JPH0694833A - 超音波距離測定装置 - Google Patents

超音波距離測定装置

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JPH0694833A
JPH0694833A JP4270895A JP27089592A JPH0694833A JP H0694833 A JPH0694833 A JP H0694833A JP 4270895 A JP4270895 A JP 4270895A JP 27089592 A JP27089592 A JP 27089592A JP H0694833 A JPH0694833 A JP H0694833A
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JP
Japan
Prior art keywords
frequency
ultrasonic
transmitter
distance
receiver
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4270895A
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English (en)
Inventor
Masaaki Matsushita
正明 松下
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した距離測定を可能とすると共に、測定
可能距離を増大させることを実現する。 【構成】 超音波測定装置に、発振周波数を外部環境の
変動から予想される共振周波数変動範囲の下限から上限
まで所定の変動量ずつ上げていくことにより、受信器1
3が送信器12から受信した直接波の受信信号レベルを
判定し、該直接波の受信信号レベルが最大レベルである
発振周波数を当該状況下における共振周波数に最も近い
周波数として決定し、以後は前記決定した周波数で発振
を行うマイクロコンピュータ11を装備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波距離測定装置に
係り、特に超音波の送受信に基づき距離の測定を行う場
合に用いて好適な超音波距離測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、各種測定に使用される超音波セン
サは例えば図6に示すような構造を有しており、上部に
スクリーン1を備えたケース2の内部に、圧電振動子
(バイモルフ又はユニモルフ、図7参照)3を配置する
と共に、圧電振動子3の上部に整合器4を配設し、振動
子3に電圧供給用の端子5、6を取付けてなるものであ
る。端子5、6を介して圧電振動子3へ電圧を供給する
と、圧電振動子3が歪んで振動を起こす結果、超音波を
発生するようになっている。この場合、超音波センサは
インピーダンスの周波数特性を有しており、図8に示す
如くインピーダンスが最小となるような共振周波数f0
において、発信する超音波の音圧が最大となる性質が有
る。
【0003】他方、超音波センサを使用して距離を測定
する場合の原理を図9に基づき説明すると、超音波セン
サを構成する送信器7から超音波を測定対象物8へ向け
て送信し、測定対象物8からの反射波を受信器9で受信
した際に、超音波の送信開始から受信までに要した時間
Δtを計測すれば、超音波の伝播速度は既知であるため
(常温で約340m/s)、L≒340×Δt×cos
θ/2[m]、なる式に基づき、測定対象物8までの距
離Lを算出することができる。
【0004】従って、測定対象物8からの反射波を受信
器9で的確に受信することができるかという点が測定可
能距離を決定するため、測定可能距離を伸ばしたり安定
した状態で測定するためには、送信器7から出来るだけ
最大音圧で超音波を発信することが肝要となる。ところ
で、超音波センサの共振周波数は、図10に示す如く温
度の高低により変動する性質が有り、ある超音波センサ
の場合を例に取ると、保証範囲が−30度C〜80度C
において、共振周波数の変動は40Kzに対し±1.5
KHz以内、感度低下は−10dB以内というデータが
出ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の超音波センサにおいては、送信器の発振周波数
は常温での共振周波数を一定として発振させているた
め、常温以外の低温時や高温時においては共振周波数か
らずれた周波数で発振させることとなり、その結果、超
音波を最大音圧で発信させていないという問題が生ず
る。このため、測定可能距離が温度によって変化する結
果、常温では測定することができた距離が低温時や高温
時には測定できないという不具合が発生する。
【0006】また、超音波センサの共振周波数は、上記
のような温度変動といった要因に限らず、湿度変動とい
う要因や送信器に塵埃等が付着したりする等の要因で、
変化することが想定される。従って、超音波センサを例
えば車両に装着することにより、後続車両との車間距離
やガードレール等の障害物までの距離を測定する場合を
考えると、超音波センサは車外に露出させた状態で配設
しておくという点から、車外の環境の影響を受け易く、
一定の発振周波数で発振することは技術的に難しいとい
う問題がある。
【0007】
【発明の目的】本発明は、かかる従来技術の有する不都
合を改善し、特に外部環境の変動に拘らず最大音圧で超
音波を送信することにより、安定した距離測定を可能と
すると共に、測定可能距離を増大させることを実現した
超音波距離測定装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、送信器から測定対象物へ送信した超音波を
受信器で受信することにより測定対象物までの距離を測
定する超音波測定装置において、発振周波数を外部環境
の変動から予想される共振周波数変動範囲の下限から上
限まで所定の変動量ずつ上げていくことにより前記受信
器が前記送信器から受信した直接波の受信信号レベルを
判定し,該直接波の受信信号レベルが最大レベルである
発振周波数を当該状況下における共振周波数に最も近い
周波数として決定し,以後は前記決定した周波数で発振
を行う制御手段を装備する構成としてなるものである。
【0009】
【作用】本発明の超音波距離測定装置によれば、受信器
が送信器から受信した直接波の受信信号レベルが最大レ
ベルである発振周波数を、当該状況下における共振周波
数に最も近い周波数とし、以後は当該周波数で発振を行
うため、温度や湿度等の外部環境が変動した場合におい
ても、常に当該状況下において最大音圧で超音波を送信
することができる。これにより、反射波の受信信号レベ
ルを増大することが可能となり、この結果、ノイズ等に
原因した誤動作が減少して安定した距離測定を行うこと
ができる。また、発振周波数を一定にした状態で超音波
を送信する場合と比較すると、測定可能距離を増大させ
ることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の超音波距離測定装置を車両に
搭載した場合の実施例について図面に基づき説明する。
【0011】図1は本実施例の超音波距離測定装置の構
成を示すブロック図であり、超音波距離測定装置各部を
制御する制御手段たるマイクロコンピュータ11、送信
器12、受信器13、D/Aコンバータ14、VCO
(電圧制御発振)回路15、ドライバ16、A/Dコン
バータ17、増幅検波回路18を備える構成となってお
り、図2に示す車両Sに搭載されている。この場合、送
信器12、受信器13等が超音波センサ(コーナセン
サ)19を構成しており、車両Sのリヤバンパの角部付
近に装着されている。本実施例では、車両周囲の状況
(温度変動、湿度変動、塵埃等)に応じて超音波センサ
の共振周波数が変化する点を考慮に入れ、発振を行う周
波数も変化させることにより、超音波を常に最大音圧で
発信させるように制御するものである。
【0012】超音波距離測定装置の詳細構成を説明する
と、マイクロコンピュータ11は、送信器12から発信
する超音波の発振周波数の決定や、受信器13で受信し
た受信信号レベルの判断等を行うようになっている。ま
た、マイクロコンピュータ11は、発振周波数に対応す
るデジタルデータをD/Aコンバータ14へ出力するよ
うになっており、D/Aコンバータ14は、デジタルデ
ータに比例したアナログ電圧をVCO回路15へ送出す
るようになっている。VCO回路15は、オペアンプ等
から構成され、前記アナログ電圧の入力に伴い発振周波
数が変化した発振信号を、ドライバ16を介して送信器
12へ送出するようになっている。これにより、送信器
12は、超音波を測定対象物へ送信するようになってい
る。
【0013】他方、受信器13は、送信器12から直接
波を受信した際には、受信信号を増幅検波回路18へ送
出するようになっており、増幅検波回路18は、受信信
号を増幅検波することにより、受信信号の最大レベル信
号をA/Dコンバータ17へ送出するようになってい
る。A/Dコンバータ17は、アナログ信号(最大レベ
ル信号)をデジタル信号へ変換し、マイクロコンピュー
タ11へ送出するようになっている。マイクロコンピュ
ータ11は、周波数のサーチ及び受信信号レベルの判断
を行うと共に、最大レベルの周波数を検索することによ
り、それ以後は当該周波数に合致した周波数設定電圧デ
ータをD/Aコンバータ14へ送出するようになってい
る。
【0014】図3は送信信号及び受信信号のタイムチャ
ートを示しており、送信器12へ発振信号をかけると超
音波が送信され、受信器13で当該超音波を受信すると
信号が得られるようになっている。送信器12及び受信
器13は、図4に示す如く同様の構造を備えており、受
信器13は、送信器12とは逆に、超音波により圧電振
動子が振動させられた時に電圧を発生する原理を有して
いる。この場合、図3における受信信号は、受信器13
から出力される信号を増幅検波回路18で増幅すると共
に包絡線検波した波形である。
【0015】ところで、超音波の反射を利用して測定対
象物までの距離を測定する場合、送信器12及び受信器
13は互いに近傍に設置して使用するため、送信器12
から発振を開始すると、受信器13は、測定対象物から
の反射波ではなく、最初に送信器12からの直接波を受
信し(図4参照)、該直接波の受信後に測定対象物から
の反射波を受信することとなる。この場合、送信器12
及び受信器13間の設置距離は不変であるため、同じ条
件下においては、直接波としては常に同じ信号レベルを
得ることができる。従って、発振周波数を変化させてい
った場合に、直接波の信号レベルを監視し、最大レベル
となった周波数で発振を行なえば、当該状況下において
最大音圧の超音波を送信していることになる。
【0016】次に、上記の如く構成した本実施例の超音
波距離測定装置における発振周波数のサーチ処理を図5
に基づき説明する。この場合、発振周波数のサーチは、
例えば車両のエンジン始動時か、あるいは所定の時間間
隔で定期的に実施する。
【0017】超音波距離測定装置のマイクロコンピュー
タ11は、発振周波数fを、温度特性や湿度特性等から
予想される共振周波数変動範囲の下限fOに設定した後
(ステップS1)、送信器12から超音波を出力すると
(ステップS2)、受信器13が直接波を受信する(ス
テップS3)。次に、受信器13で受信したn番目の直
接波の受信レベルLVnが、それ以前に受信した直接波
の最大受信レベルLVmaxより大きいか否かを判定す
る(ステップS4)。
【0018】マイクロコンピュータ11は、上記ステッ
プS4の判定で、n番目の直接波の受信レベルLVn
が、それまでの直接波の最大受信レベルLVmaxより
大きい場合は、周波数fnをfmax(受信レベルがL
Vmaxであった周波数)に設定すると共に、受信レベ
ルLVnをLVmax(それまでの直接波の最大受信レ
ベル)に設定した後(ステップS5)、周波数fを、ス
キャンする周波数変動量Δfずつ上昇させて行き(ステ
ップS6)、予想される共振周波数変動範囲の上限fe
までスキャンして行く。他方、上記ステップS4の判定
で、n番目の直接波の受信レベルLVnが、それまでの
直接波の最大受信レベルLVmaxより小さい場合は、
直接ステップS6の処理を実行する。
【0019】次に、マイクロコンピュータ11は、周波
数fが、予想される共振周波数変動範囲の上限feを越
えたか否かを判定し(ステップS7)、予想される共振
周波数変動範囲の上限feを越えていない場合は、上記
ステップS2の処理へ戻り、送信器12から超音波を出
力させる一方、予想される共振周波数変動範囲の上限f
eを越えた場合は、周波数をfmax(受信レベルがL
Vmaxであった周波数)に決定し、それ以後はfma
x(受信レベルがLVmaxであった周波数)で出力す
る(ステップS8)。
【0020】上述したように、本実施例の超音波距離測
定装置によれば、温度や湿度等の外部環境が変動した場
合においても、常に当該状況下において最大音圧で超音
波を送信する制御を行うため、反射波の受信信号レベル
を増大することが可能となり、ノイズ等に原因した誤動
作が減少して安定した距離測定を行うことができる。ま
た、発振周波数を一定にした状態で超音波を送信する場
合と比較し、測定可能距離を増大させることが可能とな
る。
【0021】尚、本実施例の超音波距離測定装置は、該
超音波距離測定装置を搭載した車両と後続車両との車間
距離やガードレール等の障害物までの距離の測定に使用
することが可能であるばかりでなく、他の産業分野にお
いて測定対象物までの距離の測定に使用することも可能
である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波距
離測定装置によれば、温度や湿度等の外部環境が変動し
た場合においても、常に当該状況下において最大音圧で
超音波を送信する制御を行うため、反射波の受信信号レ
ベルを増大することが可能となり、ノイズ等に原因した
誤動作が減少して安定した距離測定を行うことができ、
また、発振周波数を一定にした状態で超音波を送信する
場合と比較し、測定可能距離を増大させることが可能と
なる等の顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による超音波距離測定装置の構
成を示すブロック図である。
【図2】本実施例の車両に対する超音波センサの取付例
を示す平面図である。
【図3】本実施例の送信信号及び受信信号のタイムチャ
ートである。
【図4】本実施例の送信器及び受信器の側面図である。
【図5】本実施例の発振周波数のサーチ処理のフローチ
ャートである。
【図6】超音波センサの構造例を示す断面図である。
【図7】圧電振動子の側面図である。
【図8】超音波センサの送波感度または受波感度の周波
数特性図である。
【図9】超音波センサによる距離測定原理を示す概略図
である。
【図10】超音波センサの共振周波数変動量の温度特性
図である。
【符号の説明】
11 マイクロコンピュータ 12 送信器 13 受信器 14 D/Aコンバータ 15 VCO回路 16 ドライバ 17 A/Dコンバータ 18 増幅検波回路 19 超音波センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信器から測定対象物へ送信した超音波
    を受信器で受信することにより測定対象物までの距離を
    測定する超音波測定装置において、発振周波数を外部環
    境の変動から予想される共振周波数変動範囲の下限から
    上限まで所定の変動量ずつ上げていくことにより前記受
    信器が前記送信器から受信した直接波の受信信号レベル
    を判定し,該直接波の受信信号レベルが最大レベルであ
    る発振周波数を当該状況下における共振周波数に最も近
    い周波数として決定し,以後は前記決定した周波数で発
    振を行う制御手段を装備したことを特徴とする超音波距
    離測定装置。
JP4270895A 1992-09-14 1992-09-14 超音波距離測定装置 Withdrawn JPH0694833A (ja)

Priority Applications (1)

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JP4270895A JPH0694833A (ja) 1992-09-14 1992-09-14 超音波距離測定装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020086A (ja) * 2006-09-22 2009-01-29 Denso Corp 超音波センサ
JP2010190682A (ja) * 2009-02-17 2010-09-02 Ihi Corp 水底下物体の探査類別方法及び装置
KR20190037891A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 센서텍(주) 온도 신뢰성을 향상시키기 위한 초음파 센서 구동 장치

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Effective date: 19991130