JP6668409B2 - Ultrasonic sensing system and method - Google Patents

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物体までの距離を検出するために、超音波センサ等の近接センサが広く使用されてきた。特に、超音波センサは、一般的に、超音波トランスデューサによって超音波信号を発生させ、そして、物体から反射されて戻るエコー信号を受信する。空気等の伝播媒体を通しての伝播速度に基づいて、超音波信号の送信とエコー信号の受信との時間間隔を算出することによって、物体までの距離を決定することができる。   Proximity sensors such as ultrasonic sensors have been widely used to detect the distance to an object. In particular, ultrasonic sensors generally generate an ultrasonic signal by an ultrasonic transducer and receive an echo signal reflected back from an object. The distance to the object can be determined by calculating the time interval between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of the echo signal based on the speed of propagation through a propagation medium such as air.

従来、超音波センサの用途は、超音波トランスデューサの残留機械振動によって引き起こされる不感地帯の存在によって制限される。超音波トランスデューサは、一般的に、励起信号によって引き起こされる高周波振動または共振によって超音波信号を発生させる。例えば、電気エネルギーのパルスは、圧電トランスデューサを圧電気により所与の周波数で振動させることができ、それによって、超音波を発生させる。次いで、物体によって反射されて、伝播した超音波信号のエコーを検出し、評価して、物体までの距離を決定することができる。しかし、励起信号(例えば、電気信号)が除去されても、トランスデューサの振動は、通常、直ちに止まらない。むしろ、弾性のため、トランスデューサは、一般的に、減衰型ではあるが、ある期間にわたって振動し続ける。そのような残留振動または残響は、超音波センサによって検出することができる。残響信号は、エコー信号の検出を不明瞭にする可能性がある。不感地帯は、超音波トランスデューサを取り囲む領域であり、その中では、残響信号と区別してエコー信号を確実に検出することができない。   Traditionally, the use of ultrasonic sensors is limited by the presence of dead zones caused by residual mechanical vibrations of the ultrasonic transducer. Ultrasonic transducers generally generate ultrasonic signals by high frequency vibration or resonance caused by an excitation signal. For example, a pulse of electrical energy can cause a piezoelectric transducer to vibrate piezoelectrically at a given frequency, thereby generating ultrasound. The echo of the propagated ultrasound signal reflected by the object can then be detected and evaluated to determine the distance to the object. However, even when the excitation signal (eg, electrical signal) is removed, the vibration of the transducer does not usually stop immediately. Rather, due to elasticity, the transducer is generally damped, but continues to vibrate for a period of time. Such residual vibration or reverberation can be detected by an ultrasonic sensor. Reverberation signals can obscure detection of echo signals. The dead zone is an area surrounding the ultrasonic transducer, in which the echo signal cannot be reliably detected in distinction from the reverberation signal.

既存の方法は、ソフトウェア手法または機械的な手法のいずれかを使用して、不感地帯の問題を解決しようとしている。ソフトウェア手法で、超音波信号の検出は、エコー信号として残響信号を検出することを回避するために、不感地帯に対応する期間中には機能しない。しかし、ソフトウェア手法は、単に検出することを回避するだけであり、不感地帯を低減または除去しない。すなわち、不感地帯内に位置する物体を、確実に検出することはできない。機械的な手法を使用することで、超音波センサの受信機プローブは、パッドを入れるか、または別様には物理的障壁を使用して保護することができる。この手法は、受信機プローブに到達する残響信号の振幅を低減させることによって、不感地帯を低減または除去できるが、製造の複雑さおよびコストが増加する可能性がある。   Existing methods attempt to solve the blind zone problem using either software or mechanical approaches. In a software approach, the detection of ultrasound signals does not work during periods corresponding to dead zones, in order to avoid detecting reverberation signals as echo signals. However, the software approach simply avoids detecting and does not reduce or eliminate dead zones. That is, an object located in the blind zone cannot be reliably detected. Using mechanical techniques, the receiver probe of the ultrasonic sensor can be padded or otherwise protected using a physical barrier. While this approach can reduce or eliminate dead zones by reducing the amplitude of the reverberant signal reaching the receiver probe, it can increase manufacturing complexity and cost.

本発明は、不感地帯を低減させるか、さらには排除し、それによって、生産コストを増加させることなく、最小測定距離を減少させる方法およびシステムを提供する。上で述べられるソフトウェア手法とは異なり、本発明は、不感地帯内に位置する物体を検出することを可能にし、不感地帯を効果的に低減または排除する。加えて、本発明は、回路レベルで実現され、それによって、上で述べられる機械的手法に関連する追加的な生産コストを回避する。   The present invention provides methods and systems that reduce or even eliminate blind zones, thereby reducing the minimum measurement distance without increasing production costs. Unlike the software approach described above, the present invention allows for the detection of objects located in blind zones, effectively reducing or eliminating dead zones. In addition, the present invention is implemented at the circuit level, thereby avoiding the additional production costs associated with the mechanical approaches described above.

本発明の一態様によれば、超音波感知システムが提供される。超音波感知システムは、超音波信号の発信を提供する超音波発信機と、発信の結果として、残響信号およびエコー信号を含む超音波信号を受信する超音波受信機と、スイッチを介して超音波受信機に接続する減衰器回路であって、受信した超音波信号を減衰させる減衰器回路と、スイッチを制御して、超音波信号の発信後の所定の期間中にだけ、超音波受信機を減衰器回路と電気的に接続するマイクロコントローラユニット(MCU)とを備える。   According to one aspect of the present invention, an ultrasonic sensing system is provided. The ultrasonic sensing system includes an ultrasonic transmitter that provides the transmission of an ultrasonic signal, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic signal including a reverberation signal and an echo signal as a result of the transmission, and an ultrasonic transmitter through a switch. An attenuator circuit connected to the receiver, wherein the attenuator circuit for attenuating the received ultrasonic signal and a switch are controlled to control the ultrasonic receiver only during a predetermined period after the transmission of the ultrasonic signal. A microcontroller unit (MCU) electrically connected to the attenuator circuit.

ある実施形態において、超音波発信機は、超音波受信機である。所定の期間は、残響信号が検出可能である期間に対応することができる。所定の期間は、不感地帯期間に対応することができる。   In some embodiments, the ultrasound transmitter is an ultrasound receiver. The predetermined period can correspond to a period during which a reverberation signal can be detected. The predetermined period can correspond to a dead zone period.

ある実施形態において、減衰器回路は、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて選択される。   In certain embodiments, the attenuator circuit is selected based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal.

ある実施形態において、スイッチは、単極双投(SPDT)スイッチを含む。   In some embodiments, the switches include single pole double throw (SPDT) switches.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、超音波信号の発信と関連するエネルギー準位を増加させるブースターを備える。ブースターは、超音波信号の発信を引き起こすために使用可能である電気信号の電力レベルを向上させる。   In certain embodiments, the ultrasound sensing systems described herein further comprise a booster that increases an energy level associated with emitting the ultrasound signal. Boosters increase the power level of electrical signals that can be used to cause the emission of ultrasonic signals.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、エコー信号を増幅する利得調整可能な増幅器を備える。   In certain embodiments, the ultrasound sensing systems described herein further comprise a gain-adjustable amplifier that amplifies the echo signal.

ある実施形態において、MCUは、さらに、超音波感知システムからの測定距離に対応するタイマ値に少なくとも部分的に基づいて、利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる。MCUは、以前に測定されたデータに基づいて、利得調整可能な増幅器を制御し得る。   In some embodiments, the MCU further controls the gain-adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on a timer value corresponding to the measured distance from the ultrasound sensing system. The MCU may control the gain adjustable amplifier based on previously measured data.

ある実施形態において、MCUは、さらに、スイッチを制御して、所定の期間が経過した後に、減衰器回路を利得調整可能な増幅器と電気的に接続せず、超音波受信機を利得調整可能な増幅器と電気的に接続する。   In certain embodiments, the MCU may further control the switch to allow the ultrasound receiver to gain adjust after a predetermined period of time without electrically connecting the attenuator circuit to the gain adjustable amplifier. It is electrically connected to the amplifier.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、利得調整可能な増幅器の出力を所定の閾値と比較する、利得調整可能な増幅器に接続される比較器を備える。MCUは、さらに、比較器の出力に少なくとも部分的に基づいて、利得調整可能な増幅器の利得を制御する。比較器は、MCUと統合される場合もあり、または統合されない場合もある。   In certain embodiments, the ultrasound sensing system described herein further comprises a comparator connected to the gain adjustable amplifier that compares the output of the gain adjustable amplifier to a predetermined threshold. The MCU further controls the gain of the gain-adjustable amplifier based at least in part on the output of the comparator. The comparator may or may not be integrated with the MCU.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、利得調整可能な増幅器の出力をデジタル値に変換する、利得調整可能な増幅器に接続されるアナログ−デジタル変換器(ADC)を備える。利得調整可能な増幅器は、ADCの出力に少なくとも部分的に基づいて制御できる。ADCは、MCUと統合される場合もあり、または統合されない場合もある。ある実施形態において、比較器およびADCは、ピーク振幅の発生を判定するために併せて使用される。   In certain embodiments, the ultrasound sensing system described herein further comprises an analog-to-digital converter (ADC) connected to the gain-adjustable amplifier that converts the output of the gain-adjustable amplifier to a digital value. Is provided. The gain adjustable amplifier can be controlled based at least in part on the output of the ADC. The ADC may or may not be integrated with the MCU. In some embodiments, the comparator and the ADC are used together to determine the occurrence of a peak amplitude.

本発明の別の態様によれば、超音波を感知する方法が提供される。本方法は、超音波信号の発信の終了後に信号を検出するステップであって、検出された信号は、エコー信号または残響信号であり得る、検出するステップと、超音波信号の検出が、超音波信号の発信の終了から所定の期間内に起こったかどうかを判定するステップと、所定の期間内に信号の検出が起こったという判定に応じて、超音波信号の発信からの残響によって引き起こされる干渉を十分に低減させるために、検出された信号を減衰させるステップと、所定の期間が経過した後に信号の検出が起こったという判定に応じて、物体の近接を判定するために、減衰させず、検出された信号を処理するステップとを含むことができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of sensing ultrasound. The method comprises the steps of detecting a signal after terminating the transmission of the ultrasound signal, wherein the detected signal may be an echo signal or a reverberation signal; Determining whether or not the signal has occurred within a predetermined time period from the end of the signal transmission; and, in response to the determination that the signal detection has occurred within the predetermined time period, reducing interference caused by reverberation from the transmission of the ultrasonic signal. Attenuating the detected signal to sufficiently reduce it, and detecting the signal without attenuating to determine the proximity of the object in response to the determination that signal detection has occurred after a predetermined period of time. Processing the obtained signal.

ある実施形態において、所定の期間は、残響が検出可能である期間に対応する。ある実施形態において、所定の期間は、不感地帯期間に対応する。   In certain embodiments, the predetermined period corresponds to a period during which reverberation is detectable. In certain embodiments, the predetermined period corresponds to a dead zone period.

ある実施形態において、発信によって発信された超音波信号は、例えばブースターを使用して、超音波信号の発信前に増幅される。   In some embodiments, the ultrasound signal emitted by the emission is amplified prior to emission of the ultrasound signal using, for example, a booster.

ある実施形態において、検出された超音波信号を減衰させることは、1つ以上の以前に測定された信号の振幅に少なくとも部分的に基づく。以前に測定された信号は、残響信号、エコー信号、または双方を含むことができる。   In certain embodiments, attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on the amplitude of one or more previously measured signals. Previously measured signals may include reverberation signals, echo signals, or both.

ある実施形態において、検出された超音波信号を処理するステップは、比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定することを含む。マルチコントローラユニット(MCU)には、比較器およびADCのどちらも含まない、一方を含む、またはどちらも含むことができる。   In some embodiments, processing the detected ultrasound signal includes using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC) to determine the occurrence of a peak amplitude. A multi-controller unit (MCU) may include none, one, or both comparators and ADCs.

本明細書に記載の方法は、さらに、以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、検出された超音波信号に利得を提供するステップを含むことができる。以前に測定されたデータは、測定距離および測定距離に適切な利得を相関させることができる。   The methods described herein can further include providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on previously measured data. Previously measured data can correlate the measured distance and the appropriate gain to the measured distance.

本明細書に記載の方法は、さらに、タイマ値に少なくとも部分的に基づいて、検出された超音波信号に利得を提供するステップを含むことができる。   The method described herein can further include providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on the timer value.

本発明の別の態様によれば、超音波感知システムが提供される。本システムは、超音波信号の発信を提供する超音波発信機と、残響信号およびエコー信号を含む、発信の結果として発生される超音波信号を受信する超音波受信機と、超音波受信機に接続可能な減衰器回路であって、エコー信号を排除せず、残響信号の実質的に全てを排除するように動作可能な減衰器回路とを備えることができる。ある実施形態において、超音波発信機は、超音波受信機である。   According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic sensing system. The system includes an ultrasonic transmitter that provides transmission of an ultrasonic signal, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic signal generated as a result of transmission, including a reverberation signal and an echo signal, and an ultrasonic receiver. A connectable attenuator circuit, the attenuator circuit operable to reject substantially all of the reverberant signal without rejecting the echo signal. In some embodiments, the ultrasound transmitter is an ultrasound receiver.

減衰器回路は、所定の期間中にだけ、超音波受信機に接続できる。所定の期間は、不感地帯期間に対応する。減衰器回路は、残響信号またはエコー信号のような信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて選択できる。   The attenuator circuit can be connected to the ultrasonic receiver only during a predetermined period. The predetermined period corresponds to a dead zone period. The attenuator circuit can be selected based at least in part on a previously measured amplitude of the signal, such as a reverberation signal or an echo signal.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、超音波信号の発信と関連するエネルギー準位を増加させるブースターを備える。ブースターは、超音波信号の発信を引き起こすために使用可能である電気信号の電圧レベルを増加させる。   In certain embodiments, the ultrasound sensing systems described herein further comprise a booster that increases an energy level associated with emitting the ultrasound signal. Boosters increase the voltage level of an electrical signal that can be used to cause the emission of an ultrasonic signal.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、スイッチを制御して、超音波信号の発信後の所定の期間中にだけ、超音波受信機を減衰器回路と電気的に接続するマイクロコントローラユニット(MCU)を備える。スイッチは、単極双投(SPDT)スイッチを含むことができる。   In certain embodiments, the ultrasonic sensing system described herein further controls a switch to electrically connect the ultrasonic receiver with the attenuator circuit only during a predetermined period after the transmission of the ultrasonic signal. A microcontroller unit (MCU) connected to the The switches can include single pole double throw (SPDT) switches.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、スイッチを介して超音波受信機に接続可能であり、減衰器回路に直列に接続される利得調整可能な増幅器であって、エコー信号を増幅する、利得調整可能な増幅器を備える。   In certain embodiments, the ultrasound sensing system described herein is further a gain-adjustable amplifier connectable to an ultrasound receiver via a switch and connected in series with an attenuator circuit. And an amplifier for amplifying an echo signal and having an adjustable gain.

ある実施形態において、MCUは、さらに、超音波感知システムからの測定距離に対応するタイマ値に少なくとも部分的に基づいて、利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる。MCUは、以前に測定されたデータに基づいて、利得調整可能な増幅器を制御し得る。   In some embodiments, the MCU further controls the gain-adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on a timer value corresponding to the measured distance from the ultrasound sensing system. The MCU may control the gain adjustable amplifier based on previously measured data.

ある実施形態において、MCUは、さらに、スイッチを制御して、所定の期間が経過した後に、減衰器回路を利得調整可能な増幅器と電気的に接続せず、超音波受信機を利得調整可能な増幅器と電気的に接続する。   In certain embodiments, the MCU may further control the switch to allow the ultrasound receiver to gain adjust after a predetermined period of time without electrically connecting the attenuator circuit to the gain adjustable amplifier. It is electrically connected to the amplifier.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、利得調整可能な増幅器の出力を所定の閾値と比較する、利得調整可能な増幅器に接続される比較器を備える。MCUは、さらに、比較器の出力に少なくとも部分的に基づいて、利得調整可能な増幅器の利得を制御する。比較器は、MCUと統合される場合もあり、または統合されない場合もある。   In certain embodiments, the ultrasound sensing system described herein further comprises a comparator connected to the gain adjustable amplifier that compares the output of the gain adjustable amplifier to a predetermined threshold. The MCU further controls the gain of the gain-adjustable amplifier based at least in part on the output of the comparator. The comparator may or may not be integrated with the MCU.

ある実施形態において、本明細書に記載の超音波感知システムは、さらに、利得調整可能な増幅器の出力をデジタル値に変換する、利得調整可能な増幅器に接続されるアナログ−デジタル変換器(ADC)を備える。利得調整可能な増幅器は、ADCの出力に少なくとも部分的に基づいて制御できる。ADCは、MCUと統合される場合もあり、または統合されない場合もある。ある実施形態において、比較器およびADCは、ピーク振幅の発生を判定するために併せて使用される。   In certain embodiments, the ultrasound sensing system described herein further comprises an analog-to-digital converter (ADC) connected to the gain-adjustable amplifier that converts the output of the gain-adjustable amplifier to a digital value. Is provided. The gain adjustable amplifier can be controlled based at least in part on the output of the ADC. The ADC may or may not be integrated with the MCU. In some embodiments, the comparator and the ADC are used together to determine the occurrence of a peak amplitude.

本発明の別の態様によれば、超音波を感知するための方法が提供される。本方法は、超音波信号の発信の終了後に超音波信号を検出するステップであって、検出された超音波信号は、エコー信号または残響信号である、検出するステップと、検出された超音波信号を減衰させ、それによって、エコー信号を排除せず、残響信号を実質的に排除するステップとを含む。ある実施形態において、検出された超音波信号の減衰は、超音波信号の発信から所定の期間内にだけ適用される。所定の期間は、不感地帯期間に対応できる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for sensing ultrasound. The method comprises the steps of detecting an ultrasonic signal after terminating the transmission of the ultrasonic signal, wherein the detected ultrasonic signal is an echo signal or a reverberant signal; To thereby substantially eliminate reverberation signals without rejecting echo signals. In some embodiments, the attenuation of the detected ultrasound signal is applied only within a predetermined time period from the emission of the ultrasound signal. The predetermined period can correspond to the dead zone period.

ある実施形態において、発信によって発信された超音波信号は、例えばブースターによって、超音波信号の発信前に増幅される。   In some embodiments, the ultrasound signal emitted by the emission is amplified, eg, by a booster, prior to emission of the ultrasound signal.

ある実施形態において、検出された超音波信号を減衰させるステップは、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づく。   In certain embodiments, the step of attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、さらに、比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定するステップを含む。マルチコントローラユニット(MCU)には、比較器およびADCのどちらも含まない、一方を含む、またはどちらも含むことができる。   In certain embodiments, the methods described herein further include using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC) to determine the occurrence of the peak amplitude. A multi-controller unit (MCU) may include none, one, or both comparators and ADCs.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、さらに、以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、検出された超音波信号に利得を提供するステップを含む。以前に測定されたデータは、測定距離および測定距離に適切な利得を相関させることができる。   In certain embodiments, the methods described herein further comprise providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on previously measured data. Previously measured data can correlate the measured distance and the appropriate gain to the measured distance.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、さらに、タイマ値に少なくとも部分的に基づいて、検出された超音波信号に利得を提供することを含む。   In certain embodiments, the methods described herein further include providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on the timer value.

本発明の別の態様によれば、超音波を感知するための方法が提供される。本方法は、以前に測定された調整可能な利得制御(AGC)データに少なくとも部分的に基づいて、受信した超音波信号に第1の利得を提供するために、増幅器を調整するステップと、以前に測定されたAGCデータに少なくとも部分的に基づいて、第1の利得よりも大きい第2の利得を提供するために、後の時点で、増幅器を調整するステップとを含む。以前に測定されたAGCデータは、測定距離および測定距離に適切な利得を相関させることができる。例えば、利得は、少なくとも部分的には、測定距離が増加するにつれて増加させることができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for sensing ultrasound. The method includes adjusting an amplifier to provide a first gain to a received ultrasound signal based at least in part on previously measured adjustable gain control (AGC) data; Adjusting the amplifier at a later point in time to provide a second gain that is greater than the first gain based at least in part on the measured AGC data. The previously measured AGC data can correlate the measured distance and the appropriate gain to the measured distance. For example, the gain can be increased, at least in part, as the measurement distance increases.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、さらに、エコー信号が検出されるまで、または所定の測定時間に到達するまで、経時的に、増加する利得を提供するように増幅器を調整するステップを含む。   In certain embodiments, the methods described herein further adjust the amplifier to provide increasing gain over time until the echo signal is detected or a predetermined measurement time is reached. Including steps.

ある実施形態において、所定の期間中に超音波信号が受信された場合にだけ、増幅される前に、受信した超音波信号が減衰される。所定の期間中に、受信した超音波信号は、エコー信号を排除せず、実質的に全ての残響信号を排除するように減衰させることができる。   In some embodiments, the received ultrasound signal is attenuated before amplification, only if the ultrasound signal was received during a predetermined time period. During a predetermined period of time, the received ultrasound signal may be attenuated to eliminate substantially all reverberation signals without rejecting echo signals.

ある実施形態において、受信した超音波信号は、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて減衰される。所定の期間は、不感地帯期間を含むことができる。   In certain embodiments, the received ultrasound signal is attenuated based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal. The predetermined period may include a dead zone period.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、さらに、比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定するステップを含む。マルチコントローラユニット(MCU)には、比較器およびADCのどちらも含まない、一方を含む、またはどちらも含むことができる。   In certain embodiments, the methods described herein further include using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC) to determine the occurrence of the peak amplitude. A multi-controller unit (MCU) may include none, one, or both comparators and ADCs.

本発明の異なる態様を、個々に、集合的に、または互いに組み合わせて認識できることを理解されたい。本明細書に記載の本発明の種々の態様は、下に記載される特定の用途のいずれかに適用され得る。本発明の他の目的および特徴は、明細書、特許請求の範囲、および添付図面を吟味することによって明らかになるであろう。   It should be understood that different aspects of the invention may be recognized individually, collectively, or in combination with one another. The various aspects of the invention described herein can be applied to any of the specific applications described below. Other objects and features of the present invention will become apparent by a review of the specification, claims, and accompanying drawings.

(参照による組み込み)
本明細書において言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個別の刊行物、特許、または特許出願のそれぞれが具体的にかつ個別に示され参照により組み込まれるのと同程度に、参照によって本明細書に組み込まれる。
(Embed by reference)
All publications, patents, and patent applications mentioned in this specification are to the extent that each individual publication, patent, or patent application is specifically and individually indicated and incorporated by reference. Incorporated herein by reference.

本発明の新規の特徴は、添付する特許請求の範囲において、詳細に示される。本発明の特徴及び利点は、本発明の原理を利用する例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明、および以下の付随する図面を参照することによって、より深く理解されるであろう。   The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. The features and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following detailed description, which illustrates exemplary embodiments that utilize the principles of the present invention, and the accompanying drawings, in which:

本発明の一実施形態による、超音波センサを例示する図である。FIG. 3 illustrates an ultrasonic sensor according to one embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従い、超音波伝送の結果として超音波受信機によって検出された信号を例示する図である。FIG. 4 illustrates a signal detected by an ultrasonic receiver as a result of an ultrasonic transmission, according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、不感地帯の低減または除去を実現する方法のステップを例示するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating the steps of a method for achieving blind zone reduction or elimination, according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、超音波感知システムの回路図を例示する図である。FIG. 2 illustrates a circuit diagram of an ultrasonic sensing system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、様々な測定距離に対応するAGC利得値(AGC値)を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating AGC gain values (AGC values) corresponding to various measurement distances according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、時間ベースの利得制御を実現する方法のステップを例示するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating steps of a method for implementing time-based gain control according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、ピーク振幅の発生を判定する方法のステップを例示するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating steps of a method for determining occurrence of a peak amplitude, according to one embodiment of the present invention.

超音波センサに関連する不感地帯を低減または排除し、それによって、最大測定距離を低減させることなく、かつ、生産コストを増加させることなく、最小測定距離を減少させる方法、システム、およびデバイスを提供する。本発明の一態様によれば、超音波を感知することに関連する不感地帯を低減または排除する方法およびシステムを提供する。ある実施形態では、不感地帯に対応する期間中に受信した信号を減衰させるように、減衰器回路が導入される。減衰器回路は、物体から反射されたときに、実質的に全ての残響信号を除去する一方で、実質的に全てのエコー信号を保存する。減衰器回路の選択および選択解除は、制御可能なスイッチによって実現され得る。減衰器回路によって提供される減衰量は、数ある因子の中でも、実際に測定された残響信号およびエコー信号の値(例えば、振幅)に基づいて設定可能であり得る。   Methods, systems, and devices that reduce or eliminate dead zones associated with ultrasonic sensors, thereby reducing the minimum measurement distance without reducing the maximum measurement distance and without increasing production costs I do. According to one aspect of the present invention, there is provided a method and system for reducing or eliminating dead zones associated with sensing ultrasound. In some embodiments, an attenuator circuit is introduced to attenuate signals received during periods corresponding to blind zones. The attenuator circuit removes substantially all reverberation signals when reflected from an object, while preserving substantially all echo signals. Selection and deselection of the attenuator circuit may be realized by a controllable switch. The amount of attenuation provided by the attenuator circuit may be configurable based on, among other factors, the values (eg, amplitude) of the actually measured reverberation and echo signals.

本発明の別の態様によれば、近接測定の精度を向上させるためにエコー信号の利得を動的に調整する方法およびシステムが提供される。具体的には、測定を開始してから経過した時間によって示される現在の測定距離に基づいて、受信した信号を増幅するために、利得調整可能な増幅器が提供され得る。利得調整可能な増幅器の利得量は、測定距離に基づいて、コントローラによって制御され得る。測定距離が長くなるほど、エコー信号がより多く減衰される傾向がある。従って、エコー信号を増幅するための利得調整可能な増幅器によってより多くの利得が提供される。ある実施形態において、利得量は、経験的測定データに基づいて、コントローラによって定期的に調整される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method and system for dynamically adjusting the gain of an echo signal to improve the accuracy of a proximity measurement. In particular, a gain-adjustable amplifier may be provided to amplify a received signal based on a current measurement distance indicated by the time elapsed since the start of the measurement. The amount of gain of the gain adjustable amplifier can be controlled by the controller based on the measured distance. The longer the measurement distance, the more the echo signal tends to be attenuated. Thus, more gain is provided by a gain-adjustable amplifier for amplifying the echo signal. In some embodiments, the amount of gain is adjusted periodically by the controller based on empirical measurement data.

本発明の別の態様によれば、近接測定の正確さおよび精度を向上させるために、比較器と併せてアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用する方法およびシステムが提供される。特に、比較器は、近接測定をトリガーするために使用できる。ADCは、所定の期間内で、相対的なピーク振幅を受信した時点を判定するために使用できる。次いで、この時点は、エコー信号が反射された物体までの距離の算出に使用できる。ピーク振幅の時間を特定することによって、近接測定の正確さおよび精度が向上する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method and system that uses an analog-to-digital converter (ADC) in conjunction with a comparator to improve the accuracy and precision of proximity measurements. In particular, a comparator can be used to trigger a proximity measurement. The ADC can be used to determine when a relative peak amplitude has been received within a predetermined time period. This point can then be used to calculate the distance to the object from which the echo signal was reflected. Specifying the time of peak amplitude improves the accuracy and precision of the proximity measurement.

本発明の一態様によれば、超音波発信に関連する電力を増加させるための方法およびシステムが提供される。例えば、周囲環境の中の音声信号の減衰を克服すること、または、測定範囲の上限を増加させることの少なくとも一方のために、発信電力のブースティングが好ましい。発信電力を増加させるために、超音波システムの発信回路は、発信に使用される電気電力を増加させるブースターを含むことができる。一実施形態において、ブースターは、コントローラによって提供される電気信号の電圧レベルを増加させる変圧器(例えば、昇圧変圧器)によって実現できる。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method and system for increasing power associated with ultrasound transmission. For example, boosting the transmitted power is preferred to overcome the attenuation of audio signals in the surrounding environment and / or to increase the upper limit of the measurement range. To increase the transmitted power, the transmission circuit of the ultrasound system can include a booster that increases the electrical power used for transmission. In one embodiment, the booster can be realized by a transformer (eg, a step-up transformer) that increases the voltage level of the electrical signal provided by the controller.

本発明の異なる態様を、個々に、集合的に、または互いに組み合わせて認識できることを理解されたい。本明細書に記載の本発明の種々の態様は、下に記載される特定の用途のいずれかに適用され得る。本発明の他の目的および特徴は、明細書、特許請求の範囲、および添付図面を吟味することによって明らかになるであろう。   It should be understood that different aspects of the invention may be recognized individually, collectively, or in combination with one another. The various aspects of the invention described herein can be applied to any of the specific applications described below. Other objects and features of the present invention will become apparent by a review of the specification, claims, and accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態による、超音波センサ100を例示する図である。超音波センサ100は、発信機102と、受信機104とを含む。超音波発信機は、電気信号を音声信号に変換するが、超音波受信機は、音声信号を電気信号に変換する。ある例においては、超音波受信機および超音波発信機は、別個のデバイスとして実現される。他の例においては、超音波受信機および超音波発信機は、超音波信号の発信および受信の双方を行うことができる同じデバイスによって実現される。本明細書で使用される、超音波トランスデューサという用語は、超音波発信機、超音波受信機、または双方を指すことができる。超音波発信機102から超音波受信機104への矢印は、例えば発信機102が超音波信号を能動的に発信することを止めた後に、超音波受信機に到達し得る残響106を例示する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an ultrasonic sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic sensor 100 includes a transmitter 102 and a receiver 104. An ultrasonic transmitter converts an electric signal into an audio signal, while an ultrasonic receiver converts an audio signal into an electric signal. In some examples, the ultrasound receiver and the ultrasound transmitter are implemented as separate devices. In another example, the ultrasound receiver and the ultrasound transmitter are implemented by the same device that can both emit and receive ultrasound signals. As used herein, the term ultrasonic transducer can refer to an ultrasonic transmitter, an ultrasonic receiver, or both. The arrow from the ultrasonic transmitter 102 to the ultrasonic receiver 104 illustrates a reverberation 106 that can reach the ultrasonic receiver, for example, after the transmitter 102 has stopped actively transmitting ultrasonic signals.

ある実施形態において、超音波トランスデューサ(例えば、超音波発信機、超音波受信機、または双方)は、圧電原理を使用して構築できる。例えば、超音波トランスデューサとしては、圧電性を示す、天然材料または合成材料で作製される圧電トランスデューサが挙げられる。この材料は、例えば、ある種の結晶(例えば、石英、ベルリナイト、サッカロース、ロッシェル塩、トパーズ、または電気石群ミネラル)、骨、生物学的材料(例えば、テンドン、絹、木材、エナメル、象牙質、またはDNA)、合成結晶(例えば、ガリウムオルトエステル、またはランガサイト)、合成セラミック(例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、または酸化亜鉛)、ポリマー(例えば、ポリフッ化ビニリデン)、有機ナノ構造、および同類のもの等、である。   In certain embodiments, an ultrasonic transducer (eg, an ultrasonic transmitter, an ultrasonic receiver, or both) can be constructed using piezoelectric principles. For example, ultrasonic transducers include piezoelectric transducers that are made of natural or synthetic materials that exhibit piezoelectricity. This material can be, for example, certain crystals (eg, quartz, berlinite, saccharose, Rochelle salt, topaz, or tourmaline mineral), bone, biological materials (eg, tendon, silk, wood, enamel, dentin) , Or DNA), synthetic crystals (eg, gallium orthoester, or langasite), synthetic ceramics (eg, lead zirconate titanate, barium titanate, lead titanate, potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, Sodium tungstate or zinc oxide), polymers (eg, polyvinylidene fluoride), organic nanostructures, and the like.

あるいは、超音波トランスデューサは、非圧電原理を使用して構築することもできる。例えば、超音波トランスデューサは、磁場に晒されたときにサイズが変化する磁歪材料を含むことができる。別の例として、超音波トランスデューサとしては、超音波に応じて移動する薄板を使用し、音声信号を電気信号に変換するために該薄板の周りの電場を変化させる、コンデンサマイクロホンが挙げられる。   Alternatively, ultrasonic transducers can be constructed using non-piezoelectric principles. For example, an ultrasonic transducer can include a magnetostrictive material that changes size when exposed to a magnetic field. As another example, an ultrasonic transducer includes a condenser microphone that uses a thin plate that moves in response to ultrasonic waves and changes an electric field around the thin plate to convert an audio signal into an electric signal.

図1はまた、例示的な超音波近接センサボードによって提供される、ハードウェアピンも例示する。種々の実施形態において、ハードウェアピンの定義は、実際の用途の特定の要件に従って定義できる。種々の実施形態では、より多くのハードウェアピン、より少ないハードウェアピン、または、異なるハードウェアピン、のうち少なくとも一つのハードウェアピンが提供され得る。図1に示す実施形態において、ハードウェアピンは、以下のように定義される。   FIG. 1 also illustrates hardware pins provided by an exemplary ultrasonic proximity sensor board. In various embodiments, the definition of the hardware pins can be defined according to the specific requirements of the actual application. In various embodiments, more hardware pins, fewer hardware pins, or at least one of different hardware pins may be provided. In the embodiment shown in FIG. 1, the hardware pins are defined as follows.

Vcc − 電力供給源(電圧は、実際の要求によって定義される)。   Vcc-power supply (voltage is defined by actual requirements).

Trig/Tx − 測定を開始するための外部論理トリガー/測定結果または応答を外部コマンドに伝送するために使用されるUART(汎用非同期受信機/送信機)端子。   Trig / Tx-UART (universal asynchronous receiver / transmitter) terminal used to transmit an external logic trigger / measurement result or response to an external command to start a measurement.

Echo/Rx − パルス幅として示される測定結果/コマンドを受信するために使用されるUART受信端子。   Echo / Rx-UART receiving terminal used to receive measurement results / commands, expressed as pulse width.

GND − 電力および信号のための基準接地。   GND-Reference ground for power and signals.

図2は、本発明の実施形態に従う、超音波発信の結果として超音波受信機によって検出された信号を例示する図である。例示されるように、励起電気信号または駆動パルス202は、超音波発信機を振動させ、超音波信号を発信させる。駆動パルス202は、時間t頃に除去される。しかし、発信機は、駆動パルス202が除去されても(すなわち、電圧レベルがゼロであっても)、直ちに振動が止まらない。代わりに、発信機は、リングダウンし続けるか、または残留的に振動し続け、超音波受信機によって受信される可能性がある残留振動信号または残響信号214を引き起こす。受信機プローブによって受信される信号レベルは、210によって表される。残響は、t=t−tの期間にわたって持続する可能性があり、該期間中に、残響信号は、抑制されなければ(例えば、信号の振幅が見掛け上減衰されなければ)、真のエコー信号の受け取りを不明瞭にする可能性がある。したがって、期間tは、不感地帯期間またはデッドゾーン期間と称され、エコー信号を残響信号と区別して確実に検出できない期間を示す。不感地帯期間中に、残響信号は、抑制されず、比較器の閾値またはトリガーレベル208をトリガーするために、十分に強くなり得る(例えば、十分な振幅を有し得る)。そのような比較器トリガー閾値は、しばしば、真のエコー信号を受信したかどうかを判定するために使用される。 FIG. 2 is a diagram illustrating a signal detected by an ultrasonic receiver as a result of ultrasonic transmission, according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the excitation electrical signal or drive pulse 202 causes the ultrasonic transmitter to vibrate and emit an ultrasonic signal. Drive pulse 202 is removed around time t 1. However, the transmitter does not stop oscillating immediately even if the drive pulse 202 is removed (ie, the voltage level is zero). Instead, the transmitter continues to ring down or vibrate residually, causing a residual vibration or reverberation signal 214 that may be received by the ultrasound receiver. The signal level received by the receiver probe is represented by 210. The reverberation may last for a period of t b = t 2 −t 1 , during which time the reverberation signal is true if the signal is not suppressed (eg, if the amplitude of the signal is not apparently attenuated). May obscure the reception of the echo signal. Therefore, the period t b is called a dead zone period or dead zone period indicates a period that can not be reliably detected by the echo signal to distinguish from the reverberation signal. During the dead zone period, the reverberation signal is not suppressed and may be strong enough (eg, may have sufficient amplitude) to trigger the comparator threshold or trigger level 208. Such a comparator trigger threshold is often used to determine whether a true echo signal has been received.

音声cの速度に基づいて、トランスデューサからの不感距離dは、d*c*tで算出することができ、その範囲内では、物体からのエコーが残響信号によって不明瞭にされる可能性があるので、物体を正確に検出できない。換言すれば、不感地帯の中の物体について、超音波信号が物体に到達してトランスデューサに戻るまでの時間は、t以下である。不感地帯は、発信(すなわち、不感地帯)に含まれるトランスデューサを取り囲む領域を指し、該領域内では、残響の存在によって物体からのエコーが不明瞭になる傾向があるので物体を正確に検出できない。明細書で使用される、不感地帯期間という用語は、tを指すために使用される。トランスデューサのリングダウン中は、真のエコー信号の検出を妨げるか、または不明瞭にする。種々の実施形態において、不感地帯の形状またはサイズは、伝播媒体、トランスデューサの材料または配置の少なくとも一方、励起信号の特徴、ならびに他の因子によって決定され得る。一般的に、近接センサの検出可能な範囲を増加させるために、特に近距離検出のために、不感地帯を低減または排除することが望まれる。 Based on the speed of sound c, the dead distance d b from the transducer, d b = 1/2 * c * t b in can be calculated, within its scope, obscured by the echo reverberation signals from the object The object cannot be detected accurately. In other words, the objects in the blind zone, the time ultrasonic signal to return to the transducer to reach the object is less t b. The dead zone refers to the area surrounding the transducer contained in the transmission (ie, the dead zone), in which the presence of reverberation tends to obscure the echo from the object, making it impossible to accurately detect the object. As used herein, the term dead zone period is used to refer to t b. While the transducer is ringing down, it hinders or obscures the detection of the true echo signal. In various embodiments, the shape or size of the blind zone can be determined by the propagation medium, the material or location of the transducer, the characteristics of the excitation signal, and other factors. In general, it is desirable to reduce or eliminate dead zones to increase the detectable range of the proximity sensor, especially for short distance detection.

図2には、2つの例示的な状況における受信機信号が示されている。第1のシナリオ204において、物体は、トランスデューサの不感地帯を超えて位置する。したがって、エコー信号216は、残響信号214の発生後、不感地帯期間の後に起こる。例示されるように、物体が不感地帯を超えて位置するときに、物体からのエコー信号は、残響信号によって不明瞭にされない。   FIG. 2 shows the receiver signal in two exemplary situations. In a first scenario 204, the object is located beyond the dead zone of the transducer. Thus, echo signal 216 occurs after the occurrence of reverberation signal 214 and after the dead zone period. As illustrated, when the object is located beyond the dead zone, the echo signal from the object is not obscured by the reverberation signal.

第2のシナリオ206において、物体は、トランスデューサの不感地帯内に位置する。その結果、エコー信号216は、残響信号214と同じ不感地帯期間中に起こる。例示されるシナリオにおいて、残響信号214が抑制されていなければ、真のエコー信号216の検出を不明瞭にするか、または妨げる可能性があることは明らかである。   In the second scenario 206, the object is located within the dead zone of the transducer. As a result, echo signal 216 occurs during the same blind zone as reverberant signal 214. Obviously, in the illustrated scenario, if the reverberation signal 214 is not suppressed, it may obscure or prevent detection of the true echo signal 216.

双方の例示的な事例において、残響信号214は、(例えば、ハードウェア減衰器回路によって)トリガー値208よりも低く抑制または別様には減衰されるように示される。従って、残響信号は、比較器を誤ってトリガーしない。さらに詳細に説明されるように、不感地帯時間中に受信した信号のそのような減衰は、不感地帯の影響を効果的に低減または除去するために使用できる。   In both exemplary cases, the reverberation signal 214 is shown to be suppressed or otherwise attenuated below the trigger value 208 (eg, by a hardware attenuator circuit). Thus, the reverberation signal does not falsely trigger the comparator. As will be described in more detail, such attenuation of signals received during dead zone times can be used to effectively reduce or eliminate the effects of dead zones.

本発明の減衰技法を使用することで、真のエコー信号は、また、それが不感地帯期間中に起こる場合にも減衰される可能性がある。しかし、エコー信号は、一般的に、特に近距離内で残響信号よりも強い。したがって、残響信号を除去する(例えば、振幅を比較器のトリガー値未満に低減させる)一方で、真のエコー信号を保存する(例えば、依然として振幅を比較器のトリガー値より大きいままにする)ように、残響信号を減衰させることが可能である。残響は、一般的に、受信機プローブに到達する頃には既に弱められている。残響信号の電力の低減に寄与する他の因子としては、受信機と発信機との距離、発信機の発射角度、または、他の因子の少なくとも一つが挙げられる。例えば、超音波発信機の発射角度は、一般的に、180度に到達できない。例示的な発射角度としては、30、60、90、120、および150度が挙げられるが、それらに限定されない。対照的に、受信機(すなわち、不感地帯)の近くに位置する物体によって反射されるエコーは、一般的に、あまり弱められず、また一般的に、非常に小さい角度で直接受信機に入り、信号の大部分の電力を保つ。これらの因子に基づいて、エコー信号は、一般的に、不感地帯期間中に検出される残響信号よりも強い。したがって、減衰量を調整することによって、実質的に全ての残響信号を除去する一方で、不感地帯期間内のエコー信号の大部分を保存することが可能である。シナリオ206で示されるように、受信機に接続される減衰器回路によって減衰される場合であっても、残響信号214は、実質的にまたは完全に除去できる(例えば、減衰された残響信号214の振幅が、トリガー値208未満である)。一方で、真のエコー信号216を実質的に保存する(例えば、減衰されたエコー信号の振幅が、依然としてトリガー値208よりも大きい)ことができる。   Using the attenuation technique of the present invention, the true echo signal may also be attenuated if it occurs during blind zones. However, the echo signal is generally stronger than the reverberation signal, especially within short distances. Thus, to remove the reverberation signal (eg, reduce the amplitude below the comparator trigger value), while preserving the true echo signal (eg, still keep the amplitude above the comparator trigger value). In addition, it is possible to attenuate the reverberation signal. The reverberation is generally already attenuated by the time it reaches the receiver probe. Other factors contributing to the reduction of the power of the reverberation signal include at least one of the distance between the receiver and the transmitter, the launch angle of the transmitter, or another factor. For example, the launch angle of an ultrasonic transmitter generally cannot reach 180 degrees. Exemplary firing angles include, but are not limited to, 30, 60, 90, 120, and 150 degrees. In contrast, echoes reflected by objects located near the receiver (ie, the dead zone) are generally not very attenuated and generally enter the receiver directly at a very small angle, Keep most of the signal power. Based on these factors, the echo signal is generally stronger than the reverberant signal detected during the dead zone period. Thus, by adjusting the amount of attenuation, it is possible to remove substantially all of the reverberation signal while preserving most of the echo signal within the dead zone period. As shown in scenario 206, reverberation signal 214 can be substantially or completely rejected (eg, of attenuated reverberation signal 214) even when attenuated by an attenuator circuit connected to the receiver. The amplitude is less than the trigger value 208). On the other hand, the true echo signal 216 can be substantially preserved (eg, the amplitude of the attenuated echo signal is still greater than the trigger value 208).

本発明の一態様によれば、近接感知システムの不感地帯を低減または排除する方法およびシステムが提供される。図3は、本発明の一実施形態による、不感地帯の低減を実現する方法のステップを例示する過程300を示す。過程300(または本明細書に記載の任意の他の過程、もしくは変形例、または、それらの組み合わせの少なくとも一つ)のいくつかまたは全ての態様は、実行可能命令によって構成される1つ以上のコンピュータ、プロセッサ、または制御システムの制御下で行われ得る。また、その態様は、1つ以上のプロセッサ上で、ハードウェアによって、またはそれらの組み合わせで選択的に実行するコード(例えば、実行可能命令、1つ以上のコンピュータプログラム、または1つ以上のアプリケーション)として実現され得る。コードは、例えば、1つ以上のプロセッサによって実行可能な複数の命令を含むコンピュータプログラムの形態で、コンピュータ読み出し可能な記憶媒体に記憶され得る。コンピュータ読み出し可能な記憶媒体は、非一時的であり得る。動作が説明される順序は、限定するものとして解釈されることを意図するものではなく、過程を実現するために、任意の数の説明される動作は、任意の順序または並列、の少なくとも一方で組み合わせられ得る。例えば、過程300の態様は、図4に例示するような、超音波センサシステムの構成部品によって実現できる。   In accordance with one aspect of the present invention, methods and systems are provided for reducing or eliminating blind zones in a proximity sensing system. FIG. 3 shows a process 300 illustrating steps of a method for achieving blind zone reduction, according to one embodiment of the present invention. Some or all aspects of process 300 (or at least one of the other processes described herein, or variations, or combinations thereof) may include one or more executable instructions. It can be under the control of a computer, processor, or control system. Also, aspects include code (eg, executable instructions, one or more computer programs, or one or more applications) that selectively executes on one or more processors, by hardware, or a combination thereof. It can be realized as The code may be stored on a computer-readable storage medium, for example, in the form of a computer program including a plurality of instructions executable by one or more processors. Computer readable storage media can be non-transitory. The order in which the operations are described are not intended to be construed as limiting, and any number of the described operations may be performed in any order or parallel, and / or in order to implement the process. Can be combined. For example, aspects of process 300 can be implemented by components of an ultrasonic sensor system, as illustrated in FIG.

一実施形態において、過程300は、ステップ302で、超音波信号の発信の終了後に信号を検出する。超音波信号の発信は、図1〜図2に記載の様式で起こる可能性がある。例えば、電気エネルギーのパルスは、圧電発信機に印加することができ、該圧電発信機を振動または共振させ、それによって、音波を発生させる。電気エネルギーが発信機から除去されると、発信が終了したとみなされる。しかし、上で論じられるように、発信機の振動または共振は、直ちに止まらない。むしろ、発信機は、ある期間にわたって振幅が減衰しても振動し続ける。そのような残響は、受信機によって検出し、電気信号(すなわち、残響信号)に変換できる。発信された超音波信号が物体によって反射された場合も、エコーは、受信機によって検出し、電気信号(すなわち、エコー信号)に変換できる。受信機の観点から、検出された電気信号は、エコー信号または残響信号であり得る。   In one embodiment, the process 300 detects the signal at step 302 after the end of the transmission of the ultrasound signal. The transmission of the ultrasonic signal can occur in the manner described in FIGS. For example, a pulse of electrical energy can be applied to a piezoelectric transmitter that causes it to vibrate or resonate, thereby generating sound waves. When electrical energy is removed from the transmitter, transmission is deemed terminated. However, as discussed above, the vibration or resonance of the transmitter does not stop immediately. Rather, the transmitter will continue to oscillate even if the amplitude decays over a period of time. Such reverberation can be detected by a receiver and converted to an electrical signal (ie, a reverberant signal). If the transmitted ultrasound signal is reflected by an object, the echo can also be detected by the receiver and converted to an electrical signal (ie, an echo signal). From a receiver perspective, the detected electrical signal may be an echo signal or a reverberation signal.

過程300は、さらに、ステップ304で、図2で論じられるように、検出された信号が超音波センサと関連する不感地帯期間内に検出されたかどうかを判定する。例えば、信号の検出が、超音波信号の発信の終了から所定の期間内に起こったかどうかを判定できる。所定の期間は、不感地帯期間に対応する、図2において上で論じられる時間間隔tとできる。一実現形態において、超音波センサと関連するタイマは、超音波信号の発信の終了時に、または発信の開始時に開始される。現在のタイマ値は、所定の不感地帯期間(例えば、t)と比較して、不感地帯期間で信号が検出されたかどうかを判定する。 The process 300 further determines, at step 304, whether the detected signal was detected within a dead zone period associated with the ultrasonic sensor, as discussed in FIG. For example, it can be determined whether the detection of the signal has occurred within a predetermined period from the end of the transmission of the ultrasonic signal. Predetermined period of time corresponds to the dead zone period, it time discussed above with intervals t b in FIG. In one implementation, the timer associated with the ultrasonic sensor is started at the end of the transmission of the ultrasonic signal or at the start of the transmission. The current timer value is compared to a predetermined dead zone period (eg, t b ) to determine whether a signal was detected during the dead zone period.

信号が不感地帯期間内に検出された場合、検出された信号は、ステップ306で、信号の電力(例えば、振幅)を低減させるために減衰される。検出された信号は、不感地帯期間中に減衰されるエコー信号または残響信号であり得る。しかし、近距離内で、エコー(および検出されたエコー信号)は、残響(および検出された残響信号)よりも強い傾向がある。これは、残響が、一般的に、受信機プローブに到達する頃には既に弱められているからである。残響信号の低減された電力に寄与する他の因子としては、受信機と発信機との距離、発信機の発射角度、または、他の因子の少なくとも一つが挙げられる。例えば、超音波発信機の発射角度は、一般的に、180度に到達できない。例示的な発射角度としては、30、60、90、120、および150度が挙げられるが、それらに限定されない。対照的に、受信機(すなわち、不感地帯)の近くに位置する物体によって反射されるエコーは、一般的に、あまり弱められず、また一般的に、非常に小さい角度で直接受信機に入り、信号の大部分の電力を保つ。これらの因子に基づいて、エコー信号は、一般的に、不感地帯期間中に検出される残響信号よりも強い。したがって、減衰量を調整することによって、実質的に全ての残響信号を除去できる。一方で、不感地帯期間内のエコー信号の大部分を保存することが可能である。   If the signal is detected within the dead zone period, the detected signal is attenuated at step 306 to reduce the power (eg, amplitude) of the signal. The detected signal may be an echo signal or a reverberant signal that is attenuated during the dead zone period. However, within short distances, the echo (and the detected echo signal) tends to be stronger than the reverberation (and the detected reverberation signal). This is because the reverberation is generally already attenuated by the time it reaches the receiver probe. Other factors contributing to the reduced power of the reverberation signal include at least one of the distance between the receiver and the transmitter, the launch angle of the transmitter, or other factors. For example, the launch angle of an ultrasonic transmitter generally cannot reach 180 degrees. Exemplary firing angles include, but are not limited to, 30, 60, 90, 120, and 150 degrees. In contrast, echoes reflected by objects located near the receiver (ie, the dead zone) are generally not very attenuated and generally enter the receiver directly at a very small angle, Keep most of the signal power. Based on these factors, the echo signal is generally stronger than the reverberant signal detected during the dead zone period. Therefore, by adjusting the amount of attenuation, substantially all reverberation signals can be removed. On the other hand, it is possible to save most of the echo signals within the dead zone period.

一実施形態において、減衰量は、実際に測定された残響信号またはエコー信号の少なくとも一方の振幅に基づいて選択される。例えば、実際に測定された残響信号に基づく最大振幅(または他の適切な値)がVであり、近接測定をトリガーするための最小閾値電圧(以下、トリガー値)がVである場合、減衰量は、任意の振動残留信号の振幅がトリガー値V以下に低減されることを確実にするために、V−V以上に設定され得る。一方で、エコー信号が、減衰後であっても、依然として近接測定をトリガーするのに十分な強さであることを確実にするために、減衰量は、V−V未満に設定することができ、ここで、Vは、実際に測定されたエコー信号に基づく最小振幅(または他の適切な値)である。したがって、減衰量ΔVは、以下のように選択できる。
−V<ΔV<V−V
In one embodiment, the amount of attenuation is selected based on the amplitude of at least one of the actually measured reverberation signal or echo signal. For example, the maximum amplitude based on the actual measured reverberation signal (or other suitable value) and is V r, if the minimum threshold voltage for triggering a proximity measurement (hereinafter, the trigger value) is V 0, attenuation, in order to ensure that the amplitude of any vibration residual signal is reduced below the trigger value V 0, it may be set to more than V r -V 0. On the other hand, the attenuation should be set to less than V e -V 0 to ensure that the echo signal, even after attenuation, is still strong enough to trigger a proximity measurement. Where V e is the minimum amplitude (or other suitable value) based on the actually measured echo signal. Therefore, the amount of attenuation ΔV can be selected as follows.
V r -V 0 <ΔV <V e -V 0

代替の実施形態において、減衰量は、受信した残響信号Vとトリガー値Vの差分を超えるが、受信したエコー信号とトリガー値との差分を下回らないように選択できる。しかし、減衰量は、エコー信号を保存するために、依然として最小エコー信号未満にする必要がある。換言すれば、
ΔV>V−V
ΔV≧V−V、および
ΔV<Vである。
In an alternative embodiment, the attenuation is greater than the difference between the reverberation signal V r and trigger value V 0 which has received but can be selected so as not to fall below the difference between the echo signal and the trigger value received. However, the amount of attenuation still needs to be less than the minimum echo signal to preserve the echo signal. In other words,
ΔV> V r −V 0 ,
ΔV ≧ V e −V 0 and ΔV <V e .

別の代替的な実施形態において、減衰量ΔVは、V<ΔV<Vのように、測定された残響信号よりも大きくなるように設定できる。種々の実施形態において、V、V、または、Vの少なくとも一つの値は、試験または較正測定に基づいて決定される。例えば、上の値のいずれかは、測定された値の平均、中間、最大、最小、または任意の他の導出値であり得る。 In another alternative embodiment, the attenuation ΔV can be set to be greater than the measured reverberation signal, such that V r <ΔV <V e . In various embodiments, at least one value of V r , V e , or V 0 is determined based on test or calibration measurements. For example, any of the above values may be the average, middle, maximum, minimum, or any other derived value of the measured values.

ある実施形態において、減衰が適用された後に、残響信号は、ゼロに低減される一方で、エコー信号は、トリガー値未満の非ゼロ値に低減させ得る。そのような実施形態では、減衰されたエコー信号にトリガー値を超えさせて近接測定処理をトリガーするために、減衰後の増幅が必要であり得る。また、不感地帯期間外に受信したエコー信号を検出して伝播媒体によって引き起こされる減衰を補償するためにも、増幅が必要である可能性がある。全般に、物体が超音波受信機から遠く離れるほど、その物体によって反射されるエコー信号がより減衰される。エコー信号のより大きい減衰を補償するために、測定範囲が増加するにつれて、より大きい増幅または利得を適用できる。動的に調整される利得制御を提供する方法は、本開示の他の場所でより詳細に論じられる。   In some embodiments, after the attenuation has been applied, the reverberation signal may be reduced to zero, while the echo signal may be reduced to a non-zero value below the trigger value. In such embodiments, post-attenuation amplification may be required to cause the attenuated echo signal to exceed a trigger value to trigger the proximity measurement process. Amplification may also be needed to detect echo signals received outside of the dead zone period to compensate for attenuation caused by the propagation medium. In general, the further the object is from the ultrasound receiver, the more the echo signals reflected by the object are attenuated. To compensate for the greater attenuation of the echo signal, greater amplification or gain can be applied as the measurement range increases. Methods for providing dynamically adjusted gain control are discussed in more detail elsewhere in this disclosure.

さらに図3を参照すると、検出された信号が不感地帯期間外で検出されたと判定された(例えば、タイマ値が不感地帯期間よりも大きい)場合、残留信号は、それまでに最小トリガー値未満に減衰されたものとみなされ、検出された信号は、おそらくエコー信号であるので、検出された信号の減衰は、不要である(すなわち、ステップ306をスキップする)。ある実施形態において、減衰は、タイマの値に従ってオンおよびオフされ、超音波発信の開始時または終了時に開始され得る。タイマの値が不感地帯期間内であるときには、減衰がオンにされて、受信した信号を減衰させる。タイマの値が不感地帯期間を超えたときには、減衰がオフにされて、受信した信号は、それ以上減衰されない。代替の実施形態において、減衰器は、不感地帯期間中に、またはそれを超えて、異なる程度の減衰を提供し得る。例えば、不感地帯期間中には、不感地帯期間外よりも大きい減衰が提供され得る。   Still referring to FIG. 3, if it is determined that the detected signal was detected outside the dead zone period (e.g., the timer value is greater than the dead zone period), then the residual signal will be less than the minimum trigger value by then. Attenuation of the detected signal is unnecessary (ie, skipping step 306), since the detected signal is considered to be attenuated and the detected signal is probably an echo signal. In certain embodiments, attenuation is turned on and off according to a timer value and may be started at the beginning or end of the ultrasound transmission. When the timer value is within the dead zone period, attenuation is turned on to attenuate the received signal. When the timer value exceeds the dead zone period, the attenuation is turned off and the received signal is not further attenuated. In alternative embodiments, the attenuator may provide different degrees of attenuation during or beyond the dead zone. For example, a greater attenuation may be provided during a dead zone period than outside a dead zone period.

信号が減衰されるかどうかにかかわらず、過程300は、ステップ308で、信号をさらに処理する。ある実施形態において、ステップ308で信号を処理することは、信号が減衰されるかどうかにかかわらず、信号を増幅することを含むことができる。上で論じられるように、近接測定処理をトリガーするのに十分であるレベルまでエコー信号の電力を増加させるために、そのような増幅が必要であり得る。ある実施形態において、ステップ308で信号を処理することは、超音波信号の送信とエコーの受信との間の時間を算出し、それによって、物体までの距離を測定することを含み得る。下でさらに詳細に説明されるように、近接測定の正確さおよび精度を向上させる方法が提供される。   Regardless of whether the signal is attenuated, process 300 further processes the signal at step 308. In some embodiments, processing the signal at step 308 can include amplifying the signal regardless of whether the signal is attenuated. As discussed above, such amplification may be necessary to increase the power of the echo signal to a level that is sufficient to trigger a proximity measurement process. In some embodiments, processing the signal at step 308 may include calculating a time between transmitting the ultrasound signal and receiving the echo, thereby measuring the distance to the object. As described in further detail below, methods are provided for increasing the accuracy and precision of proximity measurements.

図4は、本発明の一実施形態による、超音波感知システム400の回路図を例示する。ある実施形態において、超音波感知システム400は、図4で示される構成部品よりも多いまたは少ない構成部品を含み得る。超音波感知システム400は、本明細書で論じられる技法の態様を実現する。例えば、超音波感知システムは、例えば、図3で論じられるように、受信した信号の時間ベースの減衰を適用することによって、不感地帯を低減または排除し、超音波感知システムの測定範囲を増加させることができる。また、超音波感知システム400は、超音波発信のエネルギーを増加させること、または、受信した信号を増幅すること、の少なくとも一方によって、超音波感知システムの測定範囲の上限を維持し、さらには増加させることができる。また、超音波感知システム400は、ピーク振幅の発生を判定するために、受信した信号の動的利得を制御し、アナログ−デジタル変換器(ADC)を使用することによって、近接測定の信頼性および精度を向上させることができる。   FIG. 4 illustrates a circuit diagram of an ultrasonic sensing system 400 according to one embodiment of the present invention. In certain embodiments, the ultrasound sensing system 400 may include more or fewer components than those shown in FIG. Ultrasonic sensing system 400 implements aspects of the technique discussed herein. For example, the ultrasound sensing system reduces or eliminates dead zones and increases the measurement range of the ultrasound sensing system, for example, by applying a time-based attenuation of the received signal, as discussed in FIG. be able to. Also, the ultrasound sensing system 400 may maintain and / or increase the upper limit of the measurement range of the ultrasound sensing system by at least one of increasing the energy of the ultrasound transmission and / or amplifying the received signal. Can be done. Ultrasound sensing system 400 also controls the dynamic gain of the received signal to determine the occurrence of peak amplitude, and uses an analog-to-digital converter (ADC) to improve the reliability and proximity measurement. Accuracy can be improved.

超音波感知システム400は、超音波発信機402と、超音波受信機404とを備える。超音波発信機402は、発信機回路に接続され、超音波受信機404は、受信機回路に接続される。発信機回路および受信機回路の一方または双方は、コントローラ412によって少なくとも部分的に制御できる。超音波発信機402は、電気信号に応じて超音波信号を発信し、超音波受信機404は、受信した音声信号を電気信号に変換する。例えば、超音波発信機402または超音波受信機404の少なくとも一方は、図1に関して論じられる圧電トランスデューサによって実現できる。超音波発信機402および超音波受信機404は、別個のデバイスとして例示されているが、ある実施形態において、それらは、1つの単一圧電トランスデューサ等の単一のデバイスによって実現できる。   The ultrasonic sensing system 400 includes an ultrasonic transmitter 402 and an ultrasonic receiver 404. The ultrasonic transmitter 402 is connected to a transmitter circuit, and the ultrasonic receiver 404 is connected to a receiver circuit. One or both of the transmitter circuit and the receiver circuit can be at least partially controlled by the controller 412. The ultrasonic transmitter 402 transmits an ultrasonic signal according to the electric signal, and the ultrasonic receiver 404 converts the received audio signal into an electric signal. For example, at least one of the ultrasonic transmitter 402 or the ultrasonic receiver 404 can be implemented by a piezoelectric transducer as discussed with respect to FIG. Although the ultrasound transmitter 402 and the ultrasound receiver 404 are illustrated as separate devices, in certain embodiments they can be implemented by a single device, such as a single piezoelectric transducer.

本発明の一態様によれば、超音波発信に関連する電力を増加させる方法およびシステムが提供される。ある状況において、例えば、周囲環境の中の音声信号の減衰を克服すること、または測定範囲の上限を増加させること、の少なくとも一方のために、発信電力のブースティングが好ましい。例えば、音声波は、カーペット、スポンジ、および同類のもの等の、波動吸収材料によって吸収される。したがって、カーペットを敷いた部屋で近接を測定するときには、そのような減衰を補償するために、超音波発振電力を増加させることが必要であり得る。また、発信させる音声がより多くの電力を有するほど、音声が遠く離れた物体に到達し、エコーが検出可能なレベルで戻ってくる可能性がより高くなる。したがって、発信電力を増加させることで、超音波感知システムの測定範囲の上限を増加させることができる。   According to one aspect of the present invention, there is provided a method and system for increasing power associated with ultrasound transmission. In some situations, boosting of the transmitted power is preferred, for example, to overcome the attenuation of audio signals in the surrounding environment or to increase the upper limit of the measurement range. For example, sound waves are absorbed by wave absorbing materials, such as carpets, sponges, and the like. Thus, when measuring proximity in a carpeted room, it may be necessary to increase the ultrasonic oscillation power to compensate for such attenuation. Also, the more power the transmitted voice has, the more likely it is that the voice will reach a distant object and echo will return at a detectable level. Therefore, by increasing the transmission power, the upper limit of the measurement range of the ultrasonic sensing system can be increased.

発信電力を増加させるために、超音波発信機402は、発信に使用される電力を増加させるブースター回路422(以下ブースター)に接続できる。一実施形態において、ブースター422は、コントローラによって提供される電気信号の電圧レベルを増加させる変圧器(例えば、昇圧変圧器)によって実現できる。従来のインバータ回路は、一般的に、超音波発信機を駆動するために、使用電圧の2倍しか供給することができない。送信された超音波におけるそのような制限された電力の増加は、周囲環境の中のスポンジ、カーペット、および同類のもの等の波動吸収材料によって引き起こされる減衰効果を補償するには不十分であり得る。対照的に、ブースター回路は、動作電圧の6倍ほどの(またはハードウェア設計に依存してそれ以上の)発信電圧に高めることができる。大幅に向上した発信電力によって、周囲環境の中に波動吸収材料が存在する場合であっても、反射波をより容易に受信し、それを使用して、受信回路をトリガーできる。   To increase transmission power, the ultrasonic transmitter 402 can be connected to a booster circuit 422 (hereinafter booster) that increases the power used for transmission. In one embodiment, booster 422 may be implemented by a transformer (eg, a step-up transformer) that increases the voltage level of the electrical signal provided by the controller. Conventional inverter circuits can generally only supply twice the operating voltage to drive the ultrasonic transmitter. Such limited power increase in transmitted ultrasound may be insufficient to compensate for damping effects caused by wave absorbing materials such as sponges, carpets, and the like in the surrounding environment . In contrast, booster circuits can be boosted to an outgoing voltage as high as six times the operating voltage (or more, depending on the hardware design). The greatly improved transmitted power allows the reflected wave to be more easily received and used to trigger the receiving circuit, even when the wave absorbing material is present in the surrounding environment.

ブースター422は、電気信号の電圧レベルを増加させ、増加された電圧レベルは、超音波受信機404と関連する電圧の範囲内にとどまることが好ましい。さらに、追加的な機構が(例えば、コントローラ412からの駆動電流が十分でないときに)必要とされ得、また、出力電流を増加させ、発信電力を最大にするために、発信機回路の一部として実現され得る。   Booster 422 increases the voltage level of the electrical signal, preferably the increased voltage level remains within the range of voltages associated with ultrasonic receiver 404. Further, additional mechanisms may be required (eg, when the drive current from controller 412 is not sufficient), and some of the transmitter circuitry may be used to increase output current and maximize transmit power. It can be realized as

本発明の別の態様によれば、超音波感知システム400は、不感地帯の影響を低減させるための、またはゼロ不感地帯を実現する(例えば、不感地帯のサイズをゼロに低減する)ための方法を提供する。この方法は、図3に関連して論じられる方法に類似し得る。上で論じられるように、残響は、不感地帯期間中にエコー信号と間違えられる可能性がある残響信号の発生を引き起こす可能性がある。本発明は、不感地帯期間中にだけ、超音波受信機404を減衰器回路408と電気的に接続することによって、回路レベルで上の問題に対処する。その結果、残響信号の実質的に全てを減衰または除去する一方で、全てではないとしても、エコー信号の大部分が通過することを可能にすることができる。受信した信号の減衰が回路レベルで実現されるので、上で論じられる残響の機械的抑制のコストと比較して、コスト増加が僅かである。   According to another aspect of the present invention, the ultrasound sensing system 400 may include a method for reducing the effects of blind zones, or for achieving zero blind zones (eg, reducing the size of blind zones to zero). I will provide a. This method may be similar to the method discussed in connection with FIG. As discussed above, reverberation can cause the generation of reverberation signals that can be mistaken for echo signals during blind zones. The present invention addresses the above problem at the circuit level by electrically connecting the ultrasonic receiver 404 with the attenuator circuit 408 only during the dead zone. As a result, substantially all, if not all, of the echo signal may be allowed to pass while attenuating or removing substantially all of the reverberation signal. Since attenuation of the received signal is achieved at the circuit level, the cost increase is small compared to the cost of mechanical suppression of reverberation discussed above.

本発明の一実施形態において、超音波受信機404は、スイッチ406に接続される。スイッチ406は、コントローラ412によって提供されるスイッチ制御信号420によって制御可能である。スイッチ制御信号420は、受信した信号を減衰させるように、不感地帯期間中に、スイッチ406に超音波受信機404および減衰器回路408を電気的に接続させることができる。スイッチ制御信号420はまた、受信した信号が不感地帯期間外で減衰されないように、スイッチ406に超音波受信機404および減衰器回路408を電気的に接続解除させることもできる。ある実施形態において、減衰器回路408を接続または接続解除する判定は、タイマ(図示せず)の値に基づく。例えば、タイマは、発信機回路が超音波発信機に超音波信号を発信させるのを止めたときに開始できる。累算されたタイマ値が不感地帯期間を超えない限り、スイッチ406は、減衰器回路408が選択された状態を維持できる。しかし、タイマ値が不感地帯期間に到達するかまたはそれを超えたときに、スイッチ制御信号420は、スイッチ406に減衰器回路から接続解除させる。   In one embodiment of the present invention, the ultrasonic receiver 404 is connected to the switch 406. Switch 406 is controllable by a switch control signal 420 provided by controller 412. The switch control signal 420 can cause the switch 406 to electrically connect the ultrasonic receiver 404 and the attenuator circuit 408 during the dead zone to attenuate the received signal. The switch control signal 420 can also cause the switch 406 to electrically disconnect the ultrasonic receiver 404 and the attenuator circuit 408 so that the received signal is not attenuated outside of the dead zone period. In some embodiments, the decision to connect or disconnect the attenuator circuit 408 is based on the value of a timer (not shown). For example, a timer can be started when the transmitter circuit stops causing the ultrasonic transmitter to emit an ultrasonic signal. As long as the accumulated timer value does not exceed the dead zone period, the switch 406 can keep the attenuator circuit 408 selected. However, when the timer value reaches or exceeds the dead zone period, switch control signal 420 causes switch 406 to disconnect from the attenuator circuit.

ある実施形態において、スイッチ406は、単極双投(SPDT)スイッチを含むことができ、または任意の極数または投数の少なくとも一方を含み得る。他の実施形態において、スイッチは、マルチプレクサ(mux)デマルチプレクサ(demux)を含むことができる。スイッチ406はまた、パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、ソリッドステートリレー、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、または同類のもの等の、電気スイッチも含むことができる。   In certain embodiments, switch 406 may include a single pole, double throw (SPDT) switch, or may include any number of poles and / or number of throws. In another embodiment, the switch may include a multiplexer (mux) demultiplexer (demux). Switch 406 may also include an electrical switch, such as a power metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a solid state relay, a power transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or the like.

種々の実施形態において、減衰器回路408は、電気信号の電力を低減させるために、分圧器ネットワークを形成する1つ以上の受動構成要素を含むことができる。例えば、減衰器回路408は、ダイオードおよびコンデンサ、または抵抗器およびコンデンサを含むことができる。減衰器回路の構成要素は、Π型またはT型等の任意の配設に従って配設され得る。   In various embodiments, the attenuator circuit 408 can include one or more passive components forming a voltage divider network to reduce the power of the electrical signal. For example, attenuator circuit 408 can include a diode and a capacitor, or a resistor and a capacitor. The components of the attenuator circuit may be arranged according to any arrangement, such as Π or T.

種々の実施形態において、減衰器回路408のパラメータは、エコー信号を排除せず、残響信号を低減または排除するために、異なる状況に適応するように設定可能であり得る。パラメータは、残響信号またはエコー信号の少なくとも一方の、実際のまたは以前の少なくとも一方の測定に基づいて調整され得る。例えば、(例えば、オシロスコープで測定されるような)実際の残響信号またはエコー信号の少なくとも一方の振幅に基づいて、減衰器回路の受動構成部品のパラメータは、図3に関連して論じられるように、所望の減衰量を達成するように選択され得る。例えば、コンデンサの静電容量または抵抗器の抵抗は、残響信号の振幅をトリガー値未満、または、ほぼゼロにするのに十分な程度の少なくとも一方に、全減衰量を増加または減少させるように選択できる。   In various embodiments, the parameters of the attenuator circuit 408 may be configurable to accommodate different situations in order to reduce or eliminate reverberation signals without rejecting echo signals. The parameters may be adjusted based on actual or previous measurements of at least one of the reverberation signal and the echo signal. For example, based on the amplitude of at least one of the actual reverberation signal or the echo signal (eg, as measured on an oscilloscope), the parameters of the passive components of the attenuator circuit may be as discussed in connection with FIG. , To achieve a desired amount of attenuation. For example, the capacitance of a capacitor or the resistance of a resistor may be selected to increase or decrease the total attenuation by at least one of less than a trigger value or near zero to reduce the amplitude of the reverberation signal. it can.

種々の実施形態において、実際に測定された残響信号またはエコー信号の少なくとも一方と関連する特性(例えば、振幅)は、様々な因子によって判定され得る。この因子には、超音波発信機/受信機のパラメータまたは性質、超音波発信機/受信機の取り付け位置または方法(例えば、発信機プローブと受信機プローブとの距離、パッドを入れる等の機械的振動の低減が適所にあるかどうか、等)、伝播媒体、周囲環境の中の物体、および同類のもの等、がある。例えば、類似する方法を使用して取り付けられた異なる超音波プローブは、異なる残響信号またはエコー信号の少なくとも一方を生成し得る。同じ超音波プローブであっても、異なるように取り付けられると、異なる残響信号またはエコー信号の少なくとも一方を生成し得る。   In various embodiments, characteristics (eg, amplitude) associated with at least one of the actually measured reverberation signal or echo signal may be determined by various factors. These factors include the parameters or properties of the ultrasonic transmitter / receiver, the location or method of mounting the ultrasonic transmitter / receiver (eg, the distance between the transmitter and receiver probes, mechanical Vibration reduction is in place, etc.), propagation media, objects in the surrounding environment, and the like. For example, different ultrasound probes mounted using similar methods may produce different reverberation signals and / or echo signals. The same ultrasonic probe may produce different reverberation signals and / or echo signals when mounted differently.

本発明の別の態様によれば、近接測定の精度または範囲の少なくとも一方を向上させるために、エコー信号の増幅に関連する利得を動的に調整する方法およびシステムが提供される。既存の超音波センサは、固定利得増幅器を含むことがある。利得量は、最大測定距離に到達するために必要とされる利得によって決定される。ある状況下で、そのような固定利得制御は、不正確な測定結果をもたらす可能性がある。特に、混雑した環境において、最大測定距離よりも近くにある物体は、比較器の誤ったトリガーを引き起こし、不正確な測定をもたらす可能性がある。例えば、地面に対する近接測定中に、発信機プローブの発信範囲内にある地面に箱がある場合、最大測定距離に基づく固定利得によって引き起こされる過剰増幅のため、箱からのエコーが最初に受信機プローブに到達する可能性がある。これに対して、本発明によって説明される調整可能な利得制御手法を使用すると、利得値は、測定距離に基づいて提供される。したがって、より短い測定距離にはより小さい利得が提供され、それによって、近距離物体からのエコーの過剰増幅を回避する。このように、超音波感知システムの測定精度は、本発明によって向上する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method and system for dynamically adjusting the gain associated with the amplification of an echo signal to improve the accuracy and / or range of the proximity measurement. Existing ultrasonic sensors may include a fixed gain amplifier. The amount of gain is determined by the gain required to reach the maximum measurement distance. Under certain circumstances, such a fixed gain control can result in inaccurate measurement results. In particular, in a crowded environment, objects that are closer than the maximum measurement distance can cause false triggering of the comparator, resulting in inaccurate measurements. For example, during a proximity measurement to the ground, if there is a box on the ground that is within the range of the transmitter probe, the echo from the box will first be reflected by the receiver probe due to over-amplification caused by a fixed gain based on the maximum measured distance. Could be reached. In contrast, using the adjustable gain control approach described by the present invention, a gain value is provided based on the measured distance. Thus, shorter measurement distances are provided with less gain, thereby avoiding over-amplification of echoes from close-range objects. Thus, the measurement accuracy of the ultrasonic sensing system is improved by the present invention.

実例となる実施形態において、超音波感知システム400は、利得調整可能な増幅器410を含む。該利得調整可能な増幅器は、コントローラ412によって動的に提供される調整可能な利得制御(AGC)信号418に従って、受信した信号を増幅する。一実施形態において、利得調整可能な増幅器410は、スイッチ406を介して、超音波受信機404に電気的に接続できる。不感地帯期間中に、利得調整可能な増幅器410は、減衰器回路408によって減衰された信号を増幅するように、減衰器回路408と直列に接続できる。減衰されたエコー信号にトリガー値を超えさせて近接測定処理をトリガーするために、そのような減衰後の増幅が必要であり得る。減衰器回路408を(例えば、スイッチ406を介して)バイパスして、受信した信号を直接増幅するために、不感地帯期間を超えて利得調整可能な増幅器410を使用できる。不感地帯期間外に受信したエコー信号のそのような増幅は、伝播媒体(例えば、空気、水)によって引き起こされる減衰を補償するために使用することができ、近接測定の範囲および精度を向上させる。   In the illustrative embodiment, the ultrasound sensing system 400 includes a gain adjustable amplifier 410. The gain adjustable amplifier amplifies the received signal according to an adjustable gain control (AGC) signal 418 provided dynamically by controller 412. In one embodiment, the gain adjustable amplifier 410 can be electrically connected to the ultrasonic receiver 404 via the switch 406. During the dead zone, the gain adjustable amplifier 410 can be connected in series with the attenuator circuit 408 to amplify the signal attenuated by the attenuator circuit 408. Such post-attenuation amplification may be necessary to cause the attenuated echo signal to exceed a trigger value to trigger the proximity measurement process. A gain-adjustable amplifier 410 over the dead zone period can be used to directly amplify the received signal, bypassing the attenuator circuit 408 (eg, via the switch 406). Such amplification of echo signals received outside of the dead zone period can be used to compensate for attenuation caused by the propagation medium (eg, air, water), improving the range and accuracy of proximity measurements.

ある実施形態において、利得調整可能な増幅器410によって提供される利得は、測定距離に基づいて動的に調整される。超音波信号が発信されると、超音波感知システムの測定距離は、発信された信号がさらに遠くに伝播されるにつれて増加する。測定距離が遠くなるほど、伝播媒体によって引き起こされる減衰により、エコー信号がより多く減衰される。したがって、全般的に、測定距離が経時的に増加するにつれて増加する減衰を補償するために、受信した信号にはより多くの利得を提供する必要がある。一実施形態において、利得調整可能な増幅器410によって提供される利得は、測定距離が増加するにつれて、(AGC信号418に従って)段階的に増加するように動的に調整される。調整された利得は、以前に提供された利得と同じかまたはそれよりも多くなり得る。   In some embodiments, the gain provided by gain-adjustable amplifier 410 is dynamically adjusted based on the measured distance. As the ultrasound signal is emitted, the measured distance of the ultrasound sensing system increases as the emitted signal propagates further. The greater the measurement distance, the more the echo signal is attenuated due to the attenuation caused by the propagation medium. Therefore, it is generally necessary to provide more gain to the received signal to compensate for the increasing attenuation as the measurement distance increases over time. In one embodiment, the gain provided by the gain-adjustable amplifier 410 is dynamically adjusted to increase stepwise (according to the AGC signal 418) as the measurement distance increases. The adjusted gain may be equal to or greater than the gain previously provided.

ある事例において、超音波信号の正確な減衰特性は、伝播媒体(例えば、空気、水)、発信周波数、発信機/受信機特性、取り付け方法、および他の因子に依存して変動し得る。このように、AGC信号418と利得調整可能な増幅器410によって提供される利得は、変動する測定距離で、(例えば、比較器によって割り込みをトリガーするのに十分な)トリガー値または検出可能なレベルに到達するまで、受信したエコー信号を高めるために必要とされる実際の動作利得の経験的測定に少なくとも部分的に基づいて提供できる。あるいは、利得は、受信した信号の強度に基づいて、自動的に調整できる。例えば、利得は、例えば直線的または指数関数的な様式で、受信信号の強度に比例し得る。   In some cases, the exact attenuation characteristics of the ultrasonic signal may vary depending on the propagation medium (eg, air, water), transmission frequency, transmitter / receiver characteristics, mounting methods, and other factors. Thus, the gain provided by the AGC signal 418 and the gain-adjustable amplifier 410 can be at a varying measurement distance to a trigger value (e.g., sufficient to trigger an interrupt by a comparator) or a detectable level. Until it is reached, it can be provided based at least in part on an empirical measurement of the actual operating gain required to enhance the received echo signal. Alternatively, the gain can be adjusted automatically based on the strength of the received signal. For example, the gain may be proportional to the strength of the received signal, for example, in a linear or exponential manner.

図5は、本発明の一実施形態による、種々の測定距離または測定範囲と関連するAGC利得値(AGC値)を例示する。所与の測定距離または測定範囲について、その測定距離または測定範囲から受信したエコー信号を(例えば、比較器によって画定されるトリガー値を超える)検出可能なレベルまで増幅するために、対応するAGC利得が必要とされる。図5の左側の表は、左欄に測定範囲(「範囲」)をセンチメートル(cm)で示し、右欄に対応するAGC値(「POT AGC値」)を対数のデシベル(dB)で示す。AGC値は、入力エコー信号および利得調整可能な増幅器によって増幅された出力信号に基づいて導出することができ、また、入力信号が増幅された程度を示すことができる。一実施形態において、AGC値は、電位差計または他の測定機器によって測定され得る。したがって、図5で示されるデータは、AGC値と測定距離との相関を例示する。図5の左側のグラフは、同じデータを例示する。図5の表およびグラフで示されるように、AGC値は、一般的に、測定距離が増加するにつれて増加する。ある事例において、AGC値は、2つ以上の連続する測定範囲に対して同じ状態を維持する。測定距離に加えて、AGC値はまた、発信機/受信機プローブ、取り付け方法、伝播媒体、および他の因子に基づいても変動し得る。   FIG. 5 illustrates AGC gain values (AGC values) associated with various measurement distances or ranges, according to one embodiment of the present invention. For a given measurement distance or measurement range, the corresponding AGC gain to amplify the echo signal received from that measurement distance or measurement range to a detectable level (eg, above a trigger value defined by a comparator) Is required. The table on the left side of FIG. 5 shows the measurement range (“range”) in centimeters (cm) in the left column, and the corresponding AGC value (“POT AGC value”) in logarithmic decibels (dB) in the right column. . The AGC value can be derived based on the input echo signal and the output signal amplified by the gain-adjustable amplifier, and can indicate the degree to which the input signal has been amplified. In one embodiment, the AGC value may be measured by a potentiometer or other measuring device. Therefore, the data shown in FIG. 5 illustrates the correlation between the AGC value and the measured distance. The graph on the left side of FIG. 5 illustrates the same data. As shown in the table and graph of FIG. 5, the AGC value generally increases as the measurement distance increases. In some cases, the AGC value remains the same for two or more consecutive measurement ranges. In addition to the measured distance, AGC values may also vary based on transmitter / receiver probe, mounting method, propagation medium, and other factors.

特定の環境における特定の超音波感知システムに対して適切なAGC値を提供するために、超音波感知システムを使用する前に、試験測定を行って、(図5で例示される値等の)AGC値を測定、または算出の少なくとも一方をすることができる。試験測定中に、測定距離を変動させるためのエコー信号を(例えば、発振器を使用して)解析して、エコー信号の振幅を決定できる。例えば、測定距離は、固定間隔(例えば、10cm)で漸増させることができる。受信したエコー信号の振幅に基づいて、増幅器のAGC値を調整して、エコー信号にトリガー値(例えば、比較器をトリガーする閾値)を超えさせることができる。実際の近接測定中に、そのような試験測定から導出されるAGC値は、利得制御信号を利得調整可能な増幅器に提供して、所望の利得量を達成するように、超音波感知システムのコントローラによって使用できる。一定の音声の伝播速度のため、測定距離の変化が、伝播の開始から経過した時間に比例すると想定すると、図5の表およびグラフで示される測定距離は、超音波信号の発信を開始して経過した時間量に変換できる。ある実施形態では、特定のセンサまたは条件の少なくとも一方に対するAGC値について、ルックアップテーブルまたは類似するデータ構造を作成し、使用できる。そのようなルックアップテーブルに基づいて、時間ベースの利得制御方法を提供して、図5で例示される距離ベースの利得制御を近似させることができる。   Prior to using the ultrasonic sensing system to provide an appropriate AGC value for a particular ultrasonic sensing system in a particular environment, test measurements are taken (such as the values illustrated in FIG. 5). The AGC value can be measured and / or calculated. During a test measurement, the echo signal for varying the measurement distance can be analyzed (eg, using an oscillator) to determine the amplitude of the echo signal. For example, the measurement distance can be gradually increased at fixed intervals (eg, 10 cm). Based on the amplitude of the received echo signal, the AGC value of the amplifier can be adjusted to cause the echo signal to exceed a trigger value (eg, a threshold that triggers a comparator). During actual proximity measurements, the AGC values derived from such test measurements provide a gain control signal to a gain-adjustable amplifier so that the controller of the ultrasonic sensing system can achieve the desired amount of gain. Can be used by Assuming that the change in measurement distance is proportional to the time elapsed from the start of propagation due to the constant sound propagation speed, the measurement distance shown in the table and graph of FIG. It can be converted to the amount of elapsed time. In some embodiments, a look-up table or similar data structure can be created and used for AGC values for a particular sensor and / or condition. Based on such a look-up table, a time-based gain control method can be provided to approximate the distance-based gain control illustrated in FIG.

図6は、本発明の一実施形態による、本明細書に記載の時間ベースの利得制御を実現する過程600のステップを例示するフローチャートである。特に、過程600は、動的に調整された利得制御を利得調整可能な増幅器に提供して、入力信号の減衰の変動を補償するために使用できる。例えば、利得量は、以前に測定または算出の少なくとも一方を行ったAGCデータに基づいて、時間が長くなるにつれて調整する(例えば、漸増させるか、または同じに保つ)ことができる。一実施形態において、過程600の態様は、図4に示すコントローラ412によって実現できる。   FIG. 6 is a flowchart illustrating the steps of a process 600 for implementing the time-based gain control described herein, according to one embodiment of the invention. In particular, process 600 can be used to provide dynamically adjusted gain control to a gain adjustable amplifier to compensate for variations in input signal attenuation. For example, the amount of gain can be adjusted (e.g., ramped up or kept the same) over time based on AGC data previously measured and / or calculated. In one embodiment, aspects of process 600 may be implemented by controller 412 shown in FIG.

一実施形態において、過程600は、ステップ602で、所定の割り込みを待機する。そのような所定の割り込みは、例えば、割り込みハンドラまたは割り込み処理ルーチン(ISR)による処理を必要とする、所定のイベントの発生を示すことができる。例えば、そのような割り込みは、入力信号が所定のトリガー値よりも大きいときに、比較器によってトリガーされ得る。別の例として、割り込みは、アナログ−デジタル変換器(ADC)の出力が所定の閾値に到達したときにトリガーされ得る。   In one embodiment, the process 600 waits at step 602 for a predetermined interrupt. Such a predetermined interrupt may indicate, for example, the occurrence of a predetermined event that requires processing by an interrupt handler or interrupt handling routine (ISR). For example, such an interrupt may be triggered by a comparator when the input signal is greater than a predetermined trigger value. As another example, an interrupt may be triggered when the output of an analog-to-digital converter (ADC) reaches a predetermined threshold.

ステップ604で、割り込みが起こったかどうかが判定される。起こった場合、過程600は、ステップ602で、例えばISRを実行して物体に対する近接を算出することによって、割り込みを処理する。起こっていない場合、過程600は、待機ステップ602に戻る。   At step 604, it is determined whether an interrupt has occurred. If so, the process 600 handles the interrupt at step 602, for example, by performing an ISR to calculate proximity to the object. If not, the process 600 returns to the waiting step 602.

一実施形態において、過程600は、ステップ606で、所定の時間増分Δtを経過したかどうかを判定する。経過した場合、ステップ608で、AGC利得値が調整される。経過していない場合、過程600は、待機ステップ602に戻る。したがって、AGC利得値は、固定時間間隔で調整される。時間間隔Δtは、任意の恣意的な時間間隔に設定可能とし得る。あるいは、AGC値は、様々な時間間隔で、または所定のイベントに応じて調整できる。ある実施形態において、AGC利得値を調整するステップは、現在の測定距離または同等に現在の経過時間に対応する適切なAGC値を決定するために、図5で例示されるような経験的AGCデータまたはそれらの変形例をルックアップすることを含むことができる。例えば、現在のタイマ値に基づいて、図5の表に従って、現在の測定距離が(超音波信号の伝播速度に基づいて)70〜80cmの範囲内であり、対応するAGC値が9dBであると決定され得る。また、AGC値は、比較器またはアナログ−デジタル変換器(ADC)の少なくとも一方からの出力、超音波感知システムと関連付けられる種々のパラメータ、および同類のもの等の、他の因子に基づいて調整することも可能である。これらの因子の一部もしくは全部に基づいて、所望の利得量を達成するために、適切な制御信号がAGC値によって発生され、利得調整可能な増幅器に提供され得る。ある実施形態において、過程600は、最大測定距離に対応する期間が終了するまで継続される。そのような最大測定距離は、設定可能とし得る。   In one embodiment, the process 600 determines at step 606 whether a predetermined time increment Δt has elapsed. If so, at step 608, the AGC gain value is adjusted. If not, the process 600 returns to the waiting step 602. Therefore, the AGC gain value is adjusted at fixed time intervals. The time interval Δt may be set to any arbitrary time interval. Alternatively, the AGC value can be adjusted at various time intervals or in response to a given event. In some embodiments, the step of adjusting the AGC gain value comprises empirical AGC data as illustrated in FIG. 5 to determine an appropriate AGC value corresponding to the current measured distance or equivalently the current elapsed time. Or looking up those variations. For example, based on the current timer value, according to the table of FIG. 5, the current measured distance is in the range of 70-80 cm (based on the propagation speed of the ultrasonic signal), and the corresponding AGC value is 9 dB. Can be determined. Also, the AGC value is adjusted based on other factors, such as the output from at least one of a comparator or an analog to digital converter (ADC), various parameters associated with the ultrasound sensing system, and the like. It is also possible. Based on some or all of these factors, an appropriate control signal can be generated by the AGC value and provided to a gain-adjustable amplifier to achieve the desired amount of gain. In some embodiments, process 600 continues until the time period corresponding to the maximum measured distance has expired. Such a maximum measurement distance may be configurable.

本発明の別の態様によれば、近接測定の正確さおよび精度を向上させるために、比較器と併せてアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用する方法およびシステムが提供される。例えば、図4の超音波感知システム400は、比較器414と、ADC416とを含み、それぞれ、利得調整可能な増幅器410に接続される。比較器414は、利得調整可能な増幅器410からの入力信号を所定のトリガー値(例えば、電圧)と比較して、入力信号が所定のトリガー値よりも大きいかどうかの指示を提供できる。例えば、比較器414は、入力信号がトリガー値よりも大きい場合には「1」を出力し、そうでない場合には「0」を出力し得る。ある実施形態において、比較器の出力(例えば、「1」)は、図6で論じられるような割り込みをトリガーすることができ、ISRの実行を引き起こす。ADC416は、アナログ信号を、信号の振幅(例えば、電圧)を表すデジタル信号に変換するように構成できる。ある事例において、ADCの出力は、割り込みをトリガーするために使用できる。例えば、そのような割り込みは、ADCの出力が所定の閾値を超えたときにトリガーできる。ある実施形態において、比較器414またはADC416の少なくとも一方は、図4で例示されるような、コントローラ412の一部として、またはそれと統合できる。あるいは、比較器414またはADC416の少なくとも一方は、コントローラ412の外部とすることができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method and system that uses an analog-to-digital converter (ADC) in conjunction with a comparator to improve the accuracy and precision of proximity measurements. For example, the ultrasound sensing system 400 of FIG. 4 includes a comparator 414 and an ADC 416, each connected to a gain adjustable amplifier 410. Comparator 414 can compare the input signal from gain-adjustable amplifier 410 with a predetermined trigger value (eg, voltage) and provide an indication whether the input signal is greater than the predetermined trigger value. For example, comparator 414 may output “1” if the input signal is greater than the trigger value, and output “0” otherwise. In some embodiments, the output of the comparator (eg, “1”) can trigger an interrupt as discussed in FIG. 6, causing the ISR to execute. ADC 416 can be configured to convert an analog signal to a digital signal representing the amplitude (eg, voltage) of the signal. In some cases, the output of the ADC can be used to trigger an interrupt. For example, such an interrupt can be triggered when the output of the ADC exceeds a predetermined threshold. In some embodiments, at least one of the comparator 414 or the ADC 416 can be part of or integrated with the controller 412, as illustrated in FIG. Alternatively, at least one of the comparator 414 or the ADC 416 can be external to the controller 412.

ある実施形態において、比較器414およびADC416は、エコー信号の測定の精度および正確さを向上させるために併せて使用できる。特に、比較器414は、近接測定をトリガーするために使用することができ、ADC416からの測定値は、所定の期間内で、相対的なピーク振幅を受信した時点を決定するために使用できる。次いで、この時点は、エコー信号を受信した物体までの距離の算出に使用できる。ピーク振幅の時間を特定することによって、近接測定の精度が向上する。   In certain embodiments, the comparator 414 and the ADC 416 can be used together to improve the accuracy and accuracy of the measurement of the echo signal. In particular, comparator 414 can be used to trigger a proximity measurement, and measurements from ADC 416 can be used to determine when, within a predetermined time period, the relative peak amplitude has been received. This point can then be used to calculate the distance to the object that received the echo signal. By specifying the time of the peak amplitude, the accuracy of the proximity measurement is improved.

一般的に、物体に対する近接度は、超音波信号の発信と、物体によって反射された超音波信号の受信との時間間隔に基づいて算出される。超音波信号の発信は、一般的に、発信波のピークの発信時にある。超音波信号の受信時間が、反射波によって比較器がトリガーされる時間に設定された場合、(例えば、ピーク振幅未満の)反射波によって比較器がトリガーされたときと、ピーク振幅に到達したときとの間に期間があるので、測定が正確であるとは言い難い。ADCによって、反射波のピークの値およびピークの値が検出されたときを検出することは、比較的容易である。次いで、ピーク値が検出された時間を、物体までの距離を算出するために使用することができ、それによって、測定の精度を向上させる。   Generally, the proximity to an object is calculated based on a time interval between transmission of an ultrasonic signal and reception of an ultrasonic signal reflected by the object. The transmission of the ultrasonic signal is generally at the time of transmission of the peak of the transmitted wave. When the reception time of the ultrasonic signal is set to the time at which the comparator is triggered by the reflected wave, when the comparator is triggered by the reflected wave (for example, less than the peak amplitude) and when the peak amplitude is reached It is difficult to say that the measurement is accurate because there is a period between them. It is relatively easy to detect the peak value and the peak value of the reflected wave by the ADC. The time at which the peak value was detected can then be used to calculate the distance to the object, thereby improving the accuracy of the measurement.

図7は、一実施形態による、ピーク振幅の発生を判定する過程700のステップを例示するフローチャートである。過程700は、例えば、コントローラ412または他の場所に組み込まれるソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせによって実現できる。   FIG. 7 is a flowchart illustrating steps of a process 700 for determining the occurrence of a peak amplitude, according to one embodiment. Process 700 may be implemented, for example, by software, hardware, or a combination thereof embedded in controller 412 or elsewhere.

ある実施形態において、過程700は、ADCの測定準備ができていると判定するステップを含む。ある事例において、ADCは、受信した信号によって比較器がトリガーされた後に、測定のために起動される。加えて、ADCは、ある時間間隔にだけ測定を行い得る。そのような時間間隔は、ADCの製造業者、ADCのユーザ(例えば、開発者、エンドユーザ等)、または同類のものによって設定可能とされ得る。   In some embodiments, process 700 includes determining that the ADC is ready for measurement. In some cases, the ADC is activated for measurement after the comparator is triggered by the received signal. In addition, the ADC may make measurements only at certain time intervals. Such a time interval may be configurable by a manufacturer of the ADC, a user of the ADC (eg, a developer, an end user, etc.), or the like.

ADCの測定準備ができているとき、ステップ704で、ADCを使用して現在のADC値ADCcurrが取得される。ADC値は、ADCに対する入力信号のデジタル化された振幅値を表す。現在のADC値ADCcurrは、ステップ706で、以前に取得されたADC値ADColdと比較され、ADCcurr>ADColdであるかどうかを判定され得る。典型的な実施形態において、ADColdは、直前の測定におけるADC値である。ある実施形態において、ADColdは、(例えば、ステップ708で、またはその後で)最初のADCの測定時、またはピーク振幅の各検出の後の少なくとも一方に、0に設定される。 When the ADC is ready for measurement, at step 704 the ADC is used to obtain the current ADC value ADC curr . The ADC value represents a digitized amplitude value of an input signal to the ADC. The current ADC value ADC curr may be compared to a previously obtained ADC value ADC old at step 706 to determine whether ADC curr > ADC old . In an exemplary embodiment, ADC old is the ADC value in the last measurement. In some embodiments, the ADC old is set to zero at the first ADC measurement (eg, at or after step 708) or at least one after each detection of peak amplitude.

現在のADC値が以前に取得したADC値よりも大きいと判定された場合は、ピーク振幅がまだ到着していないことを意味し得る。したがって、過程700は、ステップ702に進み、測定の次の段階を開始する。しかし、以前に取得されたADC値が現在のADC値以上であった場合は、ピークに到達したことを意味する。ステップ708で、現在のタイマ値tpeakが記録される。ある実施形態において、タイマは、超音波信号の発信時に開始される。このように、tpeakは、超音波信号の発信と、物体によって反射された超音波信号のピークの受信との時間間隔を表す。 If it is determined that the current ADC value is greater than the previously obtained ADC value, it may mean that the peak amplitude has not yet arrived. Thus, the process 700 proceeds to step 702 and begins the next phase of the measurement. However, if the previously acquired ADC value is equal to or greater than the current ADC value, it means that the peak has been reached. At step 708, the current timer value tpeak is recorded. In some embodiments, the timer is started upon emission of the ultrasound signal. Thus, tpeak represents the time interval between the transmission of the ultrasound signal and the reception of the peak of the ultrasound signal reflected by the object.

ある実施形態において、過程700は、超音波センサの測定範囲内の1つを超える物体を検出するために使用され得る。よって、1つを超えるtpeakが存在する可能性があり、それぞれ、異なる物体と関連する。多数のピーク振幅値の検出を実現するために、過程700は、測定時間が終了していない限り、上の過程を繰り返して多数のtpeakを導出するステップを含むことができる。測定の繰り返しを開始する前に、ADColdは、0にリセットされ得る。測定時間は、一般的に、過程700を実現する近接感知システムからの最大距離を測定するために必要とされる期間を指す。測定時間は、近接感知システムの特性、周囲環境または、製造業者、ユーザ、顧客等によって設定可能なもの、の少なくとも一つによって決定され得る。 In some embodiments, the process 700 can be used to detect more than one object within the measurement range of the ultrasonic sensor. Thus, there can be more than one tpeak , each associated with a different object. To realize the detection of multiple peak amplitude value, process 700, as long as the measurement time not ended, it may include the step of deriving the number of t peak by repeating the process above. ADC old may be reset to 0 before starting the measurement repeat. The measurement time generally refers to the time required to measure the maximum distance from the proximity sensing system that implements process 700. The measurement time can be determined by at least one of the characteristics of the proximity sensing system, the surrounding environment, or one configurable by the manufacturer, user, customer, or the like.

ある実施形態において、過程700は、ステップ710で、測定時間が終了したかどうかを判定することを含む。測定時間が終了した場合は、ステップ712で、1つ以上のtpeak値が返される。一方で、測定時間が終了していない場合、過程700は、ステップ702にループバックして、ピーク振幅値が起こったときを判定する別の繰り返しを開始することを含む。 In some embodiments, the process 700 includes determining at step 710 whether the measurement time has expired. If the measurement time has expired, step 712 returns one or more tpeak values. On the other hand, if the measurement time has not expired, the process 700 includes looping back to step 702 to begin another iteration to determine when a peak amplitude value has occurred.

図4を再度参照すると、ある実施形態において、比較器414またはADC416の少なくとも一方は、上で論じられる利得調整可能な増幅器410またはスイッチ406の少なくとも一方を制御するために使用できる。例えば、AGC信号418またはスイッチ制御信号420の少なくとも一方は、比較器414またはADC416の少なくとも一方からの出力に基づいて発生され得る。   Referring back to FIG. 4, in some embodiments, at least one of the comparator 414 or the ADC 416 can be used to control at least one of the gain-adjustable amplifier 410 or the switch 406 discussed above. For example, at least one of AGC signal 418 or switch control signal 420 may be generated based on an output from at least one of comparator 414 or ADC 416.

ある実施形態において、コントローラ412は、単一の集積回路基板上にマイクロコントローラユニット(MCU)を含むことができる。ある他の実施形態において、コントローラ412は、分散コンピューティングシステムを含むことができる。コントローラ412は、処理ユニット424と、メモリ426と、入力/出力周辺機器(図示せず)とを含むことができる。処理ユニット424は、プログラマブルプロセッサ(例えば、中央処理ユニット(CPU))等の、1つ以上のプロセッサを含むことができる。処理ユニット424は、メモリ426に動作可能に接続できる。メモリ426は、一時的記憶媒体、または非一時的記憶媒体の少なくとも一方の1つ以上のユニットを含むことができる。記憶媒体は、1つ以上のルーチンもしくは関数を行うために処理ユニット424によって実行可能なデータ、論理、コード、もしくはプログラム命令の少なくとも一つを記憶する。例えば、メモリユニットとしては、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(PROM)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ(EEPROM)、および同類のものが挙げられ得る。メモリ426のメモリユニットは、図5で論じられるAGC値またはそれらの変形例等のデータ、比較器、ADC、タイマ、センサ、または同類のもの等からのデータ等を含む入力/出力データ、処理ユニット424からの処理結果、および同類のものを記憶できる。加えて、メモリ426のメモリユニットは、本明細書に記載の方法の任意の適切な実施形態を行うために、動作パラメータまたは論理の少なくとも一方、処理ユニット424によって実行可能なコードまたはプログラム命令の少なくとも一方を記憶できる。例えば、処理ユニット424は、図3で論じられる時間ベースの減衰を実現するために、処理ユニット424の1つ以上のプロセッサにスイッチ制御信号420をスイッチ406に提供させる命令を実行できる。加えて、処理ユニット424は、図6に関して論じられるような、受信した信号の距離ベースの増幅を実現するように、処理ユニット424の1つ以上のプロセッサにAGC制御信号を利得調整可能な増幅器410に提供させる命令を実行できる。さらに、処理ユニット424は、上で論じられるような比較器およびADCからの入力に基づいて、処理ユニット424の1つ以上のプロセッサにピーク振幅の(タイミングを含む)発生を判定させる命令を実行できる。図4は、単一の処理ユニット424および単一のメモリ426を表しているが、当業者は、これが限定することを意図しないこと、また、システム400が複数の処理ユニットまたはメモリのメモリユニットの少なくとも一方を含むことができることを認識するであろう。   In some embodiments, controller 412 may include a microcontroller unit (MCU) on a single integrated circuit board. In certain other embodiments, controller 412 can include a distributed computing system. Controller 412 may include a processing unit 424, a memory 426, and input / output peripherals (not shown). Processing unit 424 may include one or more processors, such as a programmable processor (eg, a central processing unit (CPU)). The processing unit 424 can be operatively connected to the memory 426. The memory 426 may include one or more units of at least one of a temporary storage medium and a non-transitory storage medium. The storage medium stores at least one of data, logic, code, or program instructions executable by processing unit 424 to perform one or more routines or functions. For example, memory units include random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (PROM), electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), and the like. Can be The memory units of the memory 426 may include input / output data, including data such as AGC values or variations thereof discussed in FIG. 5, data from comparators, ADCs, timers, sensors, or the like, processing units. Processing results from 424 and the like can be stored. In addition, a memory unit of memory 426 may include at least one of operating parameters or logic, at least code or program instructions executable by processing unit 424 to perform any suitable embodiments of the methods described herein. One can be memorized. For example, processing unit 424 may execute instructions that cause one or more processors of processing unit 424 to provide switch control signal 420 to switch 406 to achieve the time-based decay discussed in FIG. In addition, processing unit 424 may provide an amplifier 410 that can adjust the AGC control signal to one or more processors of processing unit 424 to achieve distance-based amplification of the received signal, as discussed with respect to FIG. Can be executed. Further, processing unit 424 can execute instructions that cause one or more processors of processing unit 424 to determine the occurrence of a peak amplitude (including timing) based on inputs from the comparator and the ADC as discussed above. . Although FIG. 4 illustrates a single processing unit 424 and a single memory 426, those skilled in the art will not limit this and that the system 400 may have multiple processing units or memory units of memory. It will be appreciated that at least one can be included.

ある実施形態において、コントローラ412はまた、複数の入力/出力周辺機器(図示せず)も含むことができる。例えば、コントローラ412は、1つ以上の離散入力/出力ビットを含むことができ、個々のパッケージピンの論理状態の制御または検出の少なくとも一方を可能にする。また、コントローラ412は、シリアルポート(例えば、汎用非同期受信機/送信機(UART))等の1つ以上のシリアル入力/出力を含むこともできる。コントローラ412はまた、システム相互接続のための、Inter−Integrated Circuit(IC)、シリアルペリフェラルインターフェース(SPI)バス、コントローラエリアネットワーク(CAN)バス、または同類のもの等の、1つ以上のシリアル通信インターフェースも含むことができる。ある事例において、コントローラ412はまた、タイマ、イベントカウンタ、パルス幅変調(PWM)発生器、クロック発生器(例えば、石英タイミング水晶、共振器、またはRC回路のための発振器)、および同類のもの等の、1つ以上の周辺機器も含むことができる。ある事例において、コントローラ412また、1つ以上のデジタル−アナログ変換器、回路内プログラミングまたはデバッギングサポートの少なくとも一方、USBおよびイーサネット(登録商標)サポート、ならびに同類のものも含むことができる。 In certain embodiments, controller 412 may also include a plurality of input / output peripherals (not shown). For example, the controller 412 can include one or more discrete input / output bits to enable control and / or detection of the logic state of individual package pins. Controller 412 may also include one or more serial inputs / outputs, such as a serial port (eg, a universal asynchronous receiver / transmitter (UART)). The controller 412 also, for the system interconnect, Inter-Integrated Circuit (I 2 C), Serial Peripheral Interface (SPI) bus, controller area network (CAN) bus or the like as the likes, one or more serial A communication interface can also be included. In some cases, controller 412 may also include a timer, an event counter, a pulse width modulation (PWM) generator, a clock generator (eg, a quartz timing crystal, a resonator, or an oscillator for an RC circuit), and the like. And one or more peripherals. In some cases, the controller 412 may also include one or more digital-to-analog converters, in-circuit programming or debugging support, USB and Ethernet support, and the like.

本発明の方法およびシステムは、超音波感知システムとの関連において説明されるが、本発明の方法およびシステムの態様はまた、レーダー、ソナー、ライダーまたは他の感知技術を使用する多種多様な近接感知システムにも適用できることを認識されたい。   Although the methods and systems of the present invention are described in the context of an ultrasonic sensing system, aspects of the methods and systems of the present invention also provide a wide variety of proximity sensing using radar, sonar, lidar or other sensing techniques. Recognize that it can also be applied to systems.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法およびシステムは、可動物体によって使用でき、目標物体(例えば、潜在的な障害物)への近接、地理的特徴の場所、人工構造物の場所、および同類のもの等の、可動物体または周囲環境の少なくとも一方に関する情報を提供する。そのような情報は、可動物体の(例えば、並進で最大3自由度および回転で最大3自由度に関する)空間的配置、速度、または加速度の少なくとも一つを感知するために、可動物体によって使用され得る。加えて、情報は、可動物体の動作を支援できる。この支援は、経路の計画、所定の飛行経路に沿った可動物体の自律航法、障害物回避、および同類のものが挙げられるが、それらに限定されない。   In certain embodiments, the methods and systems described herein can be used with movable objects, including proximity to target objects (eg, potential obstacles), locations of geographic features, locations of man-made structures, and Provide information about a movable object and / or the surrounding environment, such as the like. Such information is used by the movable object to sense at least one of spatial orientation, velocity, or acceleration of the movable object (eg, for up to three degrees of freedom in translation and up to three degrees of rotation). obtain. In addition, the information can assist in the movement of the movable object. This assistance includes, but is not limited to, path planning, autonomous navigation of movable objects along a given flight path, obstacle avoidance, and the like.

可動物体(例えば、UAV)は、1つ以上のセンサを含み得る。このセンサは、可動物体の(例えば、最大で3つの平行移動度および最大で3つの回転度に関する)空間的配置、速度、または加速度の少なくとも一つを感知し得る。1つ以上のセンサとしては、全地球測位システム(GPS)センサ、行動センサ、慣性センサ、近接センサ(例えば、超音波センサまたはライダーセンサの少なくとも一方)、画像センサ、および同類のものが挙げられる。ある実施形態において、近接センサは、回転して(例えば、360°回転して)、可動物体を取り囲む複数の物体の距離および位置情報を取得できる。取り囲む物体の距離および位置情報は、解析して、可動物体の空間的配置、運動の少なくとも一方を決定すること、または可動物体のナビゲーションを支援すること、の少なくとも一方を可能とする。   A movable object (eg, a UAV) may include one or more sensors. The sensor may sense at least one of a spatial arrangement, a velocity, or an acceleration of the movable object (eg, for up to three degrees of translation and up to three degrees of rotation). The one or more sensors include a global positioning system (GPS) sensor, a behavior sensor, an inertial sensor, a proximity sensor (eg, at least one of an ultrasonic sensor and a lidar sensor), an image sensor, and the like. In some embodiments, the proximity sensor can rotate (eg, rotate 360 °) to obtain distance and position information of a plurality of objects surrounding the movable object. The distance and position information of the surrounding object can be analyzed to determine at least one of a spatial arrangement, movement of the movable object, or to assist in navigation of the movable object.

可動物体はまた、可動物体、またはその構成部品の少なくとも一方の動作を制御するためのコントローラも含み得る。可動物体はまた、ユーザによって遠隔で制御するか、または可動物体内またはその上の乗員によって局所的に制御することもできる。ある実施形態において、可動物体は、無人航空機(UAV)等の無人可動物体である。UAV等の無人可動物体は、可動物体に搭乗する乗員がいない場合がある。可動物体は、人間もしくは自律制御システム(例えば、コンピュータ制御システム)、またはそれらの任意の適切な組み合わせによって制御できる。可動物体は、人工知能とともに構成されるロボット等の、自律または半自律ロボットとできる。   The movable object may also include a controller for controlling the operation of the movable object or at least one of its components. The movable object can also be controlled remotely by the user or locally by an occupant in or on the movable object. In some embodiments, the movable object is an unmanned movable object, such as an unmanned aerial vehicle (UAV). An unmanned movable object such as a UAV may have no occupant boarding the movable object. The movable object can be controlled by a human or an autonomous control system (eg, a computer control system), or any suitable combination thereof. The movable object can be an autonomous or semi-autonomous robot, such as a robot configured with artificial intelligence.

ある実施形態において、本明細書に記載の方法およびシステムの態様は、可動物体、遠隔制御デバイス、またはそれらの組み合わせによって実現できる。例えば、近接感知システム400のコントローラ412は、可動物体の動作を制御することもできる、可動物体に内蔵されたコントローラ、または、遠隔制御デバイスもしくは基地局端末等の、可動物体に内蔵されないコントローラによって実現できる。例えば、図4のスイッチまたは利得調整可能な増幅器の少なくとも一方の制御信号は、可動物体または遠隔制御デバイスの少なくとも一方のコントローラによって提供できる。別の例として、近接測定および算出は、可動物体、遠隔制御デバイス、基地局、またはいくつかのサードパーティのデバイスのコントローラによって行うことができる。種々の実施形態において、近接感知システムのコントローラは、可動物体のコントローラと別体であり得るか、または統合され得る。ある実施形態では、同じ遠隔制御デバイスが、可動物体および近接感知システムを制御するように動作可能であり得る。他の実施形態では、別個のリモートコントロールデバイスが、可動物体および近接感知システムを制御するために使用され得る。ある実施形態において、本明細書に記載の近接感知システムによって提供されるデータは、可動物体または可動物体を取り囲む環境の少なくとも一方に関する位置、姿勢、または他の状態情報の少なくとも一つを提供するために、単独で使用され得る。また、そのデータは、可動物体に内蔵されるか、内蔵されないかの少なくとも一方の他のセンサまたは感知システムからのデータと併せて使用され得る。このセンサまたは感知システムは、例えば、GPSセンサ、行動センサ、慣性センサ、近接センサ、画像センサ、および同類のもの等、である。   In certain embodiments, aspects of the methods and systems described herein can be implemented by a movable object, a remote control device, or a combination thereof. For example, the controller 412 of the proximity sensing system 400 may be implemented by a controller embedded in the movable object, which may also control the operation of the movable object, or a controller not embedded in the movable object, such as a remote control device or base station terminal. it can. For example, the control signal of at least one of the switch or the gain adjustable amplifier of FIG. 4 may be provided by a controller of at least one of a movable object or a remote control device. As another example, the proximity measurement and calculation may be performed by a controller of a movable object, a remote control device, a base station, or some third party device. In various embodiments, the controller of the proximity sensing system may be separate from or integrated with the controller of the movable object. In some embodiments, the same remote control device may be operable to control the movable object and the proximity sensing system. In other embodiments, separate remote control devices may be used to control the movable object and the proximity sensing system. In certain embodiments, the data provided by the proximity sensing system described herein provides for at least one of position, attitude, or other state information regarding the movable object and / or the environment surrounding the movable object. Can be used alone. Also, the data can be used in conjunction with data from other sensors or sensing systems that are or are not embedded in the movable object. The sensor or sensing system is, for example, a GPS sensor, a behavior sensor, an inertial sensor, a proximity sensor, an image sensor, and the like.

本発明における可動物体は、空気中で(例えば、固定翼機、回転翼航空機、または固定翼も回転翼も有さない航空機)、水中で(例えば、船舶または潜水艦)、地上で(例えば、車、トラック、バス、バン、オートバイ、自転車等の自動車、杖、釣竿等の可動構造またはフレーム、または列車)、地下で(例えば、地下鉄)、宇宙で(例えば、宇宙飛行機、衛星、または宇宙探査機)等の任意の適切な環境の中で、またはこれらの環境の任意の組合せの中で移動きる。可動物体は、人間または動物等の生体に載置できる。適切な動物は、鳥類、イヌ科の動物、ネコ科の動物、ウマ科の動物、ウシ科の動物、羊、豚、イルカ、齧歯動物、または昆虫を含み得る。   A movable object in the present invention may be in air (eg, a fixed wing aircraft, a rotary wing aircraft, or an aircraft having neither fixed wings nor rotating wings), underwater (eg, a ship or submarine), and on the ground (eg, a vehicle). Vehicles such as trucks, buses, vans, motorcycles, bicycles, movable structures or frames such as canes, fishing rods, or trains), underground (eg, subways), in space (eg, space planes, satellites, or space probes) ) In any suitable environment, or any combination of these environments. The movable object can be placed on a living body such as a human or an animal. Suitable animals may include birds, canines, felines, equids, bovines, sheep, pigs, dolphins, rodents, or insects.

可動物体は6自由度(例えば、並進で3自由度と回転で3自由度)に関する環境内で自由に移動可能であり得る。一方、可動物体の移動は、所定の経路、軌道、または位置等によって、1つ以上の自由度に関して制約されることがある。移動は、エンジンまたはモータ等の任意の適切な作動機構によって実現できる。可動物体の作動機構は、電気エネルギー、磁気エネルギー、太陽エネルギー、風力エネルギー、重力エネルギー、化学エネルギー、核エネルギー、またはその任意の適切な組合せ等の任意の適切なエネルギー源によって電力を供給され得る。   The movable object may be freely movable in an environment with six degrees of freedom (eg, three degrees of freedom in translation and three degrees of rotation). On the other hand, the movement of the movable object may be restricted with respect to one or more degrees of freedom by a predetermined route, trajectory, position, or the like. Movement can be achieved by any suitable actuation mechanism, such as an engine or a motor. The actuation mechanism of the movable object may be powered by any suitable energy source, such as electrical energy, magnetic energy, solar energy, wind energy, gravitational energy, chemical energy, nuclear energy, or any suitable combination thereof.

ある事例において、可動物体は、有人または無人の輸送機であり得る。適切な輸送機は、水上輸送機、航空機、宇宙船、または、地上車を含み得る。例えば、航空機は固定翼機(例えば、飛行機、グライダー)、回転翼航空機(例えば、ヘリコプター、回転翼機)、固定翼と回転翼の両方を有する航空機、またはどちらも有さない航空機(例えば、小型飛行船、熱気球)であり得る。航空機は、空気中を自己推進する等、自走式であり得る。自走式車両は、1つ以上のエンジン、モータ、車輪、車軸、磁石、回転翼、プロペラ、羽根、ノズル、またはその任意の適切な組合せを含んだ推進システム等の推進システムを利用できる。また、推進システムは、可動物体が表面から離陸する、表面に着陸する、その現在位置または向きの少なくとも一方を維持する(例えば、ホバーリングする)、向きまたは位置の少なくとも一方を変更可能に使用できる。   In some cases, the movable object may be a manned or unmanned transport. Suitable transports may include water transports, aircraft, spacecraft, or ground vehicles. For example, the aircraft may be a fixed wing aircraft (eg, an airplane, a glider), a rotorcraft (eg, a helicopter, a rotorcraft), an aircraft having both fixed wings and a rotorcraft, or an aircraft having neither. Airship, hot air balloon). The aircraft may be self-propelled, such as self-propelled in the air. A self-propelled vehicle can utilize a propulsion system, such as a propulsion system that includes one or more engines, motors, wheels, axles, magnets, rotors, propellers, vanes, nozzles, or any suitable combination thereof. Also, the propulsion system can be used to allow the movable object to take off from the surface, land on the surface, maintain at least one of its current position or orientation (eg, hover), change at least one of the orientation or position. .

例えば、推進システムは、1つ以上の回転翼を含む得る。回転翼は、中心シャフトに取り付けられる1つ以上の羽根(例えば、1つ、2つ、3つ、4つ、またはそれを超える羽根)を含み得る。羽根は、中央シャフトを中心に対称的または非対称的に配置できる。羽根は、中央シャフトの回転によって回転させることができ、適切なモータまたはエンジンによって駆動できる。羽根は、時計回りの回転または反時計回りの回転の少なくとも一方で回転し得る。回転翼は、水平回転翼(水平の回転面を有する回転翼を指し得る)、垂直に配向された回転翼(垂直の回転面を有する回転翼を指し得る)、または水平位置と垂直位置との間の中間角度に傾斜させた回転翼とし得る。ある実施形態において、水平配向された回転翼は、回転して可動物体に揚力を与え得る。垂直に配向された回転翼は、回転して可動物体に推進力を与え得る。水平位置と垂直位置との間の中間角度に配向された回転翼は、回転して可動物体に揚力および推進力の双方を与え得る。1つ以上の回転翼は、別の回転翼の回転によって生成されるトルクに反作用するトルクを提供するために使用され得る。   For example, a propulsion system may include one or more rotors. The rotor may include one or more blades (eg, one, two, three, four, or more blades) mounted on a central shaft. The vanes can be arranged symmetrically or asymmetrically about a central shaft. The blades can be rotated by rotation of a central shaft and can be driven by a suitable motor or engine. The blade may rotate at least one of clockwise rotation or counterclockwise rotation. The rotor may be a horizontal rotor (which may refer to a rotor having a horizontal plane of rotation), a vertically oriented rotor (which may refer to a rotor having a vertical plane of rotation), or a combination of horizontal and vertical positions. The rotor may be inclined at an intermediate angle between them. In certain embodiments, a horizontally oriented rotor may rotate to provide lift to a movable object. The vertically oriented rotor may rotate to provide propulsion to the movable object. Rotors that are oriented at an intermediate angle between the horizontal and vertical positions may rotate to provide both lift and propulsion to a movable object. One or more rotors may be used to provide torque that counteracts the torque generated by the rotation of another rotor.

可動物体は任意の適切なサイズまたは寸法の少なくとも一方を有し得る。ある実施形態において、可動物体は、輸送機内部にまたは輸送機上に人間の乗員を備えるためのサイズまたは寸法の少なくとも一方を有し得る。また、可動物体は、可動物体内部にまたは可動物体上に人間の乗員を備えることができるサイズまたは寸法の少なくとも一方より、小さいサイズまたは寸法の少なくとも一方であってよい。可動物体は、人間によって持ち上げられるまたは支持されるのに適したサイズまたは寸法の少なくとも一方であり得る。また、可動物体は、人間によって持ち上げられるか支持されるのに適したサイズまたは寸法の少なくとも一方よりも大きいことがある。ある実施例においては、可動物体は、約2cm以下、5cm以下、10cm以下、50cm以下、1m以下、2m以下、5m以下、または10m以下の最大寸法(例えば、長さ、幅、高さ、直径、対角線)を有し得る。可動物体の最大寸法は、約2cm以上、5cm以上、10cm以上、50cm以上、1m以上、2m以上、5m以上、または10m以上であり得る。例えば、可動物体の対向する回転翼の軸間距離は、約2cm以下、5cm以下、10cm以下、50cm以下、1m以下、2m以下、5m以下、または10m以下であってよい。あるいは、対向する回転翼の軸間の距離は、約2cm以上、5cm以上、10cm以上、50cm以上、1m以上、2m以上、5m以上、または10m以上であってよい。   The movable object may have any suitable size and / or dimensions. In certain embodiments, the movable object can have at least one of a size or dimensions for providing a human occupant within or on the transport. Also, the movable object may be at least one of a size or a dimension smaller than at least one of a size or a dimension capable of providing a human occupant inside or on the movable object. The movable object may be at least one of a size or a dimension suitable for being lifted or supported by a human. Also, the movable object may be larger than at least one of a size or dimensions suitable for being lifted or supported by a human. In some embodiments, the movable object has a maximum dimension (eg, length, width, height, diameter, etc.) of about 2 cm or less, 5 cm or less, 10 cm or less, 50 cm or less, 1 m or less, 2 m or less, 5 m or less, or 10 m or less. , Diagonal). The largest dimension of the movable object can be about 2 cm or more, 5 cm or more, 10 cm or more, 50 cm or more, 1 m or more, 2 m or more, 5 m or more, or 10 m or more. For example, the distance between the axes of the opposing rotors of the movable object may be about 2 cm or less, 5 cm or less, 10 cm or less, 50 cm or less, 1 m or less, 2 m or less, 5 m or less, or 10 m or less. Alternatively, the distance between the axes of the opposing rotor blades may be about 2 cm or more, 5 cm or more, 10 cm or more, 50 cm or more, 1 m or more, 2 m or more, 5 m or more, or 10 m or more.

ある実施形態において、可動物体は、100cm×100cm×100cm未満、50cm×50cm×30cm未満、または、5cm×5cm×3cm未満の体積を有し得る。可動物体の総体積は、約1cm以下、2cm以下、5cm以下、10cm以下、20cm以下、30cm以下、40cm以下、50cm以下、60cm以下、70cm以下、80cm以下、90cm以下、100cm以下、150cm以下、200cm以下、300cm以下、500cm以下、750cm以下、1000cm以下、5000cm以下、10,000cm以下、100,000cm以下、1m以下、または、10m以下であり得る。逆に、可動物体の総体積は、約1cm以上、2cm以上、5cm以上、10cm以上、20cm以上、30cm以上、40cm以上、50cm以上、60cm以上、70cm以上、80cm以上、90cm以上、100cm以上、150cm以上、200cm以上、300cm以上、500cm以上、750cm以上、1000cm以上、5000cm以上、10,000cm以上、100,000cm以上、1m以上、または、10m以上でもあり得る。 In certain embodiments, the movable object can have a volume of less than 100 cm × 100 cm × 100 cm, less than 50 cm × 50 cm × 30 cm, or less than 5 cm × 5 cm × 3 cm. The total volume of the movable object is about 1 cm 3 or less, 2 cm 3 or less, 5 cm 3 or less, 10 cm 3 or less, 20 cm 3 or less, 30 cm 3 or less, 40 cm 3 or less, 50 cm 3 or less, 60cm 3 below, 70cm 3 below, 80 cm 3 below, 90cm 3 below, 100cm 3 below, 150cm 3 below, 200cm 3 below, 300cm 3 below, 500cm 3 below, 750cm 3 below, 1000cm 3 below, 5000cm 3 below, 10,000cm 3 below, 100,000cm 3 below, 1 m 3 or less, or may be 10 m 3 or less. Conversely, the total volume of the movable object is about 1 cm 3 or more, 2 cm 3 or more, 5 cm 3 or more, 10 cm 3 or more, 20 cm 3 or more, 30 cm 3 or more, 40 cm 3 or more, 50 cm 3 or more, 60 cm 3 or more, 70 cm 3 or more , 80cm 3 or more, 90cm 3 or more, 100cm 3 or more, 150cm 3 or more, 200cm 3 or more, 300cm 3 or more, 500cm 3 or more, 750cm 3 or more, 1000cm 3 or more, 5000cm 3 or more, 10,000cm 3 or more, 100,000cm It can be 3 or more, 1 m 3 or more, or 10 m 3 or more.

ある実施形態において、可動物体は、32,000cm以下、20,000cm以下、10,000cm以下、1,000cm以下、500cm以下、100cm以下、50cm以下、10cm以下、または5cm以下の専有面積(あるいは可動物体によって包囲される側面方向断面積)を有し得る。逆に、専有面積は約32,000cm以上、20,000cm以上、10,000cm以上、1,000cm以上、500cm以上、100cm以上、50cm以上、10cm以上、または5cm以上であり得る。 In certain embodiments, the movable object, 32,000Cm 2 or less, 20,000 cm 2 or less, 10,000 cm 2 or less, 1,000 cm 2 or less, 500 cm 2 or less, 100 cm 2 or less, 50 cm 2 or less, 10 cm 2 or less, or It may have a footprint (or lateral cross-sectional area surrounded by a movable object) of 5 cm 2 or less. Conversely, footprint about 32,000Cm 2 or more, 20,000 cm 2 or more, 10,000 cm 2 or more, 1,000 cm 2 or more, 500 cm 2 or more, 100 cm 2 or more, 50 cm 2 or more, 10 cm 2 or more, or 5 cm 2 Or more.

ある実施形態において、可動物体の重量は1000kg以下であり得る。可動物体の重量は、約1000kg以下、750kg以下、500kg以下、200kg以下、150kg以下、100kg以下、80kg以下、70kg以下、60kg以下、50kg以下、45kg以下、40kg以下、35kg以下、30kg以下、25kg以下、20kg以下、12kg以下、10kg以下、9kg以下、8kg以下、7kg以下、6kg以下、5kg以下、4kg以下、3kg以下、2kg以下、1kg以下、0.5kg以下、0.1kg以下、0.05kg以下、または0.01kg以下であり得る。逆に、可動物体の重量は約1000kg以上、750kg以上、500kg以上、200kg以上、150kg以上、100kg以上、80kg以上、70kg以上、60kg以上、50kg以上、45kg以上、40kg以上、35kg以上、30kg以上、25kg以上、20kg以上、12kg以上、10kg以上、9kg以上、8kg以上、7kg以上、6kg以上、5kg以上、4kg以上、3kg以上、2kg以上、1kg以上、0.5kg以上、0.1kg以上、0.05kg以上、または0.01kg以上であり得る。   In some embodiments, the weight of the movable object can be 1000 kg or less. The weight of the movable object is about 1000 kg or less, 750 kg or less, 500 kg or less, 200 kg or less, 150 kg or less, 100 kg or less, 80 kg or less, 70 kg or less, 60 kg or less, 50 kg or less, 45 kg or less, 40 kg or less, 35 kg or less, 30 kg or less, 25 kg 20 kg or less, 12 kg or less, 10 kg or less, 9 kg or less, 8 kg or less, 7 kg or less, 6 kg or less, 5 kg or less, 4 kg or less, 3 kg or less, 2 kg or less, 1 kg or less, 0.5 kg or less, 0.1 kg or less, 0.1 kg or less. It can be up to 05 kg, or up to 0.01 kg. Conversely, the weight of the movable object is about 1000 kg or more, 750 kg or more, 500 kg or more, 200 kg or more, 150 kg or more, 100 kg or more, 80 kg or more, 70 kg or more, 60 kg or more, 50 kg or more, 45 kg or more, 40 kg or more, 35 kg or more, 30 kg or more , 25 kg or more, 20 kg or more, 12 kg or more, 10 kg or more, 9 kg or more, 8 kg or more, 7 kg or more, 6 kg or more, 5 kg or more, 4 kg or more, 3 kg or more, 2 kg or more, 1 kg or more, 0.5 kg or more, 0.1 kg or more, It may be 0.05 kg or more, or 0.01 kg or more.

ある実施形態において、可動物体は可動物体が支持する積載物に比して小さいことがある。積載物は、以下にさらに詳細に説明するように、搭載物または支持機構の少なくとも一方を含んでよい。ある実施例においては、可動物体重量と積載物重量の割合は、約1:1を超えてよい、未満であってよい、または等しくてよい。また、他の実施例においては、可動物体重量と積載物重量の割合は約1:1を超えてよい、未満であってよい、または等しくてよい。また、支持機構重量と積載物重量の割合は、約1:1を超えてよい、未満であってよい、または等しくてよい。必要とされる場合には、可動物体重量と積載物重量の割合は、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10以下またはさらに小さいことがある。逆に、可動物体重量と積載物重量の割合は、2:1、3:1、4:1、5:1、10:1以上またはさらに大きいことがある。   In some embodiments, the movable object may be smaller than the load supported by the movable object. The load may include at least one of a load or a support mechanism, as described in further detail below. In some embodiments, the ratio of the weight of the movable object to the weight of the load may be greater than, less than, or equal to about 1: 1. Also, in other embodiments, the ratio of the weight of the movable object to the weight of the load may be greater than, less than, or equal to about 1: 1. Also, the ratio of support mechanism weight to payload weight may be greater than, less than, or equal to about 1: 1. If required, the ratio of the movable object weight to the load weight may be less than or equal to 1: 2, 1: 3, 1: 4, 1: 5, 1:10 or even less. Conversely, the ratio of the weight of the movable object to the weight of the load may be greater than 2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 10: 1 or even greater.

ある実施形態において、可動物体の消費エネルギーが低いことがある。例えば、可動物体は約5W/時、4W/時、3W/時、2W/時、1W/時未満、または以下のエネルギーを使用し得る。また、他の実施例では、可動物体の支持機構の消費エネルギーが低いことがある。例えば、支持機構は約5W/時、4W/時、3W/時、2W/時、1W/時未満、または以下のエネルギーを使用し得る。また、可動物体の搭載物の消費エネルギーは、約5W/時、4W/時、3W/時、2W/時、1W/時未満、または以下等の低いエネルギーであり得る。   In some embodiments, the energy consumption of the movable object may be low. For example, a movable object may use about 5 W / hr, 4 W / hr, 3 W / hr, 2 W / hr, less than 1 W / hr, or less. In other embodiments, the energy consumption of the support mechanism for the movable object may be low. For example, the support mechanism may use about 5 W / hr, 4 W / hr, 3 W / hr, 2 W / hr, less than 1 W / hr, or less. Also, the energy consumption of the load of the movable object can be as low as about 5 W / hour, 4 W / hour, 3 W / hour, 2 W / hour, less than 1 W / hour, or less.

本発明の好ましい実施形態を、本明細書に図示し説明したが、このような実施形態は、例示のみを目的としていることは当業者には明らかであろう。本発明を逸脱することなく、多くの変形実施形態、変更、代替形態を当業者は着想するであろう。本発明を実施するにあたり、本明細書に記載した発明の実施形態の様々な代替形態を採用し得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定め、それにより特許請求の範囲の方法及び構造、並びにそれらの均等物を網羅することを目的としている。
[項目1]
超音波感知システムにおいて、
超音波信号を発信する超音波発信機と、
上記発信の結果として、残響信号およびエコー信号を含む超音波信号を受信する超音波受信機と、
スイッチを介して上記超音波受信機に接続する減衰器回路であって、上記受信した超音波信号を減衰させる減衰器回路と、
上記スイッチを制御して、上記超音波信号の発信後の所定の期間中に、上記超音波受信機を上記減衰器回路と電気的に接続するマイクロコントローラユニット(MCU)と、
を備える、
超音波感知システム。
[項目2]
上記超音波発信機は、上記超音波受信機である、
項目1に記載の超音波感知システム。
[項目3]
上記所定の期間は、上記超音波感知システムの不感地帯期間に対応する、
項目1に記載の超音波感知システム。
[項目4]
上記減衰器回路は、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて選択される、
項目1に記載の超音波感知システム。
[項目5]
上記超音波信号の発信と関連するエネルギー準位を増加させるブースターをさらに備える、
項目1に記載の超音波感知システム。
[項目6]
上記エコー信号を増幅する利得調整可能な増幅器をさらに備える、
項目1に記載の超音波感知システム。
[項目7]
上記MCUは、さらに、測定距離に対応するタイマ値に少なくとも部分的に基づいて、上記利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる、
項目6に記載の超音波感知システム。
[項目8]
上記MCUは、さらに、以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、上記利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる、
項目7に記載の超音波感知システム。
[項目9]
上記MCUは、さらに、上記スイッチを制御して、上記所定の期間が経過した後に、上記減衰器回路を上記利得調整可能な増幅器と電気的に接続せず、上記超音波受信機を上記利得調整可能な増幅器と電気的に接続する、
項目6に記載の超音波感知システム。
[項目10]
上記利得調整可能な増幅器に接続され、上記利得調整可能な増幅器の出力を所定の閾値と比較する比較器をさらに備える、
項目6に記載の超音波感知システム。
[項目11]
上記比較器は、上記MCUと統合される、
項目10に記載の超音波感知システム。
[項目12]
上記利得調整可能な増幅器に接続され、上記利得調整可能な増幅器の上記出力をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器(ADC)をさらに備える、
項目10に記載の超音波感知システム。
[項目13]
上記比較器および上記ADCは、受信した超音波信号のピーク振幅の発生を判定するために併せて使用される、
項目12に記載の超音波感知システム。
[項目14]
超音波を感知する方法において、
超音波信号の発信の終了後に信号を検出するステップであって、上記検出された信号は、エコー信号または残響信号であり得る、検出するステップと、
上記超音波信号の上記検出が、上記超音波信号の上記発信の上記終了から所定の期間内に起こったかどうかを判定するステップと、
上記所定の期間内に上記信号の上記検出が起こったという判定に応じて、上記超音波信号の上記発信からの残響によって引き起こされる干渉を十分に低減させるために、上記検出された信号を減衰させるステップと、
上記所定の期間が経過した後に上記信号の上記検出が起こったという判定に応じて、物体の近接を判定するために、減衰させなく、上記検出された信号を処理するステップと、
を含む、方法。
[項目15]
上記所定の期間は、不感地帯期間に対応する、項目14に記載の方法。
[項目16]
上記検出された超音波信号を減衰させるステップは、1つ以上の以前に測定された信号に少なくとも部分的に基づく、項目14に記載の方法。
[項目17]
上記検出された超音波信号を処理するステップは、比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定することを含む、項目14に記載の方法。
[項目18]
測定距離および上記測定距離に適切な利得を相関させる以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、上記検出された超音波信号に利得を提供するステップをさらに含む、項目14に記載の方法。
[項目19]
タイマ値に少なくとも部分的に基づいて、上記検出された超音波信号に利得を提供するステップをさらに含む、項目14に記載の方法。
[項目20]
超音波を感知する方法において、
超音波信号の発信の終了後に、超音波信号を検出するステップであって、上記検出された超音波信号は、エコー信号または残響信号である、検出するステップと、
上記検出された超音波信号を減衰させ、上記エコー信号を排除せず、上記残響信号を実質的に排除するステップと、
を含む、方法。
[項目21]
上記検出された超音波信号の上記減衰は、上記超音波信号の上記発信から所定の期間内にだけ適用される、項目20に記載の方法。
[項目22]
上記検出された超音波信号を減衰させることは、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づく、項目20に記載の方法。
[項目23]
比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定するステップをさらに含む、項目20に記載の方法。
[項目24]
以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、上記検出された超音波信号に利得を提供するステップをさらに含む、項目20に記載の方法。
[項目25]
超音波を感知する方法において、
以前に測定された調整可能な利得制御(AGC)データに少なくとも部分的に基づいて、受信した超音波信号に第1の利得を提供するために、増幅器を調整するステップと、
上記以前に測定されたAGCデータに少なくとも部分的に基づいて、上記第1の利得よりも大きい第2の利得を提供するために、後の時点で、上記増幅器を調整するステップと、
を含む、方法。
[項目26]
上記以前に測定されたデータは、測定距離および上記測定距離に適切な利得を相関させる、項目25に記載の方法。
[項目27]
エコー信号が検出されるまで、または所定の測定時間に到達するまで、経時的に、増加する利得を提供するように上記増幅器を調整するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
[項目28]
所定の期間中に上記超音波信号が受信された場合にだけ、増幅される前に、上記受信した超音波信号が減衰される、項目25に記載の方法。
[項目29]
上記所定の期間中に、上記受信した超音波信号は、エコー信号を排除せず、実質的に全ての残響信号を排除するように減衰される、項目28に記載の方法。
[項目30]
比較器およびアナログ−デジタル変換器(ADC)を使用して、ピーク振幅の発生を判定するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
While preferred embodiments of the invention have been illustrated and described herein, it will be obvious to those skilled in the art that such embodiments are for purposes of illustration only. Many variations, modifications, and alternatives will occur to those skilled in the art without departing from the invention. It is to be understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein may be employed in practicing the invention. The following claims are intended to define the scope of the invention, thereby covering the claimed methods and structures, as well as their equivalents.
[Item 1]
In an ultrasonic sensing system,
An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal,
As a result of the transmission, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic signal including a reverberation signal and an echo signal,
An attenuator circuit connected to the ultrasonic receiver via a switch, and an attenuator circuit for attenuating the received ultrasonic signal,
A microcontroller unit (MCU) that controls the switch to electrically connect the ultrasonic receiver to the attenuator circuit during a predetermined period after the transmission of the ultrasonic signal;
Comprising,
Ultrasonic sensing system.
[Item 2]
The ultrasonic transmitter is the ultrasonic receiver,
Item 2. The ultrasonic sensing system according to Item 1.
[Item 3]
The predetermined period corresponds to a dead zone period of the ultrasonic sensing system,
Item 2. The ultrasonic sensing system according to Item 1.
[Item 4]
The attenuator circuit is selected based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal;
Item 2. The ultrasonic sensing system according to Item 1.
[Item 5]
Further comprising a booster for increasing an energy level associated with the transmission of the ultrasonic signal,
Item 2. The ultrasonic sensing system according to Item 1.
[Item 6]
Further comprising a gain-adjustable amplifier for amplifying the echo signal,
Item 2. The ultrasonic sensing system according to Item 1.
[Item 7]
The MCU further controls the gain-adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on a timer value corresponding to the measured distance.
Item 7. The ultrasonic sensing system according to Item 6.
[Item 8]
The MCU further controls the gain adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on previously measured data.
Item 8. The ultrasonic sensing system according to Item 7.
[Item 9]
The MCU further controls the switch so that after the predetermined period has elapsed, the attenuator circuit is not electrically connected to the gain-adjustable amplifier, and the ultrasonic receiver is adjusted for the gain. Electrically connect with possible amplifiers,
Item 7. The ultrasonic sensing system according to Item 6.
[Item 10]
A comparator connected to the gain-adjustable amplifier and comparing an output of the gain-adjustable amplifier to a predetermined threshold value;
Item 7. The ultrasonic sensing system according to Item 6.
[Item 11]
The comparator is integrated with the MCU;
Item 11. The ultrasonic sensing system according to Item 10.
[Item 12]
An analog-to-digital converter (ADC) connected to the gain-adjustable amplifier and converting the output of the gain-adjustable amplifier to a digital value;
Item 11. The ultrasonic sensing system according to Item 10.
[Item 13]
The comparator and the ADC are used together to determine the occurrence of a peak amplitude of the received ultrasound signal;
Item 13. The ultrasonic sensing system according to Item 12.
[Item 14]
In the method of sensing ultrasonic waves,
Detecting the signal after the end of the transmission of the ultrasound signal, wherein the detected signal may be an echo signal or a reverberation signal,
Determining whether the detection of the ultrasonic signal has occurred within a predetermined period from the end of the transmission of the ultrasonic signal,
Responsive to the determination that the detection of the signal has occurred within the predetermined time period, attenuating the detected signal to sufficiently reduce interference caused by reverberation from the transmission of the ultrasonic signal. Steps and
Processing the detected signal without attenuating, in order to determine the proximity of an object, in response to the determination that the detection of the signal has occurred after the predetermined period has elapsed;
Including, methods.
[Item 15]
Item 15. The method according to Item 14, wherein the predetermined period corresponds to a dead zone period.
[Item 16]
15. The method of claim 14, wherein attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on one or more previously measured signals.
[Item 17]
15. The method of claim 14, wherein processing the detected ultrasound signal comprises using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC) to determine the occurrence of a peak amplitude.
[Item 18]
15. The method of item 14, further comprising providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on a measured distance and data previously measured that correlates an appropriate gain to the measured distance. .
[Item 19]
15. The method of claim 14, further comprising providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on a timer value.
[Item 20]
In the method of sensing ultrasonic waves,
After the transmission of the ultrasonic signal is completed, the step of detecting an ultrasonic signal, wherein the detected ultrasonic signal is an echo signal or a reverberation signal, a detecting step,
Attenuating the detected ultrasonic signal without substantially eliminating the reverberation signal without excluding the echo signal;
Including, methods.
[Item 21]
21. The method according to item 20, wherein the attenuation of the detected ultrasonic signal is applied only within a predetermined period from the transmission of the ultrasonic signal.
[Item 22]
21. The method of item 20, wherein attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal.
[Item 23]
21. The method of item 20, further comprising determining the occurrence of a peak amplitude using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC).
[Item 24]
21. The method of item 20, further comprising providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on previously measured data.
[Item 25]
In the method of sensing ultrasonic waves,
Adjusting the amplifier to provide a first gain to the received ultrasound signal based at least in part on previously measured adjustable gain control (AGC) data;
Adjusting the amplifier at a later point in time to provide a second gain that is greater than the first gain based at least in part on the previously measured AGC data;
Including, methods.
[Item 26]
26. The method of claim 25, wherein the previously measured data correlates a measured distance and an appropriate gain to the measured distance.
[Item 27]
26. The method of claim 25, further comprising adjusting the amplifier to provide increasing gain over time until an echo signal is detected or a predetermined measurement time is reached.
[Item 28]
26. The method according to item 25, wherein the received ultrasonic signal is attenuated before being amplified only when the ultrasonic signal is received during a predetermined time period.
[Item 29]
29. The method according to item 28, wherein during the predetermined period, the received ultrasonic signal is attenuated so as not to reject echo signals and to reject substantially all reverberation signals.
[Item 30]
The method of claim 25, further comprising determining the occurrence of a peak amplitude using a comparator and an analog-to-digital converter (ADC).

Claims (20)

超音波感知システムにおいて、
超音波信号を発信する超音波発信機と、
前記発信の結果として、残響信号およびエコー信号を含む超音波信号を受信する超音波受信機と、
スイッチを介して前記超音波受信機に接続する減衰器回路であって、前記受信した超音波信号を減衰させる減衰器回路と、
前記スイッチを制御して、前記超音波信号の発信後の所定の期間中に、前記超音波受信機を前記減衰器回路と電気的に接続し、前記所定の期間の前及び後に前記超音波受信機を前記減衰器回路から電気的に接続解除するマイクロコントローラユニット(MCU)と、
前記所定の期間中、前記減衰器回路で減衰された前記超音波信号を増幅し、前記所定の期間が経過した後、前記減衰器回路で減衰されていない前記超音波信号を増幅する利得調整可能な増幅器と、
前記利得調整可能な増幅器に接続され、前記利得調整可能な増幅器の出力を所定の閾値と比較し、前記利得調整可能な増幅器の出力が前記所定の閾値より大きい場合に近接測定をトリガーする比較器と、
前記利得調整可能な増幅器に接続され、前記利得調整可能な増幅器の前記出力をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器(ADC)と
を備え
前記ADCは、前記比較器により前記近接測定がトリガーされた場合に、前記近接測定のために起動し、前記エコー信号を反射した物体までの距離の算出に使用する前記超音波信号のピーク振幅を受信した時点を特定する、
超音波感知システム。
In an ultrasonic sensing system,
An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal,
As a result of the transmission, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic signal including a reverberation signal and an echo signal,
An attenuator circuit connected to the ultrasonic receiver via a switch, wherein the attenuator circuit attenuates the received ultrasonic signal,
Controlling the switch to electrically connect the ultrasonic receiver to the attenuator circuit during a predetermined period after the transmission of the ultrasonic signal, and to perform the ultrasonic reception before and after the predetermined period; A microcontroller unit (MCU) for electrically disconnecting the machine from the attenuator circuit;
During the predetermined period, the gain can be adjusted to amplify the ultrasonic signal attenuated by the attenuator circuit, and after the predetermined period elapse, amplify the ultrasonic signal that has not been attenuated by the attenuator circuit. Amplifier and
A comparator coupled to the gain-adjustable amplifier for comparing the output of the gain-adjustable amplifier to a predetermined threshold and triggering a proximity measurement if the output of the gain-adjustable amplifier is greater than the predetermined threshold; When,
An analog-to-digital converter (ADC) connected to the gain-adjustable amplifier and converting the output of the gain-adjustable amplifier to a digital value ;
The ADC is activated for the proximity measurement when the proximity measurement is triggered by the comparator, and calculates the peak amplitude of the ultrasonic signal used for calculating the distance to the object reflecting the echo signal. Identify when received,
Ultrasonic sensing system.
前記超音波発信機は、前記超音波受信機である、
請求項1に記載の超音波感知システム。
The ultrasonic transmitter is the ultrasonic receiver,
The ultrasonic sensing system according to claim 1.
前記所定の期間は、前記超音波感知システムの不感地帯期間に対応する、
請求項1または2に記載の超音波感知システム。
The predetermined period corresponds to a dead zone period of the ultrasonic sensing system.
The ultrasonic sensing system according to claim 1.
前記減衰器回路は、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて選択される減衰量を提供する、
請求項1から3の何れか1つに記載の超音波感知システム。
The attenuator circuit provides a selected amount of attenuation based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal;
An ultrasonic sensing system according to any one of claims 1 to 3.
前記超音波発信機に接続され、前記超音波信号の発信と関連するエネルギー準位を増加させるブースターをさらに備える、
請求項1から4の何れか1つに記載の超音波感知システム。
Further comprising a booster connected to the ultrasonic transmitter to increase an energy level associated with the transmission of the ultrasonic signal.
An ultrasonic sensing system according to any one of claims 1 to 4.
前記MCUは、さらに、測定距離に対応するタイマ値に少なくとも部分的に基づいて、前記利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる、
請求項1から5の何れか1つに記載の超音波感知システム。
The MCU further controls the gain-adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on a timer value corresponding to the measured distance.
An ultrasonic sensing system according to any one of claims 1 to 5 .
前記MCUは、さらに、以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記利得調整可能な増幅器を制御して、その利得を変動させる、
請求項に記載の超音波感知システム。
The MCU further controls the gain adjustable amplifier to vary its gain based at least in part on previously measured data.
An ultrasonic sensing system according to claim 6 .
前記MCUは、さらに、前記スイッチを制御して、前記所定の期間が経過した後に、前記減衰器回路を前記利得調整可能な増幅器と電気的に接続せず、前記超音波受信機を前記利得調整可能な増幅器と電気的に接続する、
請求項1から7の何れか1つに記載の超音波感知システム。
The MCU further controls the switch so that the attenuator circuit is not electrically connected to the gain-adjustable amplifier after the predetermined period has elapsed, and the ultrasonic receiver performs the gain adjustment. Electrically connect with possible amplifiers,
An ultrasonic sensing system according to any one of the preceding claims.
前記比較器は、前記MCUと統合される、
請求項1から8の何れか1つに記載の超音波感知システム。
The comparator is integrated with the MCU;
An ultrasonic sensing system according to any one of the preceding claims.
超音波を感知する方法において、
超音波受信機で、超音波信号の発信の終了後に信号を検出するステップであって、前記検出された信号は、エコー信号または残響信号であり得る、検出するステップと、 前記超音波信号の前記検出が、前記超音波信号の前記発信の終了から所定の期間内に起こったかどうかを判定するステップと、
減衰器回路で、前記所定の期間内に前記信号の前記検出が起こったという判定に応じて、前記超音波信号の前記発信からの残響によって引き起こされる干渉を十分に低減させるために、前記検出された信号を減衰させた後、前記検出された信号を前記超音波受信機に接続された増幅器に入力し、前記所定の期間が経過すると、前記減衰器回路から前記超音波受信機を電気的に接続解除し、前記所定の期間が経過した後に前記信号の前記検出が起こったという判定に応じて、物体の近接を判定するために、減衰させなく、前記検出された信号を前記増幅器に入力するステップと、
前記増幅器に接続された比較器で、前記増幅器の出力を所定の閾値と比較し、前記増幅器の出力が前記所定の閾値より大きい場合に近接測定をトリガーするステップと、
前記比較器により前記近接測定がトリガーされた場合に、前記増幅器に接続され、前記増幅器の前記出力をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器(ADC)が、前記近接測定のために起動し、前記エコー信号を反射した物体までの距離の算出に使用する前記超音波信号のピーク振幅を受信した時点を特定するステップと
を含む、方法。
In the method of sensing ultrasonic waves,
Detecting, at the ultrasonic receiver, a signal after the end of transmission of the ultrasonic signal, wherein the detected signal may be an echo signal or a reverberation signal, and detecting, Determining whether detection has occurred within a predetermined time period from the end of the transmission of the ultrasonic signal;
An attenuator circuit, responsive to the determination that the detection of the signal has occurred within the predetermined time period, to sufficiently reduce interference caused by reverberation from the transmission of the ultrasonic signal. After the signal is attenuated , the detected signal is input to an amplifier connected to the ultrasonic receiver, and after the predetermined period has elapsed, the ultrasonic receiver is electrically connected to the ultrasonic receiver from the attenuator circuit. connection is released, in response to determination that the detection has occurred in the signal after the predetermined period of time, to determine the proximity of an object, entering not attenuate, the detected signal to the amplifier Steps and
Comparing the output of the amplifier to a predetermined threshold with a comparator connected to the amplifier, and triggering a proximity measurement if the output of the amplifier is greater than the predetermined threshold;
When the proximity measurement is triggered by the comparator, an analog-to-digital converter (ADC) connected to the amplifier and converting the output of the amplifier to a digital value is activated for the proximity measurement; Determining when to receive the peak amplitude of the ultrasound signal used to calculate the distance to the object reflecting the echo signal .
前記所定の期間は、不感地帯期間に対応する、請求項10に記載の方法。 The method of claim 10 , wherein the predetermined time period corresponds to a dead zone period. 前記検出された超音波信号を減衰させるステップは、1つ以上の以前に測定された信号に少なくとも部分的に基づく、請求項10または11に記載の方法。 The method according to claim 10 or 11 , wherein the step of attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on one or more previously measured signals. 測定距離および前記測定距離に適切な利得を相関させる以前に測定されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記検出された超音波信号に利得を提供するステップをさらに含む、請求項10から12の何れか1つに記載の方法。 Measured distance and based at least in part on the measured data before correlating the appropriate gain to the measurement distance, further comprising the step of providing a gain to the detected ultrasound signals, from 10. 12 A method according to any one of the preceding claims. タイマ値に少なくとも部分的に基づいて、前記検出された超音波信号に利得を提供するステップをさらに含む、請求項10から13の何れか1つに記載の方法。 14. The method of any one of claims 10 to 13 , further comprising providing a gain to the detected ultrasound signal based at least in part on a timer value. 超音波感知システムにおいて、
超音波信号を発信する超音波発信機と、
前記発信の結果として、残響信号およびエコー信号を含む超音波信号を受信する超音波受信機と、
スイッチを介して前記超音波受信機に接続する減衰器回路であって、前記受信した超音波信号を減衰させる減衰器回路と、
前記スイッチを制御して、前記超音波信号の発信後の所定の期間中にだけ、前記超音波受信機を前記減衰器回路と電気的に接続するマイクロコントローラユニット(MCU)と、
前記所定の期間中、前記減衰器回路で減衰された前記超音波信号を増幅し、前記所定の期間が経過した後、前記減衰器回路で減衰されていない前記超音波信号を増幅する利得調整可能な増幅器と、
前記利得調整可能な増幅器に接続され、前記利得調整可能な増幅器の出力を所定の閾値と比較し、前記利得調整可能な増幅器の出力が前記所定の閾値より大きい場合に近接測定をトリガーする比較器と、
前記利得調整可能な増幅器に接続され、前記利得調整可能な増幅器の前記出力をデジタル値に変換するアナログデジタル変換器(ADC)と
を備え、
前記ADCは、前記比較器により前記近接測定がトリガーされた場合に、前記近接測定のために起動し、前記エコー信号を反射した物体までの距離の算出に使用する前記超音波信号のピーク振幅を受信した時点を特定する、超音波感知システム。
In an ultrasonic sensing system,
An ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal,
As a result of the transmission, an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic signal including a reverberation signal and an echo signal,
An attenuator circuit connected to the ultrasonic receiver via a switch, wherein the attenuator circuit attenuates the received ultrasonic signal,
A microcontroller unit (MCU) that controls the switch to electrically connect the ultrasonic receiver with the attenuator circuit only during a predetermined period after the transmission of the ultrasonic signal;
During the predetermined period, the gain can be adjusted to amplify the ultrasonic signal attenuated by the attenuator circuit, and after the predetermined period elapse, amplify the ultrasonic signal that has not been attenuated by the attenuator circuit. Amplifier and
Comparative connected to said gain adjustable amplifier compares the output of said gain adjustable amplifier with a predetermined threshold value, the output of said gain adjustable amplifier triggers a proximity measurement is greater than the predetermined threshold Vessels,
An analog-to-digital converter (ADC) connected to the gain-adjustable amplifier and converting the output of the gain-adjustable amplifier to a digital value ;
The ADC is activated for the proximity measurement when the proximity measurement is triggered by the comparator, and calculates the peak amplitude of the ultrasonic signal used for calculating the distance to the object reflecting the echo signal. An ultrasonic sensing system that identifies when it was received .
前記超音波発信機は、前記超音波受信機である、
請求項15に記載の超音波感知システム。
The ultrasonic transmitter is the ultrasonic receiver,
An ultrasonic sensing system according to claim 15 .
前記所定の期間は、前記超音波感知システムの不感地帯期間に対応する、
請求項15または16に記載の超音波感知システム。
The predetermined period corresponds to a dead zone period of the ultrasonic sensing system.
An ultrasonic sensing system according to claim 15 or 16 .
前記減衰器回路は、残響信号またはエコー信号の以前に測定された振幅に少なくとも部分的に基づいて選択される減衰量を提供する、
請求項15から17の何れか1つに記載の超音波感知システム。
The attenuator circuit provides a selected amount of attenuation based at least in part on a previously measured amplitude of the reverberant or echo signal;
An ultrasonic sensing system according to any one of claims 15 to 17 .
超音波を感知する方法において、
超音波受信機で、超音波信号の発信の終了後に信号を検出するステップであって、前記検出された信号は、エコー信号または残響信号であり得る、検出するステップと、
前記超音波受信機に接続された増幅器で、検出された前記信号を増幅するステップと、
前記超音波信号の前記検出が、前記超音波信号の前記発信の終了から所定の期間内に起こったかどうかを判定するステップと、
前記所定の期間内に前記信号の前記検出が起こったという判定に応じて、前記超音波信号の前記発信からの残響によって引き起こされる干渉を十分に低減させるために、前記検出された信号を減衰させた後、前記検出された信号を前記増幅器に入力し、前記所定の期間が経過した後に前記信号の前記検出が起こったという判定に応じて、物体の近接を判定するために、減衰させなく、前記検出された信号を前記増幅器に入力するステップと、
前記増幅器に接続された比較器で、前記増幅器の出力を所定の閾値と比較し、前記増幅器の出力が前記所定の閾値より大きい場合に近接測定をトリガーするステップと、
前記比較器により前記近接測定がトリガーされた場合に、前記増幅器に接続され、前記増幅器の前記出力をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器(ADC)が、前記近接測定のために起動し、前記エコー信号を反射した物体までの距離の算出に使用する前記超音波信号のピーク振幅を受信した時点を特定するステップと
を含む、方法。
In the method of sensing ultrasonic waves,
Detecting , at the ultrasonic receiver, a signal after the transmission of the ultrasonic signal is completed, wherein the detected signal may be an echo signal or a reverberation signal;
Amplifying the detected signal with an amplifier connected to the ultrasonic receiver,
Determining whether the detection of the ultrasonic signal has occurred within a predetermined period from the end of the transmission of the ultrasonic signal,
In response to determining that the detection of the signal has occurred within the predetermined time period, attenuating the detected signal to sufficiently reduce interference caused by reverberation from the transmission of the ultrasonic signal. After that, input the detected signal to the amplifier, in response to the determination that the detection of the signal has occurred after the predetermined period has elapsed, to determine the proximity of the object, without attenuation, Inputting the detected signal to the amplifier ;
Comparing the output of the amplifier to a predetermined threshold with a comparator connected to the amplifier, and triggering a proximity measurement if the output of the amplifier is greater than the predetermined threshold;
When the proximity measurement is triggered by the comparator, an analog-to-digital converter (ADC) connected to the amplifier and converting the output of the amplifier to a digital value is activated for the proximity measurement; Determining a point in time at which a peak amplitude of the ultrasound signal used to calculate a distance to the object reflecting the echo signal is received .
前記検出された超音波信号を減衰させるステップは、1つ以上の以前に測定された信号に少なくとも部分的に基づく、請求項19に記載の方法。 20. The method of claim 19 , wherein attenuating the detected ultrasound signal is based at least in part on one or more previously measured signals.
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