JPH03118493A - 測距用の超音波センサ - 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、１つの超音波振動子と、その超音波振動子を
設定周期で振動駆動する超音波発信用の駆動手段と、そ
の駆動手段による超音波発信時点と前記駆動手段の駆動
後において前記超音波振動子が受波した受信時点との時
間差を求める時間差判別手段とが設けられた測距用の超
音波センサの改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、測距用の反射式超音波センサーは、１つの超音波
振動子から超音波を発信し、被測定対象物から反射した
超音波を、前記超音波振動子によって受信して電気信号
に変換し、この受信時刻と前記発信時刻及び超音波の速
度から、被測定物までの距離を算出するものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の反射式超音波センサでは
、超音波振動子から超音波を受信した直後、すなわち、
超音波振動子の駆動信号を断にした直後においても、超
音波振動子の振動片に慣性があるため、しばらくの時間
、振動振幅が減衰しながらも機械的振動を継続する、い
わゆる残響現象が生じていた。

この残響現象があるため、超音波を受信した直後に受信
状態に切換えても、残響信号が受信されて、この残響時
間内においては被測定物からの反射波を正確に受信する
ことができないという問題点があった。

特に、超音波振動子から被測定物までの測定距離が短い
場合には、この残響時間内に被測定物からの反射波が到
来し、この反射波を正確に受信することができず、短距
離における測定ができなかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、超音波振動子の発信直後の残響を除去するこ
とによって、被測定物までの測定可能範囲を短縮し、短
距離における測定を可能にするようにした点にある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するため、本発明による測距用の超音
波センサの特徴構成は、超音波振動子を設定周期で振動
駆動する超音波発信用の駆動手段による駆動位相とは反
転する位相で前記超音波振動子を振動駆動する残響除去
用の補助駆動手段が、前記駆動手段による超音波発信直
後において前記超音波振動子を振動駆動するように設け
られている点にある。

〔作　用〕

上記したように、残響除去用の補助駆動手段が、前記駆
動手段による駆動信号とは反転させた位相で、超音波発
信直後において前記超音波振動子を振動駆動するように
しであるから、発信直後に振動片の慣性によって機械的
に振動し続けようとする振動子に、位相反転した駆動信
号が加えられる。これにより機械的に振動し続けようと
する振動子に電気的駆動によって反力が作用するから、
この機械的振動は急速に減衰され、振動が停止される。

〔発明の効果〕

従って、発信直後の機械的振動を急速に減衰できるから
、超音波振動子の発振直後の残響を除去することができ
、残響に影響されることなく短距離測定が可能となった
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、（１〉は超音波の発信及び受信を行う
超音波振動子、（ｌＯ）は発信部、（１５）は受信部を
示す。

発信部（１０）には、駆動手段（ｄ１）として、発信回
路（９）、スイッチ回路（５）、出力タイミングパルス
発生器（７）、スイッチ回路（３）及び駆動回路（２）
が設けられている。また、補助駆動手段（ｄｚ）が、前
記駆動手段（ｄ１）の構成要素を兼用しながら構成され
ている。つまり、補助駆動手段（ｄ２）が、発振回路（
９）、スイッチ回路（５）、出力タイミングパルス発生
回路（７）、位相反転回路（６）、残響除去タイマー回
路（４）、スイッチ回路（３）、及び駆動回路（２）か
ら構成されている。

発振回路（９）は、第２図（ａ）に示すように、−定周
期の連続信号を発振するものである。発振回路（９）の
出力は出力タイミングパルス発生回路（７）に入力され
、第２図（ｂ）に示すように、予め設定した発信出力時
間（Ｔ）の出力タイミングパルスを発生し、スイッチ回
路（５）及び残響除去タイマー回路に入力される。

スイッチ回路（５）は、前記出力タイミングパルスに基
づいて発振回路（９）からの出力を切換え、第２図（ｄ
）に示すように、前記発信出力時間（Ｔ）の出力タイミ
ングパルスが論理Ｈレベルの時間だけ発振回路（９）の
発振出力信号を出力する。

また、残響除去タイマー回路（４）は、第２図（Ｃ）に
示すように、出力タイミングパルスの論理Ｈレベルの時
間（Ｔ）経過直後の立下りにおいて、論理Ｌレベルから
立上り、後述する前記超音波振動子（１）の固有特性に
基づいて予め設定された反転位相出力時間（１）の時間
に亘って論理Ｈレベルを出力する。

前記した反転位相出力時間（１）は、超音波振動子（１
）の駆動信号を断にした直後において、超音波振動子（
１）の振動片の慣性に基づいて継続しようとする機械的
振動を、位相反転した駆動信号による電気的駆動による
反力によって、前記機械的振動を減衰させて停止するこ
とができる時間に、予め設定するものである。

スイッチ回路（３）は、前記スイッチ回路（５）によっ
て切換えられた発振出力信号を出力する状態と、第２図
（ｅ）に示すような前記発振回路（９）の発振出力を位
相反転回路（６）によって位相反転された信号を出力す
る状態とに切換えるものであって、前記残響除去タイマ
ー回路（４）から出力された信号が論理Ｌレベルの期間
は前記スイッチ回路（５）の発振出力側に、前記信号が
論理Ｈレベルの期間は、前記位相反転信号側に切換える
。そして、第２図げ）に示すような発信出力（Ｔ）及び
反転位相出力（１）を出力する。

このスイッチ回路（３）の出力は駆動回路（２）によっ
て適宜増幅され、前記超音波振動子（１）を駆動し超音
波が発信される。

この発信された超音波は被測定物により反射され、前記
超音波振動子（１）に受信され、機械的振動が電気信号
に変換されて、受信部（１５）のアンプ（１１）に入力
される。このアンプ（１１）で適宜増幅され、カウンタ
コントローラ（１２）に入力される。

一方、出力タイミングパルス発生回路（７）は、第２図
げ）に示す、前記発信出力の立上り時に、第２図（ｇ）
に示すように一定幅のカウンタスタートパルスを発生し
、カウンタコントローラ（１２）へ入力される。

受信部（１５）には、時間差判別手段（ｍ）シて、基準
パルス発生回路（１４）、カウンタコントローラ（１２
）、アンプ（１）、及びカウンタ（１３）が設けられて
いる。

カウンタコントローラ（１２）は、出力タイミングパル
ス発生回路（７）から出力されたカウンタスタートパル
スと、前記アンプ（１１）から出力された受信パルスを
カウンタストップパルスとして、カウンタ（１３）のス
タート／ストップを制御する。

カウンタ（１３）は、基準パルス発生回路（１４）から
の基準パルスをクロック信号として、前記カウンタスタ
ート、カウンタストップ信号によって時間計測する。

このカウンタ（１３）で計測された時間が、前記超音波
振動子（１）と被測定物との間の超音波の往復時間に相
当し、これと超音波の伝播速度とから被測定物までの距
離を算出することができる。

ところで、前記超音波振動子（１）固有の前記残響時間
（１）は、超音波振動子の温度特性等のため周囲温度に
より変化するので、これを補正する手段として、センサ
温度検出補正回路（８）を設け、前記反転位相出力時間
（１）を微調整するようにしている。また、前記発振回
路（９）の発振周波数は、回路素子の温度特性のため変
動するので、これを補正するために、前記センサ温度検
出補正回路（８）の出力は発振回路（９）に入力され、
発振周波数を微調整するようにしている。

尚、上記実施例の説明においては、各回路の詳細な構成
については説明しなかったが、これらは公知の技術によ
り容易に実現できるものである。

又、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略図である。第２図
は、本発明の実施例中、各回路動作を説明するためのタ
イミングチャートである。 （１）・・・・・・超音波振動子、（ｄ１）・・・・・
・駆動手段、（ｄ２）・・・・・・補助駆動手段、（ｍ
）・・・・・・時間差判別手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １つの超音波振動子（１）と、その超音波振動子（１）
   を設定周期で振動駆動する超音波発信用の駆動手段（ｄ
   ＿１）と、その駆動手段（ｄ＿１）による超音波発信時
   点と前記駆動手段（ｄ＿１）の駆動後において前記超音
   波振動子（１）が受波した受信時点との時間差を求める
   時間差判別手段（ｍ）とが設けられた測距用の超音波セ
   ンサであって、前記駆動手段（ｄ＿１）による駆動位相
   とは反転する位相で前記超音波振動子（１）を振動駆動
   する残響除去用の補助駆動手段（ｄ＿２）が、前記駆動
   手段（ｄ＿１）による超音波発信直後において前記超音
   波振動子（１）を振動駆動するように設けられている測
   距用の超音波センサ。