JPH0432994B2 - - Google Patents

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JPH0432994B2
JPH0432994B2 JP14367984A JP14367984A JPH0432994B2 JP H0432994 B2 JPH0432994 B2 JP H0432994B2 JP 14367984 A JP14367984 A JP 14367984A JP 14367984 A JP14367984 A JP 14367984A JP H0432994 B2 JPH0432994 B2 JP H0432994B2
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JP
Japan
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impedance
signal
piezoelectric ceramic
control means
ceramic sensor
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JP14367984A
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Japanese (ja)
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JPS6123984A (en
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Wataru Hasegawa
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West Electric Co Ltd
Original Assignee
West Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0432994B2 publication Critical patent/JPH0432994B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波を利用して目標物体までの距
離の測定を行なう超音波測距装置や物体の有無の
検知を行なう超音波物体検知装置等において使用
される超音波受信装置に関し、特に超音波送受信
器として単一の圧電型セラミツク(以下圧電セン
サと記す)を使用した超音波送受信装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an ultrasonic distance measuring device that measures the distance to a target object using ultrasonic waves, an ultrasonic object detection device that detects the presence or absence of an object, etc. The present invention relates to an ultrasonic receiving device used in the field, and particularly relates to an ultrasonic transmitting/receiving device using a single piezoelectric ceramic (hereinafter referred to as a piezoelectric sensor) as an ultrasonic transmitting/receiving device.

従来例の構成とその問題点 近年、カメラ等の測距装置等、超音波の送受信
動作を利用した物体検知装置が種々実用化されて
きており、中には約30cmという近距離まで目標物
体の検知を行なえる装置も出現している。
Configuration of conventional examples and their problems In recent years, various object detection devices that utilize ultrasonic transmission and reception operations, such as distance measuring devices such as cameras, have been put into practical use. Devices that can perform detection are also emerging.

かかる装置は、超音波送受信器として静電型セ
ンサを使用しており、その機械的Qの低さを有効
に利用、即ち、上記如くの近距離であつても送信
信号の供給を停止した後速やかに超音波送受信器
の振動動作が減衰してゆくという送信動作におけ
る立下がり特性を急峻にできる利点を十分に生か
しているわけである。
This device uses an electrostatic sensor as an ultrasonic transmitter/receiver, and makes effective use of its low mechanical Q. In other words, even at short distances as described above, even after stopping the supply of transmitted signals, This makes full use of the advantage that the falling characteristic of the transmitting operation can be made steep, in that the vibrational operation of the ultrasonic transceiver quickly attenuates.

一方、上記静電型センサと共に超音波送受信器
として認識されているものに圧電センサがある
が、この圧電センサは、静電型センサに比して高
感度安価、湿度特性が良好という種々の長所を有
しているものの、その機械的Qが高いことから送
信動作における立下がり特性が極めて悪く、信号
増幅部に接続するといわゆる尾引き現象を生じ、
前述した約30cm前後の近距離からの反射波による
受信信号を識別することが極めて困難であり、近
距離での物体検知動作は行なえない問題点を有し
ていることが知られている。
On the other hand, a piezoelectric sensor is recognized as an ultrasonic transmitter/receiver along with the above-mentioned electrostatic sensor, but this piezoelectric sensor has various advantages over the electrostatic sensor, such as high sensitivity, low cost, and good humidity characteristics. However, due to its high mechanical Q, the falling characteristic during transmission operation is extremely poor, and when connected to a signal amplification section, a so-called tailing phenomenon occurs.
It is known that it is extremely difficult to identify the received signal due to the reflected wave from a short distance of about 30 cm, which is described above, and there is a problem that object detection cannot be performed at a short distance.

かかる点についてさらに説明すると、前述した
ように圧電センサは通常機械的Qが高く、従つて
一度電気エネルギーにそ振動させられると、その
電気エネルギーを取除いても、付与されたエネル
ギーを放出してしまうまで継続して振動動作を行
なうことになる。
To further explain this point, as mentioned above, piezoelectric sensors usually have a high mechanical Q, so once they are vibrated by electrical energy, they do not release the applied energy even if the electrical energy is removed. The vibration operation will continue until it is completely removed.

すなわち、圧電センサは機械的Qが高いという
素子固有の特性から、送信信号の供給を停止した
後も振動動作を継続することになり、この結果、
その送信動作における立下がり特性は急峻な特性
とはならなかつたわけである。
In other words, the piezoelectric sensor continues to vibrate even after the supply of the transmission signal is stopped due to its inherent characteristic of having a high mechanical Q. As a result,
This means that the falling characteristic in the transmission operation was not a steep characteristic.

一方、前述した如くの超音波を利用した装置
は、目標物体からの反射波を受信したか否かを検
出する動作を行なわなければその機能を達成する
ことができない装置である。
On the other hand, the device using ultrasonic waves as described above cannot achieve its function unless it detects whether or not it has received a reflected wave from a target object.

従つて、送信動作における立下がり特性が急峻
でなく送信動作終了後も振動動作が行なわれる
と、先の約30cmの近距離に目標物体がある場合に
は超音波を送信してから反射波が帰つてくる迄の
時間が極短時間となることから、上記振動動作が
上記極短時間内に終了しない場合が生じ、よつて
単一の圧電センサにより超音波の送受信を行なう
場合、上記送信動作終了後の素子固有の振動動作
と反射波の受信による振動動作とを区別できなく
なる。
Therefore, if the falling characteristic of the transmitting operation is not steep and the vibration operation is continued even after the transmitting operation is finished, if there is a target object at a short distance of about 30 cm, the reflected wave will not be reflected after the ultrasonic wave is transmitted. Since the time it takes for the ultrasonic wave to return is extremely short, there are cases where the vibration operation does not end within the extremely short period of time. Therefore, when transmitting and receiving ultrasonic waves using a single piezoelectric sensor, It is no longer possible to distinguish between the vibratory motion inherent to the element and the vibratory motion due to the reception of reflected waves after completion of the process.

この結果、先にも述べたように、単一の圧電セ
ンサを利用した超音波送受信装置にあつては、約
1mより近い極近距離にある目標物体に対しての
測距動作等は行なえないという認識が一般的とな
つていたわけである。
As a result, as mentioned earlier, an ultrasonic transmitting/receiving device that uses a single piezoelectric sensor cannot perform ranging operations for target objects that are at a very close distance of less than about 1 m. This recognition had become common.

尚、以上述べた如くの関係を図面を用いて簡単
に説明してみると以下の如くとなる。
Incidentally, the relationship as described above will be briefly explained using the drawings as follows.

第1図は、従来周知の単一圧電センサを用いた
超音波送受信装置の略電気回路図であり、送信回
路1、圧電センサ2、第1、第2の結合コンデン
サ4,5、逆並列接続された第1、第2のダイオ
ード6,7およびアンプ8からなる増幅部3を示
している。
FIG. 1 is a schematic electrical circuit diagram of an ultrasonic transmitting/receiving device using a conventionally well-known single piezoelectric sensor. 1 shows an amplification section 3 consisting of first and second diodes 6, 7 and an amplifier 8.

第2図は、第1図における構成あるいな任意地
点におけ信号波形図を示し、もちろんかかる波形
図自身も周知である。
FIG. 2 shows a signal waveform diagram at an arbitrary point in the configuration shown in FIG. 1, and of course, such a waveform diagram itself is well known.

第1図において、送信回路1により第2図イに
示した如くの送信信号が形成され、超音波を送信
するべく圧電センサ2に供給されると、圧電セン
サ2の入出力端のa点には第2図ロに示した如く
の信号が現われる。
In FIG. 1, when a transmission signal as shown in FIG. 2A is formed by a transmission circuit 1 and is supplied to a piezoelectric sensor 2 to transmit an ultrasonic wave, a transmission signal is generated at a point a at the input/output end of the piezoelectric sensor 2. A signal as shown in FIG. 2B appears.

即ち、a点には第2図イの送信信号の供給が終
了した後も圧電センサ2の振動動作が継続されて
いることを示す逆並列接続されたダイオード6,
7の導通電圧未満のピーク値を有する交流信号が
生じることになる。
That is, at point a, there are diodes 6, which are connected in antiparallel, indicating that the vibration operation of the piezoelectric sensor 2 continues even after the supply of the transmission signal shown in FIG.
An alternating current signal having a peak value of less than 7 conduction voltages will result.

一方、圧電センサ2より送信された超音波は、
例えば十分に離れた距離にある目標物体にて反射
されることにより再び圧電センサ2にて受信さ
れ、従つて、上記a点には更に第2図ロ中にXで
示した受信信号が現われることになる。
On the other hand, the ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric sensor 2 are
For example, the signal is reflected by a target object at a sufficiently distant distance and is received again by the piezoelectric sensor 2, so that a reception signal indicated by X in FIG. 2B appears at the point a. become.

上記a点の信号は、第1、第2の結合コンデン
サ4,5を介して増幅部3のアンプ8に供給さ
れ、この結果増幅部3は図中のb点に第2図ハに
示した如くの受信信号X1を含む信号を出力する
ことになり、以下、かかる増幅部3の受信信号
X1の発生時点の検知にて距離情報等を得ること
になるわけである。
The signal at point a is supplied to the amplifier 8 of the amplification section 3 via the first and second coupling capacitors 4 and 5, and as a result, the amplification section 3 is transferred to the point b in the figure as shown in Fig. 2C. A signal containing the received signal
Distance information, etc. is obtained by detecting the point in time when X 1 occurs.

さて、上記増幅部3の第2図ハに示した出力波
形のうち逆信時の波形をみてみると、第2図イに
示した送信信号の供給が停止された時点t1以降
も、前述した圧電センサ2の素子固有の振動動作
に基づく交流信号が時点t2までの期間継続して存
在している。
Now, if we look at the waveform at the time of reverse signal among the output waveforms shown in FIG . The alternating current signal based on the vibrational motion inherent to the element of the piezoelectric sensor 2 continues to exist for a period up to time t2 .

このため、例えば、上記時点t1からt2までの間
に受信信号の増幅波形が破線X2で示した如くに
発生するような場合を考えてみると、その波形
X2上記時点t1からt2までの間の圧電センサ2の素
子固有の振動動作による信号中に含まれてしまい
受信信号として区別することはできず当然のこと
ながらその発生時点を検知することはできないこ
とになる。
Therefore, for example, if we consider a case where the amplified waveform of the received signal occurs as shown by the broken line X 2 from time t 1 to t 2 above, the waveform
X 2 It is included in the signal due to the vibration operation inherent to the element of the piezoelectric sensor 2 between the above time points t 1 and t 2 and cannot be distinguished as a received signal, so naturally the point of occurrence must be detected. will not be possible.

即ち、上記時点t1からt2までの間に反射波の帰
つてくる距離にある目標物体は、単一の圧電セン
サを使用した従来の超音波送受信装置にあつて
は、前述したように検知できなかつたわけであ
る。
That is, in the case of a conventional ultrasonic transmitter/receiver using a single piezoelectric sensor, a target object located within the distance from which the reflected wave returns between the above time points t 1 and t 2 is detected as described above. That's why I couldn't do it.

ところで、上記如くの問題点を考慮した圧電セ
ンサとして、近年、圧電センサにおける振動動作
を機械的に抑制する、即ち圧電センサを構成する
圧電素子やアルミ振動板をシリコンゴム等で押さ
えることにより、いわゆるQダンプを施したセン
サが種々提案されている。
By the way, in recent years, as a piezoelectric sensor that takes the above-mentioned problems into account, the vibration movement in the piezoelectric sensor is mechanically suppressed, that is, the piezoelectric element and aluminum diaphragm that constitute the piezoelectric sensor are held down with silicone rubber, etc., so-called. Various sensors subjected to Q-dumping have been proposed.

しかしながら、上記Qダンプ方式も、前述した
如くの約30cm前後の近距離における受信信号の検
出を行なおうとすると極めて抑制力の強いQダン
プが必要であり、大幅に感度が低下してしまう問
題点を有している。換言すると感度をある程度に
保ちつつ尾引き現象を十分に抑制することは難し
く、一方、近距離における物体検知を行なうべく
感度の低下を無視すると、今度は遠距離側の目標
物体からの反射波を受信信号として出力できなく
なる問題点を生じることになるわけである。
However, the above-mentioned Q-dump method also has the problem that when trying to detect a received signal at a short distance of about 30 cm as described above, an extremely strong Q-dump is required, resulting in a significant decrease in sensitivity. have. In other words, it is difficult to sufficiently suppress the tailing phenomenon while maintaining sensitivity to a certain level.On the other hand, if we ignore the decrease in sensitivity in order to detect objects at a short distance, then the reflected waves from the target object at a long distance will be This results in the problem that the signal cannot be output as a received signal.

発明の目的 本発明の目的は、圧電センサから見た回路イン
ピーダンスを送信信号の供給停止時点から供給停
止後の任意時点まで低下させ圧電センサに貯えら
れていたエネルギーを急速に放出せしめ、素子固
有の特性による送信動作における立ち下がり特性
を大きく改善できた超音波送受信装置を提供する
ことである。
Purpose of the Invention The purpose of the present invention is to reduce the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor from the time when the supply of the transmission signal is stopped to an arbitrary time after the supply is stopped, to rapidly release the energy stored in the piezoelectric sensor, and to rapidly release the energy stored in the piezoelectric sensor. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transmitter/receiver that can greatly improve falling characteristics in transmission operation due to characteristics.

発明の構成 本発明による超音波送受信装置は、単一の圧電
センサと、この圧電センサに送信信号を供給する
送信回路と、上記圧電センサと並列接続され動作
することにより圧電セサから見た回路インピーダ
ンスを低下させるインピーダンス可変手段および
このインピーダンス可変手段の動作期間を制御す
る動作制御手段とからなるインピーダンス制御手
段と、上記圧電センサの両端に現われる信号を増
幅する信号増幅部とから構成される。
Configuration of the Invention The ultrasonic transmitting/receiving device according to the present invention includes a single piezoelectric sensor, a transmitting circuit that supplies a transmitting signal to the piezoelectric sensor, and a circuit impedance seen from the piezoelectric sensor by operating in parallel connection with the piezoelectric sensor. and a signal amplifying section that amplifies the signal appearing at both ends of the piezoelectric sensor.

実施例の説明 第3図は本発明による超音波送受信装置の一実
施例を示す電気回路図であり、図中、第1図と同
図番のものは同一機能部材を示している。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 3 is an electrical circuit diagram showing an embodiment of the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention. In the figure, the same numbers as those in FIG. 1 indicate the same functional members.

第3図中、9は光導電体11からなるインピー
ダンス可変手段10と、光源13およびこの光源
13の点灯回路14からなり、光源13の点灯状
態を制御することによつてインピーダンス可変手
段10の動作即ち光導電体11の抵抗値を可変せ
しめて圧電センサ2から見た回路インピーダンス
を低下せしめる動作を制御する動作制御手段12
とからなるインピーダンス制御手段を示してい
る。
In FIG. 3, reference numeral 9 includes an impedance variable means 10 made of a photoconductor 11, a light source 13, and a lighting circuit 14 for this light source 13. By controlling the lighting state of the light source 13, the impedance variable means 10 operates. That is, the operation control means 12 controls the operation of varying the resistance value of the photoconductor 11 and reducing the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2.
It shows an impedance control means consisting of.

以下、上記如くのインピーダンス制御手段9を
有する本発明による超音波送受信装置の一実施例
の動作について、第4図に図示した上記実施例に
おける任意点の信号波形図を参照して説明する。
Hereinafter, the operation of an embodiment of the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention having the impedance control means 9 as described above will be explained with reference to a signal waveform diagram at an arbitrary point in the embodiment shown in FIG.

送信回路1は、第2図に示した従来装置と同様
に、超音波を送信する場合、第4図イに時点t0
らt1において示した如くの送信信号を発生し、圧
電センサ2に供給する。
Similar to the conventional device shown in FIG. 2, when transmitting ultrasonic waves, the transmitting circuit 1 generates a transmitting signal as shown from time t 0 to t 1 in FIG. supply

従つて、圧電センサ2は超音波の送信を開始
し、その入出力端であるa点には、上記時点t0
t1において第4図ロに示した如くの信号波形が現
われることになる。
Therefore, the piezoelectric sensor 2 starts transmitting ultrasonic waves, and the point a, which is the input/output end, has the above-mentioned time t 0 ~
At t1 , a signal waveform as shown in FIG. 4B appears.

尚、上記如くの時点t0〜t1間においてはまだ動
作制御手段12の光源13が点灯されていないた
め、インピーダンス可変手段10である光導電体
11は、その抵抗値が極めて大きく、即ち、電気
的に開放されている状態とみなすことができ、従
つて、上記時点t0〜t1における動作は、第1図に
示した従来装置と全く同一となる。
Incidentally, since the light source 13 of the operation control means 12 is not yet turned on between the time points t0 and t1 as described above, the resistance value of the photoconductor 11, which is the variable impedance means 10, is extremely large, that is, It can be considered to be in an electrically open state, and therefore, the operation at the above-mentioned time points t 0 to t 1 is exactly the same as that of the conventional device shown in FIG.

しかしながら、第3図に示した本発明による超
音波送受信装置の一実施例においては、上記如く
の送信信号の任意期間の供給が行なわれた送信動
作が終了した時点、即ち時点t1において、第4図
ハに示した如くの瞬間的に立ち上がり徐々に下降
する鋸歯状パネル電圧信号が点灯回路14より光
源13に供給されるようになされている。
However, in the embodiment of the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention shown in FIG . A sawtooth panel voltage signal that rises instantaneously and gradually falls as shown in FIG. 4C is supplied from the lighting circuit 14 to the light source 13.

従つて、光源13は、まず時点t1にて点灯し、
以後その発光強度が低下してゆく如くの特性の点
灯状態を形成することになる。
Therefore, the light source 13 is first turned on at time t1 ,
Thereafter, a characteristic lighting state is formed in which the emission intensity decreases.

一方、上記光源13よりの光は光導電体11に
供給されることは前述したとうりであり、従つて
それまでは無限大とみなせていた光導電体11の
抵抗値が、時点t1においてまず急激に下降するこ
とになる。
On the other hand, as mentioned above, the light from the light source 13 is supplied to the photoconductor 11, and therefore the resistance value of the photoconductor 11, which had been considered infinite until then, becomes smaller at time t1 . First, there will be a steep decline.

ところで、光導電体11の抵抗値は受光する光
の強度に応答することは周知であり、従つて、上
記時点t1以後光導電体11の抵抗値は光源13の
発光強度が徐々に低下してゆくことから、徐々に
高くなつてゆくことになる。即ち、その抵抗値の
変動特性は第4図ニに示す如くとなるわけであ
る。
By the way, it is well known that the resistance value of the photoconductor 11 responds to the intensity of the light it receives, and therefore, after the above-mentioned time t1 , the resistance value of the photoconductor 11 is determined by the gradual decrease of the emission intensity of the light source 13. As the price increases, the price will gradually increase. That is, the fluctuation characteristics of the resistance value are as shown in FIG. 4D.

ここで、上述した光導電体11の抵抗値の変動
状態についてみてみると、即ちインピーダンス可
変手段10の動作状態について考えてみると、圧
電センサ2から見た回路インピーダンスがまず急
激に低下し、以後徐々に回復してゆくということ
に他ならない。
Now, if we consider the fluctuation state of the resistance value of the photoconductor 11 mentioned above, that is, the operating state of the impedance variable means 10, the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2 first decreases rapidly, and then It is nothing but a gradual recovery.

即ち、圧電センサ2から見た回路インピーダン
スの特性は、第4図ニに示した光導電体11の抵
抗値変動特性と同一特性となるわけである。
That is, the characteristics of the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2 are the same as the resistance value fluctuation characteristics of the photoconductor 11 shown in FIG. 4D.

さて、ここで、冒頭に述べた従来装置において
問題となつていた圧電センサ2の尾引き現象につ
いて考えてみると、送信動作中に貯えられたエネ
ルギーが圧電センサ2を介して放出されることに
よりa点に微小ではあるものの交流信号波形を生
じていた現象であることはいうまでもない。
Now, if we consider the trailing phenomenon of the piezoelectric sensor 2, which was a problem in the conventional device mentioned at the beginning, it is caused by the energy stored during the transmission operation being released via the piezoelectric sensor 2. Needless to say, this is a phenomenon in which an alternating current signal waveform is generated at point a, albeit minutely.

ところが、本発明による超音波送受信装置にお
いては、前述した如くに送信動作終了に連動して
圧電センサ2から見た回路インピーダンスが低下
せしめられていることになる。従つて本発明にお
いては従来尾引き現象を引き起こしていた送信動
作中圧電センサ2が貯えられたエネルギーが、イ
ンピーダンス可変手段10の抵抗値の低下した光
導電体11を介して、急速に放出されることにな
る。
However, in the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention, as described above, the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2 is reduced in conjunction with the end of the transmitting operation. Therefore, in the present invention, the energy stored in the piezoelectric sensor 2 during the transmission operation, which conventionally caused a tailing phenomenon, is rapidly released through the photoconductor 11 of the variable impedance means 10 whose resistance value has been reduced. It turns out.

即ち、従来、圧電センサ2を介して放出されて
いたエネルギーが、本発明においてはインピーダ
ンス可変手段10を介して放出されることになる
わけであり、詳しく述べるまでもなく圧電センサ
2の振導動作は、送信信号の供給停止時点t1
降、急速に減衰し、その振導により現われる尾引
き現象も、第4図ロの時点t1以降に示す如く、急
速に零レベルに収れんすることになる。
That is, the energy that was conventionally released through the piezoelectric sensor 2 is released through the variable impedance means 10 in the present invention, and needless to be described in detail, the vibration operation of the piezoelectric sensor 2 is rapidly attenuated after the time t 1 when the supply of the transmitted signal is stopped, and the tailing phenomenon that appears due to its oscillation also rapidly converges to the zero level, as shown after time t 1 in Figure 4 (b). .

換言すれば、送信動作における立下がり特性が
従来装置に比して大きく改善されることになるわ
けである。
In other words, the falling characteristic in the transmission operation is greatly improved compared to the conventional device.

従つて、増幅部3のb点の信号も第4図ホに示
したように、送信動作終了後従来装置によりはる
かに短かい時間で零レベルとなり、この結果、本
発明による超音波送受信装置においては、従来装
置では検知できなかつた例えば第2図ハ中に破線
X2で示した如くの受信信号も、第4図ホ中に実
線X2′で示したように確実に検知できることにな
る。
Therefore, as shown in FIG. 4E, the signal at point b of the amplifying section 3 also becomes zero level in a much shorter time than in the conventional device after the transmission operation is completed, and as a result, in the ultrasonic transmitting and receiving device according to the present invention, For example, the broken line in Fig. 2 (c) cannot be detected with conventional equipment.
The received signal as indicated by X 2 can also be reliably detected as indicated by the solid line X 2 ' in FIG. 4E.

尚、上記した時点t1以後をインピーダンス可変
手段10の動作における回路インピーダンスの低
下は、あまり長く低下させたままであると、受信
信号をも放出してしまうことになる。
Incidentally, if the circuit impedance decreases during the operation of the impedance variable means 10 after the above-mentioned time point t1 , if the circuit impedance continues to decrease for too long, the received signal will also be emitted.

従つて、図示した実施例においては、インピー
ダンス可変手段10の動作を制御する動作制御手
段12における光源13の発光強度が点灯回路1
4の出力する第4図ハの如くの電圧信号によつて
徐々に弱くなるべく設定し、適宜の時間後には回
路インピーダンスは、ほぼ元の状態となるよう構
成しているわけである。
Therefore, in the illustrated embodiment, the light emission intensity of the light source 13 in the operation control means 12 that controls the operation of the variable impedance means 10 is determined by the lighting circuit 1.
The circuit impedance is set to be gradually weakened by the voltage signal as shown in FIG.

また、詳しく述べるまでもないが、本発明にお
ける上述したインピーダンス制御手段9による回
路インピーダンスの低下により放出できるエネル
ギーは、圧電センサ2を構成する圧電素子および
振動板等のうちの圧電素子に貯えられたエネルギ
ーが大部分であり、例れば振動板に貯えられたエ
ネルギーは、上記した動作により従来装置よりは
小さくなるものの、ともすれば逆に圧電素子を振
動させてしまう現像を生ぜしめる恐れがあり、本
発明による超音波送受信装置は、冒頭に述べた機
械的に振動動作を抑制するいわゆるQダンプ方式
と併用されることが、より好ましい送信動作特性
を得られることになることも明らかである。
Further, although it is unnecessary to describe it in detail, the energy that can be released due to the reduction in circuit impedance by the impedance control means 9 described above in the present invention is stored in the piezoelectric element of the piezoelectric element and the diaphragm etc. that constitute the piezoelectric sensor 2. Although most of the energy is stored in the diaphragm, for example, the energy stored in the diaphragm is smaller than in conventional devices due to the above-mentioned operation, there is a risk that it may cause development that causes the piezoelectric element to vibrate. It is also clear that the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention can obtain more preferable transmitting operation characteristics when used in combination with the so-called Q-dump method that mechanically suppresses the vibration operation described at the beginning.

第5図は本発明による超音波送受信装置の他の
実施例を示す電気回路図であり、第1図と同図番
のものは同一機能部材を示し、図中15は瞬時に
立ち上がり徐々に下降する直流電流を発生してダ
イオード6に供給し、図中のc点に約0.6〜0.8V
から下降する直流電圧を発生させる外部電源装置
を示している。
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the ultrasonic transmitter/receiver according to the present invention. The same numbers as those in FIG. A DC current is generated and supplied to diode 6, and approximately 0.6 to 0.8V is applied to point c in the figure.
An external power supply device is shown that generates a DC voltage that drops from .

第5図からも明らかではあるが、かかる実施例
は、第3図に示した実施例におけるインピーダン
ス可変手段10を形成する光動電体11の機能
を、増幅部3の一部を形成している逆並列接続さ
れたダイオード6,7の一方のダイオード6にて
達成し、かつ動作制御手段12として外部電源装
置15を有したものであり、いうまでもなく先の
実施例より簡単な構成となつている。
As is clear from FIG. 5, in this embodiment, the function of the photodynamic body 11 forming the variable impedance means 10 in the embodiment shown in FIG. This is achieved by using one diode 6 of the diodes 6 and 7 connected in antiparallel, and has an external power supply 15 as the operation control means 12. Needless to say, the structure is simpler than that of the previous embodiment. It's summery.

さて、以下、第5図に示した実施例の動作につ
いて説明する。
Now, the operation of the embodiment shown in FIG. 5 will be explained below.

まず、送信回路1の動作については従来装置等
と全く同一であり、例えばt0〜t1において超音波
を送信する場合、第6図イに示した如くの送信信
号を発生する。
First, the operation of the transmitting circuit 1 is exactly the same as that of conventional devices, and for example, when transmitting ultrasonic waves from t0 to t1 , a transmitting signal as shown in FIG. 6A is generated.

従つて、圧電センサ2の入出力端であるa点に
は、第6図ロの時点t0〜t1に示す如くの信号が現
われることになる。
Therefore, at point a, which is the input/output end of the piezoelectric sensor 2, a signal as shown at time t0 to t1 in FIG. 6B appears.

次に、本実施例においては、上記した送信信号
の供給停止時点t1以後、外部電源装置15より第
6図ハに示した如くの直流電流が出力されること
になる。
Next, in this embodiment, after the time point t1 when the supply of the transmission signal is stopped, the external power supply device 15 outputs a direct current as shown in FIG. 6C.

従つて、上記時点t1以後、ダイオード6は導通
し、図中のc点の電位が先にも述べたように約
0.6V〜0.8Vの直流電位に設定された後、上記直
流電流の下降にともない徐々に下降してゆくこと
になり、かかる状態は圧電センサ2から見た回路
インピーダンスが大幅に低下したことに他ならな
い。
Therefore, after the above time point t1 , the diode 6 becomes conductive, and the potential at point c in the figure becomes approximately
After the DC potential is set to 0.6V to 0.8V, it gradually decreases as the DC current decreases, and this state is due to the fact that the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2 has significantly decreased. It won't happen.

一方、従来装置において問題となつていた尾引
き現象は、先にも述べたように送信動作中に圧電
センサ2に貯えられたエネルギーの圧電センサ2
を介してその放出により図中のa点に逆並列ダイ
オード6,7の導通電位未満の微小交流信号が発
生していた現像であつた。
On the other hand, the tailing phenomenon that has been a problem in conventional devices is caused by the energy stored in the piezoelectric sensor 2 during the transmission operation.
This was a development in which a minute alternating current signal lower than the conduction potential of the anti-parallel diodes 6 and 7 was generated at point a in the figure due to its emission through the diodes 6 and 7.

即ち、従来装置の場合、ダイオード6,7のい
ずれのダイオードも導通していないため、圧電セ
ンサ2に貯えられたエネルギーによる上記ダイオ
ードの導通レベル未満の交流信号が第2図ロの時
点t1以降の如く長時間現出していたわけである。
That is, in the case of the conventional device, since neither of the diodes 6 and 7 is conductive, the AC signal below the conduction level of the diode due to the energy stored in the piezoelectric sensor 2 is generated after time t 1 in FIG. It appeared for a long time.

しかしながら、第5図に示した実施例にあつて
は、外部電源装置15により時点t1においてダイ
オード6が導通状態になされるため、上述した微
小交流信号は、ダイオード6を介して電流として
流れることに、即ち、図中のc点の直流電位に重
畳した状態でダイオード6にて消費されることに
なる。
However, in the embodiment shown in FIG. 5, the external power supply 15 makes the diode 6 conductive at time t1 , so the above-mentioned minute AC signal does not flow as a current through the diode 6. That is, it is consumed in the diode 6 while being superimposed on the DC potential at point c in the figure.

換言すれば、圧電センサ2に貯えられていたエ
ネルギーがダイオード6の導通によつて圧電セン
サ2から見た回路インピーダンスが大きく低下し
たことにより、上記ダイオード6を介して放出さ
れることになるわけである。
In other words, the energy stored in the piezoelectric sensor 2 is released through the diode 6 because the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor 2 is greatly reduced due to the conduction of the diode 6. be.

従つて、前述した実施例と同様の効果、即ち、
送信動作における立下がり特性を大きく改善でき
ることになるわけである。
Therefore, the same effect as the above-mentioned embodiment, namely,
This means that the falling characteristics in the transmission operation can be greatly improved.

尚、送信信号の供給停止後の圧電センサ2の入
出力端であるa点の信号波形は、第6図ロに示し
た如くとなることはいうまでもなく先の実施例同
様、急速に零レベルに収れんすることになる。
It goes without saying that the signal waveform at point a, which is the input/output terminal of the piezoelectric sensor 2 after the supply of the transmission signal is stopped, becomes as shown in FIG. It will converge to the same level.

また、ダイオード6の導通による回路インピー
ダンスの変動特性および増幅部3のD点に現われ
る信号特性は、図示はしないが、夫々、第3図の
実施例では説明した第4図ニの光導電体の抵抗値
の変化特性と相似の特性、第4図ハの増幅部3の
b点の信号特性と同一特性となることはいうまで
もない。
Although not shown, the circuit impedance fluctuation characteristics due to conduction of the diode 6 and the signal characteristics appearing at point D of the amplifying section 3 are the same as those of the photoconductor shown in FIG. It goes without saying that this characteristic is similar to the resistance value change characteristic, and is the same as the signal characteristic at point b of the amplifying section 3 in FIG. 4C.

発明の効果 本発明による超音波送受信装置は、送信動作終
了から任意期間が経過するまで、送信動作中に圧
電センサに貯えられるエネルギーを放出するべく
圧電センサから見た回路インピーダンスを低下せ
しめるインピーダンス制御手段を備えていること
から、送信動作終了後の圧電センサの素子固有の
特性による振動動作を急速に減衰せしめることが
できる作用を期待でき、かかる作用によつて、従
来、単一の圧電センサにおいては検出不可能であ
つた極近距離の目標物体からの放射波の受信によ
る受信信号を確実に検出することができる効果を
有することになる。
Effects of the Invention The ultrasonic transmitting/receiving device according to the present invention has an impedance control means that lowers the circuit impedance seen from the piezoelectric sensor in order to release the energy stored in the piezoelectric sensor during the transmitting operation until an arbitrary period has elapsed from the end of the transmitting operation. Because of this, it can be expected that the vibration motion due to the inherent characteristics of the piezoelectric sensor element after the end of the transmission operation can be rapidly attenuated. This has the effect of being able to reliably detect a received signal resulting from reception of a radiation wave from a target object at a very close distance, which otherwise could not be detected.

このため、例えば測距装置に適用した場合、従
来はどうしても無理であつた約20cmの極近距離を
測距できることになる実用的効果を期待できるこ
とになる。
Therefore, when applied to a distance measuring device, for example, it can be expected to have a practical effect of being able to measure extremely close distances of about 20 cm, which was impossible in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来より周知の単一の圧電センサを使
用した超音波送受信装置の電気回路図、第2図は
第1図の従来例における任意点の信号波形図、第
3図は本発明による超音波送受信装置の一実施例
を示す電気回路図、第4図は第3図の実施例にお
ける任意点の信号波形図、第5図は本発明による
超音波送受信装置の他の実施例を示す電気回路
図、第6図は第5図の実施例における任意点の信
号波形図を夫々示している。 1……送信回路、2……圧電型セラミツクセン
サ、3……増幅部、9……インピーダンス制御手
段、10……インピーダンス可変手段、11……
光導電体、12……動作制御手段、13……光
源、14……点灯回路。
Fig. 1 is an electric circuit diagram of an ultrasonic transmitting/receiving device using a single piezoelectric sensor which is conventionally known, Fig. 2 is a signal waveform diagram at an arbitrary point in the conventional example of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram according to the present invention. An electric circuit diagram showing one embodiment of the ultrasonic transmitting/receiving device, FIG. 4 is a signal waveform diagram at an arbitrary point in the embodiment of FIG. 3, and FIG. 5 shows another embodiment of the ultrasonic transmitting/receiving device according to the present invention. The electric circuit diagram, FIG. 6, shows signal waveform diagrams at arbitrary points in the embodiment of FIG. 5, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Transmission circuit, 2... Piezoelectric ceramic sensor, 3... Amplifying section, 9... Impedance control means, 10... Impedance variable means, 11...
Photoconductor, 12...Operation control means, 13...Light source, 14...Lighting circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超音波送受信器である単一の圧電型セラミツ
クセンサと、前記圧電型セラミツクセンサに送信
周波数の交流信号を送信信号として供給する送信
回路と、前記圧電型セラミツクセンサと並列接続
されるインピーダンス低下手段および前記インピ
ーダンス低下手段の動作時期を前記送信信号の供
給状態に連動して制御する動作制御手段とからな
るインピーダンス制御手段と、前記圧電型セラミ
ツクセンサの両端に現れる信号を増幅する増幅部
とを備えてなり、前記インピーダンス低下手段
は、動作することにより自身の電気的特性を変化
させて前記圧電型セラミツクセンサから見た回路
インピーダンスを低下せしめ、前記動作制御手段
は、前記送信信号の供給停止に連動して前記イン
ピーダンス低下手段の動作を開始させ、前記送信
信号の供給停止後の適宜時点において前記インピ
ーダンス低下手段の動作を停止させる超音波送受
信装置。 2 インピーダンス制御手段は、圧電型セラミツ
クセンサに並列接続された光導電体からなるイン
ピーダンス低下手段と、発光光を前記光導電体に
供給する光源および前記発光光の強度を強から弱
に変化せしめる鋸歯状パルス電圧を送信信号の供
給停止と連動して前記光源に供給する点灯回路と
からなる動作制御手段とによつて制御される特許
請求の範囲第1項に記載の超音波送受信装置。 3 増幅部は、圧電型セラミツクセンサの両端に
接続される第1の結合コンデンサと一対の逆並列
接続された保護用ダイオードとからなる直列体
と、前記第1の結合コンデンサと前記保護用ダイ
オードとの接続点に一端が接続される第2の結合
コンデンサと、前記第2の結合コンデンサの他端
と接続されるアンプとからなり、インピーダンス
制御手段は、前記接続点に接続される出力端を有
すると共に前記出力端から、送信信号の供給停止
と連動して瞬時に前記保護用ダイオードの1つを
導通させるに十分な導通レベルに達し、以後徐々
に非導通レベルに達する鋸歯状パルス信号を発
生、出力することにより前記保護用ダイオードの
1つを導通せしめる外部電源装置からなる動作制
御手段を備え、前記一対の保護用ダイオードの1
つをインピーダンス可変手段として使用する特許
請求の範囲第1項に記載の超音波送受信装置。
[Claims] 1. A single piezoelectric ceramic sensor that is an ultrasonic transmitter/receiver, a transmission circuit that supplies an alternating current signal at a transmission frequency to the piezoelectric ceramic sensor as a transmission signal, and a transmission circuit that is connected in parallel with the piezoelectric ceramic sensor. an impedance control means comprising a connected impedance reduction means and an operation control means for controlling the operation timing of the impedance reduction means in conjunction with the supply state of the transmission signal; and amplification of the signal appearing at both ends of the piezoelectric ceramic sensor. The impedance lowering means changes its own electrical characteristics by operating to lower the circuit impedance seen from the piezoelectric ceramic sensor, and the operation control means lowers the circuit impedance seen from the piezoelectric ceramic sensor. An ultrasonic transmitting/receiving device that starts the operation of the impedance reducing means in conjunction with stopping the supply of the signal, and stops the operation of the impedance reducing means at an appropriate time after the supply of the transmission signal stops. 2. The impedance control means includes an impedance lowering means made of a photoconductor connected in parallel to a piezoelectric ceramic sensor, a light source that supplies emitted light to the photoconductor, and a sawtooth that changes the intensity of the emitted light from strong to weak. 2. The ultrasonic transmitting/receiving device according to claim 1, wherein the ultrasonic transmitting/receiving device is controlled by operation control means comprising a lighting circuit that supplies a pulse voltage to the light source in conjunction with stopping the supply of the transmission signal. 3. The amplification section includes a series body consisting of a first coupling capacitor connected to both ends of the piezoelectric ceramic sensor and a pair of protection diodes connected in antiparallel, and the first coupling capacitor and the protection diode. and an amplifier connected to the other end of the second coupling capacitor, and the impedance control means has an output end connected to the connection point. At the same time, a sawtooth pulse signal is generated from the output end, which reaches a conduction level sufficient to instantaneously make one of the protection diodes conductive in conjunction with the stoppage of the supply of the transmission signal, and thereafter gradually reaches a non-conduction level; comprising an operation control means consisting of an external power supply device which makes one of the protection diodes conductive by outputting an output;
The ultrasonic transmitting/receiving device according to claim 1, which uses one as an impedance variable means.
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