JPH0616084B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反射形超音波センサに関し、たとえば被検出
体に向けて超音波を送波し、被検出体で反射して受波す
るまでの時間によって被検出体の有無の検出、あるいは
被検出体までの距離の計測等に使用する超音波センサに
関する。

〔従来の技術〕

一般に、反射形超音波センサでは、反射体までの距離が
近い場合、あるいは反射率が高い反射体においては、多
重反射による受波信号がいくつか受波される。

第４図は超音波センサを物体の検出に適用した例を示す
図である。ここで、41は超音波センサ、42は被検出体、
43はコンベアである。コンベア43は被検出体42を移動さ
せる。

第５図は従来の超音波センサによる信号処理のタイムチ
ャートである。ここで、Ａは駆動信号、Ｂは受波信号、
Ｃは受波２値化信号、Ｄは検出期間信号、Ｆは受波信号
認定信号、Ｇは反射時間計測時間である。

超音波センサ41と被検出体42との距離ｌが近い場合、あ
るいは超音波反射率が高い被検出体においては、受波信
号Ｂに示すように超音波受波信号として、多重反射によ
る信号がいくつか受波される。この多重反射波の数は超
音波センサ41と被検出体42のような反射体との距離ｌ、
反射体の反射率などによって異なる。

多重反射が生じると検出距離判定に誤差が生じる。特に
反射体までの距離が近い場合は、駆動信号Ａに示すよう
に駆動を停止することによって電気的エネルギーの供給
を停止しても、受波信号Ｂおよび受波２値化信号Ｃに示
すように残響を生じる。残響が生じるのは超音波振動子
が機械的に振動することによる。残響時間は振動子駆動
パルスの２〜３倍にも達する。このため、残響時間が超
音波の反射時間よりも長い場合、すなわち被検出体42が
超音波センサ41から短距離にある場合は、被検出体の検
出は原理的に不可能である。

そこで、超音波を送波してから一定時間受波信号を検出
しない不検出時間を設定している。この不検出時間は検
出期間信号Ｄに示されるように、残響時間よりも長めに
設定されている。このため、不検出時間内に被検出体か
らの反射波が戻るような距離に、被検出体と超音波セン
サとが配置された場合には、第１反射波は検出されず、
多重反射による第２反射波あるいは第３反射波を正規の
受波信号として処理していた。このことは、検出期間信
号Ｄ、受波信号認定信号Ｆおよび反射時間計測期間Ｇに
よって示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、多重反射による第２反射波あるいは第３
反射波を正規の信号として処理することは、超音波セン
サを距離センサとして使用した場合に次のような問題が
生じる。

ある距離から被検出体を超音波センサに次第に近づけて
いく場合、被検出体と超音波センサとの距離が十分にあ
るときは、第１反射波を受波することができが、被検出
体と超音波センサとの距離が短くなると、第２反射波あ
るいは第３反射波しか受波することができなくなる。こ
のため、実際の距離とは異なった検出距離を示す受波信
号が突然出力されるという事態が生じる。

また、ロール紙を巻取るときのロール紙のたるみを一定
に保つ制御などに超音波センサを超音波スイッチとして
使用する場合は、ロールがたるみ過ぎているか否かの判
定が突然反転する現象を生じるなどの問題があった。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、残響により被検
出体の検出ができない不検出時間をできるだけ短くし、
かつ多重反射波に起因する誤判定を防止することのでき
る超音波センサ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〕

かかる目的を達成するために、本発明は、超音波振動子
と、該超音波振動子に駆動パルスを与える駆動手段と、
前記超音波振動子からの受波信号を２値化する２値化手
段と、前記駆動手段から前記超音波振動子に与えられた
駆動パルスと同時に発生し前記２値化手段により２値化
された駆動パルス信号の立下り信号で開き、ついで当該
２値化手段からの次の２値化信号の立下りで閉じるゲー
ト手段と、少なくとも前記駆動手段からの駆動パルスの
立上りから前記ゲート手段を介して得られた前記２値化
手段からの２値化信号の立上りまでの時間を計測する計
測手段を有する計測処理手段とを具えたことを特徴とす
る。

〔作 用〕

本発明によれば、駆動手段によって超音波振動子に駆動
パルスを与え、２値化手段によって前記超音波振動子か
らの受波信号を２値化し、前記駆動手段からの駆動パル
スの立上りから、前記駆動手段から前記超音波振動子に
与えられた駆動パルスに基づく前記２値化手段からの最
初の２値化信号の立下りで開き、ついで当該２値化手段
からの次の２値化信号の立下りで閉じるゲート手段とを
介して得られら前記２値化手段からの２値化信号の立上
りまでの時間を計測する。かくすることにより、多重反
射によって生じる第２反射波以降の受波信号を除去する
ことができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。こ
こで１はCPU(中央演算処理装置)であり、超音波センサ
全体を制御する。２は駆動回路であり、超音波振動子３
に駆動パルスを与える。４は受波信号処理回路であり、
超音波振動子３からの受波信号を所定しきい値で２値化
する。５は受波信号処理回路４からの２値化信号を所定
条件下で通過させてCPU1に入力するゲート回路である。
CPU1は受波信号処理回路４からの２値化信号に基づいて
後述のようなタイミングでゲート回路５を開閉制御す
る。

６はクロック信号発生振動子であり、CPU1を駆動するた
めのクロック信号を発生する。11および12はカウンタで
あって、共にCPU1の制御下で同CPU1からのクロック信号
をカウントする。カウンタ11は超音波の反射時間を計測
するために使用され、カウンタ12は超音波受波の検出期
間および駆動のインターバルを制御するために使用され
る。

13はRAM(ランダムアクセスメモリ)であり、CPU1の制御
下で各種データを一時記憶する。14はROM(リードオンメ
モリ)であり、第３図のフローチャートに示す手順に従
った制御プログラムを記憶している。

第２図は本発明一実施例による信号処理のタイムチャー
トである。ここでA1は駆動信号、B1は受波信号であり、
破線は２値化のしきい値レベルを示す。C1は受波信号B1
を所定の２値化しきい値レベルに従って２値化した受波
２値化信号である。

超音波振動子３から被検出体に向けて送波された超音波
は、被検出体（図示せず）で反射され、超音波振動子３
によって受波される。受波信号処理回路４は、受波信号
B1を適当なレベルまで増幅するとともに波形整形して２
値化する。そして、この波形整形された２値化信号C1を
ゲート回路５およびCPU1に入力する。D1は受波による駆
動信号であり、受波２値化信号C1のうちの駆動パルス信
号を取り出したものである。E1は第１反射波検出時間信
号であり、駆動パルスの立ち下りから第１反射波の立ち
下りまでの時間幅をとっている。この時間幅は、受波信
号B1の受付期間を示すゲートオープンの時間を示してい
る。F1は第１反射波検出信号であり、受波２値化信号C1
のうちの第１反射波による信号を取り出したものであ
る。G1は反射時間計測時間であって、駆動パルスの立ち
上りから第１反射波の立ち上りまでの期間を示す。H1は
反射時間計測用クロックである。

第３図は信号処理の一実施例を示すフローチャートであ
る。以下、このフローチャートに従って信号処理の手順
を説明する。

まず、ステップS1において、駆動回路２にはCPU1から駆
動信号A1が供給される。この動作とともにステップS2次
いでS3において、この駆動信号A1の立上りからカウンタ
11および12はそれぞれの計測を開始する。次にステップ
S4において、CPU1は、受波２値化信号C1（第２図D1）の
立下りを検出し、受波信号受付けのためのゲート回路５
をオープンする。

次に、ステップS5に移って、ゲート回路５からの受波信
号があるか否かを判定し、あればステップS7にすすみ、
なければステップS6にすすむ。

ステップS5において、CPU1に受波信号C1が入力したと判
断された場合はステップS7に移り、送波信号と受波信号
との一致性を判定する。すなわち、例えば複数個の超音
波センサが並列作動している状態においては、あるひと
つのセンサから送波された超音波の反射波が、そのセン
サで確かに受波されたか否かを判定する必要がある。具
体的には、複数個のセンサがあるときは、各々のセンサ
からの送波信号のパルス幅を変え、各センサのCPU にお
いて受波２値化信号のパルス幅が当該センサの送波信号
のパルス幅に応答しているか否かを判断することによっ
て、送受波信号の一致性を判定することができる。

またこのように、受波信号B1の正当性を判定することは
ノイズによる誤動作防止に有効である。受波信号B1を正
規の反射波であると判定した場合は、ステップS8に移り
カウンタ11の計測を停止する。

ステップS6では、カウンタ12のカウント値があらかじめ
設定された最大検出距離に達したかを判断する。すなわ
ち、ステップS5において受波信号がなく、ステップS7に
おいて正規の信号でないときにカウンタ12のカウント値
が最大検出距離に相当する時間に達したときはリターン
し、そうでないときはステップS5に戻る。

ステップS8において、カウンタ11の計測を停止した後は
ステップS9に移り、ゲートを閉じる。

次に、ステップS10 に移り、ゲート回路５からの受波２
値化信号（第２図F1）が計測区間（駆動パルス立上りか
ら所定時間経過まで）内にあるか否かを判定する。受波
信号がその範囲内にないときは、ステップS11 へ移り計
測区間外処理を行う。範囲内にあるときはステップS12
へ移り計測区間内処理（すなわち、カウンタ11内の第２
図G1に対応するカウント値に基づいて駆動パルスA1の立
上りから２値化信号F1の立上りまでの時間を計測する）
を行う。

以上のように信号処理を行うことにより、本実施例にお
いては、受波信号において多重反射が生じている場合で
も第１反射波以外はカウンタに入力されないので誤動作
を生じない。

〔発明の効果〕

以上説明しように本発明によれば、ゲート手段によって
被検出体の検出ができない不検出時間を残響の範囲内と
することができ、また多重反射によって生じる第２反射
波以降の受波信号を除去することができ、第２反射波以
降を正規の受波信号として取扱うことがなくなるので、
判定が反転したり、出力が変動したりするという事態を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例を示すブロック図、 第２図は本発明一実施例による信号処理のタイムチャー
ト、 第３図は信号処理の一実施例を示すフローチャート、 第４図は超音波センサによる物体検出適用例を示す図、 第５図は従来の超音波センサによる信号処理のタイムチ
ャートである。 １……CPU(中央演算処理装置)、 ２……駆動信号回路、 ３……超音波振動子、 ４……受波信号処理回路、 ５……ゲート回路、 ６……クロック信号発生振動子、 11，12……カウンタ、 13……RAM(ランダムアクセスメモリ)、 14……ROM(リードオンリメモリ)、 41……超音波センサ、 42……被検出体、 43……コンベア。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動子と、該超音波振動子に駆動パ
   ルスを与える駆動手段と、前記超音波振動子からの受波
   信号を２値化する２値化手段と、前記駆動手段から前記
   超音波振動子に与えられた駆動パルスと同時に発生し前
   記２値化手段により２値化された駆動パルス信号の立下
   り信号で開き、ついで当該２値化手段からの次の２値化
   信号の立下りで閉じるゲート手段と、少なくとも前記駆
   動手段からの駆動パルスの立上りから前記ゲート手段を
   介して得られた前記２値化手段からの２値化信号の立上
   りまでの時間を計測する計測手段を有する計測処理手段
   とを具えたことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】前記計測処理手段は、前記駆動手段におけ
   る駆動パルスと前記２値化手段からの２値化信号とに基
   づいて前記超音波振動子からの受波信号が前記超音波振
   動子からの送波信号に一致しているかを判断する手段を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
   音波センサ。