JP3419460B2 - 物体の、超音波送受波ユニットからの距離を測定するための方法および装置 - Google Patents
物体の、超音波送受波ユニットからの距離を測定するための方法および装置Info
- Publication number
- JP3419460B2 JP3419460B2 JP50231495A JP50231495A JP3419460B2 JP 3419460 B2 JP3419460 B2 JP 3419460B2 JP 50231495 A JP50231495 A JP 50231495A JP 50231495 A JP50231495 A JP 50231495A JP 3419460 B2 JP3419460 B2 JP 3419460B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- time
- echo
- dead time
- ultrasonic
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 claims description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/08—Systems for measuring distance only
- G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S15/101—Particularities of the measurement of distance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
- G01S7/526—Receivers
- G01S7/527—Extracting wanted echo signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、単一変換器装置に基づいてパルスエコー作
動において動作する超音波距離センサに適している距離
測定のための方法および装置に関する。本発明は有利に
は、大きな測定領域ダイナミック特性を有する無接触距
離測定、物体の位置決定並びに充填状態測定の課題に対
して使用可能である。
動において動作する超音波距離センサに適している距離
測定のための方法および装置に関する。本発明は有利に
は、大きな測定領域ダイナミック特性を有する無接触距
離測定、物体の位置決定並びに充填状態測定の課題に対
して使用可能である。
パルスエコー方法に従って動作する超音波距離センサ
は、音波信号を送波しかつ物体において反射される、エ
コーの形の信号を受波する。送波器から送波される音響
信号の、受波器に到来するまでの走行遅延時間が、絶対
距離に対する尺度を提供する。この場合絶対距離とは、
送波器から物体までの距離とそこから送波器に戻るまで
の距離の謂いである。交互に送波および受波を行う唯一
の音波変換器が使用されることが多い。しかし反射され
た音波信号は、送波過程が十分に減衰したとき漸く受波
することができる。この理由から、唯一の変換器によっ
て動作する超音波センサは一義的には確定できない区間
を有している。その拡がりは、変換器特性並びに励振機
能に依存している。原理に基因するこの一義的には確定
できない区間は、数多くの実用例において不都合であ
る。その理由は、一方において測定領域が、その走行遅
延時間が一義的には確定できない区間に相応する時間よ
り小さいエコー信号がもはや検出されない程に制限され
かつ他方においてエコーが検出された場合にも、最初に
実際に検出されたエコーが基本エコーであるのかまたは
多重反射によって生じたエコー、所謂マルチエコーであ
るのかを確定することができないからである。このこと
は、超音波距離センサと測定物体との間の前以て決めら
れた最小距離を下回るとき、大きな測定エラーを招来す
る可能性がある。
は、音波信号を送波しかつ物体において反射される、エ
コーの形の信号を受波する。送波器から送波される音響
信号の、受波器に到来するまでの走行遅延時間が、絶対
距離に対する尺度を提供する。この場合絶対距離とは、
送波器から物体までの距離とそこから送波器に戻るまで
の距離の謂いである。交互に送波および受波を行う唯一
の音波変換器が使用されることが多い。しかし反射され
た音波信号は、送波過程が十分に減衰したとき漸く受波
することができる。この理由から、唯一の変換器によっ
て動作する超音波センサは一義的には確定できない区間
を有している。その拡がりは、変換器特性並びに励振機
能に依存している。原理に基因するこの一義的には確定
できない区間は、数多くの実用例において不都合であ
る。その理由は、一方において測定領域が、その走行遅
延時間が一義的には確定できない区間に相応する時間よ
り小さいエコー信号がもはや検出されない程に制限され
かつ他方においてエコーが検出された場合にも、最初に
実際に検出されたエコーが基本エコーであるのかまたは
多重反射によって生じたエコー、所謂マルチエコーであ
るのかを確定することができないからである。このこと
は、超音波距離センサと測定物体との間の前以て決めら
れた最小距離を下回るとき、大きな測定エラーを招来す
る可能性がある。
変換器の一義的には確定できない区間を最小化しよう
とする方法および回路装置は公知である。ドイツ連邦共
和国特許出願公開第3339984号公報および米国特許第368
3324号明細書に記載されているように、この問題の解決
手法は次の点にある。すなわち、制御可能な増幅器を用
いて、送波過程後に減衰するクロストーク信号の振幅
を、所定のしきい値を上回らない程度に低減するのであ
る。これに対してこのしきい値より上にある、近接領域
からのエコーは、検出することができる。
とする方法および回路装置は公知である。ドイツ連邦共
和国特許出願公開第3339984号公報および米国特許第368
3324号明細書に記載されているように、この問題の解決
手法は次の点にある。すなわち、制御可能な増幅器を用
いて、送波過程後に減衰するクロストーク信号の振幅
を、所定のしきい値を上回らない程度に低減するのであ
る。これに対してこのしきい値より上にある、近接領域
からのエコーは、検出することができる。
別の解決手法によれば、変換器を送波過程後に逆位相
のパルスによって励振しかつこれにより制動することに
よって、過度振動時間を短縮している。例えば、Ma′go
ri,V.:Signal processing for smart ultrasonic senso
rs.Proc.3rd Annual Eurpean Computer Conference,Han
burg,1989年３月、第３−21ないし３−26頁に記載の、
逆変換器伝達関数に相応する時間信号によって音波変換
器を励振することによって、時間的に最適な短いエコー
信号が得られる。しかしこの場合逆の励振信号の比較的
長い時間的な拡がりに基づいて、センサの一義的には確
定できない区間は殆ど低減されない。
のパルスによって励振しかつこれにより制動することに
よって、過度振動時間を短縮している。例えば、Ma′go
ri,V.:Signal processing for smart ultrasonic senso
rs.Proc.3rd Annual Eurpean Computer Conference,Han
burg,1989年３月、第３−21ないし３−26頁に記載の、
逆変換器伝達関数に相応する時間信号によって音波変換
器を励振することによって、時間的に最適な短いエコー
信号が得られる。しかしこの場合逆の励振信号の比較的
長い時間的な拡がりに基づいて、センサの一義的には確
定できない区間は殆ど低減されない。
とりわけ小さな距離が重要である測定課題に対して
は、有利には、自ずから非常に短い過渡振動時間という
特徴を有する非常に広帯域の超音波変換器が使用され
る。
は、有利には、自ずから非常に短い過渡振動時間という
特徴を有する非常に広帯域の超音波変換器が使用され
る。
しかし一義的には確定できない区間を短縮するための
上述の解決方法は、一義的には確定できない区間内のエ
コーを検出することができず、従って誤測定を惹き起こ
す可能性があるという欠点を依然として持っている。
上述の解決方法は、一義的には確定できない区間内のエ
コーを検出することができず、従って誤測定を惹き起こ
す可能性があるという欠点を依然として持っている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第8332005号公報に記
載されているような、センサヘッド内の整合された音波
進行コースによって変換器の一義的には確定できない区
間が補償されるように、センサヘッド内に変換器が配設
されている、唯一の変換器を有する超音波距離センサが
公知である。この手法において、多義的なエコーに基因
する誤測定は、測定物体が変換器までの最小距離を下回
る可能性がないという理由で、妨げられる。その際進行
コースは真っ直ぐであってもよいし、または屈曲してい
ても構わない。いずれにしても、センサヘッドの構造形
態が原理に規定されて大きくなるのは不都合である。
載されているような、センサヘッド内の整合された音波
進行コースによって変換器の一義的には確定できない区
間が補償されるように、センサヘッド内に変換器が配設
されている、唯一の変換器を有する超音波距離センサが
公知である。この手法において、多義的なエコーに基因
する誤測定は、測定物体が変換器までの最小距離を下回
る可能性がないという理由で、妨げられる。その際進行
コースは真っ直ぐであってもよいし、または屈曲してい
ても構わない。いずれにしても、センサヘッドの構造形
態が原理に規定されて大きくなるのは不都合である。
さらに、エコーの時間的な経過に基づいて誤測定を抑
圧する、距離センサの測定結果の合理性を検査する方法
が公知である。しかしこの方法は、センサが遮断されか
つ状況がその間に変化する場合には適用することができ
ない。このことは実際には頻繁に生じるのである。
圧する、距離センサの測定結果の合理性を検査する方法
が公知である。しかしこの方法は、センサが遮断されか
つ状況がその間に変化する場合には適用することができ
ない。このことは実際には頻繁に生じるのである。
さらに、送波および受波のための別個の変換器を有す
る超音波距離センサが公知である。しかしこの場合コス
トが高くなること、構造形態が大きくなること、そして
とりわけ近接領域において変換器の異なった位置に基因
する視差エラーが発生するという不都合がある。
る超音波距離センサが公知である。しかしこの場合コス
トが高くなること、構造形態が大きくなること、そして
とりわけ近接領域において変換器の異なった位置に基因
する視差エラーが発生するという不都合がある。
これらの解決手法に共通しているのは、誤測定を回避
するために、音波変換器とリフレクタとの間の距離が決
められた値を下回ることが許されないこと、或いは送波
および受波のために別個の変換器が存在しなければなら
ないということである。
するために、音波変換器とリフレクタとの間の距離が決
められた値を下回ることが許されないこと、或いは送波
および受波のために別個の変換器が存在しなければなら
ないということである。
本発明の課題は、ことに、超音波送受波ユニットの一
義的には確定できない区間の領域にある距離の測定のた
めの、超音波を用いた距離測定方法および装置を提供す
ることである。本発明の利点は、誤測定を検出しかつ相
応に手を加えることができることである。
義的には確定できない区間の領域にある距離の測定のた
めの、超音波を用いた距離測定方法および装置を提供す
ることである。本発明の利点は、誤測定を検出しかつ相
応に手を加えることができることである。
この課題は、請求項１ないし８に記載の方法および装
置によって解決される。
置によって解決される。
本発明の有利な実施例は、その他の請求項に記載の構
成によって特徴付けられている。
成によって特徴付けられている。
この課題を解決するために、まず、最初に検出された
エコーの時間位置の評価を利用するのである。その理由
は、時間位置が、測定信号の一義性に関するデータを提
供することができるからである。最初に検出されたエコ
ーte1の到来時点が装置のデッドタイムの２倍2tTの外側
にある場合（装置は以下にセンサとも称する）、同じ物
体のその前のエコーはデッドタイムtT内に生じることは
有り得ない。測定距離は、当該物体に一義的に対応付け
することができる。第１のエコーte1の到来時点がセン
サのデッドタイムの２倍2tT内にあるとき、物体と超音
波送受波ユニットとの間の走行遅延時間の一義的な対応
付けはもはや可能ではない。この理由から、少なくと
も、同じ物体のそれに続くマルチエコーの到来時点te2
を測定することが有意義である。その場合、超音波送受
波ユニットから測定物体までおよびそこから送受波ユニ
ットに戻るまでの関心のある走行遅延時間tLは、時点t
e2とte1との間の差として生じる。
エコーの時間位置の評価を利用するのである。その理由
は、時間位置が、測定信号の一義性に関するデータを提
供することができるからである。最初に検出されたエコ
ーte1の到来時点が装置のデッドタイムの２倍2tTの外側
にある場合（装置は以下にセンサとも称する）、同じ物
体のその前のエコーはデッドタイムtT内に生じることは
有り得ない。測定距離は、当該物体に一義的に対応付け
することができる。第１のエコーte1の到来時点がセン
サのデッドタイムの２倍2tT内にあるとき、物体と超音
波送受波ユニットとの間の走行遅延時間の一義的な対応
付けはもはや可能ではない。この理由から、少なくと
も、同じ物体のそれに続くマルチエコーの到来時点te2
を測定することが有意義である。その場合、超音波送受
波ユニットから測定物体までおよびそこから送受波ユニ
ットに戻るまでの関心のある走行遅延時間tLは、時点t
e2とte1との間の差として生じる。
次に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第１図は、測定状況およびそれに対応する、測定物体
の、２倍のデッドタイム2tTの外側に生じるエコーに対
する信号経過を示し、 第２図は、測定状況およびそれに属する信号経過を示
しているが、ここでは第１のエコーは超音波送受波ユニ
ットの１倍のデッドタイムtTと２倍のデッドタイム2tT
との間にあり、 第３図は、測定状況およびそれに対応する信号経過を
示しており、ここでは２倍のデッドタイム2tTの間には
複数のエコーが生じており、 第４図は、測定状況およびそれに属する信号経過を示
しており、ここではデッドタイムtTの外側にはもはやエ
コーは生じておらず、 第５図は、距離測定装置の構成の１例を示し、 第６図は、距離測定装置の別の実施例を示している。
の、２倍のデッドタイム2tTの外側に生じるエコーに対
する信号経過を示し、 第２図は、測定状況およびそれに属する信号経過を示
しているが、ここでは第１のエコーは超音波送受波ユニ
ットの１倍のデッドタイムtTと２倍のデッドタイム2tT
との間にあり、 第３図は、測定状況およびそれに対応する信号経過を
示しており、ここでは２倍のデッドタイム2tTの間には
複数のエコーが生じており、 第４図は、測定状況およびそれに属する信号経過を示
しており、ここではデッドタイムtTの外側にはもはやエ
コーは生じておらず、 第５図は、距離測定装置の構成の１例を示し、 第６図は、距離測定装置の別の実施例を示している。
第１図に図示の測定状況では、測定物体２は超音波送
受波ユニット１まで距離s1のところにある。その際距離
s1は、送信パルス100の反射信号101が超音波送受波ユニ
ット１の一義的には確定できない区間の２倍の外側にあ
るような大きさである。一義的には確定できない区間は
通例、２倍のデッドタイム2tTから生じる。送信パルス1
00aによって、音波パルス101−エコーとも称される−が
発生され、この信号は測定物体２における反射後に超音
波送受波ユニット１に戻る。その際この図では、音波信
号101は復調された包絡線として示されている。エコー1
01はパルス201に変換され、その際その前縁はエコー101
の受信時点te1を特徴付けている。送信過程および音波
変換器の減衰時間tAの間、クロストーク信号100による
エコー受信は阻止されている。センサのデッドタイムtT
は、超音波送受波ユニットの励振持続時間と減衰時間tA
との和から生じる。第１図において時間差te1−t0（t0
は基準点である）は２倍のデッドタイム2tTより大きい
ので、その前のエコーがデッドタイムtT内に“呑み込ま
れて”しまっていることは有り得ない。そうでない場合
にはte1/2のところに第１のエコーが生じているはずで
ある。しかしデッドタイムtTの経過後、エコー信号が検
出されかつte2/2はtTより大きいので、この第１のエコ
ーは受信されているはずである。従って測定は一義的な
結果をもたらす。超音波送受波ユニット１と測定物体２
との間の絶対距離に比例している、エコー101の走行遅
延時間tLに対して、次式が成り立つ： tL＝te1−t0 第２図の図示の測定状況では、測定物体２は、超音波
送受波ユニット１まで距離s2のところにある。距離s2
は、第１のエコー101の走行遅延時間が２倍のデッドタ
イム2tTより小さい程小さい。それから図示の期間内
に、２つのエコー101および102が受信される。エコー10
1は基本エコーを表している。このエコー102は多重反射
によって生じたものである。２つのエコー101および102
はパルス201ないし202に変換され、その際これらの前縁
はエコー101ないし102の受信時点te1ないしte2を表して
いる。第１のエコー101の到来時点te1は２倍の2tT内に
あるので、エラーメッセージを発生させるないし別のエ
コー、例えばエコー102の検出の開始のために利用する
ことができるセンサ制御信号300が生成される。別のエ
コー102の検出の際、超音波送受波ユニット１から測定
物体２までおよびそこからユニットに戻るまでの音波走
行遅延時間tLが、２つのエコー101および102の発生の時
間差から決定される。
受波ユニット１まで距離s1のところにある。その際距離
s1は、送信パルス100の反射信号101が超音波送受波ユニ
ット１の一義的には確定できない区間の２倍の外側にあ
るような大きさである。一義的には確定できない区間は
通例、２倍のデッドタイム2tTから生じる。送信パルス1
00aによって、音波パルス101−エコーとも称される−が
発生され、この信号は測定物体２における反射後に超音
波送受波ユニット１に戻る。その際この図では、音波信
号101は復調された包絡線として示されている。エコー1
01はパルス201に変換され、その際その前縁はエコー101
の受信時点te1を特徴付けている。送信過程および音波
変換器の減衰時間tAの間、クロストーク信号100による
エコー受信は阻止されている。センサのデッドタイムtT
は、超音波送受波ユニットの励振持続時間と減衰時間tA
との和から生じる。第１図において時間差te1−t0（t0
は基準点である）は２倍のデッドタイム2tTより大きい
ので、その前のエコーがデッドタイムtT内に“呑み込ま
れて”しまっていることは有り得ない。そうでない場合
にはte1/2のところに第１のエコーが生じているはずで
ある。しかしデッドタイムtTの経過後、エコー信号が検
出されかつte2/2はtTより大きいので、この第１のエコ
ーは受信されているはずである。従って測定は一義的な
結果をもたらす。超音波送受波ユニット１と測定物体２
との間の絶対距離に比例している、エコー101の走行遅
延時間tLに対して、次式が成り立つ： tL＝te1−t0 第２図の図示の測定状況では、測定物体２は、超音波
送受波ユニット１まで距離s2のところにある。距離s2
は、第１のエコー101の走行遅延時間が２倍のデッドタ
イム2tTより小さい程小さい。それから図示の期間内
に、２つのエコー101および102が受信される。エコー10
1は基本エコーを表している。このエコー102は多重反射
によって生じたものである。２つのエコー101および102
はパルス201ないし202に変換され、その際これらの前縁
はエコー101ないし102の受信時点te1ないしte2を表して
いる。第１のエコー101の到来時点te1は２倍の2tT内に
あるので、エラーメッセージを発生させるないし別のエ
コー、例えばエコー102の検出の開始のために利用する
ことができるセンサ制御信号300が生成される。別のエ
コー102の検出の際、超音波送受波ユニット１から測定
物体２までおよびそこからユニットに戻るまでの音波走
行遅延時間tLが、２つのエコー101および102の発生の時
間差から決定される。
図示の実施例では次式が成り立つ：
te2−te1＝te1−t0＝tL
一般に別のエコーの検出の際、超音波送受波ユニット
１から測定物体２までおよびそこからユニットに戻るま
での音波走行遅延時間tLの決定のために２つの連続する
エコー間の時間差を求めることができる。
１から測定物体２までおよびそこからユニットに戻るま
での音波走行遅延時間tLの決定のために２つの連続する
エコー間の時間差を求めることができる。
第３図に図示の状況では、測定物体２は超音波送受波
ユニット１まで距離s3のところにある。距離s2より短い
小さな距離s3によって、次のことが起こる：第１のエコ
ー100はデッドタイムtTが終了する前に既に超音波送受
波ユニット１に到来する。デッドタイムtTの期間にはエ
コーは検出することができないので、このエコー100′
は超音波送受波ユニット１によって記憶されない。最初
に検出されたエコー101の到来時点te1と基準時点t0との
時間差は２倍のデッドタイム2tTより小さいので、この
場合も、エラーメッセージを発生させるないし別のエコ
ー、例えばエコー102,103,104および105の検出の開始の
ために利用することができるセンサ制御信号300が生成
される。エコーはパルス201…205に変換される。別のエ
コー102…105の検出の際、超音波送受波ユニット１から
測定物体２までおよびそこからユニットに戻るまでの音
波走行遅延時間tLの決定のために、２つの連続するエコ
ー、例えば102および103の時間差を求めることができ
る。図示の場合次式が成り立つ： tL＝te5−te4＝te4−te3＝te3−te2＝te2−te1≠te1−t0 または一般に tL＝tei+1−tei≠te1−t0 ただしte1…te5＝エコー102…105の発生時点 ｉ＝エコーインデックス te1は最初に検出されたエコーの時点であって、最初
に発生したエコーの時点ではないので、次式が成り立
つ： te1−t0≠tL 測定精度を高めるために、生じた時間差から平均値を
形成することができる： ただしｎは検出されたエコーの数を表している。
ユニット１まで距離s3のところにある。距離s2より短い
小さな距離s3によって、次のことが起こる：第１のエコ
ー100はデッドタイムtTが終了する前に既に超音波送受
波ユニット１に到来する。デッドタイムtTの期間にはエ
コーは検出することができないので、このエコー100′
は超音波送受波ユニット１によって記憶されない。最初
に検出されたエコー101の到来時点te1と基準時点t0との
時間差は２倍のデッドタイム2tTより小さいので、この
場合も、エラーメッセージを発生させるないし別のエコ
ー、例えばエコー102,103,104および105の検出の開始の
ために利用することができるセンサ制御信号300が生成
される。エコーはパルス201…205に変換される。別のエ
コー102…105の検出の際、超音波送受波ユニット１から
測定物体２までおよびそこからユニットに戻るまでの音
波走行遅延時間tLの決定のために、２つの連続するエコ
ー、例えば102および103の時間差を求めることができ
る。図示の場合次式が成り立つ： tL＝te5−te4＝te4−te3＝te3−te2＝te2−te1≠te1−t0 または一般に tL＝tei+1−tei≠te1−t0 ただしte1…te5＝エコー102…105の発生時点 ｉ＝エコーインデックス te1は最初に検出されたエコーの時点であって、最初
に発生したエコーの時点ではないので、次式が成り立
つ： te1−t0≠tL 測定精度を高めるために、生じた時間差から平均値を
形成することができる： ただしｎは検出されたエコーの数を表している。
信号103′は障害信号を表している。その都度２つの
連続して現れるエコー間の時間差を形成する場合、次式
が成り立つ： te3′−te3≠te4−te3′≠te2−te1 これらの偏差は、対応するエラー通報が出力されるよ
うに作用させることができる。或いは、検出された測定
エラーは平均値形成の際に考慮されない。
連続して現れるエコー間の時間差を形成する場合、次式
が成り立つ： te3′−te3≠te4−te3′≠te2−te1 これらの偏差は、対応するエラー通報が出力されるよ
うに作用させることができる。或いは、検出された測定
エラーは平均値形成の際に考慮されない。
時間差tei+1−teiのばらつきが著しく大きい場合、相
応の時間差は平均値形成のために用いられないようにさ
れる。
応の時間差は平均値形成のために用いられないようにさ
れる。
第４図の図示の測定状況においては、超音波送受波ユ
ニット１と測定物体２との間の距離s4は、異なった次数
の101,102…105が干渉し、その結果受信信号において重
畳されたエコー信号100bしか検出されない程に小さく、
この場合個別エコーはもはや分離されていない。パルス
200に変換された測定信号の位置および持続時間に基づ
いて、センサ制御信号300の他に、センサの最小の測定
領域を下回っていることを指示するエラー信号が発生さ
れる。
ニット１と測定物体２との間の距離s4は、異なった次数
の101,102…105が干渉し、その結果受信信号において重
畳されたエコー信号100bしか検出されない程に小さく、
この場合個別エコーはもはや分離されていない。パルス
200に変換された測定信号の位置および持続時間に基づ
いて、センサ制御信号300の他に、センサの最小の測定
領域を下回っていることを指示するエラー信号が発生さ
れる。
第５図には、センサの１実施例がブロック回路図にて
示されている。パルス発生器３によって送信パルス100
が発生され、それは送信増幅器６を介して超音波変換器
７に送出される。測定物体２によって反射された音波信
号から、増幅器／復調器回路８を用いて包絡線が形成さ
れる。送信増幅器６、超音波変換器７および増幅器／復
調器回路８は一緒に、超音波送受波ユニットＢを形成す
る。超音波送受波ユニットＢのデッドタイムtTの終了
後、時限素子５を用いてゲート回路がイネーブル化さ
れ、その結果このデッドタイムtTの後に到来するすべて
のエコーは測定コンパレータ10によってデジタルパルス
201,202…に変換される。これらデジタルパルス201,202
は、クロックτによって動作する計数器モジュール11を
制御するので、コンパレータ10から到来するその都度の
パルス側縁によって、その時の計数器状態を評価ユニッ
ト18に転送することができる。
示されている。パルス発生器３によって送信パルス100
が発生され、それは送信増幅器６を介して超音波変換器
７に送出される。測定物体２によって反射された音波信
号から、増幅器／復調器回路８を用いて包絡線が形成さ
れる。送信増幅器６、超音波変換器７および増幅器／復
調器回路８は一緒に、超音波送受波ユニットＢを形成す
る。超音波送受波ユニットＢのデッドタイムtTの終了
後、時限素子５を用いてゲート回路がイネーブル化さ
れ、その結果このデッドタイムtTの後に到来するすべて
のエコーは測定コンパレータ10によってデジタルパルス
201,202…に変換される。これらデジタルパルス201,202
は、クロックτによって動作する計数器モジュール11を
制御するので、コンパレータ10から到来するその都度の
パルス側縁によって、その時の計数器状態を評価ユニッ
ト18に転送することができる。
送信パルス100によって、第２の時限素子４が付勢さ
れ、これはゲート回路12を、測定コンパレータ10によっ
て発生されるパルスが２倍のデッドタイム2tTの持続時
間の間通されるようにイネーブル化する。引き続いてゲ
ート12は阻止される。エコーが２倍のデッドタイム2tT
の経過終了の前に検出されると、フリップフロップ13が
トリガされかつセンサ制御信号300が発生される。
れ、これはゲート回路12を、測定コンパレータ10によっ
て発生されるパルスが２倍のデッドタイム2tTの持続時
間の間通されるようにイネーブル化する。引き続いてゲ
ート12は阻止される。エコーが２倍のデッドタイム2tT
の経過終了の前に検出されると、フリップフロップ13が
トリガされかつセンサ制御信号300が発生される。
第１の時限素子５によって予め決められるデッドタイ
ムtTに続いて、デッドタイム時限素子17が付勢され、そ
れは時間tiの経過終了後、別のゲート回路15をイネーブ
ル化する。結果的に、減衰期間tAおよび送信期間が合わ
せて、センサのデッドタイムtTより長く持続するかまた
は減衰期間tAが目標減衰期間とは異なることになるのだ
が、減衰過程が遅延されるとき、積分器14が、測定コン
パレータ10の出力側に現れる信号のパルス長に相応する
積分値を発生する。この積分値は、ゲート15が開いてい
るときに後置接続されているコンパレータ16によってエ
ラー信号301に変換される。
ムtTに続いて、デッドタイム時限素子17が付勢され、そ
れは時間tiの経過終了後、別のゲート回路15をイネーブ
ル化する。結果的に、減衰期間tAおよび送信期間が合わ
せて、センサのデッドタイムtTより長く持続するかまた
は減衰期間tAが目標減衰期間とは異なることになるのだ
が、減衰過程が遅延されるとき、積分器14が、測定コン
パレータ10の出力側に現れる信号のパルス長に相応する
積分値を発生する。この積分値は、ゲート15が開いてい
るときに後置接続されているコンパレータ16によってエ
ラー信号301に変換される。
音波走行遅延時間tLの評価は、計数器モジュール11か
ら転送される値に基づいて評価ユニット３において行わ
れる。
ら転送される値に基づいて評価ユニット３において行わ
れる。
第６図のａには、制御及び評価ユニットとしてのマイ
クロコントローラ20を有するセンサＡがブロック回路図
ににて示されている。マイクロコントローラ20は送信パ
ルス100を発生し、それは増幅器６を介して超音波変換
器７に送出される。測定物体２によって反射された音波
信号101,102,…は増幅器／復調器モジュール８において
復調されるので、マイクロコントローラ20のA/D変換器
ユニット21の入力側には、エコー信号101,102…が取り
出される。検出されたエコー101,102,…の評価は、適当
な評価プログラムに基づいて行われる。第６図のｂに
は、対応するプログラムシーケンスがフローチャートに
て示されている。最初、超音波信号が送出される。デッ
ドタイムtTの期間中、エコーは検出することができない
ので、相応する期間tTを有する待ちループが実行され
る。受信信号の記憶後、まず、第１のエコー101の時点t
e1が決定される。それが２倍のデッドタイム2tTの外側
にあるとき、測定は一義的でありかつ測定値を出力する
ことができる。そうでない場合には、別のエコーが存在
するかどうかが検査される。別のエコーがある場合、音
波走行遅延時間tLは２つの連続するエコーの生起の時点
の差から決定される。精度を高めるために、複数の連続
するエコーの生起時点の差からの平均値を形成すること
もできる。別のエコーが存在していない場合、相応のエ
ラーメッセージが出力される。
クロコントローラ20を有するセンサＡがブロック回路図
ににて示されている。マイクロコントローラ20は送信パ
ルス100を発生し、それは増幅器６を介して超音波変換
器７に送出される。測定物体２によって反射された音波
信号101,102,…は増幅器／復調器モジュール８において
復調されるので、マイクロコントローラ20のA/D変換器
ユニット21の入力側には、エコー信号101,102…が取り
出される。検出されたエコー101,102,…の評価は、適当
な評価プログラムに基づいて行われる。第６図のｂに
は、対応するプログラムシーケンスがフローチャートに
て示されている。最初、超音波信号が送出される。デッ
ドタイムtTの期間中、エコーは検出することができない
ので、相応する期間tTを有する待ちループが実行され
る。受信信号の記憶後、まず、第１のエコー101の時点t
e1が決定される。それが２倍のデッドタイム2tTの外側
にあるとき、測定は一義的でありかつ測定値を出力する
ことができる。そうでない場合には、別のエコーが存在
するかどうかが検査される。別のエコーがある場合、音
波走行遅延時間tLは２つの連続するエコーの生起の時点
の差から決定される。精度を高めるために、複数の連続
するエコーの生起時点の差からの平均値を形成すること
もできる。別のエコーが存在していない場合、相応のエ
ラーメッセージが出力される。
本システムは、狭帯域の200KHz空中超音波距離センサ
の例に基づいてテストされた。本システムは殊に、液体
の充填状態測定装置にも使用される。というのはそこで
は通例、境界面空気−液体の形の唯一の、明らかに定義
されている測定物体しか存在しないからである。この形
式のレベルセンサの信頼性および確実な測定は、本発明
の解決手法によって僅かなコストで著しく改善される。
の例に基づいてテストされた。本システムは殊に、液体
の充填状態測定装置にも使用される。というのはそこで
は通例、境界面空気−液体の形の唯一の、明らかに定義
されている測定物体しか存在しないからである。この形
式のレベルセンサの信頼性および確実な測定は、本発明
の解決手法によって僅かなコストで著しく改善される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−201824（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−27236（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−61582（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−167286（ＪＰ，Ａ)
特表 平８−507607（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 13/00 - 17/88
G01B 17/00
Claims (10)
- 【請求項１】物体の、超音波送受波ユニットからの距離
を測定するための方法において、前記超音波送受波ユニ
ット（１）を超音波パルスを放射するように制御し、第
１の超音波エコー（101）の受信時点te1を記憶しかつ 前記第１の超音波エコー（101）に続く第２の超音波エ
コー（102）の受信時点te2を記憶しかつ前記第１の超音
波エコー（101）が、前記超音波パルスの放射後の前以
て決められた時間間隔内に生起した場合には、距離の決
定のために時間差te2−te1を用いる ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記第１の超音波エコー（101）が前記前
以て決められた時間間隔内に生起しなかった場合には、
距離の決定のために前記第１の超音波エコー（101）の
受信時点te1を用いる 請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記時間間隔を、前記超音波送受波ユニッ
ト（１）のデッドタイム（tT）に比例して選択する請求
項１または２記載の方法。 - 【請求項４】前記時間間隔は２倍のデッドタイム（2
tT）に相応する 請求項３記載の方法。 - 【請求項５】別のエコー（103,104…）の別の受信時間
（te3,te4…）を記憶し、 その都度２つの連続するエコーの時間差を平均時間差の
決定のために用い、 該平均時間差を距離の決定のために用いる 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】別のエコーの別の受信時点を記憶し、 その都度２つの連続するエコーの時間差が相互に異なっ
ている場合、該偏差を記憶する 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項７】前記超音波送受波ユニットに固有の減衰時
間（tA）が目標減衰時間と異なっているとき、記憶を行
う 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】パルス発生器（３）と、 超音波送受波ユニット（Ｂ）と、 １倍のデッドタイム（tT）を有する第１のデッドタイム
時限素子（５）と、 第１のゲート回路（９）と、 第１のコンパレータ（10）と、 計数器（11）と を備え、ここにおいて前記パルス発生器（３）は前記超
音波送受波ユニット（Ｂ）および前記第１のデッドタイ
ム時限素子（５）を制御し、かつ前記超音波送受波ユニ
ット（Ｂ）および前記第１のデッドタイム時限素子
（５）は前記第１のゲート回路（９）を制御し、かつ前
記第１のゲート回路（９）は前記第１のコンパレータ
（10）を制御し、かつ前記第１のコンパレータ（10）は
前記計数器（11）を制御する ことを特徴とする距離測定装置（Ａ）。 - 【請求項９】装置はさらに、 ２倍のデッドタイム（2tT）を有する第２のデッドタイ
ム時限素子（４）と、 第２のゲート回路（12）と、 メモリ回路（13）と を有し、ここにおいて前記パルス発生器（３）は付加的
に第２のデッドタイム時限素子（４）を制御し、かつ該
第２のデッドタイム時限素子（４）および前記第１のコ
ンパレータ（10）は前記第２のゲート回路（12）を制御
し、かつ該第２のゲート回路（12）は前記メモリ回路
（13）を制御する 請求項８記載の回路。 - 【請求項１０】装置はさらに、 デッドタイム（ti）を有する第３のデッドタイム時限素
子（17）と、 積分器（14）と、 第３のゲート回路（15）と、 第２のコンパレータ（16）と を有し、ここにおいて前記第１のデッドタイム時限素子
（５）は前記第３のデッドタイム時限素子（17）を制御
し、かつ該第３のデッドタイム時限素子（17）および前
記積分器（14）は前記第３のゲート回路（15）を制御
し、かつ該第３のゲート回路（15）は前記第２のコンパ
レータ（16）を制御し、かつ前記第１のコンパレータ
（10は付加的に前記積分器（14）を制御する 請求項８または９記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4320698 | 1993-06-22 | ||
| DE4320698.0 | 1993-06-22 | ||
| PCT/DE1994/000670 WO1995000862A1 (de) | 1993-06-22 | 1994-06-15 | Verfahren und vorrichtung zur messung des abstandes eines objektes von einer ultraschall-sende-empfangseinheit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08511623A JPH08511623A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3419460B2 true JP3419460B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=6490934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50231495A Expired - Fee Related JP3419460B2 (ja) | 1993-06-22 | 1994-06-15 | 物体の、超音波送受波ユニットからの距離を測定するための方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5671190A (ja) |
| EP (1) | EP0705444B1 (ja) |
| JP (1) | JP3419460B2 (ja) |
| DE (1) | DE59401968D1 (ja) |
| WO (1) | WO1995000862A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5917776A (en) * | 1996-12-31 | 1999-06-29 | Honeywell Inc. | Means for reducing minimum sensing distance of an ultrasonic proximity sensor |
| DE69817622T2 (de) * | 1998-01-30 | 2004-06-17 | Tecnimed S.R.L., Vedano Olona | Infrarot thermometer |
| US6213512B1 (en) | 1998-12-14 | 2001-04-10 | Trw Inc. | Seat belt tightening apparatus |
| IL136429A0 (en) * | 2000-05-29 | 2001-06-14 | Technion Res & Dev Foundation | Acoustic sensor for localization |
| JP2002090452A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Nippon Ceramic Co Ltd | 超音波距離計 |
| US6805132B2 (en) | 2002-08-06 | 2004-10-19 | Scimed Life Systems, Inc. | Performing ultrasound ranging in the presence of ultrasound interference |
| WO2006138241A2 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Maxbotix, Inc. | Methods and device for ultrasonic range sensing |
| DE102006020425A1 (de) * | 2006-04-25 | 2007-10-31 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Gegenstand mittels wenigstens eines Ultraschall aussendenden Sensors und Sensoreinrichtung hierfür |
| EP1936403B1 (de) | 2006-12-20 | 2014-06-25 | Pepperl + Fuchs GmbH | Ultraschallsensor und Verfahren zum Bestimmen eines Abstands eines Objekts von einem Ultraschallsensor |
| US7954378B2 (en) | 2007-02-07 | 2011-06-07 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Ultrasonic sensor and method for determining a separation of an object from an ultrasonic sensor |
| US7602671B2 (en) * | 2007-07-10 | 2009-10-13 | Constantinos Dionysiou | Oil heating tank meter for monitoring a plurality of variables |
| CN102043152B (zh) * | 2009-10-10 | 2012-11-21 | 建兴电子科技股份有限公司 | 超音波感测装置与应用于其上的控制方法 |
| DE102010064397B4 (de) | 2010-12-30 | 2021-11-25 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Abstandsbesimmung und/oder Freiraumerkennung im Nahbereich |
| DE102011016315B4 (de) | 2010-12-30 | 2016-08-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Freiraumerkennung im Nahbereich eines Fahrzeugs |
| JP6071756B2 (ja) * | 2013-05-29 | 2017-02-01 | 株式会社クボタ | 厚さ測定方法 |
| US10162054B2 (en) * | 2013-09-06 | 2018-12-25 | Rakuten, Inc. | Distance measuring device |
| DE102013016163A1 (de) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Hella Kgaa Hueck & Co. | Verfahren zur Abstandsmessung mit Ultraschall |
| JP6311516B2 (ja) * | 2014-07-30 | 2018-04-18 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 超音波式物体検出装置 |
| US10788352B1 (en) | 2018-04-30 | 2020-09-29 | BearClaw Technologies, LLC | Wi/Fi tank monitor |
| JP7245070B2 (ja) * | 2019-02-19 | 2023-03-23 | 積水マテリアルソリューションズ株式会社 | 情報処理装置、プログラム、ゴミ箱収容具 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3683324A (en) * | 1970-06-19 | 1972-08-08 | Lowrance Electronics Mfg | Depth meter having improved time varying gain control |
| DE3339984A1 (de) * | 1983-11-04 | 1985-05-23 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | Schall- bzw. ultraschall-entfernungsmessgeraet |
| US4580251A (en) * | 1983-11-09 | 1986-04-01 | Honeywell Inc. | Ultrasonic distance sensor |
| GB2187605B (en) * | 1986-03-07 | 1990-05-09 | Plessey Co Plc | Radar system |
-
1994
- 1994-06-15 JP JP50231495A patent/JP3419460B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-15 US US08/571,856 patent/US5671190A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-15 DE DE59401968T patent/DE59401968D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-15 WO PCT/DE1994/000670 patent/WO1995000862A1/de active IP Right Grant
- 1994-06-15 EP EP94917553A patent/EP0705444B1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59401968D1 (de) | 1997-04-10 |
| EP0705444A1 (de) | 1996-04-10 |
| US5671190A (en) | 1997-09-23 |
| WO1995000862A1 (de) | 1995-01-05 |
| JPH08511623A (ja) | 1996-12-03 |
| EP0705444B1 (de) | 1997-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3419460B2 (ja) | 物体の、超音波送受波ユニットからの距離を測定するための方法および装置 | |
| US5856953A (en) | Processing echoes in ultrasonic liquid gauging systems | |
| JPS6239885B2 (ja) | ||
| EP0102074A2 (en) | Method and apparatus for detecting position of object with ultrasonic wave | |
| CN101688914A (zh) | 用于检测周围环境的方法及装置 | |
| US6314055B1 (en) | Range measuring system | |
| JPH0568668B2 (ja) | ||
| US20030035342A1 (en) | Range measuring system | |
| US6804168B2 (en) | Method for measuring distance | |
| EP0142733A2 (en) | Ultrasonic rangefinder | |
| US6865137B2 (en) | Method for pulse offset calibration in time of flight ranging systems | |
| WO1990007721A1 (en) | System for measuring position of an object using electronic or ultrasonic devices where the object contains a reference reflector for temperature compensation | |
| CN113050099B (zh) | 一种自动泊车障碍物距离检测方法及其系统、检测设备 | |
| JP2002090452A (ja) | 超音波距離計 | |
| JP2529840B2 (ja) | 超音波式距離計 | |
| CN112798691B (zh) | 用于超声换能器的完整性检测系统 | |
| JPH10122844A (ja) | 超音波計測装置及びその温度補正方法 | |
| JPS6339659Y2 (ja) | ||
| JPH06148316A (ja) | 超音波距離センサ | |
| JPS581372B2 (ja) | チヨウオンパオンソクソクテイソウチ | |
| RU2121699C1 (ru) | Способ измерения расстояния | |
| CN116893420A (zh) | 使用超声信号检查车辆环境的方法和装置 | |
| JPH11326512A (ja) | 超音波距離計 | |
| CA2107198A1 (en) | Method and apparatus for accurate acoustic distance measurement | |
| JPS5823908B2 (ja) | 超音波パルス式船舶接岸監視装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |