JPH0349397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば超音波レベル計のような、対
象物の超音波反射面と基準位置との距離を測定す
る超音波測長装置に関し、特に、異常な受信によ
る異常計測を防止する回路を備えた超音波測長装
置に関する。

［従来の技術］ 一般に、超音波測長装置は、超音波を送受信す
る送信回路、超音波プローブおよび受信回路と、
超音波パルスからなる送信波を送信後、反射波を
受信するまでの超音波往復所要時間を電気信号と
して計測する時間計測回路と、該時間計測回路の
計測結果を、計測する毎にサンプリングし、新た
なデータに更新して一時保存するサンプル・ホー
ルド回路とを主要部として有し、該保存されてい
る計測結果から、対象物の超音波反射面と基準位
置との距離を測定する構成となつている。

上記時間計測回路としては、従来、アナログ式
のものと、デジタル式のものが知られている。前
者は、送信波の送信後、反射波を受信するまでの
間、基準電圧を積分し、その積分された電圧値に
て時間を計測する。一方、後者は、送信波の送信
後、反射波を受信するまでの間、クロツクパルス
を計数して時間を計測する。

また、上記サンプル・ホールド回路は、サンプ
リング回路と、記憶回路とからなる。後者として
は、アナログ式の場合、積分された電圧を保存す
る回路を備え、一方、デジタル式の場合、例えば
レジスタ等を備えて構成される。これらの記憶回
路は、サンプリング回路を介して上記時間計測回
路に接続され、反射波を受信する毎に、適当なタ
イミング信号に応動して計測結果をサンプリング
して記憶する。その結果、記憶回路は、常に最新
のデータをホールドすることになる。

ところで、この従来の超音波測長装置は、次の
ような問題点があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記超音波測長装置は、送信波を送信後、対象
物からの反射波を受信するため待機している時間
に、超音波プローブがパルス性の雑音を受信し、
または、電磁誘導によるパルス性の雑音を拾うこ
とにより誤動作することがある。

即ち、このような雑音波が、「反射波」である
と認識されると、時間計測回路の時間計測動作を
停止させる受信トリガとなり、時間計測回路は、
実際より短い時間で計測を終了する。そのため、
測定結果は、雑音波を受信した時点に相当する距
離となつて、異常な値となる。

このような異常値は、単に計測するのみの場合
には、無視することも可能である。しかし、計測
結果を制御信号として、自動制御システム、例え
ば、水位の自動調節を行なうようなシステムに供
給する場合においては、異常計測値は、誤動作を
引起す原因となり、ひいては重大な事故を招きか
ねないという問題がある。

また、上記超音波測長装置は、対象物の反射面
の状態により、反射波が超音波プローブに到達し
ないことがある。この場合、送信波を送信後、対
象物からの反射波を受信するため待機していて
も、反射波を受信することができず、時間計測回
路の出力が異常な値となる。

即ち、時間計測回路は、送信波を送信後、時間
計測動作を開始し、反射波の受信により形成され
る受信トリガによつて、誤動作を停止する。しか
し、反射波の受信がない場合、受信トリガが入力
しない。そのため、時間計測回路は、予め設定し
てある計測時間の最長限度まで時間を計測する。
この結果、測定結果は、実際とは異なる異常な値
となる。

このような異常値は、距離の計測値として、誤
つたデータを与えると共に、上述したように、こ
のデータを、制御信号として自動制御を行なう場
合には、誤動作の原因になるという問題がある。

さらに、上記超音波測長装置は、屋外に設置さ
れることが多く、その場合、車両等において使用
される市民無線などの電磁波による妨害雑音波を
拾い、誤動作する場合がある。

即ち、この種の妨害雑音波（以下、単に妨害波
という。）は、超音波プローブまたはケーブルを
介して受信される可能性がある。そして、この妨
害波は、そのエンベロープが、超音波の反射波に
よる受信信号と同等またはこれより長い時間幅を
有していて、反射波と紛らわしいことが多い。そ
のため、妨害波がある程度断続して受信される状
況にあると、受信信号が、超音波の反射波による
受信信号であるか、雑音であるかを区別すること
ができないため、上記時間計測回路の計測結果が
全く信頼し得ないこととなる。

本発明は、このような問題点を解決するために
なされたもので、パルス性雑音による誤動作を防
ぎ、また、反射波が受信されない場合に起こる異
常計測値を除去でき、さらに、超音波の反射波の
エンベロープと同等以上の時間幅を有する妨害波
による異常計測値をも除去できて、信頼性の高い
計測を行ない得る超音波測長装置を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、超音波を送受信する送信回路、超音
波プローブおよび受信回路と、超音波パルスから
なる送信波を送信後、反射波を受信するまでの超
音波往復所要時間を電気信号として計測する時間
計測回路と、該時間計測回路の計測結果を、計測
する毎にサンプリングし、新たなデータに更新し
て一時保存するサンプル・ホールド回路と、上記
各回路の動作タイミング等を制御する制御回路と
を有し、該保存されている計測結果から、対象物
の超音波反射面と基準位置との距離を測定するよ
う構成された超音波測長装置において、問題点解
決手段として、異常計測防止手段を備えることを
特徴とする。

この異常計測防止手段は、 (a) 送信波を送信後、対象物からの反射波を受信
するための受信ゲートが開いている間に受信し
た信号が、反射波として期待される持続時間を
基準として定める一定以上の時間幅を有する場
合に反射波と判定し、上記超音波往復所要時間
の計測を停止させる受信トリガを出力するパル
ス雑音除去回路と、 (b) 送信波を送信後、受信ゲートが閉じるまでの
時間を経過しても、反射波を受信しない場合
に、その計測についての上記サンプル・ホール
ド回路のサンプリングを禁止して、前回のデー
タを計測値とする受信波無入力補償回路と、 (c) 反射波受信後、次の送信波送信までの間にお
ける一定の時間内に、反射波として検出され得
る持続時間を有する信号が受信された時、妨害
波が存在すると判定して、その計測についての
上記サンプル・ホールド回路のサンプリングを
禁止して、前回のデータを計測値とする妨害波
対策回路、 とを有して構成される。

上記問題点解決手段の各構成要素について、さ
らに詳細に説明する。

上記パルス雑音除去回路は、送信波を送信後、
対象物からの反射波を受信するため待機している
時、すなわち、該反射波を受信するための受信ゲ
ートが開いている間に受信した信号が、反射波が
有するであろう持続時間を基準として定める一定
以上の時間幅を有するか否か判定する判定回路
と、該判定回路が、受信信号が一定以上の時間幅
を有すると判定した時、上記超音波往復所要時間
の計測を停止させる受信トリガを出力する受信ト
リガ形成回路とを備えて構成される。

上記受信波無入力補償回路は、送信波を送信
後、予め設定した一定の時間が経過するまでの
間、すなわち、送信波を送信後、受信ゲートが閉
じるまでの間、上記パルス雑音除去回路からの受
信トリガの有無を監視し、受信トリガが入力する
と、受信波検知信号を出力する受信波監視回路
と、送信波を送信後、当該計測サイクルの終了ま
での間、上記サンプル・ホールド回路のサンプリ
ングを禁止し、受信波監視回路からの受信波検知
信号が入力すると、サンプリング禁止を解除し
て、その計測についての上記サンプル・ホールド
回路のサンプリングを許容するサンプリング許可
回路とを備えて構成される。

妨害波対策回路は、反射波受信後、次の送信波
送信までの間における予め設定した一定の時間、
上記受信回路からの受信トリガの有無を監視し、
該時間内に受信トリガの入力があると、妨害波受
信信号を出力する妨害波監視回路と、上記妨害波
受信信号を受けると、当該計測終了までの間、そ
の計測についての上記サンプル・ホールド回路の
サンプリングを禁止するサンプリング禁止回路と
を備えて構成される。

［作用］ 上記のように本発明は、超音波測長装置に異常
計測防止手段を付加して構成される。本発明の作
用について、異常計測防止手段を中心として説明
する。

制御回路から送信タイミング信号が送出される
と、これを受けて、プローブから超音波パルスが
送出される。同時に、上記送信タイミング信号
は、時間計測回路にも送られる。

時間計測回路は、上記送信タイミング信号によ
り起動され、ランプ電圧の形成、また、基準クロ
ツクパルスのカウントを開始して、時間の計測を
行なう。

パルス雑音除去回路は、受信回路から何らかの
パルス性の信号が入力すると、この信号の時間幅
が所定値以上であるか否か判断する。この結果、
当該信号が、所定の時間幅に達している時には、
反射信号の入力と判定して、受信トリガを形成す
る。一方、所定の時間幅に達しない時には、その
信号は雑音であると判定して無視し、受信トリガ
を形成しない。従つて、このパルス雑音除去回路
により、パルス性の雑音が除去されることにな
る。

この受信トリガは、時間計測回路に入力され、
超音波パルス送信後から計測していた時間の計測
を停止させる。そして、上記制御回路からサンプ
リング信号がサンプル・ホールド回路に送られる
と、該サンプル・ホールド回路は、上記時間計測
回路の計測結果を取込み、新たなデータとして記
憶する。この場合、前回の計測結果は、今回分の
データに更新される。

また、上記制御回路は、上記送信タイミング信
号の送出と同時に、受信波の受信可能な最大時間
幅を設定する受信ゲート幅設定信号を、上記受信
波無入力補償回路に送出する。

該受信波無入力補償回路は、この受信ゲート幅
設定信号により設定される時間幅内で、反射波の
入力を待機する。この時間幅内に反射波が入力し
ない時は、サンプリング禁止信号をサンプル・ホ
ールド回路に出力し、時間計測回路の今回計測分
からのサンプリングを禁止する。

このような場合、時間計測回路は、受信トリガ
が入力しないため、受信ゲート幅設定信号の設定
する時間幅まで計測を続ける。そのため、計測値
が異常な値となる。しかし、この異常な計測値
は、サンプル・ホールド回路に入力されず、該ホ
ールド回路は、前回の計測値を引続き保持する。

これにより、何らかの原因により反射波が入力
しなかつた場合でも、異常な計測が防止され、し
かも、保持している前回分の計測値を更新しない
ので、計測値の空白を生じない。

さらに、本発明においては、反射波を受信した
後、当該計測値をサンプル・ホールド回路にサン
プリングする前に、制御回路は、適宜の時間幅の
妨害波検出ゲート幅設定信号を妨害波対策回路に
送出する。妨害波対策回路は、この信号を受け
て、このゲート幅の時間内に、妨害波が入力する
か否か監視する。この時間内に妨害波が入力した
時は、上記同様に、サンプリング禁止信号をサン
プル・ホールド回路に出力し、時間計測回路の今
回計測分からのサンプリングを禁止する。

このような回路によれば、超音波パルスの反射
波のパルス幅と同等以上の時間幅を有する妨害波
が入力した場合に、今回計測分のデータを、信頼
性に乏しいものとして計測結果から除去すること
ができる。しかも、保持している前回分の計測値
を更新しないので、計測値の空白を生じない。

なお、サンプリング禁止の状態が何回か連続し
た場合も、同様であつて、その場合には、禁止直
前の計測値がそのまま保持される。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。なお、第１図は本発明の超音波測長装置の実
施例の構成を示すブロツク図、第２図〜第５図は
その主要各部の詳細な構成を示すブロツク図、第
６図、第７図は上記実施例の作用を示すタイムチ
ヤートである。

＜実施例の構成＞ 第１図に示す実施例の超音波測長装置は、超音
波測長装置の基本的部分と、これに付加された本
発明における特徴部分である異常計測防止手段と
を備えて構成される。異常計測防止手段は、パル
ス雑音除去回路２０と、受信波無入力補償回路３
０と、妨害波対策回路４０とからなる。

本実施例の超音波測長装置の基本的部分は、そ
の構成要素として、超音波の送信受信を行なう超
音波プローブ１１と、該超音波プローブ１１を励
振して超音波パルスを送信させる送信回路１２
と、上記プローブ１１にて受信した反射波を、検
波すると共に波形を整形する機能を有する受信回
路１３とを備える。

また、超音波パルスからなる送信波を送信後、
反射波を受信するまでの超音波往復所要時間を電
気信号として計測する時間計測回路１４と、該時
間計測回路１４の計測結果を、計測する毎にサン
プリングし、新たなデータに更新して一時保存す
るサンプル・ホールド回路１６を備える。

さらに、上記各回路の動作タイミング等と、後
述するパルス雑音除去回路２０、受信波無入力補
償回路３０および妨害波対策回路４０の動作タイ
ミングとを制御する制御回路１５を備える。

かつ、上記サンプル・ホールド回路１６にて一
時保存される計測結果を、対象物の超音波反射面
と基準位置との距離に対応する電気信号として出
力する出力回路１７を備えて、該保存されている
計測結果から、対象物の超音波反射面と基準位置
との距離を測定するよう構成される。

本実施例装置は、上記構成の超音波測長装置に
おける上記受信回路１３と時間計測回路１４との
間に、パルス雑音除去回路２０を設け、かつ、該
パルス雑音除去回路２０とサンプル・ホールド回
路１６との間に、受信波無入力補償回路３０と妨
害波対策回路４０とが設けてある。

ここで、パルス雑音除去回路２０は、判定回路
２１と受信トリガ形成回路２２とを備えて構成さ
れる。

また、受信波無入力補償回路３０は、受信波監
視回路３１とサンプリング許可回路３２とを備え
て構成される。

さらに、妨害波対策回路４０は、妨害波監視回
路４１とサンプリング禁止回路４２とを備えて構
成される。

次に、上記実施例の構成要素各部の詳細につい
て説明する。

上記時間計測回路１４は、第２図に示すよう
に、ランプ電圧を発生する積分回路と、これを制
御するスイツチ回路とからなる。

積分回路は、基準電源Es１と、抵抗Ｒ１、コ
ンデンサＣ１と、演算増幅器Op１とを有してな
る。

また、スイツチ回路は、上記基準電源Es１、
抵抗Ｒ１の間に接続されるスイツチＳ１と、該ス
イツチＳ１を開閉制御するRSフリツプフロツプ
回路FF１および該フリツプフロツプ回路FF１の
出力端子に接続されたアンドゲート回路Ad１
と、上記コンデンサＣ１に並列に接続されるスイ
ツチＳ２とからなる。

フリツプフロツプ回路FF１は、そのセツト端
子Ｓに、受信回路１３からのトリガTrが入力さ
れる。また、そのリセツト端子Ｒに、後述する制
御回路１５のリセツト信号ｆが入力される。アン
ドゲート回路Ad１には、受信ゲート幅設定信号
ｂが入力され、かつ、上記フリツプフロツプ回路
FF１の出力が入力される。

スイツチＳ１は、上記アンドゲート回路Ad１
の出力により開閉制御され、その出力がハイレベ
ルの時、オンする。スイツチＳ２には、制御回路
１５のリセツト信号ｆが入力され、該信号ｆが入
力した時のみオンする。なお、スイツチＳ１，Ｓ
２は、例えば、電界効果トランジスタから構成さ
れる。

上記制御回路１５は、第３図に示すように、ク
ロツクパルスを発生するクロツク発生回路１５１
と、該クロツクパルスを適宜分周し、或いは、基
準として、パルス状信号を形成する各部の回路と
からなる。

上記各部の回路としては、送信回路等に超音波
送信のタイミングを設定する送信タイミング回路
１５２と、超音波送信波を送信後、反射波を受信
するまでの最大待機時間幅を設定する受信ゲート
幅設定回路１５３と、送信波送信中に、漏れによ
り受信回路に混信する送信波を受信しないように
マスクするため、その時間に相当する幅のマスク
ゲート幅を設定するマスクゲート幅設定回路１５
４とを有している。また、妨害波を検出する時期
および時間を設定する妨害波検出ゲート幅設定回
路１５５と、上記妨害波検出後、後述する時間計
測回路１４で得られたデータをサンプリングする
サンプリング信号回路１５６と、サンプリングの
後、リセツト信号を出力するリセツト回路１５７
とを有して構成される。

パルス雑音除去回路２０は、例えば、第４図に
示すように、ランプ電圧を発生する積分回路と、
この積分回路を制御するスイツチ回路と、上記積
分回路にて形成されるランプ電圧が一定レベル以
上に達しているか否かを判定し、一定レベル以上
の時、受信トリガを出力する判定回路２３とを有
して構成される。

積分回路は、基準電源Es２と、抵抗Ｒ３、コ
ンデンサＣ２と、演算回路Op２とを有してなる。

また、スイツチ回路は、上記基準電源Es２と
抵抗Ｒ２との間に接続されるスイツチＳ３と、上
記コンデンサＣ２と並列に接続されるスイツチＳ
４と、これらのスイツチＳ３およびＳ４を開閉制
御するオアゲート回路Or１およびインバータIn
１とを有して構成される。ここで、オアゲート回
路Or１の入力の一方には、上記受信回路１３か
らの受信信号が論理否定により入力され、他方に
は、上記制御回路１５からのマスクゲート幅設定
信号ｃが入力される。オアゲート回路Or１の出
力は、上記スイツチＳ４の制御信号とされ、ま
た、インバータIn１により反転されて上記スイツ
チＳ３の制御信号とされる。

判定回路２３は、例えば、シユミツト回路、単
安定マルチバイブレータ等（いずれも図示せず）
を有して構成される。

なお、本実施例では、上記積分回路、スイツチ
回路および判定回路２３の一部が、第１図に示す
判定回路２１を構成し、判定回路２３の他の一部
が受信トリガ形成回路２２を構成する。

上記サンプル・ホールド回路１６は、第５図に
示すように、時間計測回路１４から計測結果をサ
ンプリングするサンプリング回路１６１と、サン
プリングした計測結果により従来のデータを更新
して記憶する記憶回路１６２とから成る。サンプ
リング回路１６１は、スイツチＳ５と、該スイツ
チＳ５を開閉制御するアンドゲート回路Ad４と、
後述する受信無入力補償回路３０および妨害波対
策回路４０の出力の論理和否定演算を行なうノア
ゲート回路Nr１とを有して構成される。上記ア
ンドゲート回路Ad４には、上記ノアゲート回路
Nr１の出力と、上記制御回路１５のサンプリン
グ信号ｅとが入力される。

受信波無入力補償回路３０は、第１図に示すよ
うに、受信波監視回路３１と、サンプリング許可
回路３２とを備えて構成される。

受信波監視回路３１は、例えば、第５図に示す
ように、受信トリガTrおよび上記制御回路１５
の受信ゲート幅設定信号ｂが入力されるアンドゲ
ート回路Ad２にて構成される。また、サンプリ
ング許可回路３２は、例えば、該アンドゲート回
路Ad２の出力および制御回路１５のリセツト信
号ｆが入力されるオアゲート回路Or２と、該オ
アゲート回路Or２の出力がリセツト端子Ｒに入
力され、および、受信ゲート幅設定信号ｂがセツ
ト端子Ｓに入力されるRSフリツプフロツプ回路
FF２とを有して構成される。

上記フリツプフロツプ回路FF２の出力が、こ
の受信波無入力補償回路３０の出力となり、上記
ノアゲート回路Nr１の一方の入力となつている。
本実施例では、該フリツプフロツプ回路FF２の
ハイレベル出力がサンプリング禁止信号となり、
ロウレベル出力がサンプリング許可信号となる。

上記妨害波対策回路４０は、第１図に示すよう
に、妨害波監視回路４１と、サンプリング禁止回
路４２とを有して構成される。

妨害波監視回路４１は、第５図に示すように、
受信トリガTrおよび上記制御回路１５の妨害波
検出ゲート幅設定信号ｄが入力されるアンドゲー
ト回路Ad３にて構成される。また、サンプリン
グ禁止回路４２は、該アンドゲート回路Ad３の
出力をセツト端子Ｓに入力するRSフリツプフロ
ツプ回路FF３とを有して構成される。該フリツ
プフロツプ回路FF３のリセツト端子Ｒには、制
御回路１５のリセツト信号ｆが入力される。

このフリツプフロツプ回路FF３の出力が、妨
害波対策回路４０の出力となり、上記ノアゲート
回路Nr１の他方の入力となつている。本実施例
では、該フリツプフロツプ回路FF３のハイレベ
ル出力がサンプリング禁止信号となり、ロウレベ
ル出力がサンプリング許可信号となる。

＜実施例の作用＞ 次に、上記実施例の作用について、上記各図と
共に、第６図、第７図に示すタイムチヤートを参
照して説明する。

制御回路１５は、クロツク発生回路１５１にお
いてクロツクパルスｇを発生し、このクロツクパ
ルスｇを、送信タイミング回路等の各回路におい
て適宜分周して各々所定のパルスを形成してい
る。先ず、これらの制御信号の出力タイミングに
ついて説明する。

送信タイミング回路１５２は、一定の周期で繰
返すパルスからなる送信タイミング信号ａを形成
する。本実施例では、この送信タイミング信号ａ
は、第７図に示すように、負のパルスにて構成さ
れ、後縁の立上りにてタイミングをとることとし
ている。

上記送信タイミング信号ａの後縁と同期して、
受信ゲート幅設定信号ｂとマスクゲート幅設定信
号ｃが出力される。上記受信ゲート幅設定信号ｂ
の立下り後、即ち、上記タイミング信号ａの後縁
から一定時間経過後に、妨害波検出ゲート幅設定
信号ｄが出力され、この信号ｄの立下り後、サン
プリング信号ｅと、リセツト信号ｆとが順次出力
される。このリセツト信号ｆの出力により、１回
分の計測サイクルが終了する。

次に、上記各制御信号による制御に従つて動作
する各部の作用について説明する。

上記送信タイミング信号ａは、送信回路１２に
送出される。

送信回路１２は、この送信タイミング信号ａを
受けて、使用周波数の励振電圧を複数波含む波束
状のパルスを形成し、プローブ１１を励振する。
その結果、プローブ１１から超音波パルスが放射
される。

上記受信ゲート幅設定信号ｂは、上記時間計測
回路１４と、受信波無入力補償回路３０とに送ら
れる。

時間計測回路１４においては、上記受信ゲート
幅設定信号ｂは、アンドゲート回路Ad１に入力
される。この時、フリツプフロツプ回路FF１は、
リセツト状態にあり、その出力がハイレベルと
なつているので、アンドゲート回路Ad１のすべ
ての入力がハイレベルとなつて、その出力がハイ
レベルとなる。従つて、スイツチＳ１はオンとな
る。

一方、この時、スイツチＳ２はオフであるか
ら、演算増幅器Op１は、基準電源Es１の基準電
圧をコンデンサＣ１に充電することにより積分し
て、ランプ電圧の形成を行なう。

上記受信波無入力補償回路３０においては、上
記受信ゲート幅設定信号ｂが、送信タイミング信
号としてフリツプフロツプ回路FF２のセツト端
子Ｓに入力され、該フリツプフロツプ回路FF２
をセツト状態とし、その出力をサンプリング禁止
信号とする。もつとも、該フリツプフロツプ回路
FF２のセツトは、マスクゲート幅設定信号ｃ等
の他の信号により行なうこともできる。

また、上記受信波無入力補償回路３０のアンド
ゲート回路Ad２に、受信ゲート幅設定信号ｂが
ゲート制御信号として入力される。これにより、
アンドゲート回路Ad２は、受信ゲート幅設定信
号ｂがハイレベルとなつている時、ゲートを開き
得る状態となる。

一方、上記マスクゲート幅設定信号ｃは、パル
ス雑音除去回路２０に送られる。

該パルス雑音除去回路２０は、第４図に示すよ
うに、この信号ｃがハイレベルの間は、スイツチ
回路２２により、スイツチＳ３がオフとなり、ス
イツチＳ４がオンとなるので、積分回路２１の作
動が禁止されている。そして、該信号ｃがロウレ
ベルとなつた後、上記作動禁止が解除され、受信
回路１３からの信号の入力を待機する状態とな
る。このマスクゲート幅設定信号ｃにより、送信
波の混信による誤動作を防止している。

このような状態において、受信回路１３から何
らかのパルス性の信号が出力されると、パルス雑
音除去回路２０は、この信号により、スイツチＳ
３がオンし、スイツチＳ４がオフとなつて、基準
電源Es２の基準電圧を積分してランプ電圧を形
成する。この積分は、入力した信号が立下つて、
スイツチＳ３がオフし、スイツチＳ４がオンとな
るまで続き、その時間幅に対応するランプ電圧が
得られる。

このランプ電圧は、形成中に、判定回路２３に
て、一定レベル以上か否か比較され、時間幅が所
定値以上であるか否か判断される。即ち、判定回
路２３は、第６図に示すように、ランプ電圧がト
リガ電圧に達した場合には、反射波と認識して、
受信トリガTrを形成して、出力する。しかし、
トリガ電圧に達していない場合には、ノイズとし
て無視し、受信トリガを形成しない。すなわち、
受信波の持続時間が反射波として期待される持続
時間に達しないものをノイズとして除去する。

従つて、このパルス雑音除去回路２０により、
パルス性の雑音が除去されることになる。

一方、超音波プローブ１１に反射波が入射する
と、この反射波は、受信回路１３により検波され
る共に、波形整形されて、パルス状の受信波とな
る。この受信波から、パルス雑音除去回路２０に
より、受信トリガTrが形成される。該トリガTr
は、時間計測回路１４に入力される。

時間計測回路１４では、このトリガTrは、フ
リツプフロツプ回路FF１のセツト端子Ｓに入力
され、該回路FF１をセツトし、その出力をロ
ウレベルとする。これにより、アンドゲート回路
Ad１の出力がロウレベルとなつて、スイツチＳ
１がオフとなり、ランプ電圧形成が停止される。
時間計測回路１４は、超音波パルス送信後から計
測していた時間の計測を停止する。

また、上記受信トリガTrは、受信波無入力補
償回路３０にも入力される。

該回路３０では、このトリガTrは、アンドゲ
ート回路Ad２に入力され、該ゲート回路Ad２の
出力は、ハイレベルとなる。フリツプフロツプ回
路FF２は、オアゲート回路Or２を介して、上記
アンドゲート回路Ad２の出力により、リセツト
される。従つて、該フリツプフロツプ回路FF２
の出力Ｑは、ロウレベルとなり、サンプリング許
可信号となる。

一方、上記受信トリガTrが、受信ゲート幅設
定信号ｂにより設定される時間幅内に入力しなつ
た場合、アンドゲート回路Ad２は、この受信ゲ
ート幅設定信号ｂの立下りによりゲートを閉じ
る。このため、フリツプフロツプ回路FF２は、
以後リセツト信号ｆが入力するまで、外部からの
受信トリガには応答せず、セツト状態が保持され
る。即ち、出力Ｑが、ハイレベルに維持され、サ
ンプリング禁止信号が継続される。

この時、上記時間計測回路１４では、受信トリ
ガTrが入力しないので、フリツプフロツプ回路
FF１がセツト状態で維持され、スイツチＳ１の
オン状態が続き、ランプ電圧が引続き形成され
る。スイツチＳ１は、受信ゲート幅設定信号ｂの
立下りによつて、オフとなり、これにより、ラン
プ電圧の形成が終了する。

従つて、この場合には、計測値は、測定限界値
を示し、対象物についての計測値と異なる異常な
値となる。これについては、後述するように、デ
ータとしてサンプリングされない。

上記受信ゲート幅設定信号ｂの立下り後、上記
制御回路１５から出力される妨害波検出ゲート幅
設定信号ｄは、妨害波対策回路４０に送出され
る。

妨害波対策回路４０においては、この信号ｄが
アンドゲート回路Ad３に入力され、該回路Ad３
のゲートが開放可能な状態となる。これにより、
このゲート幅の時間内に、受信トリガTrが入力
するか否かを監視する。

上記時間内に、受信トリガTrと区別できない
妨害波が入力した時は、アンドゲート回路Ad３
の出力がハイレベルとなつて、フリツプフロツプ
回路FF３がセツトされる。従つて、フリツプフ
ロツプ回路FF３は、その出力Ｑがハイレベルと
なり、サンプリング禁止信号を出力する。

この時、時間計測回路１４では、既に、時間の
計測を終了している。しかし、今の場合、この終
了のトリガとなつた受信波が、真の反射波かどう
か疑しいので、この計測値は信頼性が無い。従つ
て、後述するように、サンプリングされない。

一方、上記妨害波検出ゲート幅設定信号ｄの設
定する時間幅内に、受信トリガtrが入力しない時
には、この信号ｄの立下りにより、上記アンドゲ
ート回路Ad３のゲートが閉じられ、以後入力す
る受信トリガTrに対して応答しない。従つて、
フリツプフロツプ回路FF３は、その出力Ｑがロ
ウレベルに維持され、サンプリング許可信号の出
力が続くことになる。

次に、サンプリング信号ｅがサンプル・ホール
ド回路１５のサンプリング回路１５１に送られ
る。

該サンプリング回路１５１において、この信号
ｅは、アンドゲート回路Ad４に入力される。一
方、ノアゲート回路Nr１には、上記受信波無入
力補償回路３０の出力信号と妨害波対策回路４０
の出力信号とが入力され、それらの論理和否定の
論理演算結果が、ゲート制御信号として上記アン
ドゲート回路Ad４に入力されている。そのため、
アンドゲート回路Ad４は、ノアゲート回路Nr１
の出力がハイレベルの時のみ、ゲートを開き得る
状態となつている。

ところで、ノアゲート回路Nr１の出力がハイ
レベルとなるためには、上記受信波無入力補償回
路３０の出力信号と妨害波対策回路４０の出力信
号とが、共にロウレベルのサンプリング許可信号
であることを要する。即ち、受信ゲート幅設定信
号ｂの設定する時間内に反射波が入力すること、
かつ、妨害波検出ゲート幅設定信号ｄにより設定
される時間内に妨害波が入射しないことが必要で
ある。

この場合には、アンドゲート回路Ad４は、制
御回路１５からのサンプリング信号ｅの入力によ
り、その出力がハイレベルとなり、スイツチＳ５
をオンする。これにより、記憶回路１６２は、上
記時間計測回路１４の計測結果を取込み、新たな
データとして記憶する。この場合、前回の計測結
果は、今回分のデータに更新される。

一方、上記受信ゲート幅設定信号ｂにより設定
される時間幅内に、受信トリガTrを形成する反
射波が入力しない時、または、妨害波が検出され
た時には、対応する上記フリツプフロツプ回路
FF２またはFF３がリセツトされないため、それ
らの少なくとも一方の出力Ｑがハイレベルのサン
プリング禁止信号のままとなる。そのため、ノア
ゲート回路Nr１のゲート制御信号出力は、ロウ
レベルとなり、アンドゲート回路Ad４のゲート
開放を阻止する。

この場合には、アンドゲート回路Ad４の出力
は、サンプリング信号ｅが入力しても、ロウレベ
ルのままとなり、スイツチＳ５は、オンしない。
そのため、時間計測回路１４の今回計測分からの
サンプリングが禁止される。

従つて、時間計測回路１４の計測値は、サンプ
ル・ホールド回路１６に入力されず、記憶回路１
６２は、前回の計測値を引続き保持する。

これにより、何等かの原因により反射波が入力
しなかつた場合、または、妨害波が入力した場合
に、異常な計測値が計測結果として出力されるこ
とを阻止でき、しかも、保持している前回分の計
測値を更新しないので、計測値の空白を生じさせ
ない。

上記記憶回路１６２に保存されるデータは、計
測された時間に対応する信号として記憶される。
これを、出力回路１７にて、基準位置に対する対
象物の超音波反射面の位置ないし距離に対応す
る、電流信号、電圧信号等に変換して出力する。
例えば、超音波レベル計の場合には、超音波反射
面の基準位置に対するレベルに対応する信号とす
る。

最後に、制御回路１５から、リセツト信号ｆが
上記時間計測回路１４、受信波無入力補償回路３
０および妨害波対策回路４０に送出される。

時間計測回路１４においては、該リセツト信号
ｆは、スイツチＳ２とフリツプフロツプ回路FF
１とに入力される。これにより、該スイツチＳ２
は、その間オンし、コンデンサＣ１の充電電荷を
放電させ、ランプ電圧を０に復帰させる。一方、
フリツプフロツプ回路FF１は、このリセツト信
号ｆによつてリセツトされ、その出力がハイレ
ベルとなり、アンドゲート回路Ad１のゲートを
受信トリガにより開き得る状態とする。

受信波無入力補償回路３０および妨害波対策回
路４０においては、リセツト信号ｆは、各々フリ
ツプフロツプ回路FF２，FF３のリセツト端子Ｒ
に入力され、これらをリセツトする。

以上により、１回の計測が終了する。この後、
送信タイミング信号ａが出力されることにより、
次の計測サイクルの開始となる。このようにし
て、本実施例の超音波測長装置は、一定周期で計
測を繰返す。

＜実施例の変形＞ 上記実施例では、時間計測回路は、ランプ電圧
を形成することにより、超音波往復所要時間の計
測を行なう構成となつている。しかし、時間計測
回路は、これに限らず、基準クロツクパルスをカ
ウントすることにより計測する、デイジタル式と
することもできる。

また、上記実施例においては、パルス雑音除回
路を、ランプ電圧を形成し、そのレベルを基準値
と比較する構成としているが、他の方式とするこ
ともできる。第８図にその例を示す。

同図に示すパルス雑音除去回路は、単安定マル
チバイブレータMb１，Mb２で構成される。

前者の単安定マルチバイブレータMb１は、受
信回路１３の出力パルスの立上りでトリガされ、
一定時間幅τの判定基準パルスを出力する構成と
なつている。

一方、後者の単安定マルチバイブレータMb２
は、受信回路１３の出力パルスの立下りでセツト
され、受信トリガTrを出力する。また、単安定
マルチバイブレータMb２は、その制御ゲート端
子Ｇに、上記受信回路１３の判定基準パルスが入
力され、該パルスが入力している間は、セツトが
阻止される構成となつている。

なお、本実施例では、単安定マルチバイブレー
タMb１とMb２のゲート制御部分とで、上記第
１図に示す判定回路２１を構成し、単安定マルチ
バイブレータMb２の他の部分で、受信トリガ形
成回路２２を構成する。

このような構成によるパルス雑音除去回路の作
用について、第９図を参照して説明する。

受信回路１３から何らかの受信パルスが送られ
て来ると、単安定マルチバイブレータMb１は、
そのパルスの立上りによりセツトされ、判定基準
パルスを出力する。このパルスは、単安定マルチ
バイブレータMb２の制御ゲートＧに送られる。

ところで、上記受信パルスが、時間幅が判定基
準パルスの時間幅τより短い、雑音によるパルス
であるとすると、その立下りが単安定マルチバイ
ブレータMb２に入力されても、その時点では、
該マルチバイブレータMb２の制御ゲートＧに判
定基準パルスが入力している。従つて、そのセツ
トが阻止され、受信トリガTrは、出力されない。

一方、上記受信パルスが、時間幅が判定基準パ
ルスの時間幅τより長い、反射波によるパルスで
あると、該パルスの立下りが単安定マルチバイブ
レータMb２に入力する時点では、上記判定基準
パルスは、既に立下つている。従つて、単安定マ
ルチバイブレータMb２は、該受信パルスの立下
りによりトリガされ、受信トリガTrを出力する。

このような方式のパルス雑音除去回路であつて
も、パルス性の雑音を除去することができる。

また、上記実施例では、パルス雑音除去回路と
して、積分回路を用いたものと、単安定マルチバ
イブレータを用いたものとを示したが、これに限
らず、他の回路構成としてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、一定以上の時間
幅を有する受信パルスを受信した時のみ、受信ト
リガを形成して、時間計測を停止させる構成とし
て、パルス性雑音による誤動作を防ぐ効果があ
る。

また、本発明は、一定の時間幅の受信ゲートを
設定して、その時間幅内に反射波が受信されない
場合に、時間計測回路の計測結果のサンプリング
を禁止して、異常計測値を除去でき、一方、時間
計測回路の計測結果のサンプリング前に、超音波
の反射波のエンベロープと同等以上の時間幅を有
する妨害波を検出すると、該計測結果のサンプリ
ングを禁止して、異常計測値を除去できて、信頼
性の高い計測を行ない得る効果がある。

そして、本発明は、反射波が受信されない場
合、或いは、妨害雑音波の検出により、計測値の
信頼性が疑わしい場合にあつて、その異常計測値
を除去した時に、前回の計測値をそのまま保持す
ることにより、計測値の空白を生ずることを防い
でいる。そのため、計測結果を自動制御システム
等において制御信号として利用する場合に、計測
値の空白による誤動作を発生することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明超音波測長装置の実施例の構成
の概要を示すブロツク図、第２図は上記実施例装
置における時間計測回路の構成の一例を示すブロ
ツク図、第３図は上記実施例装置における制御回
路の構成の一例を示すブロツク図、第４図は上記
実施例装置におけるパルス雑音除去回路の構成の
一例を示すブロツク図、第５図は上記実施例装置
におけるサンプル・ホールド回路、受信波無入力
補償回路および妨害波対策回路の構成の一例を示
すブロツク図、第６図は上記第４図に示すパルス
雑音除去回路の動作を示すタイムチヤート、第７
図は上記実施例の各部の動作を示すタイムチヤー
ト、第８図は上記実施例装置に使用し得るパルス
雑音除去回路の他の例を示すブロツク図、第９図
は上記第８図に示すパルス雑音除去回路の動作を
示すタイムチヤートである。 １１……超音波プローブ、１２……送信回路、
１３……受信回路、１４……時間計測回路、１５
……制御回路、１６……サンプル・ホールド回
路、１７……出力回路、２０……パルス雑音除去
回路、３０……受信波無入力補償回路、４０……
妨害波対策回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を送受信する送信回路、超音波プロー
   ブおよび受信回路と、超音波パルスからなる送信
   波を送信後、反射波を受信するまでの超音波往復
   所要時間を電気信号として計測する時間計測回路
   と、該時間計測回路の計測結果を、計測する毎に
   サンプリングし、新たなデータに更新して一時記
   憶するサンプル・ホールド回路と、上記各回路の
   動作タイミング等を制御する制御回路とを有し、
   該保存されている計測結果から、対象物の超音波
   反射面と基準位置との距離を測定するよう構成さ
   れた超音波測長装置において、 (a) 送信波を送信後、対象物からの反射波を受信
   するための受信ゲートが開いている間に受信し
   た信号が、反射波として期待される持続時間を
   基準として定める一定以上の時間幅を有する場
   合に反射波と判定し、上記超音波往復所要時間
   の計測を停止させる受信トリガを出力するパル
   ス雑音除去回路と、 (b) 送信波を送信後、受信ゲートが閉じるまでの
   時間が経過しても、反射波を受信しない場合
   に、その計測についての上記サンプル・ホール
   ド回路のサンプリングを禁止して、前回のデー
   タを計測値とする受信波無入力補償回路と、 (c) 反射波受信後、次の送信波送信までの間にお
   ける一定の時間内に、反射波として検出され得
   る持続時間を有する信号が受信された時、妨害
   波が存在すると判定して、その計測についての
   上記サンプル・ホールド回路のサンプリングを
   禁止して、前回のデータを計測値とする妨害波
   対策回路と、 を異常計測防止手段として備えることを特徴とす
   る超音波測長装置。