JP3141279B2 - パルス式超音波センサ装置 - Google Patents

パルス式超音波センサ装置

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JP3141279B2
JP3141279B2 JP08196163A JP19616396A JP3141279B2 JP 3141279 B2 JP3141279 B2 JP 3141279B2 JP 08196163 A JP08196163 A JP 08196163A JP 19616396 A JP19616396 A JP 19616396A JP 3141279 B2 JP3141279 B2 JP 3141279B2
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裕司 中川
俊昌 高木
真武 宇野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス式超音波セ
ンサ装置に係り、更に詳しくは、送波タイミングの制御
を改良したパルス式超音波センサ装置に関する。
【従来の技術】まず、この種のパルス式超音波センサ装
置の原理を、車両検知用超音波センサ装置により説明す
る。図5は、超音波センサ装置SE及び検知エリアDA
の一例を示した図である。超音波送受波器を内蔵した超
音波センサ装置SEが、駐車場の上方に設置され、この
超音波センサ装置SEから送波された超音波の反射波
を、上記超音波センサ装置SEが再び受波して、物体の
存否を検出できる。この検知が可能な空間(図中の斜線
を付した部分)を検知エリアDAと呼ぶ。
【0002】図6は、この検知エリアDA内に物体が存
在しない場合に、超音波センサ装置SEが反射波を受波
した際の受波信号等の様子を示したものである。まず、
送波された超音波及びその残響波が検出され、その後、
床面Fでの反射波が検出されている様子を示したもので
ある。
【0003】この超音波センサ装置SEは、検知エリア
DA内に車両等が存在すれば、この車両での反射波が、
床面Fからの反射波よりも早く到達することを利用して
車両の検知を行うものであり、超音波の受波信号が閾値
レベルTHを越えれば、検波信号として検出される。
【0004】残響波の受波から床面反射波の受波までの
間における反射波を監視するため、検知ゲート信号が使
用される。この検知ゲート信号は、送波された超音波
が、検知エリアDA内で反射され受波されるまでの伝搬
距離に相当する時間範囲(監視時間Tc)として与えら
れる。なお、図5において、検知エリアDAの最も低い
位置が、床面Fよりも高くなっているのは、温度変化に
よる検出誤差を考慮して、温度保証を行うための余裕L
Sを設けたものであり、図6における温度保証時間tS
に対応するものである。
【0005】図7は、この検知エリアDA内に車両Cが
存在する際の様子を示したものであり、図8は、この時
の受波信号等の様子を示したものである。残響波の受波
から床面反射波の受波までの間に、車両Cでの反射波が
受波されているため、検波信号と検知ゲート信号との論
理積を求めれば、車両Cによる検波信号のみを取り出す
ことができ、車両Cの検知を行うことができる。
【0006】さて、この様なパルス式超音波センサ装置
においては、多重回反射による誤動作が問題となる。図
9は、送波された超音波が、天井面T及び床面Fで反射
される様子を示した図である。
【0007】取付面SHに設置された超音波センサ装置
SEから床面Fに向けて送波された超音波は、床面Fで
反射され、その一部は、更に天井面Tで反射されて再び
床面Fへ向かう。この様にして、一部の超音波は、天井
面Tと床面Fとの間を往復(多重回反射)しながら減衰
していき、反射波が繰り返し検出されることになる。こ
の様な超音波の往復反射波が検出されているときに、次
回の送波を行えば、検知ゲート信号が出力される監視期
間Tc内において、前回の送波による反射波が検出され
て、車両が存在しないにもかかわらず、存在すると誤判
断してしまう場合があった。
【0008】図10は、この様な誤動作を防止する従来
のパルス式超音波センサ装置の動作を示した図である。
このパルス式超音波センサ装置は、超音波の送波間隔T
pが、多重回反射波が検知レベルTHを下回るまでに要
する時間(床面反射波の混入時間)Twの最大値よりも
大きくなる様に予め定められている。このため、監視期
間Tcにおいて、前回送波した超音波の多重回反射波が
検出されることはない。
【発明が解決しようとする課題】多重回反射波が検知レ
ベルTHを下回るまでに要する時間は、床面Tと天井面
Fとの距離Hや、床、天井の反射面の状態や、周囲温度
などの環境条件によって異なるものである。一方、上述
した従来のパルス式超音波センサ装置SEは、送波間隔
Tpが予め定められた時間である。
【0009】このため、送波間隔Tpは、使用時の環境
条件が最悪の場合にも誤動作を防止できる様に、床面反
射波の混入時間Twの最大値とすることが必要となる。
【0010】しかしながら、送波間隔Tpが長くなれ
ば、応答性が低下するという問題があった。
【0011】図11、図12は、環境条件と応答性との
関係を説明するための図である。図11の(a)、
(b)は、超音波センサ装置SEが、天井面T、床面F
間の距離が異なる場所に取り付けられた様子を示してお
り、この時の多重回反射の様子をそれぞれ図12の
(a)、(b)に示している。
【0012】(a)の場合には、反射波が、検出レベル
を下回るレベルにまでに要する時間Twが長いため、最
後に反射波を検波した後、直ちに、次回の送波が行われ
ている。ところが、(b)の場合には、床面反射波の混
入時間Twが短いため、次回の送波が可能であるにもか
かわらず、送波間隔Tpが経過するまで送波が行われ
ず、応答性が必要以上に低下しているという問題があっ
た。
【0013】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、多重回反射波による誤検知を防止しつつ、環境条
件に応じて応答性を向上させることができるパルス式超
音波センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】請求項1に記載した本発
明によるパルス式超音波センサ装置は、超音波を送波
し、所定の監視期間内において受波される反射波の有無
により、検知エリア内の物体の有無を検知するパルス式
超音波センサ装置であって、多重回反射波の受波間隔の
最大値が予め設定され、所定の閾値レベルを越える反射
波を受波してから、上記の最大受波間隔が経過するまで
に、上記閾値レベルを越える反射波を受波しない場合
に、次回の送波を行う構成とされる。
【0014】請求項2に記載した本発明によるパルス式
超音波センサ装置は、超音波を送波し、その反射波を受
波する子器と、子器の送波タイミングを制御する親機と
により構成され、超音波の送波後の所定の監視期間内に
おいて受波される反射波の有無により、検知エリア内の
物体の有無を検知するパルス式超音波センサ装置であっ
て、上記子器が、多重回反射波の受波間隔の最大値が予
め設定され、所定の閾値レベルを越える反射波を受波し
てから、上記の最大受波間隔が経過するまでに、上記閾
値レベルを越える反射波を受波しない場合に、親機に対
し送波許可信号を送出する装置として構成され、上記親
機が、上記送波許可信号に基づいて、子器に対して送波
制御信号を送出する構成とされる。
【0015】請求項に記載した本発明によるパルス式
超音波センサ装置は、請求項に記載したパルス式超音
波センサ装置であって、2以上の子器が、同一の親機に
接続されて構成され、上記親機は、全ての子器から送波
許可信号を受信した後に、各子器に対して送波制御信号
を送出する構成とされる。
【発明の実施の形態】本発明によるパルス式超音波セン
サ装置の実施の一形態を図1〜図4を用いて以下に説明
する。
【0016】図1は、請求項1に記載した本発明による
パルス式超音波センサ装置の動作の一例を示した図であ
る。この図においては、超音波の送波後に検知レベルを
越える反射波が4回受波されている。そして、4回目の
受波後は、予め定められた反射波の受波間隔Taが経過
しても反射波が検出されない。このため、所定時間Ta
が経過すれば、次回の送波を行う。
【0017】この様にして、反射波を最後に検知してか
ら所定時間Taの経過後に次回の送波を行うことによ
り、送波間隔Tpを予め定めた従来のパルス式超音波セ
ンサ装置に比べて、多重回反射波が、早期に減衰する場
合に、応答性を向上させることができる。
【0018】ここで、受波間隔Taは、反射波が受波さ
れる間隔の最大値として予め設定される値である。即
ち、超音波センサ装置SEが取り付けられる天井面、床
面間の距離Hの最大値をHmaxとし、超音波の伝搬速
度Cの最小値をCminとすれば、 Ta=2×Hmax/Cmin (1) で表すことができる。受波間隔Taを超音波センサSE
毎に設定する場合には、実際に超音波センサSEの取り
付けられる場所の天井面、床面間の距離Hを用いて、 Ta=2×H/Cmin (2) とすることもできる。
【0019】図2は、請求項2からに記載した本発明
によるパルス式超音波センサ装置の設置例を示した図で
ある。複数の子器SS1〜SSnが取付面に取り付けら
れており、各子器は、同一の親機(不図示)に接続され
て構成される。各子器SS1〜SSnは、親機から送出
される送波制御信号により、一斉に超音波を送波して、
それぞれの検知エリアDA内の物体の有無を検知する。
そして、各子器SS1〜SSnは、図3で示すように
親機に対して送波許可信号を送出する。
【0020】親機は、全ての子器SS1〜SSnから送
波許可信号を受信すると、送波制御信号を送信する。こ
の様にして、全ての子器から同時に送波を行う場合で
も、各子器において、多重回反射波による誤動作が生じ
ることを防止しつつ、応答性を向上させることができ
る。
【0021】図3は、図2に示した子器SS1〜SSn
の動作の一例を示した図である。親機からの送波制御信
号を受信すると超音波を送波し、検知レベルを越える反
射波が4回受波されている。そして、4回目の受波後
は、予め定められた反射波の受波間隔Taが経過しても
反射波が検出されない。このため、所定時間Taが経過
すれば、親機に対して送波許可信号を送出する。
【0022】図4は、各子器、親機間で送受信される信
号の一例を示した図である。親機から各子器SS1〜S
Snへ送波制御信号(パルス信号)が送信され、各子器
が、超音波の送波による物体検知を開始すると、各子器
SS1〜SSnから親機への送信許可信号は、送信不許
可を示す高レベルへ変化する。
【0023】その後、各子器SS1〜SSnは、それぞ
れ多重回反射波を監視し、検知レベルを越える反射波が
所定時間Ta以上の間、受波できなくなれば、送信許可
信号を送信許可を示す低レベルへ変化させる。
【0024】図2に示した様な場合、子器SSkの取り
付けられた位置は、天井高さHが、他の子器の取り付け
られた位置の天井高さHよりも低い。このため、子器S
Skの送信許可信号は、他の子器に比べて、送信許可を
示す低レベルへ変化する時期が早くなる。この様にし
て、種々の環境条件の相違により、各子器SS1〜SS
nからの送信許可信号の変化時は同一になるとは限らな
い。このため、親機は、全ての子器からの送信許可信号
が低レベルに変化するのを待って、次の送信制御信号を
送出する。
【0025】これにより、複数の子器SS1〜SSn
が、同一の親機からの送信制御信号により、超音波を送
波する場合であっても、全ての子器が多重回反射波によ
り誤動作しない範囲で、全ての子器の応答性を向上させ
ることができる。
【発明の効果】請求項1に記載の本発明によるパルス式
超音波センサ装置は、閾値レベルを越える反射波を受波
した後、予め定められた最大受波間隔の間、閾値レベル
を越える反射波を受波しない場合に、次回の送波を行
う。
【0026】このため、送波間隔を予め定めた従来のパ
ルス式超音波センサ装置に比べ、使用される環境条件に
応じて、多重回反射波による誤検知を防止しつつ、応答
性を向上させることができる。
【0027】請求項2に記載の本発明によるパルス式超
音波センサ装置は、子器が、閾値レベルを越える反射波
を受波した後、予め定められた最大受波間隔の間、閾値
レベルを越える反射波を受波しない場合に、送波許可信
を出するため、親機は、この送波許可信号に基づい
て、子器に対して送波制御信号を送出することができ
る。
【0028】このため、送波間隔を予め定めた従来のパ
ルス式超音波センサ装置に比べ、使用される環境条件に
応じて、多重回反射波による誤検知を防止しつつ、応答
性を向上させることができる。
【0029】請求項3に記載の本発明によるパルス式超
音波センサ装置は、親機が、全ての子器から送波許可信
号を受信した後に、各子器に対して送波制御信号を送出
する。このため、複数の子器から一斉に超音波を送波す
る超音波センサ装置が、全ての子器において多重回反射
波による誤検知を防止しつつ、応答性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載した本発明によるパルス式超音
波センサ装置の動作の一例を示した図である。
【図2】請求項2から4に記載した本発明によるパルス
式超音波センサ装置の設置例を示した図である。
【図3】図2に示した子器SS1〜SSnの動作の一例
を示した図である。
【図4】各子器、親機間で送受信される信号の一例を示
した図である。
【図5】従来の超音波センサ装置及びその検知エリアの
一例を示した図である。
【図6】図5に示した超音波センサ装置の受波信号等の
様子を示した図である。
【図7】図5の検知エリア内に車両が存在する際の様子
を示した図である。
【図8】図7に示した超音波センサ装置の受波信号等の
様子を示した図である。
【図9】送波された超音波が、天井面及び床面で反射さ
れる様子を示した図である。
【図10】多重回反射波による誤動作を防止する従来の
パルス式超音波センサ装置の動作を示した図である。
【図11】超音波センサ装置が、天井面、床面間の距離
が異なる場所に取り付けられた様子を示した図である。
【図12】図11に示した各超音波センサ装置の受波信
号等の様子を示した図である。
【符号の説明】
Tc・・・監視期間 DA・・・検知エリア SE・・・パルス式超音波センサ装置 TH・・・閾値レベル Ta・・・最大受波間隔 SS0、SSk、SSn、・・・子器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇野 真武 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 河原 英喜 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−281746(JP,A) 特開 平5−72334(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/524 G01S 15/00 - 15/96 G08G 1/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波を送波し、所定の監視期間内におい
    て受波される反射波の有無により、検知エリア内の物体
    の有無を検知するパルス式超音波センサ装置において、 多重回反射波の受波間隔の最大値が予め設定され、所定
    の閾値レベルを越える反射波を受波してから、上記の最
    大受波間隔が経過するまでに、上記閾値レベルを越える
    反射波を受波しない場合に、次回の送波を行うことを特
    徴とするパルス式超音波センサ装置。
  2. 【請求項2】超音波を送波し、その反射波を受波する子
    器と、子器の送波タイミングを制御する親機とにより構
    成され、 超音波の送波後の所定の監視期間内において受波される
    反射波の有無により、検知エリア内の物体の有無を検知
    するパルス式超音波センサ装置において、 上記子器が、多重回反射波の受波間隔の最大値が予め設
    定され、所定の閾値レベルを越える反射波を受波してか
    ら、上記の最大受波間隔が経過するまでに、上記閾値レ
    ベルを越える反射波を受波しない場合に、親機に対し送
    波許可信号を送る装置として構成され、 上記親機が、上記送波許可信号に基づいて、子器に対し
    て送波制御信号を送出することを特徴とするパルス式超
    音波センサ装置。
  3. 【請求項3】請求項に記載したパルス式超音波センサ
    装置において、 2以上の子器が、同一の親機に接続されて構成され、 上記親機は、全ての子器から送波許可信号を受信した後
    に、各子器に対して送波制御信号を送出することを特徴
    とするパルス式超音波センサ装置。
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