JPH05142356A - 超音波による物体検知装置 - Google Patents
超音波による物体検知装置Info
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- JPH05142356A JPH05142356A JP33249891A JP33249891A JPH05142356A JP H05142356 A JPH05142356 A JP H05142356A JP 33249891 A JP33249891 A JP 33249891A JP 33249891 A JP33249891 A JP 33249891A JP H05142356 A JPH05142356 A JP H05142356A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐久性、耐候性に著しく優れた雨水検知手段
などに使われる物体検知装置を提供する。 【構成】 この発明による物体検知装置は、ガラスなど
の耐候性に富み、高い固有音響インピーダンスを有する
板状媒体に、送波器と受波器を取り付け、超音波の透過
率が極大になる条件で超音波信号を入射し、乾燥時と雨
滴がついて漏洩したときの信号レベルの差を検知させ
て、水滴付着を検知するものである。
などに使われる物体検知装置を提供する。 【構成】 この発明による物体検知装置は、ガラスなど
の耐候性に富み、高い固有音響インピーダンスを有する
板状媒体に、送波器と受波器を取り付け、超音波の透過
率が極大になる条件で超音波信号を入射し、乾燥時と雨
滴がついて漏洩したときの信号レベルの差を検知させ
て、水滴付着を検知するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波を利用して降雨や
降雪といった水滴や粉塵などの物体を検出する超音波に
よる物体検知装置に関し、例えば屋外に設置して降雨検
知装置として用いて好適なものに係る。
降雪といった水滴や粉塵などの物体を検出する超音波に
よる物体検知装置に関し、例えば屋外に設置して降雨検
知装置として用いて好適なものに係る。
【０００２】
【従来の技術】特に、屋外に設置して降雨検知装置とし
て使用されるような物体検知装置には図１２に示すよう
なものがある。
て使用されるような物体検知装置には図１２に示すよう
なものがある。
【０００３】この装置は銅線やアルミ薄板などで作られ
た電極群を互いに近接させておき、図示しない警報手段
などを介して電源に連結しておくものであり、図１３の
ように水滴によって電極群が短絡すると警報を発すると
いうものである。
た電極群を互いに近接させておき、図示しない警報手段
などを介して電源に連結しておくものであり、図１３の
ように水滴によって電極群が短絡すると警報を発すると
いうものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の物体
検知装置は、電極に銅やアルミニュームなど金属材料を
使用する関係上腐食しやすく、特に降雨検知装置として
屋外に設置しておくとたちまち発錆あるいは腐食してし
まい、短絡特性が変化して警報手段が動作しなくなった
り、電極間に塵埃が堆積して、雨水によって湿ったまま
いつまでも短絡状態が解除されないといった問題点があ
り、耐久性、耐候性の点で実用上の問題点が甚だ多いも
のであった。
検知装置は、電極に銅やアルミニュームなど金属材料を
使用する関係上腐食しやすく、特に降雨検知装置として
屋外に設置しておくとたちまち発錆あるいは腐食してし
まい、短絡特性が変化して警報手段が動作しなくなった
り、電極間に塵埃が堆積して、雨水によって湿ったまま
いつまでも短絡状態が解除されないといった問題点があ
り、耐久性、耐候性の点で実用上の問題点が甚だ多いも
のであった。
【０００５】本発明は上述の従来における物体検知装置
の問題点に鑑みて成したもので、具体的に本願は、反射
や屈折など光と類似した性質を有するが、物質の光学特
性にはなんら影響されず、しかも伝搬する上では電磁界
の影響も受けない超音波に目を付け、この超音波を降雨
や降雪といった水滴や粉塵などの物体検知装置として利
用したものである。
の問題点に鑑みて成したもので、具体的に本願は、反射
や屈折など光と類似した性質を有するが、物質の光学特
性にはなんら影響されず、しかも伝搬する上では電磁界
の影響も受けない超音波に目を付け、この超音波を降雨
や降雪といった水滴や粉塵などの物体検知装置として利
用したものである。
【０００６】つまり超音波が物体検知装置の超音波伝播
媒体表面に付着する降雨や降雪といった水滴や粉塵など
の物体を伝わって媒体外部に漏洩することによって、超
音波伝播媒体内での多重反射波の減衰量が変化する特性
を利用し物体を検出するものである。
媒体表面に付着する降雨や降雪といった水滴や粉塵など
の物体を伝わって媒体外部に漏洩することによって、超
音波伝播媒体内での多重反射波の減衰量が変化する特性
を利用し物体を検出するものである。
【０００７】その変化量は一般に次式の条件式〜数１
【０００８】
【数１】
【０００９】で表される周波数において最大値をとり、
この周波数を選択的に使用すれば、多重反射波の出力の
大きさの比較で接触媒体の変化が効率よく検出できる。
この周波数を選択的に使用すれば、多重反射波の出力の
大きさの比較で接触媒体の変化が効率よく検出できる。
【００１０】従って、長期間の使用に耐えられ、しかも
例えば屋外に長年月設置しておいても腐食や発錆などに
よる特性変化がなく水滴などの物体を検知し得る物体検
知装置を提供することを目的としている。
例えば屋外に長年月設置しておいても腐食や発錆などに
よる特性変化がなく水滴などの物体を検知し得る物体検
知装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、超音波伝播
媒体（被検出体）と、この超音波伝播媒体に超音波を送
信する超音波送波器と、前記送波器から送信された超音
波が前記超音波伝播媒体の表裏面に反射し、しかも超音
波伝播媒体表面に付着する水滴などその他の物体の付着
量に応じ伝播量を変化し伝播される該超音波を受信する
超音波受波器と、この超音波受波器によって受信された
超音波の伝播量よりその超音波伝播媒体表面に付着した
水滴などその他の物体の付着量を判別する判別手段とか
ら成る超音波による物体検知装置を用いることによって
達成される。
媒体（被検出体）と、この超音波伝播媒体に超音波を送
信する超音波送波器と、前記送波器から送信された超音
波が前記超音波伝播媒体の表裏面に反射し、しかも超音
波伝播媒体表面に付着する水滴などその他の物体の付着
量に応じ伝播量を変化し伝播される該超音波を受信する
超音波受波器と、この超音波受波器によって受信された
超音波の伝播量よりその超音波伝播媒体表面に付着した
水滴などその他の物体の付着量を判別する判別手段とか
ら成る超音波による物体検知装置を用いることによって
達成される。
【００１２】更に、前記超音波伝播媒体をガラスなどの
耐腐食性材料からなる板状媒体で、しかも前記超音波送
波器は、前記超音波伝播媒体の表面に入射する際の超音
波の透過率が極大値をとる下記条件式、 ２ｄ・ｃｏｓθ1＝ｍλ1 （ｍ＝０、１、２・・・） 但し、ｄは板状媒体の板厚、θ1は板状媒体内の超音波
の傾斜角、λ1は波長 を満足するような入射角θ1で超音波信号を入射させる
ようにすると一層効率的に達成することができる。
耐腐食性材料からなる板状媒体で、しかも前記超音波送
波器は、前記超音波伝播媒体の表面に入射する際の超音
波の透過率が極大値をとる下記条件式、 ２ｄ・ｃｏｓθ1＝ｍλ1 （ｍ＝０、１、２・・・） 但し、ｄは板状媒体の板厚、θ1は板状媒体内の超音波
の傾斜角、λ1は波長 を満足するような入射角θ1で超音波信号を入射させる
ようにすると一層効率的に達成することができる。
【００１３】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面によって説明す
る。
る。
【００１４】まず本願の検出原理について詳述すと、本
発明は、超音波の伝播媒体である固体中では、超音波は
非常に僅かな減衰でこの伝播媒体中で反射を繰り返すと
ともに、この固体に接する他の媒体との固有音響インピ
ーダンスの差によって、その差が非常に大きい場合には
固体表面からの漏洩は殆どなく、固体中に超音波エネル
ギが保存されるのに対して、前記インピーダンスの差が
非常に近接しているような媒体が接触している場合に
は、固体媒体からこの接触媒体へ大きく漏洩し、固体中
の超音波エネルギは著しく減衰するという原理に基づく
ものである。
発明は、超音波の伝播媒体である固体中では、超音波は
非常に僅かな減衰でこの伝播媒体中で反射を繰り返すと
ともに、この固体に接する他の媒体との固有音響インピ
ーダンスの差によって、その差が非常に大きい場合には
固体表面からの漏洩は殆どなく、固体中に超音波エネル
ギが保存されるのに対して、前記インピーダンスの差が
非常に近接しているような媒体が接触している場合に
は、固体媒体からこの接触媒体へ大きく漏洩し、固体中
の超音波エネルギは著しく減衰するという原理に基づく
ものである。
【００１５】その検出方法としては、接触センサーの構
成モデルを図１(a)，(b)に示す。この検出方法は、平面
平行板（以下平板と呼ぶ）中に超音波信号を斜め入射
し、その平板中を多重反射により伝搬させる。そしてそ
の多重反射波を出力として取り出すというものである。
成モデルを図１(a)，(b)に示す。この検出方法は、平面
平行板（以下平板と呼ぶ）中に超音波信号を斜め入射
し、その平板中を多重反射により伝搬させる。そしてそ
の多重反射波を出力として取り出すというものである。
【００１６】このとき、平板が超音波の入出力地点以外
は真空中にあるとき（図１ (a)）、多重反射波は全ての
反射地点で全反射となる。ここで、平板の片面をセンサ
ー面として考えと、このセンサー面に何らかの媒体が接
触したときは、多重反射波はその媒体中に透過波を出し
ながら減衰していく（図１ (b)）。この多重反射波の減
衰量は接触する媒体により決定されるので、媒体の変化
は多重反射波の減衰量変化として検出できる。例えば空
気から水に変化したときである。
は真空中にあるとき（図１ (a)）、多重反射波は全ての
反射地点で全反射となる。ここで、平板の片面をセンサ
ー面として考えと、このセンサー面に何らかの媒体が接
触したときは、多重反射波はその媒体中に透過波を出し
ながら減衰していく（図１ (b)）。この多重反射波の減
衰量は接触する媒体により決定されるので、媒体の変化
は多重反射波の減衰量変化として検出できる。例えば空
気から水に変化したときである。
【００１７】（１）透過率を導き出す理論式 理論を展開する上でのモデルは、三層の流体へ超音波を
斜め入射させたものとする。理由を以下に述べる。
斜め入射させたものとする。理由を以下に述べる。
【００１８】議論するモデルを図２に示すが、平板以外
の条件はないので、次の３種類について考える。
の条件はないので、次の３種類について考える。
【００１９】 三層の流体（縦波のみで条件式は簡
単） 流体中の固体板（縦波と横波の干渉のため複雑） 三層の固体板（に加えて横波入射がある） との差は、平板中で現れる横波と縦波の干渉による
ものだが、平板への入射角が小さければ横波の発生は抑
えられ、はの近似として扱える。
単） 流体中の固体板（縦波と横波の干渉のため複雑） 三層の固体板（に加えて横波入射がある） との差は、平板中で現れる横波と縦波の干渉による
ものだが、平板への入射角が小さければ横波の発生は抑
えられ、はの近似として扱える。
【００２０】、、を通して、三層目は流体か固体
かの区別は付けないので、との差は、入射媒体が流
体か固体かである。では、入射時点で縦波と横波の区
別が必要となるが、振動源の特性や伝搬上の特性のため
一意には決められない。振動源からの超音波が縦波のみ
ならば、＝である。
かの区別は付けないので、との差は、入射媒体が流
体か固体かである。では、入射時点で縦波と横波の区
別が必要となるが、振動源の特性や伝搬上の特性のため
一意には決められない。振動源からの超音波が縦波のみ
ならば、＝である。
【００２１】以上の事からをモデルとして使用する事
にした。ただし条件として、屈折角θ1が小さく、縦波
が強く入射されているときとする。
にした。ただし条件として、屈折角θ1が小さく、縦波
が強く入射されているときとする。
【００２２】の透過率の理論式を以下に示す。
【００２３】（２）センサーの基本周波数特性 送信振動子から受信振動子への超音波の経路が、図３
(a) に示すように平板中で１回の反射であるとする。境
界面が真空と接しているときは、入射された超音波は全
反射し、ここでの周波数特性はない。このときのモデル
は図３(b) のように書き換えられ、入出力媒体間の透過
率は、上記の数１となる。
(a) に示すように平板中で１回の反射であるとする。境
界面が真空と接しているときは、入射された超音波は全
反射し、ここでの周波数特性はない。このときのモデル
は図３(b) のように書き換えられ、入出力媒体間の透過
率は、上記の数１となる。
【００２４】次に多重反射について考える。境界面が真
空であるならば、すべて全反射となるので、透過率は１
回の反射の時と同じである。これがセンサーの基本伝搬
特性である。
空であるならば、すべて全反射となるので、透過率は１
回の反射の時と同じである。これがセンサーの基本伝搬
特性である。
【００２５】（３）透過波による減衰 センサー面に何らかの媒体が接触すると、超音波はセン
サー面で反射するときに媒体中に透過波を出す。このた
め平板中の多重反射波は、反射回数が多いほど急激に減
衰していく。このときの１回反射の透過特性は式〜数１
と以下に示す数２で表される。この式は境界から境界ま
で、つまり板厚についてそれぞれ成立し、板厚の変化が
あるときは、全体の透過特性はそれら１回１回の透過特
性の重ね合わせとなる。
サー面で反射するときに媒体中に透過波を出す。このた
め平板中の多重反射波は、反射回数が多いほど急激に減
衰していく。このときの１回反射の透過特性は式〜数１
と以下に示す数２で表される。この式は境界から境界ま
で、つまり板厚についてそれぞれ成立し、板厚の変化が
あるときは、全体の透過特性はそれら１回１回の透過特
性の重ね合わせとなる。
【００２６】ここで注目すべきは、センサーの基本伝搬
特性において、最も効率よく送・受信している周波数
と、最も減衰量の大きな周波数とは、同じ条件式〜数２
にて表されることである。
特性において、最も効率よく送・受信している周波数
と、最も減衰量の大きな周波数とは、同じ条件式〜数２
にて表されることである。
【００２７】
【数２】
【００２８】諸条件が決まれば、式〜数２の周波数にて
センサーを動作させれば、接触検出の効率が最もよくな
る。理論的な減衰量差を図４に示す。ここで注意するこ
ととして、振動源の周波数特性がある。振動源に圧電素
子の厚み方向の共振現象を利用すると、共振周波数を中
心に周波数特性がでる。このときの共振周波数ｆ0は、
材料の周波数定数Ｎｔにより決まり、素子の厚みをｄと
すると、 ｆ0＝Ｎt／ｄ で表され、帯域幅は素子をセンサーとしてセットしたと
きのＱ値による。この特性が窓関数として伝搬特性に働
く。例として図５を示す。
センサーを動作させれば、接触検出の効率が最もよくな
る。理論的な減衰量差を図４に示す。ここで注意するこ
ととして、振動源の周波数特性がある。振動源に圧電素
子の厚み方向の共振現象を利用すると、共振周波数を中
心に周波数特性がでる。このときの共振周波数ｆ0は、
材料の周波数定数Ｎｔにより決まり、素子の厚みをｄと
すると、 ｆ0＝Ｎt／ｄ で表され、帯域幅は素子をセンサーとしてセットしたと
きのＱ値による。この特性が窓関数として伝搬特性に働
く。例として図５を示す。
【００２９】（４）理論解析 解析方法 実際に接触センサーのモデルを作成し、空気中と水に接
したときの伝搬特性を測定する。そしてその特性が理論
に合うかを調べる。
したときの伝搬特性を測定する。そしてその特性が理論
に合うかを調べる。
【００３０】測定にはネットワーク・アナライザ（アド
バンテスト社製 Ｒ３７５１Ａ）を使用する。センサー
の伝搬特性はそのままフィルター特性として測定され
る。
バンテスト社製 Ｒ３７５１Ａ）を使用する。センサー
の伝搬特性はそのままフィルター特性として測定され
る。
【００３１】センサーは、平板に接着で取り付けた。
【００３２】解析装置 使用したモデル用接触センサーを図６に、諸条件を以下
に示す。
に示す。
【００３３】材質：鉄 板厚：ｄ＝３．０ｍｍ 入射角：θ＝１０゜ 接触回数：９回 圧電素子：チタン酸鉛 Ｍ−６材 （富士セラミックス社製） 寸法，１０×１０×１．０（ｍｍ） 振動モード，厚み振動 接着：振動子−アクリル間・・・エポキシ系接着剤 アクリル−平板間・・・シリコンゴム系接着剤 解析結果 測定したフィルター特性を図７、図８に示す。
【００３４】確かに空気中と水に接触したときでは、減
衰量に差がでている。上述の条件式〜数２に合う周波数
で特に差が大きい。しかし理論での数十ｄＢの大きな減
衰量変化とはなっておらず、わずかに６ｄＢ程度の差に
とどまっている。
衰量に差がでている。上述の条件式〜数２に合う周波数
で特に差が大きい。しかし理論での数十ｄＢの大きな減
衰量変化とはなっておらず、わずかに６ｄＢ程度の差に
とどまっている。
【００３５】（５）理論値と解析値の差の要因 音速、密度などの物理定数の誤差 理論上では物理定数表による数値を使用したが、実際の
材料定数と一致するとは限らない。また温度変化による
定数変化もあり、温度特性に関係する。例えば１０℃か
ら３０℃の温度変化を受けると、接触回数が１回のとき
の理論上では、透過率は約２％高くなり、周波数は約
０．７％高くなる。
材料定数と一致するとは限らない。また温度変化による
定数変化もあり、温度特性に関係する。例えば１０℃か
ら３０℃の温度変化を受けると、接触回数が１回のとき
の理論上では、透過率は約２％高くなり、周波数は約
０．７％高くなる。
【００３６】板厚の誤差、表面粗さ 上述の式〜数１により、透過極大となる周波数は板厚に
反比例するので、板厚の誤差はそのまま周波数の誤差に
なる。また、境界面が超音波の波長に比べて粗い場合は
乱反射を起こす。波長>>表面粗さなら問題はない。
反比例するので、板厚の誤差はそのまま周波数の誤差に
なる。また、境界面が超音波の波長に比べて粗い場合は
乱反射を起こす。波長>>表面粗さなら問題はない。
【００３７】入射角度の誤差 入射角度の誤差は屈折角度の誤差になり、上述の式〜数
２により理論値からずれる。誤差の原因は、機械的な誤
差の他に振動源の指向特性がある。実験モデルの共振周
波数での理論的指向特性で、−６dBとなる角度幅は約±
２．５゜である。このときの透過極大となる周波数の変
化幅は＋５％，−３．４％である。ただし、周波数を上
げていけばこの幅は縮まる。
２により理論値からずれる。誤差の原因は、機械的な誤
差の他に振動源の指向特性がある。実験モデルの共振周
波数での理論的指向特性で、−６dBとなる角度幅は約±
２．５゜である。このときの透過極大となる周波数の変
化幅は＋５％，−３．４％である。ただし、周波数を上
げていけばこの幅は縮まる。
【００３８】超音波の入出力媒体の周波数特性の影響 超音波の入出力媒体もセンサー面として使用した平板と
同様に周波数特性を持つ。理論では、超音波は一様に入
射されるものと考えているが、実際はこの特性を含めて
伝搬特性となる。
同様に周波数特性を持つ。理論では、超音波は一様に入
射されるものと考えているが、実際はこの特性を含めて
伝搬特性となる。
【００３９】振動子の周波数特性の影響 振動子の周波数帯域＞伝搬特性の周波数帯域でなければ
ならないが、振動子の共振周波数と伝搬特性の最適周波
数とが大きくずれると、実際の伝搬特性は共振周波数寄
りにずれる。（図５参照） 理論式の近似による影響 理論式では、伝搬中での吸収や、入出力だけでなく、反
射によって現れる横波成分も無視している。そして、伝
搬過程での干渉を考えていない。
ならないが、振動子の共振周波数と伝搬特性の最適周波
数とが大きくずれると、実際の伝搬特性は共振周波数寄
りにずれる。（図５参照） 理論式の近似による影響 理論式では、伝搬中での吸収や、入出力だけでなく、反
射によって現れる横波成分も無視している。そして、伝
搬過程での干渉を考えていない。
【００４０】（６）伝搬特性の変化量 （５）の要因から、理論と実験の伝搬特性に差が出てく
る。ただし、周波数のズレについてはほとんどが振動子
の周波数特性によるもので、振動子の共振周波数と伝搬
特性の最適周波数が一致していれば、周波数のズレはほ
とんどなくなる。減衰量については近似式で理論展開を
行い、振動子の諸特性を無視しているので、大きく異な
る結果が出てしまった。しかし、減衰量変化が３dBあれ
ば２値判断はできるので、実験での約６dBの変化は十分
であると判断した。
る。ただし、周波数のズレについてはほとんどが振動子
の周波数特性によるもので、振動子の共振周波数と伝搬
特性の最適周波数が一致していれば、周波数のズレはほ
とんどなくなる。減衰量については近似式で理論展開を
行い、振動子の諸特性を無視しているので、大きく異な
る結果が出てしまった。しかし、減衰量変化が３dBあれ
ば２値判断はできるので、実験での約６dBの変化は十分
であると判断した。
【００４１】（７）具体的に降雨センサーとしての水滴
検知装置に関し以下詳述すると、図９に本発明に係る水
滴検知装置１０の一実施例の構成概要を示すブロック図
を、図１０に同じくセンサ部の平面図、図１１に同縦断
面図を示す。
検知装置に関し以下詳述すると、図９に本発明に係る水
滴検知装置１０の一実施例の構成概要を示すブロック図
を、図１０に同じくセンサ部の平面図、図１１に同縦断
面図を示す。
【００４２】水滴検知装置１０は図１のように、屋外に
載置して雨水を受けられるように平らな板状媒体２１を
有し、雨水等の水滴の存否を発信するセンサ部２０と、
このセンサ部２０に出力する超音波信号を送受信して処
理し、適切な警報等を発信する制御部３０とからなって
いる。
載置して雨水を受けられるように平らな板状媒体２１を
有し、雨水等の水滴の存否を発信するセンサ部２０と、
このセンサ部２０に出力する超音波信号を送受信して処
理し、適切な警報等を発信する制御部３０とからなって
いる。
【００４３】センサ部２０はガラスなど非腐食性の固体
に成り、両面平行平滑で、四隅が直角（直角が最も反射
効率が良いというだけで曲面であっても差し支え無
い。）であるような板状媒体２１と、この板状媒体２１
の一面の一隅に設けられた送波器２２と、この送波器２
２と適宜な間隔をおいて同じ面上の他の一隅に設けられ
た受波器２３とから構成されている。
に成り、両面平行平滑で、四隅が直角（直角が最も反射
効率が良いというだけで曲面であっても差し支え無
い。）であるような板状媒体２１と、この板状媒体２１
の一面の一隅に設けられた送波器２２と、この送波器２
２と適宜な間隔をおいて同じ面上の他の一隅に設けられ
た受波器２３とから構成されている。
【００４４】前記送波器２２と受波器２３とは実質的に
同じ構造のものであり、振動体であるチタン酸鉛（Ｐ
Ｔ）、若しくはジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電
素子２４を、適切な伝達媒体を介して前記板状媒体２１
に接触させている。
同じ構造のものであり、振動体であるチタン酸鉛（Ｐ
Ｔ）、若しくはジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電
素子２４を、適切な伝達媒体を介して前記板状媒体２１
に接触させている。
【００４５】ところで、前記板状媒体２１の板厚をｄ、
信号超音波の波長をλ1とすると、信号超音波の板状媒
体２１への入射角θ1が下記式、 ２ｄ・ｃｏｓθ1＝ｍλ1 （ｍ＝０、１、２・・・） の関係にあるときにその透過率が最大となる。よって最
小のエネルギで最大の入力信号が入射できるよう、上記
条件の入射角θ1で超音波を入射できるよう送波器２２
の設置角度を決めてある。
信号超音波の波長をλ1とすると、信号超音波の板状媒
体２１への入射角θ1が下記式、 ２ｄ・ｃｏｓθ1＝ｍλ1 （ｍ＝０、１、２・・・） の関係にあるときにその透過率が最大となる。よって最
小のエネルギで最大の入力信号が入射できるよう、上記
条件の入射角θ1で超音波を入射できるよう送波器２２
の設置角度を決めてある。
【００４６】一方制御部３０は、電源部３１と結合し、
超音波を発生させて送る送信部３２と、受波器２３から
の信号を受ける受信部３３と、送信部３２からの信号と
比較して警報等の信号を発信する信号比較手段等を有す
る信号処理部３４と、信号処理部３４からの信号によっ
て警報機等を駆動する警報、表示制御部３５と、音響及
び光り等によって警報する警報機又は光り表示器等とか
ら成っている。
超音波を発生させて送る送信部３２と、受波器２３から
の信号を受ける受信部３３と、送信部３２からの信号と
比較して警報等の信号を発信する信号比較手段等を有す
る信号処理部３４と、信号処理部３４からの信号によっ
て警報機等を駆動する警報、表示制御部３５と、音響及
び光り等によって警報する警報機又は光り表示器等とか
ら成っている。
【００４７】送信部３２には圧電素子２４をその共振周
波数で発振させる高周波発振手段を有する。
波数で発振させる高周波発振手段を有する。
【００４８】信号処理部３４は、送波器２２を介して放
射される発信信号レベルと、受波器２３から帰還した受
信信号レベルとを比較する手段を有し、板状媒体２１の
表面に落下した水滴への超音波の漏洩によって生じた受
信信号レベルの低下量から板状媒体２１上に水滴ありの
信号を発信する。
射される発信信号レベルと、受波器２３から帰還した受
信信号レベルとを比較する手段を有し、板状媒体２１の
表面に落下した水滴への超音波の漏洩によって生じた受
信信号レベルの低下量から板状媒体２１上に水滴ありの
信号を発信する。
【００４９】警報、表示制御部３５は、信号処理部３４
からの信号を受けてこれを増幅し、警報機や表示器３６
等を起動させる。
からの信号を受けてこれを増幅し、警報機や表示器３６
等を起動させる。
【００５０】
【発明の効果】本発明の物体検知装置は、被検出体であ
る超音波伝播媒体と、この超音波伝播媒体に超音波を送
信する超音波送波器と、前記送波器から送信された超音
波が前記超音波伝播媒体の表裏面に反射して伝播し、し
かも超音波伝播媒体表面に付着する水滴などその他の物
体の付着量に応じ伝播量を変化し伝播される該超音波を
受信する超音波受波器と、この超音波受波器によって受
信された超音波の伝播量よりその超音波伝播媒体表面に
付着した水滴などその他の物体の付着量を判別する判別
手段とから成り、超音波を利用して水滴などその他の物
体を検出するようにしたから、長期間の使用に耐えられ
る物体検知装置が得られる。しかも前記超音波伝播媒体
としてガラスなどの耐腐食性材料を用いることができ、
屋外に長年月設置しておいても腐食や発錆などによる特
性変化の心配がなく、更に、板状媒体に対する超音波入
射角が、超音波の透過率を極大にするようにしたもので
は、送波器による入力エネルギを最小限にして、しかも
最大の受信信号を得ることができ、効率のよい物体検知
装置とすることが可能である。
る超音波伝播媒体と、この超音波伝播媒体に超音波を送
信する超音波送波器と、前記送波器から送信された超音
波が前記超音波伝播媒体の表裏面に反射して伝播し、し
かも超音波伝播媒体表面に付着する水滴などその他の物
体の付着量に応じ伝播量を変化し伝播される該超音波を
受信する超音波受波器と、この超音波受波器によって受
信された超音波の伝播量よりその超音波伝播媒体表面に
付着した水滴などその他の物体の付着量を判別する判別
手段とから成り、超音波を利用して水滴などその他の物
体を検出するようにしたから、長期間の使用に耐えられ
る物体検知装置が得られる。しかも前記超音波伝播媒体
としてガラスなどの耐腐食性材料を用いることができ、
屋外に長年月設置しておいても腐食や発錆などによる特
性変化の心配がなく、更に、板状媒体に対する超音波入
射角が、超音波の透過率を極大にするようにしたもので
は、送波器による入力エネルギを最小限にして、しかも
最大の受信信号を得ることができ、効率のよい物体検知
装置とすることが可能である。
【図１】本願に利用する超音波の伝播特性を説明する説
明図である。
明図である。
【図２】本願に利用する超音波の理論反射特性を説明す
る説明図である。
る説明図である。
【図３】本願に利用する超音波の基本反射特性を説明す
る説明図である。
る説明図である。
【図４】本願に利用する超音波の減衰特性を説明する説
明図である。
明図である。
【図５】本願に利用する超音波の伝播特性を説明する説
明図である。
明図である。
【図６】本願の超音波送信及び受信器の概要構造説明図
である。
である。
【図７】本願の超音波受信器の空気中におけるフィルタ
ー特性の説明図である。
ー特性の説明図である。
【図８】本願の超音波受信器の水滴に接したときのフィ
ルター特性の説明図である。
ルター特性の説明図である。
【図９】水滴検知装置の全体構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図１０】水滴検知装置のセンサ部の平面図である。
【図１１】前記図２のＡ〜Ａ断面図である。
【図１２】従来の水滴検知装置の説明図である。
【図１３】同じく従来の装置の動作説明図である。
１０ 水滴検知装置 ２０ センサ部 ２１ 板状媒体（被検出体） ２２ 送波器 ２３ 受波器 ３０ 制御部 ３４ 信号処理部（判別手段） ｄ 板状媒体の板厚 λ1 信号超音波の波長 θ1 信号超音波の入射角
Claims (2)
- 【請求項１】 被検出体と、この被検出体に超音波を送
信する超音波送波器と、前記送波器から送信された超音
波が前記被検出体の表裏面に反射し、しかも被検出体表
面に付着する水滴などその他の物体の付着量に応じ伝播
量を変化し伝播される該超音波を受信する超音波受波器
と、この超音波受波器によって受信された超音波の伝播
量よりその被検出体表面に付着した水滴などその他の物
体の付着量を判別する判別手段とから成る超音波による
物体検知装置。 - 【請求項２】 前記被検出体はガラスなどの耐腐食性材
料からなる板状媒体で、しかも前記超音波送波器は、前
記超音波伝播媒体の表面に入射する際の超音波の透過率
が極大値をとる下記条件式、 ２ｄ・ｃｏｓθ1＝ｍλ1 （ｍ＝０、１、２・・・） 但し、ｄは板状媒体の板厚、θ1は板状媒体内の超音波
の傾斜角、 λ1は波長 を満足するような入射角θ1で超音波信号を入射させる
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波によ
る物体検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33249891A JP3038584B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 超音波による物体検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33249891A JP3038584B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 超音波による物体検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142356A true JPH05142356A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3038584B2 JP3038584B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=18255612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33249891A Expired - Fee Related JP3038584B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 超音波による物体検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3038584B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997032206A1 (fr) * | 1996-02-28 | 1997-09-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Detecteur de gouttes de pluie |
| JP2009288164A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Toshiba Corp | 振動監視装置および監視方法 |
| US7696710B2 (en) | 2006-10-30 | 2010-04-13 | Agc Automotive Americas R&D, Inc. | Method of sensing an amount of moisture on a surface of a substrate with temperature compensation |
| JP2014196996A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-10-16 | 三菱電機株式会社 | 液体検知方法および液体検知装置 |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP33249891A patent/JP3038584B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997032206A1 (fr) * | 1996-02-28 | 1997-09-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Detecteur de gouttes de pluie |
| US7696710B2 (en) | 2006-10-30 | 2010-04-13 | Agc Automotive Americas R&D, Inc. | Method of sensing an amount of moisture on a surface of a substrate with temperature compensation |
| JP2009288164A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Toshiba Corp | 振動監視装置および監視方法 |
| JP2014196996A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-10-16 | 三菱電機株式会社 | 液体検知方法および液体検知装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3038584B2 (ja) | 2000-05-08 |
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