JPH02161383A - 超音波距離計 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、駆動信号によりバースト波状の超音波を測定
対象物に送出しこの送出時点からこの測定対象物で反射
されて受信されるバースト波状の受信波の受信時点まで
の時間差から前記測定対象物までの距離を測定する超音
波距離計に係り、特に受信波の振幅の変化の影響を受は
雑く改良しな超音波距離計に関する。

〈従来の技術〉 第６図は従来の超音波距離計の構成を示すブロック図で
ある。

タイミング回路１０から超音波を送出する為のタイミン
グ信号Ｓ丁が駆動回路１１に送出されることにより、駆
動回路１１は超音波振動子１２に駆動電圧Ｖｏを送出す
る。

超音波振動子１２は駆動電圧Ｖｏによりバースト波状の
超音波を測定対象物１３に送出し、ここで反射された超
音波を超音波振動子１２で受信する。＃！音波振動子１
２で受信された反射超音波は超音波振動子１２で受信波
Ｓｒとして電気信号に変換されて増幅器１４に入力され
る。

増幅器１４は受信波Ｓｒを増幅しその出力端に生じる電
圧を自動利得制御回路１５を介して増幅器１４に帰還し
て自動的に一定の大きさの受信波ｓＲとする。この受信
波ｓＲは包絡線回路１６に入力されてバースト状の受信
波の包絡線を検出し包絡線信号ｓＥとして出力する。こ
の包絡線回路１６は例えばダイオード検波器などにより
構成することができる。

包絡線信号ＳＥは比較器１７に入力されるが、この比較
器１７には所定のレベルのスレッシュホールド電圧ＶＴ
Ｈ＋が入力されており、比較器１７は包絡線信号ＳＥと
スレッシュホールド電圧ＶＴ１１．が交差する点を検出
して時間差検出回路１８に出力する。

時間差検出回路１８はタイミング回路１０から送出した
時点から比較器１７がスレッシュホールド電圧ＶＴＨ＋
と交差する時点までの時間差Δ′「から測定対象物１３
までの距離を演算し、距離信号ｓ１として出力する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の超音波距離計は次のよう
な問題がある。第７図を用いてこの点について説明する
。

測定対象物１３で反射された超音波は受信波Ｓｒとして
増幅器１４に入力され、この出力は自動利得制御回路１
５での利得制御により一定の振幅に制御されて受信波ｓ
Ｒとして包絡線回路１６に出力される。包絡線回路１６
はこの受信波ＳＲの包絡線をとり包絡線信号ＳＥ　　（
第７図）として比較器１７に出力し、比較器１７はこれ
を受信時点がり、として検出する。

しかし、受信波Ｓｒが小さい場合には、自動利得制御回
路１５の利得制御が効かなくなり、例えば第７図に示す
ように小さな包絡線信号ＳＥ＋となるので、比較器１７
は受信時点をＬ２として検出する。

従って、受信や信号の振幅が小さいときには、正常な検
出時点し、に対して検出時点がＬ２にずれてくるという
問題がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、駆動信号によ
りバースト波状の超音波を測定対象物に送出しこの送出
時点からこの測定対象物で反射されて受信されるバース
ト波状の受信波の受信時点までの時間差から測定対象物
までの距離を測定する超音波距離計において、第１にバ
ースト波状の受信波の包絡線を検出する包絡線検出回路
と、この包絡線検出回路の出力信号があらかじめ設定さ
れたスレッシュホールド電圧を横切る２つの受信時点を
検出する時間検出回路と、これ等の２つの受信時点を用
いてこれ等の受信時点の間の任意の中間値を演算する中
間値演算手段とを具備し、この中間値と送出時点とから
測定対象物までの距離を測定するようにし、第２にバー
スト波状の受信波を所定のスレッシュホールド電圧と比
較してパルス化してパルス列信号を出力する比較器と、
このパルス列信号からスレッシュホールド電圧を横切る
受信波の時間幅を演算する時間幅演算手段と、この時間
幅の中に入る任意の受信時点を決定しこの決定された受
信時点と前記送出時点とから前記測定対象物までの距離
を演算する時間差検出手段とを具備するようにしたもの
である。

く作　用〉 第１発明ではバースト状の受信波の包絡線と、第２発明
では受信波の包絡線の中に含まれるパルス状の各波形と
、それぞれスレッシュホールド電圧が交差する２点の間
の時間幅の中の中間値を受信波の受信時点として検出し
、これとタイミング信号送出の時点との時間差から測定
対象物までの距離を測定する。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図で
ある。第２図は第１図に示す実施例の各部の波形を示す
波形図である。なお、従来の構成と同一の部分について
は同一の符号を付して適宜にその説明を省略する。

タイミング回路１０からタイミング信号ＳＴが駆動回路
１１に出力されて超音波が測定対象物に向かって送出さ
れ、この超音波が測定対象物１３で反射して増幅器１４
に受信信号Ｓｒ　（第２図（イ））として入力され、更
に自動利得制御回路１５と共にここで一定振幅２Ａｍの
受信信号ＳＲ（第２図（ロ））として出力され、この後
この受信信号ｓＲは包絡線回路１６により包絡線が検出
されて包絡線信号Ｓε　（第２図（ハ））として出力さ
れる点については、第５図に示す超音波距離計と同じで
ある。

この包絡線信号ＳＥはスレッシュホールド電圧ｖＴＨ，
が比較電圧としてそれぞれ印加された前方比較器１９、
後方比較器２０に出力される。

前方比較器１９はスレッシュホールド電圧ｖＴＨ１と比
較し、包絡線信号ＳＥが最初にスレッシュホールド電圧
ＶＴ）Ｉ＋と交差しその出力がロレベルからハイレベル
に変化する受信時点を前方受信信号ＬＦ　　（第２図（
ニ））として検出し中間値演算回路２１に出力する。

後方比較器２０はスレッシュホールド電圧ＶＴＨ１と比
較し、包絡線信号ＳＥが２番目にスレッシュホールド電
圧ＶＴＨｔと交差しその出力がハイレベルからローレベ
ルに変化する受信時点を後方受信信号ＬＲ（第２図（ホ
））として検出し中間値演算回路２１に出力する。

中間値演算回路２１は、これ等の前方、後方受信信号Ｌ
ｐ　、ＬＲを用いて、例えばこれ等の時間幅の中央値Ｍ
＝　（ＬＦ　＋Ｌ＋２　）／２を受信時点として演算し
、中間信号ＬＭ（第２図（へ））として時間差検出回路
２２に出力する。

時間差検出回路２２はタイミング信号ＳＶと中間信号Ｌ
Ｍとから測定対象物１３までの距離を演算し、距離信号
Ｓ１．として出力する。

以上のような構成により、第６図に示すようにたとえ受
信信号ｓｒの振幅が小さく自動利得制御回路１５の利得
制御が正常に機能せず包絡線信号かＳＥ＋のように小さ
くなっても、前方、後方受信信号ＬＦ　　（＝１．２　
）、ＬＲ（＝Ｌ２−）を用いて、例えばこれ等の時間幅
の中央値Ｍ＝　（ＬＦ　＋ＬＲ）／２を受信時点として
演算すれば、正常な場合であるＬＦ　　（＝Ｌ＋　）、
ＬＲ（−Ｌ＋　　−）と同一となり、誤差を生じない。

第３図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。第４図は第３図に示す実施例の各部の波形を示
す波形図である。

この実施例は包絡線回路を介しないで受信信号をそのま
まパルス列に変換しそのパルス列の最初と最後のタイミ
ング時間より中間信号を求める場合を示している。

増幅器１４の出力端に得られるパース１−波状の受信信
号ＳＲは第４図（イ）に示す波形となっている。この受
信信号Ｓ１２はスレッシュホールド電圧ＶＴＲＩ（第４
図（イ））が印加された比較器２３に入力されてその出
力端に第４図（ロ）に示すように１つのパルスの周期が
ｔｏのパルス列信号ＳＰを得る。

このパルス列信号ＳＰは再１−リカ可能な単安定回路２
４に入力され、周期上〇よりも若干大きなパルス幅ｔｗ
をもつパルスを出力することにより、受信信号ＳＲがス
レッシュホールド電圧ＶＴ）（＋より大きくなっている
総時間幅Ｔｗ（第４図（ハ））が得られる。得られた総
時間幅Ｔｗは実際には真の総時間幅よりおよそ（ｔｗ　
　ｔｏ／２）だけ広いが、この誤差は無視できる値であ
る。

総時間幅Ｔｗは時間差検出回路２５に入力されるが、こ
こで時間差検出回路２５は総時間幅Ｔｗの例えば中央の
値を演算して中央値を受信時点として算出し、更にこの
中央値（受信時点）が得られるまでの時点とタイミング
信号ＳＴが送出された時点との時間差を演算することに
より測定対象物１３までの距離に対応する距離信号Ｓ１
２を出力する。

第１図に示す実施例では前方比較器１９と後方比較器２
０には同一のスレッシュホールド電圧７丁［１，を印加
して包絡線信号ｓ＋−と比較したが、これ等のスレッシ
ュホールド電圧ＶＴＨ＋を異なる値、例えば後方比較器
２０にはＶＴＩ−１２（ＶＴＨ＋　＞ＶＴ　Ｈ２）を印
加して比較するようにすると、包絡線信号ＳＥにノイズ
などが重畳したときに誤差信号が発生するのを防止する
ことができる。

以−りの点について第５図を用いて説明する。第５図（
イ）に示すようなノイズを含む包絡線信号ＳＥが出力さ
れたときには受信信号ＬＦはスレッシュホールド電圧Ｖ
ＴＲ＋を基準としてレベル変動を起こす（第５図（ロ）
）が、受信信号ＬＲはスレッシュホールド電圧ＶＴＨ２
を基準としてレベル変動を起こす（第５図（ハ））、シ
かし、若しＶＴ　Ｈ＋　＝ＶＴ　Ｈ２であれば、第５図
（ニ）に示すようにノイズによりスレッシュホールド電
圧がＶＴＨ＋を切る時点で受信信号ＬＦがレベル変動を
起こし、誤差発生の要因となる。

なお、以上の第１図、第３図の説明では主としてアナロ
グ処理をベースとしたが、デジタル的に受信波を高速サ
ンプリングして、以後デジタル信号として同様の信号処
理をしても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明は受
信波の包絡線（第１発明）、又は受信波の包絡線の中に
含まれるパルス状の各波形（第２発明）とスレッシュホ
ールド電圧が交差する２点の間の時間幅の中の中間値を
受信波の受信時点として検出し、これとタイミング信号
送出の時点との時間差から測定対象物までの距離を測定
するようにしたので、受信波の振幅が小さいときでも誤
差なく受信時点を確定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の各部の波形を示す波形図、
第３図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
、第４図は第３図に示す実施例の各部の波形を示す波形
図、第５図は第１図に示す実施例の構成の一部を変形し
た変形実施例の動作を示す波形図、第６図は従来の超音
波距離計の構成を示すブロック図、第７図は第６図に示
す超音波距離計のもつ問題点を説明する波形図である。 １０・・・タイミング回路、１１・・・駆動回路、１２
・・超音波振動子、１３・・・測定対象物、１４・・・
増幅器、１５・・・自動利得制御回路、１６・・・包絡
線回路、１７・・・比較器、１８・・・時間差検出回路
、１９・・・前方比較器、２０・・・後方比較器、２１
・・・中間値演算回路、２２・・・時間差検出回路、２
４・・・単安定回路、２５・・・時間差検出回路、ｓｒ
、ｓＲ・・・受信信号、ｓＥ・・・包絡線信号、ＬＦ・
・・前方受信信号、ＬＲ・・・後方受信信号、ＬＭ・・
・中間信号、ｓｐ・・・パルス列信号、Ｓｊ＋、Ｓｎ２
・・・距離信号、Ｔｗ・・・総時間゛て　２ 第　４　因 第 図 （ニ） 受信信号ＬＦ −一ト−一一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動信号によりバースト波状の超音波を測定対象
   物に送出しこの送出時点からこの測定対象物で反射され
   て受信されるバースト波状の受信波の受信時点までの時
   間差から前記測定対象物までの距離を測定する超音波距
   離計において、バースト波状の前記受信波の包絡線を検
   出する包絡線検出回路と、この包絡線検出回路の出力信
   号があらかじめ設定されたスレッシュホールド電圧を横
   切る２つの受信時点を検出する時間検出回路と、これ等
   の２つの受信時点を用いてこれ等の受信時点の間の任意
   の中間値を演算する中間値演算手段とを具備し、この中
   間値と前記送出時点とから前記測定対象物までの距離を
   測定することを特徴とする超音波距離計。
2. （２）駆動信号によりバースト波状の超音波を測定対象
   物に送出しこの送出時点からこの測定対象物で反射され
   て受信されるバースト波状の受信波の受信時点までの時
   間差から前記測定対象物までの距離を測定する超音波距
   離計において、バースト波状の前記受信波を所定のスレ
   ッシュホールド電圧と比較してパルス化してパルス列信
   号を出力する比較器と、このパルス列信号から前記スレ
   ッシュホールド電圧を横切る前記受信波の時間幅を演算
   する時間幅演算手段と、この時間幅の中に入る任意の受
   信時点を決定しこの決定された受信時点と前記送出時点
   とから前記測定対象物までの距離を演算する時間差検出
   手段とを具備することを特徴とする超音波距離計。