JPH01143991A - 超音波距離測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａｌ産業上の利用分野 この発明は、数ｃｍ〜１ｍ程度の距離を正確に測定する
超音波距離測定器に関する。

（ｂｌ従来の技術 対象物に接触せずに距離を正確に測定するため、従来よ
り超音波距離測定器が使用されている。

この超音波距離測定器は、送波器から送信された超音波
パルスが対象物で反射して戻ってくるまでの時間で、送
波器・受渡器と対象物との距離を測定する。この装置は
たとえば、回転する可変ピッチスクリューのピンチ角を
非接触で測定する場合等に使用される。

ところで、送波器・受波器にはセラミック等の圧電振動
子が使用される。送波器には第３図（Ａ）のような駆動
電圧が印加されるが、実際の送波器の振動波形は同図（
Ｂ）のようになる。すなわち駆動電圧の印加が終了して
も振動（残響）が残り、静止するまでに減衰時間を要し
ている。この減衰時間は印加された駆動電圧が大きいほ
ど（超音波パルスの振幅が大きいほど）長時間である。

超音波距離測定器においては送信波と反射波との時間的
差をカウンタで測定するので、減衰時間中に戻ってきた
反射波は正確に識別することができない。したがって、
反射して戻ってくるまでに要する時間が減衰時間となる
ような距離が測定可能最短距離となる。そこで、短距離
を測定しようとする場合には、送波器の残響減衰時間を
短くするために駆動電圧（超音波パルスの振幅）を小さ
くする必要がある。しかし、超音波パルスの振幅を小さ
くすると伝播による減衰によって微弱になり長距離を測
定することができないため、長距離測定時には振幅を大
きくする必要がある。

送波器駆動パルスの振幅が大きいと少ない波数では圧電
素子を十分に駆動することができず、短距離を計測する
とき（振幅が小さいとき）に波数が多すぎると、送信波
と反射波が重なり合い反射波の識別ができなくなる問題
点があった。

（Ｃ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の超音波距離測定器では出力される
超音波パルスの振幅および波数が一定であったため、そ
れが短距離用に設定されていた場合長距離を測定するこ
とができず、長距離用に設定されていた場合短距離を測
定することができない問題点があった。このため用途が
限られてしまい、振幅および波数を変更しようとすれば
係員がアンプのゲインやカウンタの設定値を調整しなけ
ればならないため極めて手間がかかる問題点があった。

この発明はこのような問題点に鑑みてなされたされた振
幅に合わせて波数を自動的に変更、設定する超音波距離
測定器を提供することを目的とする。

（ｄ１問題点を解決するための手段 この発明は、送波器が超音波パルスを送信したのち受波
器がこの反射波を受信するまでの時間で対象物までの距
離を測定する超音波距離測定器において、 前記送波器に供給される送波器駆動パルスの振幅を測定
すべき距離に相関して変更する振幅変更手段と、前記振
幅変更手段により変更された振幅に相関して送波器駆動
パルスの波数を変更する波数調整手段と、を設けたこと
を特徴とする。

（８１作用 この発明の超音波距離測定器では、所定の振幅の超音波
パルスを送信し°ζ対象物からの反射波との時間差で対
象物までの距離を測定する。このとき距離の測定ができ
なかった場合や測定された距離が設定された振幅に適合
していなかった場合には振幅を変更して再度測定を行う
。このとき、対象物までの距離が大きいと思われるほど
振幅を大きくする。さらに変更された振幅に対し設定さ
れた波数が適合していない場合は、波数を変更する、こ
れによって、正確な距離測定をすることができるととも
に、測定可能距離の範囲を広げることができる。

（ｆ）実施例 第１図はこの発明の実施例である超音波距離測定器のブ
ロック図である。超音波振動子ｌは送波器・受渡器を兼
ねている。これによって、送信位置と受信位置とが同一
になり測定誤差を無くすことができる。この超音波振動
子１に超音波パルスを供給する送信側は発振器３−カウ
ンタ４−アンプ５からなっている。カウンタ４およびア
ンプ５はコントローラ２によって制御されている。発振
器３は約２００ＫｔｌｚＯ高周波を発振している。カウ
ンタ４はこのうち長距離用には１０サイクル、短距離用
には２サイクルをカウントしてアンプ５に出力する。ア
ンプ５に出力すべきサイクル数はコントローラ２が設定
する。アンプ５はカウンタ４から入力された高周波信号
を増幅して前記超音波振動子ｌに人力する。増幅のゲイ
ン（超音波振動子１の駆動電圧）はコントローラ２によ
って設定される。この実施例においてはアンプ５のゲイ
ンは長距離用（高出力）、短距離用（低出力）の２段階
に切り換えられる。超音波振動子ｌはこの高周波信号を
空気または水の振動として出力する超音波パルスは対象
物で反射して再度超音波振動子１に戻ってくる。この反
射波を受信する受信側はアンプ６−比較器７−カウンタ
８からなっている。超音波振動子１が受信する空気また
は水の振動はアンプ６によって増幅され、比較器７に入
力される。比較器７は振動のうち反射波として十分な振
幅・周期があるもののみを識別する。比較器７が反射波
を識別したとき、その旨の信号がカウンタ８に入力され
る。カウンタ８は送信側が超音波パルスを送信したとき
からの時間を計測している。比較器７から反射波を受信
した旨の信号が入力されるとカウントを停止し、その時
間データをコントローラ２に入力する。コントローラ２
は気温等から音波の伝播速度を計算し、この速度に基づ
いて対象物までの距離を計算する。コントローラ２には
表示器９が接続されており、この表示器９に測定された
距離が表示される。

なお、上記測定動作を数回繰り返して行い、その平均値
を測定結果として表示してもよい。

第２図は前記コントローラ２の動作を示すフローチャー
トである。まずｎｌでは駆動電圧を短距離用にセットし
、対象物までの距離の測定を行う（ｎ２）。反射波が弱
くて距離の測定ができなかった場合（ｎ３）はｎ５に進
み、距離測定はできたがその測定値が２０ｃｆｌ＋以上
であった場合には（ｎ４）、駆動電圧設定が不適切で測
定結果は不正確であるとしてｎ５に進む。測定結果が２
０ｃｍ未満であった場合には直接ｎ８に進む。

ｎ５では駆動電圧を長距離用にセットして、再度距離測
定を行う（ｎ６）。この動作で距離が正確に測定された
ときはｎ８に進む。ｎ８では表示器９に測定結果を表示
して動作を終える。短距離用・長距離用の側設定値で距
離を測定できなかった場合はエラー処理（ｎ９）に進む
。

すなわち、測定時の振幅は、まず短距離用の振幅にセッ
トされ、測定できなかった場合（ｎ３）あるいは測定結
果の正確、不正確の判定（ｎ４）ののら、その判定結果
に基づいて長距離用の振幅に変更される。一方、波数は
、振幅を短距離用あるいは長距離用にセットする際にｎ
ｌで短距離用の振幅に応じた波数にセットし、ｎ５で長
距離用の振幅に応じた波数にセットして調整する。

したがってこの発明の振幅変更手段に対応するのはｎ３
〜ｎ５であり、波数調整手段に対応するのはｎｌと０５
である。

（ｇ）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、対象物までの距離に基
づいて自動的に振幅を変更し、その振幅に適した波数を
設定することができるためどのような距離でも測定誤差
を少な（することができるとともに、測定可能範囲が広
くなるため装置の用途範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である超音波距離測定器のブ
ロック図、第２図は同超音波距離測定器のコントローラ
の動作を示すフローチャート、第３図は超音波振動子に
印加される駆動電圧と振動波形を示す図である。 １−超音波振動子、２−コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送波器が超音波パルスを送信したのち受波器がこ
   の反射波を受信するまでの時間で対象物までの距離を測
   定する超音波距離測定器において、前記送波器に供給さ
   れる送波器駆動パルスの振幅を測定すべき距離に相関し
   て変更する振幅変更手段と、前記振幅変更手段により変
   更された振幅に相関して送波器駆動パルスの波数を変更
   する波数調整手段と、を設けたことを特徴とする超音波
   距離測定器。