JPH03180794A - 超音波距離測定方法及び装置 - 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、超音波の往復伝播時間から距離を求める超音
波距離測定方法及び装置に関する。ものである。

［従来の技術］ 第３図は、従来の超音波距離測定装置の構成を示したも
のである。図において、１は送信パルスａ１を発生する
送信パルス発生回路、２は送信パルスａ１を増幅して増
幅送信パルスａ２を出力する送信増幅回路、３は増幅送
信パルスａ２を超音波送信パルスａ３に変換して対象物
４に送信する超音波送波器である。５は超音波送信パル
スａ３が対象物４で反射された超音波反射パルスｂ１を
受信して電気信号の反射パルスｂ２に変換して出力する
超音波受波器、６は超音波受波器５から出力される反射
パルスｂ２を増幅して増幅反射パルスｂ３を出力する受
信増幅回路、７は成るレベルのしきい値Ｓを発生するし
きい値発生回路、８は増幅反射パルスｂ３がしきい値Ｓ
のレベルを越えたときその越えた部分をカットして該し
きい値Ｓのレベルの定レベル反射パルスｂ４を出力する
レベル弁別回路である。９は送信パルスａ１と定レベル
反射パルスｂ４とを入力信号としてこれらパルスａ１．
ｂｔ間の時間差信号を形成する時間差検出回路、１０は
時間差信号を距離に変換して出力する距離変換回路であ
る。

このような従来の超音波距離測定装置では、第４図（Ａ
）（Ｂ）に示すように、しきい値Ｓと増幅反射パルスｂ
３の立上り波形との交点の時間と送信パルスａ１の立上
り時の時間との差の時間（即ち、差信号）Ｔ１　（又は
Ｔ２）を距離に変換して距離の測定を行っていた。

しかしながら、このような超音波の距離測定では、超音
波が伝播する過程における減衰の変動が大きくて、第４
図（Ｂ）に示すように増幅反射パルスｂ３の振幅が変化
し易く、このためレベル弁別回路８から出力される定レ
ベル反射パルスｂ４の立上り遅れ時間ｔｄ＋、ｔｄ２が
誤差となって出現する問題があった。即ち、第４図（Ｂ
）で第２番目の増幅反射パルスｂ３のように第１番目の
増幅反射パルスｂ３よりレベルが低いときには、立上り
遅れ時間１ｄ２が立上り遅れ時間ｔｄｌより大となり、
その分だけ誤差が大となる。

これを改善するため本出願人は、先に、増幅反射パルス
ｂ３の立上り開始時点からしきい値Ｓに達する迄の立上
り時間１ｄｌや＋ｄ２をタイマーにより計測し、その立
上り時間が所定値より長いときにはその時の距離情報を
出力せず、立上り時間が短いときのみその時の距離情報
を出力するようにして誤差を少なくする超音波距離測定
装置を提案した（特開昭５９−６１７９３号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようにタイマーを用いて立上り時間
を測定するやり方では、タイマーを付加しなければなら
ないので、装置がコスト高になってしまう問題点があっ
た。

本発明の目的は、タイマーを用いないで誤差を低減する
ことができる超音波距離測定方法及び装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の詳細な説明すると
、次の通りである。

請求項（１）の発明は、超音波の送信パルスを送信し、
前記送信パルスが対象物で反射した反射パルスを受信し
て、前記両パルスの時間差から距離を測定する超音波距
離測定方法において、前記反射パルスを第１のレベル及
び該第１のレベルよりレベルの高い第２のレベルと比較
し、前記反射パルスが前記第２のレベルより大きいとき
、前記送信パルスと前記第１のレベルでの前記反射パル
スとの時間差から距離を測定することを特徴とする 請求項（２）の発明は、超音波の送信パルスを送信し、
前記送信パルスが対象物で反射した反射パルスを受信し
て、前記両パルスの時間差から距離を測定する超音波距
離測定装置において、前記反射パルスを増幅して増幅反
射パルスを出力する受信増幅回路と、前記増幅反射パル
スのレベルを第１のしきい値と比較して該増幅反射パル
スのレベルが該第１のしきい値を越えたとき該第１のし
きい値のレベルの定レベル反射パルスを出力する第１の
レベル弁別回路と、前記増幅反射パルスのレベルを前記
第１のしきい値よりレベルが高い第２のしきい値と比較
して判別する第２のレベル弁別回路と、前記送信パルス
と前記第１のレベル弁別回路から出力される前記定レベ
ル反射パルスとの時間差を検出して時間差信号を出力す
る時間差検出回路と、前記第２のレベル弁別回路にて前
記第２のしきい値より前記増幅反射パルスのレベルが高
いと判別したときだけその時の前記時間差検出回路から
の前記時間差信号を通過させる時間差信号送出制御回路
と、前記時間差信号送出制御回路から送出された前記時
間差信号を距離に変換する距離変換回路とを有すること
を特徴とする請求項（３）の発明は、超音波の送信パル
スを送信し、前記送信パルスが対象物で反射した反射パ
ルスを受信して、前記両パルスの時間差から距離を測定
する超音波距離測定装置において、前記反射パルスを増
幅して増幅反射パルスを出力する受信増幅回路と、前記
増幅反射パルスのレベルを第１のしきい値と比較して該
増幅反射パルスのレベルが該第１のしきい値を越えたと
き該第１のしきい値のレベルの定レベル反射パルスを出
力する第１のレベル弁別回路と、前記増幅反射パルスの
レベルを前記第１のしきい値よりレベルが高い第２のし
きい値と比較して判別する第２のレベル弁別回路と、前
記増幅反射パルスのレベルを前記第２のしきい値よりレ
ベルが高い第３のしきい値と比較して判別する第３のレ
ベル弁別回路と、前記第３のレベル弁別回路にて前記増
幅反射パルスのレベルが前記第３のしきい値より高いと
判別したときには前記受信増幅回路の増幅度を下げ、前
記増幅反射パルスのレベルが前記第３のしきい値より低
いと判別したときには前記受信増幅回路の増幅度を上げ
るように制御する自動増幅度制御回路と、前記送信パル
スと前記第１のレベル弁別回路から出力される前記定レ
ベル反射パルスとの時間差を検出して時間差信号を出力
する時間差検出回路と、前記第２のレベル弁別回路にて
前記第２のしきい値より前記増幅反射パルスのレベルが
高いと判別したときだけその時の前記時間差検出回路か
らの前記時間差信号を通過させる時間差信号送出制御回
路と、前記時間差信号送出制御回路から送出された前記
時間差信号を距離に変換する距離変換回路とを有するこ
とを特徴とする。

［作用］ 請求項（１）の発明では、誤差の大きい低レベルの反射
パルスを除去して距離測定を行う。従って、測定精度を
上げることができる。特に、本発明では、反射パルスが
第２のレベルより大きいときのみ、その時の反射パルス
を用いて距離を測定するので、判定手段としてのタイマ
ーが不要になる。

請求項（２）の発明では、第２のレベル弁別回路で反射
パルスのレベルが第２のレベルである第２のしきい値を
越えているか否を判定し、越えているときそのときの反
射パルスを用いて距離を測定するので、判定手段として
特別にタイマーを付加する必要がない。

請求項（３）では、第３のレベル弁別回路で第２のしき
い値より高い第３のしきい値を用いて反射パルスのレベ
ルが該第３のしきい値より高いか低いかを判定し、高い
ときには自動増幅度制御回路の制御で受信増幅回路の増
幅度を下げ、低いときには該受信増幅回路の増幅度を上
げるので、反射パルスの振幅レベルをほぼ一様にするこ
とができ、この面でも反射パルスの立上がり時の誤差の
低減を図ることができる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。なお、前述した第３図と対応する部分には、同一符号
をつけて示している。

第１図は、本発明に係る超音波距離測定装置の一実施例
を示したものである。図示のように、本実施例の超音波
距離測定装置では、受信増幅回路６の後段にその出力で
ある増幅反射パルスｂ３を入力とする第１のレベル弁別
回路１１と、第２のレベル弁別回路１２と、第３のレベ
ル弁別回路上３とを接続している。第１のレベル弁別回
路１１には、電圧信号よりなる第１のしきい値Ｓ１を入
力する第Ｉのしきい値発生回路１４が接続されている。

第２のレベル弁別回路１２には、第１のしきい値Ｓ１よ
り電圧の高い第２のしきい値Ｓ２を人力する第２のしき
い値発生回路１５が接続されている。第３のレベル弁別
回路↓３には、第２のしきい値Ｓ２より電圧が高い第３
のしきい値Ｓ３を入力する第３のしきい値発生回路１６
が接続されている。第２のレベル弁別回路１２の後段に
は、この第２のレベル弁別回路１２が第２のしきい値Ｓ
２より増幅反射パルスｂ３のレベルが高いと判別したと
きだけその時の時間差検出回路９からの時間差信号を通
過させて距離変換回路１０に与える制御を行う時間差信
号送出制御回路１７が設けられている。第３のレベル弁
別回路１３の後段には、該第３のレベル弁別回路１３に
て増幅反射パルスｂ３のレベルが第３のしきい値Ｓ３よ
り高いと判別したときには受信増幅回路６の増幅度を下
げ、増幅反射パルスｂ３のレベルが第３のしきい値より
低いと判別したときには受信増幅回路６の増幅度を上げ
るように制御する自動増幅度制御回路（以下、ＡＧＣ回
路という）１８が接続されている。

次に、このような超音波距離測定装置による距離測定方
法について第１図及び第２図（Ａ）（Ｂ）を参照して説
明する。

送信側では、送信パルス発生回路上で形成した送信パル
スａ１を送信増幅回路２で増幅して増幅送信パルスａ２
を形成し、該増幅送信パルスａ２を超音波送波器３で超
音波送信パルスａ３に変換して対象物４に送信する。該
対象物４で反射された超音波反射パルスｂ１は超音波受
波器５で受信して電気信号の反射パルスｂ２に変換する
。該反射パルスｂ２は受信増幅回路６で増幅して増幅反
射パルスｂ３を形成する。該増幅反射パルスｂ３を第１
〜第３のしきい値弁別回路１１〜■３にそれぞれ印加し
、第１〜第３のしきい値８１〜Ｓ３と比較する。

第１のレベル弁別回路１１では、増幅反射パルスｂ３の
レベルを、第２図（Ｂ）に示すように第１のしきい値Ｓ
１と比較して、該増幅反射パルスｂ３のレベルが第１の
しきい値Ｓ１を越えたとき、該第１のしきい値Ｓ１のレ
ベルをもつ定レベル反射パルスｂ４を時間差検出回路９
に出力する。該時間差検出回路９は、送信パルスａ１と
定レベル反射パルスｂ４とを入力信号として、これらパ
ルスａ１．ｂｔ間の時間差Ｔ、、Ｔ２からなる時間差信
号を形成する。

第２のレベル弁別回路１２では、増幅反射パルスｂ３の
レベルを第２図（Ｂ）に示すように第２のしきい値Ｓ２
と比較して、第２図（Ｂ）にＡパターン、Ｂパターンと
して示すように、該増幅反射パルスｂ３のレベルが第２
のしきい値Ｓ２を越したときのみ、時間差信号送出制御
回路１７に制御信号を送ってその時の増幅反射パルスｂ
３に基づく時間差検出回路９からの時間差信号を通過さ
せて距離変換回路１０に与える制御を行う。従って、第
２図（Ｂ）にＣパターン、Ｄパターンとして示すように
第２のしきい値Ｓ２に達しない低レベルの増幅反射パル
スｂ３のときには、その時の増幅反射パルスｂ３に基づ
く時間差信号が出力されないので、誤差が大きいＣパタ
ーンやＤパターンの増幅反射パルスｂ３による距離の測
定は行わない。距離変換回路１０では、時間差信号が入
力されると距離に変換して出力する。

第３のレベル弁別回路１３では、増幅反射パルスｂ３の
レベルを第２図（Ｂ）に示すように第３のしきい値Ｓ３
と比較して、第２図（Ｂ）にＢパターンとして示すよう
に増幅反射パルスｂ３のレベルが第３のしきい値ｓ３−
より高いと判別したときには、ＡＧＣ回路１８に制御信
号を送って、該ＡＧＣ回路１８で受信増幅回路６の増幅
度を下げる。また、第２図（Ｂ）にＡパターン、Ｃパタ
ーン、Ｄパターンとして示すように、増幅反射パルスｂ
３のレベルが第３のしきい値Ｓ３より低いと判別したと
きには、ＡＧＣ回路１８に制御信号を送って、該ＡＧＣ
回路１８で受信増幅回路６の増幅度を上げる。従って、
増幅反射パルスｂ３のレベル即ち振幅をほぼ一定にして
、即ち反射パルスの立上り時の誤差を少な（して距離の
測定を行うことができる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明に係る超音波距離測定方法及
び装置によれば、次のような効果を得ることができる。

請求項（１）の発明では、反射パルスが第２のレベルよ
り大きいときのみ、その時の反射パルスを用いて距離を
測定するので、判定手段としてのタイマーを用いないで
測定データを採用するか否かの判別をすることができる
。

請求項（２）の発明では、第２のレベル弁別回路で反射
パルスのレベルが第２のレベルである第２のしきい値を
越えているか否を判定し、越えているときそのときの反
射パルスを有効データとして距離を測定するので、判定
手段として特別にタイマーを付加する必要がなく、コス
トダウンを図ることができる。

請求項（３）の発明では、第３のレベル弁別回路で第２
のしきい値より高い第３のしきい値を用いて、反射パル
スのレベルがこの第３のしきい値より高いか低いかを判
定し、高いときには自動増幅度制御回路の制御で受信増
幅回路の増幅度を下げ、低いときには該受信増幅回路の
増幅度を上げるので、反射パルス°の振幅レベルをほぼ
一様にすることができ、この面でも反射パルスの立上り
時の誤差の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波距離測定装置の一実施例の
ブロック図、第２図（Ａ）（Ｂ）は第１図に示す装置の
動作波形図、第３図は従来の超音波距離測定装置のブロ
ック図、第４図（Ａ）（Ｂ）は従来の装置のブロック図
である。 １・・・送信パルス発生回路、２・・・送信増幅回路、
３・・・超音波送波器、４・・・対象物、５・・・超音
波受波器、６・・・受信増幅回路、７・・・しきい値発
生回路、８・・・レベル弁別回路、９・・・時間差検出
回路、１０・・・距離変換回路、１１・・・第１のレベ
ル弁別回路、１２・・・第２のレベル弁別回路、１３・
・・第３のレベル弁別回路、１４・・・第１のしきい値
発生回路、１５・・・第２のしきい値発生回路、１６・
・・第３のしきい値発生回路、１７・・・時間差信号送
出制御回路、■８・・・自動増幅度制御回路（ＡＧＣ回
路）。 第 １ 図 第 図 第 図 第 図 手続補正書坊式） ％式％ 発明の名称 超音波距離測定方法及び装置 補正をする者 事件との関係　特許出願人 島田理化工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波の送信パルスを送信し、前記送信パルスが
   対象物で反射した反射パルスを受信して、前記両パルス
   の時間差から距離を測定する超音波距離測定方法におい
   て、前記反射パルスを第１のレベル及び該第１のレベル
   よりレベルの高い第２のレベルと比較し、前記反射パル
   スが前記第２のレベルより大きいとき、前記送信パルス
   と前記第１のレベルでの前記反射パルスとの時間差から
   距離を測定することを特徴とする超音波距離測定方法。
2. （２）超音波の送信パルスを送信し、前記送信パルスが
   対象物で反射した反射パルスを受信して、前記両パルス
   の時間差から距離を測定する超音波距離測定装置におい
   て、前記反射パルスを増幅して増幅反射パルスを出力す
   る受信増幅回路と、前記増幅反射パルスのレベルを第１
   のしきい値と比較して該増幅反射パルスのレベルが該第
   １のしきい値を越えたとき該第１のしきい値のレベルの
   定レベル反射パルスを出力する第１のレベル弁別回路と
   、前記増幅反射パルスのレベルを前記第１のしきい値よ
   りレベルが高い第２のしきい値と比較して判別する第２
   のレベル弁別回路と、前記送信パルスと前記第１のレベ
   ル弁別回路から出力される前記定レベル反射パルスとの
   時間差を検出して時間差信号を出力する時間差検出回路
   と、前記第２のレベル弁別回路にて前記第２のしきい値
   より前記増幅反射パルスのレベルが高いと判別したとき
   だけその時の前記時間差検出回路からの前記時間差信号
   を通過させる時間差信号送出制御回路と、前記時間差信
   号送出制御回路から送出された前記時間差信号を距離に
   変換する距離変換回路とを有することを特徴とする超音
   波距離測定装置。
3. （３）超音波の送信パルスを送信し、前記送信パルスが
   対象物で反射した反射パルスを受信して、前記両パルス
   の時間差から距離を測定する超音波距離測定装置におい
   て、前記反射パルスを増幅して増幅反射パルスを出力す
   る受信増幅回路と、前記増幅反射パルスのレベルを第１
   のしきい値と比較して該増幅反射パルスのレベルが該第
   １のしきい値を越えたとき該第１のしきい値のレベルの
   定レベル反射パルスを出力する第１のレベル弁別回路と
   、前記増幅反射パルスのレベルを前記第１のしきい値よ
   りレベルが高い第２のしきい値と比較して判別する第２
   のレベル弁別回路と、前記増幅反射パルスのレベルを前
   記第２のしきい値よりレベルが高い第３のしきい値と比
   較して判別する第３のレベル弁別回路と、前記第３のレ
   ベル弁別回路にて前記増幅反射パルスのレベルが前記第
   ３のしきい値より高いと判別したときには前記受信増幅
   回路の増幅度を下げ、前記増幅反射パルスのレベルが前
   記第３のしきい値より低いと判別したときには前記受信
   増幅回路の増幅度を上げるように制御する自動増幅度制
   御回路と、前記送信パルスと前記第１のレベル弁別回路
   から出力される前記定レベル反射パルスとの時間差を検
   出して時間差信号を出力する時間差検出回路と、前記第
   ２のレベル弁別回路にて前記第２のしきい値より前記増
   幅反射パルスのレベルが高いと判別したときだけその時
   の前記時間差検出回路からの前記時間差信号を通過させ
   る時間差信号送出制御回路と、前記時間差信号送出制御
   回路から送出された前記時間差信号を距離に変換する距
   離変換回路とを有することを特徴とする超音波距離測定
   装置。