JPH0611565A - 超音波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波系の分解能と精度を上げることができ
る超音波距離測定装置を提供する。 【構成】 超音波距離測定器は、送信パルスが逐次連続
して送信される２つのパルスパケットからなり、２つの
パルスパケットが１８０°相反転している超音波パルス
エコー遅延時間法を採用している。それぞれ位相ジャン
プの時点で測定がスタートされかつ受信される。位相ジ
ャンプがなければ受信信号を無視するため、雑音を分離
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超音波距離測定装置に
関し、特にノイズの影響の少ない超音波距離測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】距離
測定のために超音波パルスエコー遅延時間測定器が知ら
れている。その場合たとえば、２０ｋＨｚの約２０ない
し３０個の個別振動からなるパルスパケットが適当な超
音波変換器により放出され、物体で反射され、適当な超
音波変換器により再び受信される。送信と受信の間の時
間が距離の尺度である。

【０００３】図１はこの種の送信信号の電気的形式を示
す図である。図２は受信器の出力に現われたときのこの
パルスの代表的な波形を示す図である。若干の立上がり
過渡振動時間の後に初めて最大振幅に到達することがわ
かる。受信パルスパケットの波形が距離および反射体の
音響的品質に大きく左右されることもわかる。

【０００４】基本的に自由に確定し得る特定の受信振幅
がなければならないから、受信信号の質と振幅に関係す
るヒステリシスがこの方法に本来特有のものであること
は明白である。

【０００５】この理由からなるべく等しい振幅−目標物
との距離に関わりなく−を得るために、受信器の増幅を
時間的に極めて正確に制御することが重要であることが
多数の論文で知られている。もちろん、目標物の品質に
干渉することはできないから、補償不能な残留誤差が常
に残り、超音波系の分解能と精度に著しく影響する。

【０００６】

【発明の要約】この発明は上記のような問題を有利に解
決するためのものである。基本思想は、振動系が位相位
置の１８０°の変動（位相反転）に遅延なく追従するこ
とができるという観察を論拠とする。送信信号が図３の
ように振動パケットのほぼ中央で１８０°の位相交代が
行なわれるように電気的に構成されるならば、受信信号
の位相交代は図４のような形をとる。実質的に位相交代
時に放出エネルギーが短時間の間０になるのが特徴であ
る。

【０００７】

【実施例】次にこの発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００８】まず送出される信号の位相位置が送信信号
の経過中に１８０°反転されるように送信信号を電気的
に構成する。

【０００９】この位相交代を検出するように受信器を図
６に示すように構成する。ここで、１は超音波変換器、
２は増幅器、３は帯域フィルタ、４は同期復調器、５は
基準発振器、６は低域フィルタ、７は比較器、８は出力
である。

【００１０】したがって、パルスの出力が始まるときに
（在来法）遅延時測定をスタートしない。むしろ遙かに
精密に確定された位相交代が起こるときに測定時間（ｔ
＝０）が始まる。

【００１１】受信器が受信信号の位相交代を検出したと
きに、必然的に測定時間が終了する。

【００１２】受信器側ではこのことは復調器４が図７に
相当することを意味する。ここで１１は受信信号入力、
１２は８相復調器（０°，４５°，９０°，１３５°，
１８０°，２２５°，２７０°，３１５°）、１３は８
個の低域フィルタ、１４はスイッチングレギュレータ、
１５は比較器、１６は比較器基準入力（０Ｖ）、１７は
出力、１８は基準発振器（８ｆ₀ ＝８倍の振動周波数を
表わす）である。

【００１３】好ましい構成においては、たとえば８つの
位相を復調する回路が利用される。スイッチングレギュ
レータ１４は所定の基準に従って正しい位相位置を探し
出し、復調した信号を比較器１５へ転送する。出力に方
形信号が現われ、その時間的位置を測定する。図５は低
域フィルタ１３（図６の６に対応する）の後方の復調信
号を正しい位相位置で示す図である。

【００１４】好ましい構成においては、送信側で図８の
回路が利用される。この回路は次のように機能する。

【００１５】送信周波数が発振器２１から分周器２２を
介して導き出される。インバータ２３が１８０°位相位
置を発生する。スイッチングレギュレータ２７が選択ス
イッチ２４を制御する。選択スイッチ２４は「切」、
「位相０°」および「位相１８０°」の３つの位置に置
くことができる。

【００１６】増幅器２５は正しくインピーダンス整合し
た信号を超音波変換器２６へ転送する。

【００１７】この発明の重要な利点は、受信信号の現在
の振幅に関わりなく、所定の時点を検出することができ
ることである。それは実際上、時間依存性利得制御に対
する要求が著しく小さくなることを意味する。なぜな
ら、増幅に基づくヒステリシスをこの方法により排除す
ることができるからである。

【００１８】もう１つの極めて重要な方法上の利点は、
位相ジャンプがある前述の送信パルスが何らかの偶然的
雑音事象から有意に区別されるということに基づく。

【００１９】慣用の超音波パルスエコー遅延法は、偶然
的雑音事象が測定に影響しまたは測定を全く不可能にす
るという難点がある。実質的に統計的評価に基づいて機
能する多数の方法が記述されている。その場合、測定が
逐次近接して行なわれ、実際の目標物がいわば時間軸の
同じ位置にあり、一方偶然的音響事象が確率的に起こ
る。

【００２０】部品費の面でも少なくないこの支出は、加
えてセンサの反応速度が著しく緩慢であるという欠点が
ある。幾らか大きな耐雑音性を得るのに、少なくとも３
つのサンプリングサイクルが必要であることが判明し
た。

【００２１】本発明に基づき、時間Δｔを測定すること
により、パルスエコー遅延時間を検出するように電子解
析装置を設計することを提案する（図９を参照）。

【００２２】ｔ＝０の時点で送信器で位相位置が交代
し、時間測定が制御される。受信器の比較器がフランク
３３で受信パルス３２のゼロ通過を検出したならば、時
間測定を停止する。たとえばフィルタの発振立上がり時
間に基づく、系に原因する定数Δｔを時間Δｔからさら
に差し引かなければならない。

【００２３】なお、図９において、３１は位相交代のた
めの制御信号を表わし、３２は受信信号を表わし、３３
は比較器のフランクを表わす。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波パルスエコー遅延時間測定器における送
信信号の電気的形式を示す図である。

【図２】受信器の出力に現われたパルスの波形を示す図
である。

【図３】送信信号の波形を示す図である。

【図４】受信信号の位相交代を示す図である。

【図５】低域フィルタの後方の復調信号を正しい位相位
置で示す図である。

【図６】位相交代を検出するための受信器の構成を示す
図である。

【図７】復調器の構成を示す図である。

【図８】送信器の構成を示すブロック図である。

【図９】位相交代のための制御信号、受信信号および比
較器のフランクの関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波変換器 ２ 増幅器 ３ 帯域フィルタ ４ 同期復調器 ５ 基準発振器 ６ 低域フィルタ ７ 比較器 ８ 出力 ２１ 発振器 ２２ 分周器 ２３ インバータ ２４ 選択スイッチ ２５ 増幅器 ２６ 超音波変換器 ２７ スイッチングレギュレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000161943 京都度器株式会社 京都府京都市南区東九条松田町39番地 (72)発明者 ハンス・ルンプ ドイツ連邦共和国、4750 ウナ−マッセ ン、ビーセンカンプ、22 (72)発明者 ノーベルト・ピィーパー ドイツ連邦共和国、4710 リューディング ハウゼン、オンドゥルップ、53

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波パルスエコー遅延時間法による超
   音波距離測定装置であって、 電気的に発生され、超音波変換器を介して送出される送
   信パルスを連続して送出する手段を含み、 前記パルスは位相がそれぞれ１８０°変位した同じ周波
   数の送信パルスからなり、 前記パルスの受信エコー内の位相ジャンプを検出するた
   めの位相検出器を有する受信手段と、 前記送出された信号の位相ジャンプとともに測定を開始
   し、前記受信エコーの位相ジャンプが検出されると測定
   を中止する手段とを含む、超音波距離測定装置。
2. 【請求項２】 相互に相反転した２つのパルスパケット
   からなる受信パルスだけを受信する論理解析装置が前記
   受信手段側にあることを特徴とする、請求項１に記載の
   超音波距離測定装置。