JPH0690282B2

JPH0690282B2 - 超音波センサ

Info

Publication number: JPH0690282B2
Application number: JP10629685A
Authority: JP
Inventors: 秀幸須崎; 博司島本; 章夫松本; 淳川野; 幸雄山口
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1985-05-18
Filing date: 1985-05-18
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPS61264278A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、超音波振動子を備え被検知物体の検出時に
用いられるような超音波センサに関する。

（ロ）従来の技術従来、この種の超音波センサの受波回路は例えば超音波
振動子で受波換量した受波信号を、増幅回路で増幅した
後に検波回路で検波し、この検波出力を受波時間による
レベル比較をするために充電回路で充電処理して、本来
の受波と反射波やノイズ等の本来受波すべきでない信号
との区別を行なうように構成している。

すなわち、第３図に波形図で示す如く上述の検波回路で
正規受波に対する検波出力x₁を得て、この検波出力x₁を
充電回路で充電処理して充電出力y₁を得た後に、充電レ
ベル比較に基づいて受波出力z₁を得ることにより正規の
受波信号を受波したと判別する。

しかし、従来のこの超音波センサにおいて、発生時間が
長く高レベルのノイズを受波した時には、前述の検波回
路から第３図に示す検波出力x₂が出力され、この検波出
力x₂が充電回路により充電処理されて、正規受波の充電
出力y₁と略同レベル、あるいはそれ以上の充電出力y₂と
なり、この充電出力y₂に基づいて受波出力z₂が出力され
るため、上述のノイズ受波時においても正規の受波信号
を受波した時と同等のスイッチング動作（誤動作）が行
なわれ、ノイズと正規受波とを区別することができない
問題点を有していた。

このようなノイズによる誤動作を回避するために遅延制
御（いわゆるON−OFFディレイ）を行なう手段もある
が、この場合には応答時間の高速化が望めない問題点が
あった。

（ハ）発明が解決しようとする課題この発明は、発生時間の長いノイズと正規の受波とを信
号処理によって明確に区別し、応答時間の高速化を図る
ことができる超音波センサの提供を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段この発明は、所定の超音波を所定時間出力する１つの出
力をキャリアとなし、このキャリアの数を所定数に設定
したキャリア数信号を送波信号となして、該送波信号を
送波する送波手段と、上記送波手段の送波信号を受波す
ることに応じて信号を出力する受波手段と、上記受波手
段の出力信号の信号レベルが予め設定した設定値を越え
るか否かを比較判定する比較手段と、前記受波手段の出
力信号から受信した送波信号のキャリア数を示す受波キ
ャリア信号を抽出するキャリア信号抽出手段と、前記比
較手段が前記受波手段の出力信号の信号レベルが設定値
を越えている比較判定している間に、キャリア信号抽出
手段の受波キャリア信号のキャリア数を計数し、計数し
たキャリア数が所定数以上になったことに基づいて受波
信号を出力する制御手段とを備えた超音波センサである
ことを特徴とする。

（ホ）発明の効果この発明によれば、比較手段が受波手段の出力信号の信
号レベルが設定値を越えていると比較判定している間
に、キャリア抽出手段から抽出される受波キャリア信号
のキャリア数を計数し、計数した数が所定数以上になっ
たことに基づいて受波信号を出力し、これに反するとき
は受波信号が出力されない。

つまり、正規受波時には、設定された受波キャリア数が
所定数あり、かつ信号レベルも一定以上の持続があると
き、受波信号を出力することができるが、ノイズ受波時
には所定キャリア数および信号レベルの一定以上の持続
がないため受波信号の出力が生じない。

このようにして発生時間の長いノイズと正規の受波とを
信号処理によって明確に区別することができる効果があ
る。

加えて、従来のような遅延制御を行なう必要がないの
で、応答時間の高速化を図ることができる効果がある。

（ヘ）発明の実施例この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。

図面は超音波スイッチを示し、第１図において、基本周
波数たとえば100kHzで発振パルスを出力する発振回路１
には送波ゲート２を接続している。

この送波ゲート２は送波時間を設定するゲートで、この
送波ゲート２の出力段にはLCタンク回路によって構成し
た同調回路３を接続し、この同調回路３で送波周波数を
例えば40kHzに制御している。

ここで上述の送波周波数と送波時間との両者により、す
なわち、40KHzの信号波を所定時間送波する１つの出力
（１波）を１キャリアとして、この送波キャリア数を所
定値に、例えば６回に設定する。

また前述の同調回路３の出力段には、所定の音圧を得る
ための昇圧回路４を接続し、この昇圧回路４の次段に無
接点送受波切換回路５を介して超音波振動子６を接続し
ている。

この超音波振動子６は送波、受波両用の１素子反射形の
送受波センサであって、前述の所定キャリア数の送波信
号を送波すると共に、前方物体からの反射した送波信号
を受波して、この超音波振動エネルギを電気信号に変換
する。

また前述の送受波切換回路５は送波、受波に応じてその
回路条件を送受用、受波用に自動切換するように構成さ
れている。

この送受波切換回路５の受波出力段には、前述の超音波
振動子６で受波した出力信号を増幅し、かつインピーダ
ンス変換機能をもった増幅回路７を接続すると共に、こ
の増幅回路７と前述の発振回路１出力段との間には抑圧
ゲート８を介設し、発振時に、増幅回路７が受波増幅作
用をしないように、この抑圧ゲート８で増幅回路７を禁
止制御する。

また上述の増幅回路７の出力段には検波回路９を介して
レベル比較回路10を接続し、このレベル比較回路10で検
波レベルを予め設定した設定値（第２図出力ｃ参照）と
比較するように構成している。

つまり、この比較回路10で上述の検波レベルが一定時間
ｔ（第２図信号ｅ参照）以上持続するか否かを判別し、
この一定時間ｔ以上の持続がない時には次段のキャリア
カウンタ11のクリア端子CLにカウント値をリセットする
リセット信号を出力する。

また、上述の増幅回路７の出力段にはキャリア比較回路
12を接続し、このキャリア比較回路12は前段の増幅回路
７の出力信号を、前述した検波回路９よりも低い閾値レ
ベルでスライスすることで、前述のレベル比較回路10と
等価な出力信号を得ると同時に、該出力信号と、送波信
号の１キャリア（40KHzの信号波を所定時間出力）に対
応させて設定した周波数（40KHz）とを比較して、その
出力信号中に幾つキャリアが存在するかを比較判定し、
出力信号中に内在するキャリアを示す受波キャリア信号
を得る回路で、このキャリア比較回路12の出力段には積
分回路13を接続している。

この積分回路13は例えば抵抗とコンデンサとから形成
し、上述の受波キャリア信号を次段のキャリアカウンタ
11において計数可能な程度に積分すると共に、所定以上
の高周波数をカットする低域通過フィルタ（いわゆるLP
F）として用いる。

そして、この積分回路13の出力段を上述のキャリアカウ
ンタ11のCP端子に接続し、このキャリアカウンタ11で受
波したキャリア数を計数し、この計数されたキャリアカ
ウント数が一定数以上となった時、このキャリアカウン
タ11は次段の出力回路14に受波出力を印加するように構
成している。

上述の出力回路14はこの受波出力に基づいて正規の受波
信号受波時にスイッチング動作出力を発する処理回路で
ある。

第２図において、送波ゲート出力ａは、送波ゲート２の
出力信号を示す。

同様に、抑圧ゲート信号ｂは、抑圧ゲート８の出力信号
を示す。

検波出力ｃは、検波回路９の出力信号を示し、その内、
信号c₁は正規の信号、信号c₂はノイズを含むような正規
と異なる信号をそれぞれ示す。

レベル比較出力ｄは、レベル比較回路10の処理波形を示
し、その内、信号d₁は正規の信号、信号d₂は正規とは異
なる信号をそれぞれ示す。

受信キャリア信号ｅは、キャリア比較回路12の出力信号
を示し、その内、信号e₁は正規の信号を、信号e₂は正規
とは異なる信号をそれぞれ示す。

受波信号ｆは、キャリアカウンタ11の出力信号を示す。

このように構成した超音波スイッチの動作を第２図のタ
イムチャートを参照して説明する。

いま発振回路１を発振作動させると、この発振回路１か
らの発振パルスは送波ゲート２によりゲート処理される
ので、この送波ゲート２からは第２図に示す送波ゲート
出力（変調パルス）ａが得られる。

また、この送波ゲート出力ａの立上がり時点と同期して
抑圧ゲート８が作動し、この抑圧ゲート８からは送波
中、前述の増幅回路７を禁止制御すべく第２図に示す抑
圧ゲート信号ｂを出力する。

この抑圧ゲート信号ｂのパルス幅は送波される超音波振
動（機械振動）の残響を見込んで受波を禁止するのに充
分なパルス幅τに設定している。

前述の発振作用により超音波振動子６は送波ゲート出力
ａを超音波振動エネルギに変換して所定キャリア数の送
波（例えば、１送波信号中に６キャリア）を送信し、こ
の送波が前方物体に当って反射波となって再び超音波振
動子６に返って受波されるが、例えば正規の受波と異な
る発生時間の長いノイズが上述の超音波振動子６で受波
された場合には検波回路９の検波出力は第２図に示す検
波出力ｃのc₂で示す波形となる。

この検波出力c₂は次段のレベル比較回路10で、予め設定
した設定値第２図出力ｃ参照）と比較され、このレベル
比較回路10で第２図に示すレベル比較出力ｄの出力d₂が
得られる。

また、キャリア比較回路12は前述の増幅回路７の出力信
号を設定した閾値でスライスして、前述のレベル比較回
路10と等価な出力信号を得ると同時に、該出力信号中に
内在する送波信号のキャリアに対応した信号、すなわ
ち、第２図に示す受波キャリア信号e₂を出力する。

したがって所定以下の低周波数ノイズでは検波レベル時
間ｔ内に所定以上のキャリア数が得られない。ここで例
えば予め設定されたキャリア数を説明の便宜上６キャリ
アとすると、上述の受波キャリア信号e₂は前半の３キャ
リアと後半の３キャリアとに分離され、第２図に示す所
定時間ｔ内において所定の６キャリアが得られない。

このため受波キャリア信号e₂が積分回路13を介して次段
のキャリアカウンタ11で計数されたとしても、レベル比
較回路10から時点t₁において同キャリアカウンタ11のク
リア端子CLにリセット信号が印加されるので、このキャ
リアカウンタ11は３キャリアのキャリア数を計数した時
点でリセットされ、キャリアカウント数が一定（６キャ
リア）以上になることがないので、該キャリアカウンタ
11は第２図に示す受波出力ｆが出力されない。

なお、高周波数ノイズは低域通過フィルタ作用をする積
分回路13でカットされるので、上述のキャリアカウンタ
11によって計数されることはない。

すなわち、前述の低周波数ノイズ及び上述の高周波数ノ
イズのいずれのノイズ受波時においてもキャリアカウン
タ11からは所定の受波出力ｆは出力されない。

ところで前述の超音波振動子６が正規の所定キャリア数
をもった超音波振動エネルギを受波した時には、まず、
この超音波振動エネルギが上述の振動子６により電気信
号に変換され、この受波信号が増幅回路７で増幅された
後に、検波回路９で検波され、この検波回路９からは第
２図に示す検波出力ｃのc₁で示す検波出力が得られる。

この検波出力c₁は次段のレベル比較回路10で、予め設定
した設定値と比較され、このレベル比較回路10で第２図
に示すレベル比較出力ｄの出力d₁が得られる。

また、キャリア比較回路12は第２図に示す受波キャリア
信号ｅの信号e₁を出力する。

この受波キャリア信号e₁は所定の検波レベル時間ｔ内に
おいて、所定のキャリア数、たとえば６キャリアを有す
るので、この受波キャリア信号e₁が積分回路13を介して
次段のキャリアカウンタ11で計数されると、このキャリ
アカウンタ11のキャリアカウント数は一定（６キャリ
ア）以上になるため、同カウンタ11が６番目のキャリア
をカウントした時点において、このキャリアカウンタ11
からは第２図に示す受波出力ｆが出力され、この受波出
力ｆによって、次段の出力回路14が駆動制御されるの
で、この出力回路14は正規の受波信号によるスイッチン
グ動作を行なう。

以上要するに、上述のキャリアカウンタ11で受波キャリ
ア数を計数し、かつ上述のレベル比較回路10により、レ
ベル比較出力ｄの一定時間ｔ以上の持続がない時、この
比較回路10でキャリアカウンタ11のカウント値をリセッ
トするから、正規受波時には設定されたキャリア数が、
例えば６キャリアあり、かつレベル比較出力d₁の一定時
間ｔ以上の持続があるため、出力回路14からスイッチン
グ動作出力を得ることができるが、ノイズ受波時には一
定時間ｔ内において、所定キャリア数の持続がないた
め、出力回路14からはスイッチング動作出力が生じな
い。

このように、発生時間の長いノイズと正規の受波とを信
号処理によって区別し、正規受波時にのみスイッチング
動作出力を得ることができる効果があり、また上述の区
別ができるため、従来の如き、遅延制御を行なう必要が
なくなり、この結果、応答時間の高速化を図ることがで
きる効果がある。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、この発明の送波手段、受波手段は、実施例の超音波振動
子６に対応し、以下同様に、比較手段は、レベル比較回路10に対応し、キャリア信号抽出手段は、キャリア比較回路９に対応
し、制御手段は、キャリアカウンタ11に対応するも、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるもの
ではなく、例えば、１素子反射形以外の２素子反射形、
遮断形等の他の超音波スイッチであってもよいことは勿
論である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は超音波センサの電気回路を示すブロック図、第２図はタイムチャート、第３図は従来のタイムチャートである。６……超音波振動子、10……レベル比較回路 11……キャリアカウンタ、14……出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川野淳京都府京都市右京区花園土堂町10番地立石電機株式会社内 (72)発明者山口幸雄京都府京都市右京区花園土堂町10番地立石電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の超音波を所定時間出力する１つの出
力を１キャリアとなし、このキャリアの数を所定数に設
定したキャリア数信号を送波信号となして、該送波信号
をを送波する送波手段と、上記送波手段の送波信号を受波することに応じて信号を
出力する受波手段と、上記受波手段の出力信号の信号レベルが予め設定した設
定値を越えるか否かを比較判定する比較手段と、前記受波手段の出力信号から受信した送波信号のキャリ
ア数を示す受波キャリア信号を抽出するキャリア信号抽
出手段と、前記比較手段が前記受波手段の出力信号の信号レベルが
設定値を越えている比較判定している間に、キャリア信
号抽出手段の受波キャリア信号のキャリア数を計数し、
計数したキャリア数が所定数以上になったことに基づい
て受波信号を出力する制御手段とを備えた超音波センサ。