個の計数パルスを受信したとき、計数状態０に達
する。このことは、クロック信号ＣＬの４００周期後に
生じることである。従って、振幅計数器５６の計数状態
は連続する測定サイクルにおいて、時点１４４０におけ
る値０からステップ毎に、時点１８４０において値４０
に高められる。このことは、図４における区間Ｓ１の線
形の時間経過に正確に相応する。
【００３９】計数状態０に達すると、段計数器５５は行
選択器５８にパルスを送出し、これにより行選択器は次
の行２に切り換えられる。そこで、行２に記憶されてい
るデータが回路ブロック５３，５７，５４および５５に
入力され、かつこの行１について既に説明した過程が新
たな値によって繰り返される。周波数選択器５３は更
に、クロック周波数ｆCLを有するパルスを周期計数器５
４に送出し、周期計数器はそこで、このクロック周波数
の３０周期の後にその都度、段計数器５５および振幅計
数器５６に１つの計数パルスを送出する。段計数器５５
は、それぞれの計数パルスによって、１ステップづつ初
期計数状態６からダウン計数され、かつ振幅計数器５６
の計数状態は更にそれぞれの計数パルスによって１ステ
ップづつ高められる。段計数器５５は、６計数パルス
後、即ちクロック信号ＣＬの１８０周期後に、測定サイ
クルの時点２０２０において計数状態０に達し、かつ同
時に、振幅計数器は計数状態５６に達する。従って、振
幅計数器５６の計数状態のステップ毎の上昇は正確に、
図４における区間Ｓ２の時間経過に相応する。
【００４０】計数状態０に達すると、段計数器５５は行
選択器５８を行３に切り換え、これによりこ選択器５３
は、補助クロック周波数ｆCL/8を有するパルスを周期計
数器５４に送出し、周期計数器は、この補助クロック周
波数の５周期の後その都度、１つの計数パルスを段計数
器５５および振幅計数器５６に送出する。段計数器５５
は、それぞれの計数パルスによって１ステップづつ、初
期計数状態９からダウン計数される。そこで振幅計数器
５６の計数状態はそれぞれの計数パルスによって１ステ
ップづつ低減される。その理由は、方向レジスタ５７に
ある方向ビットが２進値０を有しているからである。９
つの計数パルス５４後に、段計数器５５は計数状態０に
達する。このことは、補助クロック周波数ｆCL/8の４５
周期後に生じ、このことは、クロック周波数ｆCLの３６
０周期に相応する。同時に、即ち、測定サイクルの時点
２３８０において、振幅計数器５６は計数状態３７に達
し、このことは正確に、図４における区間Ｓ３の時間経
過に相応する。
【００４１】引き続き同じ過程が、固定目標メモリ５０
の行４に記憶されているデータによって繰り返される。
周波数選択器５３は更に、クロック周波数ｆCL/8を有す
るパルスを周期計数器５４に送出し、周期計数器はそこ
で、これらクロックパルスのそれぞれに対して１つの計
数パルスを出力側に送出する。段計数器５５は、計数パ
ルスによって初期計数状態３７からステップ毎にダウン
計数され、かつ振幅計数器５６の計数状態はそれぞれの
計数パルスによって１ステップづつ低減される。３７の
計数パルス後に、段計数器５５も、振幅計数器５６も計
数状態０に達する。このことは、クロック周波数ｆCL/8
の３７周期後、即ちクロック周波数ｆCLの２９６後に、
測定サイクルの時点２６７６において生じる。これによ
り固定目標メモリ５０の内容が処理されかつこの固定目
標回路に対する固定目標ルーチンは終了する。
【００４２】従って、振幅計数器５６の計数状態は、増
幅器２１の増幅度段の数によって表される、測定サイク
ルの経過中常に折れ線グラフＬの振幅値に相応している
ことが分かる。この計数状態は、固定目標エコーの抑圧
のための２つの異なった作動形式において使用すること
ができる。作動形式の選択は、固定目標スタートレジス
タ５１における付加ビットによって決められかつ切換ス
イッチ５９の相応の調整設定によって行われる。以下
に、２つの作動形式について説明する。
【００４３】作動形式１：増幅度制御 作動形式１は、固定目標スタートレジスタ５１における
付加ビットが２進値１を有するとき、調整設定される。
この作動形式において、切換スイッチ５９は図３に図示
の位置をとっている。切換スイッチはこの位置において
振幅計数器５６の出力側を、最大値検出器３２の入力側
に接続し、その結果振幅計数器５６のその都度その時の
計数状態がデータ語として最大値検出器３２に伝送され
る。この伝送は、最大値検出器３２に供給される別のデ
ータ語が一層高い数値を有している限り、作用なしに留
まる。しかし振幅計数器５６の計数状態がすべての別の
データ語の数値より大きくなるや否や、この計数状態は
増幅器２１の増幅度調整設定を決定する。増幅度は、振
幅計数器５６の計数状態が変化する都度、１段づつ、折
れ線グラフＬの振幅が常に、コンパレータ２５のしきい
値以下に留まるように変化される。これにより、折れ線
グラフＬの下方の面内にあるすべての信号も抑圧され
る。これには殊に、固定目標エコーの包絡線Ｆが属す
る。これに対して、固定目標エコーに、それが折れ線グ
ラフＬを上回るように重畳されている有効エコーは、コ
ンパレータ２５によって検出することができる。
【００４４】切換スイッチ５９から消去回路４０に通じ
ている線路には、切換スイッチ５９のこの位置において
持続的に、２進値０のビット信号が加えられる。
【００４５】作動形式２：消去 固定目標スタートレジスタ５１における付加ビットの２
進値０によって決められる作動形式２において、切換ス
イッチ５９は別の位置に移動される。この作動形式のた
めに、消去コンパレータ６０が設けられており、これは
一方の入力側には、振幅計数器５６のその都度その時の
計数状態が供給されかつ他方の入力側には、増幅度レジ
スタ３７にあるデータ語がバス３８を介して供給され
る。消去コンパレータ６０は出力側において、振幅計数
器５６の計数状態が増幅度レジスタ３７にあるデータ語
の数値より小さいとき２進値０を有し、かつその他の場
合は２進値１を有する２進信号を送出する。この２進信
号は切換スイッチ５９を介して消去回路４０に供給され
る。この消去回路は、２進信号が２進値１を有すると
き、イネーブルスイッチ２６を開放する。従って、アナ
ログ回路部２０から送出される包絡線信号の評価は、振
幅計数器５６の計数状態が、最大値検出器３２に供給さ
れるすべて別の増幅度データ語の数値より大きい時間間
隔、即ち、作動形式１において増幅器２１の増幅度調整
設定が振幅計数器５６の計数状態によって決定されるは
ずの時間間隔においては妨げられる。
【００４６】作動形式２において、振幅計数器５６の出
力側と、最大値検出器３２の対応する入力側との間の接
続は中断されている。最大値検出器３２のこの入力側に
は常時、値００Ｈのデータ語が加えられる。
【００４７】図３には２つの機械的な切換接点によって
象徴的に示されている切換スイッチ５９は勿論実際に
は、振幅計数器５６と最大値検出器３２との間の接続線
に高速電子素子群並びに消去コンパレータ６０と消去回
路４０との間の接続線に別の高速電子切換スイッチを含
んでいる。
【００４８】折れ線グラフＬは常に、振幅０によって始
まる。その理由は、振幅計数器５６は初め、０にセット
されているからである。しかし図４の例がそうであるよ
うに、折れ線グラフＬがまた振幅０によって終了するこ
とは必ずしも必要ではない。最後の区間が、それが負の
振幅において終了するように定められているとき、振幅
計数器５６は計数状態０に達した際に停止する。最後の
区間が、それが０とは異なった正の振幅において終了す
るように定められているとき、振幅計数器５６はこの正
の振幅に相応する計数状態において停止状態に留まる。
【００４９】折れ線グラフＬは、４つより多くの区間か
ら構成することもできる。その場合、それぞれ別の区間
に対して、固定目標メモリ５０における表に１つの行を
付加しなければならない。しかし、実際にはそれぞれの
固定目標エコーを、４つの区間から成る折れ線グラフＬ
によって申し分ない近似によって包囲することができる
ことが分かっている。
【００５０】本発明を超音波を用いた距離測定の例に基
づいて説明したが、本発明は、電磁波を用いた距離測定
にも同じように使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波パルスを用いた容器内の充填状態を測定
する例に基づいてパルス走行時間原理に従った距離測定
を説明するための概略図である。
【図２】図１の装置の信号処理回路のブロック線図であ
る。
【図３】図２の信号処理回路における固定目標回路の１
つのブロック線図である。
【図４】図３の固定目標回路の動作を説明するための時
間線図である。
【符号の説明】
１６ 信号処理回路、 ２０ アナログ回路部、 ２５
コンパレータ、 ２７ コンパレータ計数器、 ３０
エコーレジスタ、 ３１ 増幅度調整器、３２ 最大
値検出器、 ３３ 時間に依存する増幅度に対する制御
回路、 ３４〜３６ 固定目標回路、 ３７ 増幅度レ
ジスタ、 ３９ デコーダ、 ４０消去回路、 ４１
ブロック距離レジスタ、 ４２ 最大距離レジスタ、
４５距離計数器、 ５０ 固定目標メモリ、 ５１ 固
定目標スタートレジスタ、５２ 固定目標スタートコン
パレータ、 ５４ 周期レジスタ、 ５５段計数器、
５７ 方向レジスタ、 ６０ 消去コンパレータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−71379（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−169884（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291188（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−98666（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−17583（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147978（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/66 G01S 13/00 - 15/96 G01F 23/28

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれの測定サイクルにおいて、送信
    フェーズにおいて前以て決められた送信周波数を有する
    送信パルスを送出しかつ引き続く受信フェーズにおい
    て、有効エコーパルスの走行時間を測定しかつそこから
    測定すべき距離を計算するために、前記送信周波数を有
    する受信信号の包絡線を形成し、ここにおいて測定の前
    に、固定目標エコーに関する情報を検出しかつ記憶し、
    該情報をそれぞれの測定サイクルにおいて固定目標エコ
    ーを抑圧するために使用する、パルス走行時間原理に従
    った距離測定の際の固定目標エコーの抑圧方法におい
    て、固定目標エコーに関する情報の検出の際に、固定目
    標エコーの包絡線を取り囲む、複数の直線区間から成る
    折れ線グラフを形成し、かつそれぞれの区間に対して、
    当該区間の端点の振幅に関する情報、当該区間の変化方
    向に関する情報および当該区間の勾配に関する情報並び
    に第１の区間に対して測定サイクルにおける該区間の始
    まりの時点に関する情報を記憶し、かつそれぞれの測定
    サイクルの経過中、第１の区間の始まりの時点から、そ
    れぞれの区間に対して計数パルスを、前記勾配情報によ
    って決められる繰り返し周波数で、前記方向情報によっ
    て決められる計数方向において、前記振幅情報によって
    決められる計数状態に達するまで計数し、かつ測定サイ
    クルの経過中、その都度その時の計数状態を固定目標エ
    コーの抑圧を制御するために使用することを特徴とする
    パルス走行時間原理に従った距離測定の際の固定目標エ
    コーの抑圧方法。
  2. 【請求項２】 測定サイクルの経過中のその都度その時
    の計数状態に依存して、受信信号を増幅する増幅器の増
    幅度を、前記折れ線グラフに相応する包絡線信号の振幅
    が、前以て決められたしきい値を上回らないように、調
    整設定する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 測定サイクルの経過中のその都度その時
    の計数状態に依存して、包絡線信号の評価を、前記折れ
    線グラフに相応する包絡線信号の振幅が前以て決められ
    たしきい値を上回るであろう時間間隔の間、阻止する請
    求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 それぞれの計数パルスは区間の振幅段に
    相応し、かつ振幅情報として、区間の振幅段の数を記憶
    しかつ勾配情報として、振幅段の持続時間に対する情報
    を記憶する請求項１から３までのいずれか１項記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 振幅段の持続時間に対する情報として、
    クロック周波数および前記持続時間に相応する、前記ク
    ロック周波数の周期数を記憶し、かつそれぞれの測定サ
    イクルにおいて、前記クロック周波数の周期を計数しか
    つ記憶された周期数の計数後その都度、計数パルスを発
    生する請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 それぞれの測定サイクルの送信フェーズ
    において送信パルスを送出するための装置と、前記送信
    フェーズに続いている、それぞれの測定サイクルにおけ
    る受信フェーズにおいて受信される受信信号に対する信
    号処理回路とを備え、該信号処理回路は前記受信信号を
    増幅しかつフィルタリングしかつ受信信号の包絡線を形
    成するためのアナログ回路部を含んでおりかつ前記信号
    処理回路は、測定サイクルの経過中、連続的に、クロッ
    ク信号の周期を、測定サイクルの始めから経過した時間
    に対する尺度として計数する距離計数器を含んでいる、
    請求項１から５までのいずれか１項記載の方法を実施す
    るための装置において、前記信号処理回路は、その固定
    エコーを抑圧すべきであるそれぞれの固定目標に対し
    て、１つの固定目標回路を有しており、該固定目標回路
    には、前記折れ線グラフのすべての区間に対する振幅情
    報、方向情報および勾配情報が表の形において記憶され
    ており、該表はそれぞれの区間に対して１つの行を含ん
    でおり、かつそれぞれの固定目標回路は、測定サイクル
    における第１の区間の始まりの時点に関する情報が記憶
    されている固定目標スタートレジスタと、該固定目標ス
    タートレジスタに記憶されている情報を、前記距離計数
    器の計数状態と常時比較しかつ一致を検出した際に、前
    記固定目標メモリに記憶されている情報の行毎の処理を
    トリガする固定目標スタートコンパレータとを含んでい
    ることを特徴とするパルス走行時間原理に従った距離測
    定の際の固定目標エコーの抑圧装置。
  7. 【請求項７】 それぞれの固定目標回路は、順番にその
    都度、前記固定目標メモリに記憶されている表の１つの
    行を選択する行選択器と、選択された行に記憶されてい
    るクロック周波数を有するクロック信号を選択するクロ
    ック周波数選択器と、該クロック周波数選択器によって
    選択されたクロック信号を受信し、クロック信号の周期
    を計数しかつ選択された行に記憶されている周期数の計
    数後その都度、１つの計数パルスを送出する周期計数器
    と、計数パルスを計数しかつ選択された行に記憶されて
    いる段数の計数後、前記行選択器を次の行に切り換える
    段計数器と、前記計数パルスを、選択された行に記憶さ
    れている方向情報を決定する計数方向において計数する
    振幅計数器とを含んでいる請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 信号処理回路における前記アナログ回路
    部は、増幅度レジスタにおいて記憶されているデータ後
    に従ってその増幅度を調整設定可能である、受信信号に
    対する増幅器を含んでおり、かつ前記信号処理回路は、
    複数の入力側において、種々異なったソースからのデー
    タ語を受信しかつその都度、最高の数値を有するデータ
    語を前記増幅度レジスタに伝送する最大値検出器を有し
    ており、かつ前記最大値検出器はそれぞれ固定目標回路
    に対して、対応する固定目標回路の振幅計数器の出力側
    に接続可能である入力側を有し、その結果振幅計数器の
    計数状態がデータ語として入力される請求項７記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 前記信号処理回路は、消去信号の受信の
    際に包絡線信号の評価を消去信号の持続時間の間中断す
    る消去回路を含んでおり、かつそれぞれの固定目標回路
    は、振幅計数器の計数状態を連続的に増幅度レジスタに
    記憶されているデータ語と比較しかつ振幅計数器の計数
    状態が前記増幅度レジスタに記憶されているデータ語の
    数値と等しいかまたはそれより大きいとき出力側に消去
    信号を送出する消去コンパレータを含んでおり、かつ該
    消去コンパレータの出力側は前記消去回路と接続可能で
    ある請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 それぞれの固定目標回路は、一方の位
    置において前記振幅計数器を最大値検出器の対応する入
    力側に接続しかつ前記消去コンパレータと前記消去回路
    との間の接続を中断しかつ他方の位置において消去コン
    パレータを消去回路に接続しかつ前記振幅計数器と前記
    最大値検出器の対応する入力側との間の接続を中断する
    切換スイッチを含んでいる請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記切換スイッチの位置は、前記固定
    目標スタートレジスタに記憶されているビットによって
    決定される請求項１０記載の装置。
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