JP2892453B2

JP2892453B2 - 超音波検知器

Info

Publication number: JP2892453B2
Application number: JP2197432A
Authority: JP
Inventors: 康則米澤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH0483188A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、パルス状の超音波を間欠的に送波し、物体
による反射波を受波することにより、あらかじめ設定さ
れた検知領域内における物体の存否を検出する超音波検
知器に関するものである。

【従来の技術】

従来より、物体（人体や障害物も含む）を超音波を用
いて検出する超音波検知器が提供されている。従来構成
では、第６図に示すように、CPUなどからなる信号処理
回路21において第７図（ａ）のようなパルス信号である
送波信号を作成し、送波信号を増幅回路11を通して超音
波振動子12に入力することによって、第７図（ｂ）のよ
うなパルス状の超音波を間欠的に空間に放射する。ま
た、あらかじめ設定された検知領域内に物体が存在すれ
ば、その物体によって生じる反射波を超音波振動子12で
受渡し、超音波振動子12の出力信号（第７図（ｃ））を
増幅回路13を通して受波回路22に入力する。受波回路22
では、超音波振動子12から出力信号が得られている時間
幅にほぼ等しいパルス幅を有した受渡信号を生成する
（第７図（ｄ））。この受波信号は、信号処理回路21に
入力され、受波信号が所定の受波ゲート期間（第７図
（ｅ）の“H"レベルの期間）に得られているかどうか
で、検知領域内の物体の存否を判定するのである。すな
わち、信号処理回路21に設定された受波ゲート期間によ
って検知領域が限定されるのである。このように、信号
処理回路21には、送波信号を作成する送波部と、受波信
号に基づいて物体の存否を判定する受波部とが設けられ
ている。信号処理回路21による判定結果は、出力回路23
を通して出力される。ところで、このような超音波検知器を施工する場合に
は、超音波振動子12などを備えた検知ブロックと、信号
処理回路21などを備えた信号処理ブロック２とを分離し
て配するのが一般的である。上記構成では、検知ブロッ
ク１と信号処理ブロック２とは、送波信号を伝送する送
波信号線l₁、増幅回路13の出力を伝送する受波信号線
l₂、２線である給電線l₃,l₄線で接続している。

【発明が解決しようとする課題】

上記構成の超音波検知器では、検知ブロック１と信号
処理ブロック２とが４線で接続されているから、結線作
業が面倒であり、また、受波信号線l₂には比較的微小な
アナログ信号が伝送されているから、外来雑音が重畳さ
れたときには信号と雑音とが識別できず、誤動作が生じ
る原因になっている。このような問題を解決するには、受波信号線l₂のイン
ピーダンスを高くし、受波回路22の感度を下げることが
考えられるが、このような方法では、検知感度が低下す
るという新たな問題が生じることになる。また、検知ブ
ロック１と信号処理ブロック２との間に無線による伝送
系を用いることも可能ではあるが、比較的低価格である
超音波検知器に比較的高価格である無線装置を用いるの
は、不釣合いであるという問題が生じる。さらに、１つの信号処理ブロック２に対して検知ブロ
ック１を複数個接続したシステムを構成して、検知領域
を広げることが考えられているが、上記構成の超音波検
知器では、接続に４線を有することから全体的にコスト
高になりやすいという問題が生じるのである。本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、
検知ブロックと信号処理ブロックとの間での信号の授受
をパルス信号として外来雑音による誤動作を防止、しか
も、３線での接続を可能として施工を容易にするととも
にコストを低減した超音波検知器を提供しようとするも
のである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、上記目的を達成するために、パルス状の
超音波を間欠的に送波し、物体による反射波を受波する
ことにより、あらかじめ設定された検知領域内における
物体の存否を検出する超音波検知器において、超音波を
送受波する超音波振動子および超音波振動の出力信号を
波形整形してパルス信号である受波信号を生成する受波
回路を備えた検知ブロックと、超音波振動子を駆動する
パルス信号である送波信号を作成する送波部および超音
波振動子の出力信号に基づいて物体の存否を判定する受
波部を備えた信号処理ブロックとを設け、検知ブロック
と信号処理ブロックとの間を送波信号と受波信号とを重
畳して伝送する１線の信号線および信号処理ブロックか
ら検知ブロックへの給電を行う２線の給電線を介して接
続し、検知ブロックおよび信号処理ブロックに、それぞ
れ信号線を伝送される送波信号と受波信号とを分離する
信号分離回路を設けている。

【作用】

上記構成によれば、送波信号と受波信号とを重畳して
信号線を伝送し、検知ブロックと信号処理ブロックとに
それぞれ設けた信号分離回路によって、送波信号と受波
信号とを分離するので、従来必要とされていた送波信号
線と受波信号線との２線を１線の信号線で兼用すること
ができるのであり、全体では３線で結線できるのであっ
て、結線作業が容易になるとともに、コストの低減にな
るのである。また、検知ブロックにおいて超音波振動子の出力信号
を波系整形してパルス信号である受波信号を生成した
後、この受波信号を信号処理ブロックに伝送するように
しているので、パルス信号である送波信号とともに、受
波信号もパルス信号とすることができるのであって、検
知ブロックと信号処理ブロックとの間での信号の授受を
パルス信号（電圧レベルの信号）とすることができ、そ
の結果として、外来雑音による誤動作を防止することが
できるのである。

【実施例１】第１図に全体構成を示す。ここでは、１つの信号処理
ブロック２に対して複数個の検知ブロック１が接続され
た例を示す。信号処理ブロック２では、CPUなどからな
る信号処理回路21において第２図（ａ）のようなパルス
信号である送波信号を作成し、信号分離回路24を介して
送波信号を信号線lsに送出する。送波信号は、たとえ
ば、40kHzのパルス信号を50msecの周期で0.2msecずつ間
欠的に送出するものである。信号分離回路24は、送波イ
ンピーダンス変換回路25、しきい値回路26、結合回路27
からなる。送波インピーダンス変換回路25は、送波信号
を信号線lsに送出する向きにはローインピーダンスにな
り、逆向きにはハイインピーダンスになるように、ダイ
オードなどを用いて構成されている。信号処理ブロック２から信号線lsを介して検知ブロッ
ク１に伝送された送波信号は、信号分離回路15と増幅回
路11とを介して超音波振動子12に入力され、第２図
（ｄ）のように、超音波に変換されて空間に放射され
る。また、超音波振動子12の出力信号（第２図（ｅ））
は受波回路14に入力されて、増幅された後に波形整形さ
れ、第２図（ｆ）に示すように、超音波振動子12から出
力が得られている期間に出力レベルが“H"になるパルス
信号である受波信号が出力される。受波信号は信号分離
回路15を介して信号線lsに送出される。ここにおいて、
信号線lsの上では送波信号と受波信号とが重畳されるの
であり、送波信号と受波信号とは、ともにパルス信号
（電圧レベルの信号）であって、送波信号のほうが高レ
ベルになるように、結合回路18で混合される。すなわ
ち、信号線lsを伝送される信号は、第２図（ｂ）のよう
に受波信号（第２図（ｆ））の上に送波信号（第２図
（ａ））が重畳された形になっており、信号分離回路15
におけるしきい値回路16では、受波信号の信号レベルよ
りも高く、送波信号の信号レベルよりも低いしきい値
（第２図（ｂ）のref1）を設定することによって、送波
信号と受波信号とを分離するのである（第２図
（ｃ））。また、受波インピーダンス変換回路17は、受
波信号を信号線lsに伝送する向きにはローインピーダン
スになり、逆向きにはハイインピーダンスとなるよう
に、ダイオードなどを用いて構成されている。したがっ
て、送波信号が受波回路14に回り込むことがないのであ
る。信号線lsを送波信号と重畳された形で伝送される受波
信号は、信号処理ブロック２における信号分離回路24に
入力され、信号分離回路24に設けたしきい値回路26に入
力されることになる。しきい値回路26では、受波信号の
信号レベルよりも低いしきい値（第２図（ｂ）のref2）
が設定され、送波信号と受波信号とが重畳された信号が
存在する期間に出力レベルを“H"にするようなパルス信
号を発生する（第２図（ｇ））。この信号は結果的には
受波信号に相当する信号であって、信号処理回路21に設
定された所定の受波ゲート期間（第２図（ｈ）の“H"レ
ベルの期間）に信号分離回路24の出力レベルが“H"にな
ると、検知領域内に物体が存在するものと判定するので
ある。判定結果は、出力回路23を通して、警報音や表示
として出力される。信号処理ブロック２には、外部電源を安定化する電源
回路28が設けられており、電源回路28の出力によって信
号処理ブロック２への給電を行うとともに、電源回路28
の出力端を２線よりなる給電線l₃,l₄を介して検知ブロ
ック１に接続することにより、検知ブロック１への給電
を行うようにしてある。したがって、検知ブロック１と
信号処理ブロック２とは、１線の信号線lsと、２線の給
電線l₃,l₄との合計３線によって接続されるのである。以上の構成によれば、送波信号と受波信号とをパルス
信号としているので、雑音に対するマージンを大きくと
ることができ、雑音による誤動作を防止できるのであ
る。とくに、１台の信号処理ブロック２に複数台の検知
ブロック１を並列接続する場合でも、検知ブロック１の
理論和を取る形になるので、検知ブロック１の台数が感
度に影響しないのであって、信号処理ブロック２の電源
などの容量を越えないかぎり、検知ブロック１を何台で
も接続することができるのである。さらに、送波信号と
受波信号とを重畳して１線の信号線lsを伝送するので、
検知ブロック１と信号処理ブロック２との間は、給電線
l₃,l₄を含めても３線で接続することができ、結線作業
が容易になるとともに、検知ブロック１を複数台設ける
ときのコストの増加が従来の４線のものよりも少なくな
るのである。

【実施例２】本実施例は、検知領域内に建物等の障害物が入らない
ように施工するための構成である。すなわち、上記構成
の超音波検知器では、施工時において検知領域内に障害
物が存在している状態で検知ブロック１を設置してしま
うと、つねに物体を検知している状態になり、目的とす
る物体の検知ができなくなるから、このような状態を防
止して施工できるようにするのである。第５図に示すように、物体による反射率の相違によっ
て検知領域D₁,D₂を２段階に設定し、外側の検知領域D₁
を障害物検知用、内側の検知領域D₂を目的物体の検知用
とする。すなわち、反射波に対する感度を２段階に設定
し、弱い反射波を受波することができる検知領域D₁と強
い反射波のみを受波する検知領域D₂とを設定しているの
である。上記動作を行うために、第３図に示すように、検知ブ
ロック１において、第１図の受波回路14の代わりに従来
と同様の増幅回路13を設け、さらに、２つのしきい値回
路19a,19bを設けて増幅回路13の出力レベルの大小を弁
別するようにしている。また、各しきい値回路19a,19b
の出力は、それぞれ信号分離回路15の受波インピーダン
ス変換回路17a,17bを介して信号線lsに送出されるよう
になっている。一方、信号処理ブロック２における信号分離回路24で
は、２つのしきい値回路26a,26bによって受波信号の信
号レベルを弁別するようにし、信号処理回路21では信号
レベルに応じた判定結果に基づいて２つの出力回路23a,
23bを通して判定結果を出力する。すなわち、信号処理回路21において第４図（ａ）のよ
うな送波信号を作成し、信号分離回路24を介して送波信
号を信号線lsに送出する。信号線lsを介して検知ブロッ
ク１に伝送された送波信号は、信号分離回路15と増幅回
路11とを介して超音波振動子12に入力され、第４図
（ｄ）のように、超音波に変換されて空間に放射され
る。また、超音波振動子12の出力信号（第４図（ｅ））
は、増幅回路13を通して一対のしきい値回路19a,19bに
入力される。各しきい値回路19a,19bのしきい値ref3,re
f4は、第４図（ｅ）のように、ref3＜ref4という関係に
設定されており、超音波振動子12で検出される反射波の
音圧レベルが比較的小さくても、しきい値回路19aから
は反射波が得られている期間に“H"になる受波信号が得
られるのである（第４図（ｆ））。要するに、上述した
検知領域D₁からの反射波に対して、しきい値回路19aか
らは出力が得られ、しきい値回路19bからは出力が得ら
れないようにしきい値ref3,ref4が設定されているので
ある。しきい値回路19bは目的とする物体が検知領域D₂
の範囲に存在するときに、第４図（ｇ）のように受波信
号を出力する。ここに、しきい値回路19aの出力レベル
はしきい値回路19bの出力レベルよりも小さく設定され
ている。このように増幅回路13と両しきい値回路19a,19
bとにより受波回路が構成されるのである。信号線lsに
は、第４図（ｂ）のように、両しきい値回路19a,19bの
出力である受波信号と送波信号とが重畳された信号が伝
送される。また、実施例１と同様に送波信号は受波信号
よりも高レベルになるようにしてある。したがって、信
号分離回路15におけるしきい値回路16では、受波信号の
信号レベルよりも高く、送波信号の信号レベルよりも低
いしきい値（第４図（ｂ）のref1）を設定することによ
って、送波信号と受波信号とを分離するのである（第４
図（ｃ））。信号処理ブロック２における信号分離回路24では、信
号線lsを送波信号と重畳された形で伝送される受波信号
を、一対のしきい値回路26a,26bに入力し、信号レベル
によってどちらの検知領域D₁,D₂からの反射波に対応す
るものであるかを識別する。すなわち、各しきい値回路
26a,26bは、第４図（ｂ）に示すように、異なるしきい
値ref5,ref6（ref5＜ref6）を有し、受波信号を信号レ
ベルによって２つに分離するのである。各しきい値回路
26a,26bの出力は、それぞれ第４図（ｈ）（ｉ）のよう
になり、各しきい値回路26a,26bの出力に対応するよう
に信号処理回路21に設定された所定の受波ゲート期間
（第４図（ｊ）（ｋ）の“H"レベルの期間）に、しきい
値回路26a,26bの出力レベル“H"になると、対応する検
知領域D₁,D₂内に物体が存在するものと判定して、対応
する出力回路23a,23bを通して判定結果を出力するので
ある。ここにおいて、検知領域D₁に対応する反射波が検
出されたときには、障害物が存在するものとして、検知
領域D₁からの反射波が検出されなくなるように検知ブロ
ック１の配置を設定しなおすようにすれば、検知領域D₂
については、障害物を確実に避けることができるのであ
って、誤検知を防止できるのである。

【発明の効果】

本発明は上述のように、送波信号と受波信号とを重畳
して信号線を伝送し、検知ブロックと信号処理ブロック
とにそれぞれ設けた信号分離回路によって、送波信号と
受波信号とを分離するので、従来必要とされていた送波
信号線と受波信号線との２線を１線の信号線で兼用する
ことができるのであり、全体では３線で結線できること
になるから、結線作業が容易になるとともに、コストの
低減になるという利点がある。とくに、検知ブロックを
複数台設けるときには、従来の４線のものに比較してコ
ストの大幅な節約になるのである。また、検知ブロックにおいて超音波振動子の出力信号
を波形整形してパルス信号である受波信号を生成した
後、この受波信号を信号処理ブロックに伝送するように
しているので、パルス信号である送波信号とともに、受
波信号もパルス信号とすることができるのであって、検
知ブロックと信号処理ブロックとの間での信号の授受を
パルス信号（電圧レベルの信号）とすることができ、そ
の結果として、外来雑音による誤動作を防止することが
できるという利点を有する。しかも、検知ブロックと信号処理ブロックとの間で電
圧レベルの信号を授受するから、信号線のインピーダン
スが変化しても検知感度には影響せず、検知ブロックの
設置台数が増えても検知感度の低下がないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示すブロック図、第２図は
同上の動作説明図、第３図は本発明の実施例２を示すブ
ロック図、第４図および第５図は同上の動作説明図、第
６図は従来例を示すブロック図、第７図は同上の動作説
明図である。１……検知ブロック、２……信号処理ブロック、11……
超音波振動子、14……受波回路、15……信号分離回路、
21……信号処理回路、24……信号分離回路、ls……信号
線、l₃,l₄……給電線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状の超音波を間欠的に送波し、物体
による反射波を受波することにより、あらかじめ設定さ
れた検知領域内における物体の存否を検出する超音波検
知器において、超音波を送受波する超音波振動子および
超音波振動の出力信号を波形整形してパルス信号である
受波信号を生成する受波回路を備えた検知ブロックと、
超音波振動子を駆動するパルス信号である送波信号を作
成する送波部および受波信号に基づいて物体の存否を判
定する受波部を備えた信号処理ブロックとから成り、検
知ブロックと信号処理ブロックとの間は送波信号と受波
信号とを重畳して伝送する１線の信号線および信号処理
ブロックから検知ブロックへの給電を行う２線の給電線
を介して接続され、検知ブロックおよび信号処理ブロッ
クは、それぞれ信号線を伝送される送波信号と受波信号
とを分離する信号分離回路を備えて成ることを特徴とす
る超音波検知器。