JPH071304B2 - 超音波物体検出装置 - Google Patents

超音波物体検出装置

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JPH071304B2
JPH071304B2 JP6653584A JP6653584A JPH071304B2 JP H071304 B2 JPH071304 B2 JP H071304B2 JP 6653584 A JP6653584 A JP 6653584A JP 6653584 A JP6653584 A JP 6653584A JP H071304 B2 JPH071304 B2 JP H071304B2
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ultrasonic wave
ultrasonic
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洋志 沼田
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Omron Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04Systems determining presence of a target

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は超音波を用いて物体の有無を検出する超音波物
体検出装置に関し、特に送受一体型に形成された超音波
物体検出装置に関するものである。
従来技術とその問題点 超音波物体検出装置は超音波送波器で発振した超音波信
号の反射信号を受信し、反射信号の有無に基づいて物体
を検出するものである。ところで従来の送波部と受波部
が一体に形成された超音波物体検出装置にあっては、送
波信号が受波器に直接廻り込むことがある。そして送波
器から発射された超音波信号が物体によって反射されて
受波器に与えられる反射波成分と、送波器から直接受波
器に廻り込む超音波の二つの成分が互いに逆位相となっ
て打消し合い、合成された受信信号は検知レベル以下に
なることがある。このような場合に二つの成分の位相差
の変動によって検出出力がオン,オフしてチャタリング
現象が起こるという問題点があった。
発明の目的 本発明はこのような従来の超音波物体検出装置の問題点
に鑑みてなされたものであって、廻り込み信号と反射波
信号が逆位相になり、受波信号レベルが低下する場合に
もチャタリングなく安定して物体を検出することができ
る超音波物体検出装置を提供することを目的とする。
発明の構成と効果 本願の第1の発明は、超音波を送波する超音波送波器
と、超音波送波器が少なくとも2種類の周波数のうちい
ずれかの周波数の超音波を択一的に送波するよう制御す
る制御回路と、超音波送波器により送波され反射された
超音波信号を受波する超音波受波器と、超音波受波器の
受波信号レベルが第1の基準値を越えたときに物体検知
信号を出力する第1の比較器と、第1の基準値より大き
い第2の基準値を有し、超音波受波器の受波信号レベル
が該第2の基準値を越えて変化したときに超音波送波器
が送波する超音波の周波数を制御回路によって変化させ
る第2の比較器と、を具備し、超音波受波器により受波
される超音波送波器からの直接の廻り込み波と、物体か
らの反射波との位相が逆相となることによる受波信号レ
ベルの低下を防止するようにしたことを特徴とするもの
である。
本願の第2の発明は、超音波を送波する超音波送波器
と、超音波送波器が少なくとも2種類の周波数のうちい
ずれかの周波数の超音波を択一的に送波するよう制御す
る制御回路と、超音波送波器により送波され反射された
超音波信号を受波する超音波受波器と、超音波受波器の
受波信号レベルが第1の基準値を越えたときに物体検知
信号を出力する第1の比較器と、第1の基準値より大き
い第2の基準値を有し、超音波受波器の受波信号レベル
が該第2の基準値より大きい状態から小さい状態に変化
したことを条件に超音波送波器が送波する超音波の周波
数を制御回路によって変化させる第2の比較器と、を具
備し、超音波受波器により受波される超音波送波器から
の直接の廻り込み波と、物体からの反射波との位相が逆
相となることによる受波信号レベルの低下を防止するよ
うにしたことを特徴とするものである。
このような特徴を有する本願の第1,第2の発明によれ
ば、超音波信号の物体からの反射波と超音波送波器から
超音波受波器への直接の廻り込み信号の位相が逆位相に
なって、受波信号のレベルが低下した場合には直ちに送
波周波数を切換えるようにしている。そうすれば異なっ
た周波数で逆位相になることはないので、受波信号レベ
ルは低下せず物体検出信号を出し続けることが可能とな
る。従ってチャタリング現象を防止することができ物体
の検出が確実となり、物体検出装置の信頼性を向上させ
ることが可能となる。
実施例の説明 第1図は本発明による超音波物体検出装置の一実施例を
示すブロック図である。本実施例では超音波受波器の受
波信号レベルが第2の基準値を境として高いレベルから
低いレベルに変化したとき、及び低いレベルから高いレ
ベルに変化したときに、発振周波数を切換えるようにし
た実施例を示している。本図に示すように、本実施例の
超音波物体検出装置は、夫々基準電圧Vref1及び基準電
圧Vref2の基準電圧を発生する二つの基準電圧源1,2を有
しており、夫々の電圧出力がスイッチ回路3に与えられ
る。スイッチ回路3は外部から制御信号に基づいて、こ
れらの基準電圧源のいずれか一方の出力を電圧制御発振
器4に与える。電圧制御発振器4は与えられた電圧に対
応した周波数の信号を発生するものであって、第1の基
準電圧源1より基準電圧Vref1の電圧が与えられたとき
に周波数F1,第2の基準電圧Vref2が与えられたときに周
波数F2の信号を発生させる。ここで基準電圧源1,2とス
イッチ回路3及び電圧制御発振器4は相異なる2つの周
波数の信号を択一的に出力する制御回路を構成してい
る。そしてその発振信号は電力増幅器5に与えられる。
電力増幅器5は与えられた出力を電力増幅して超音波送
波器6を駆動するものである。超音波送波器6は共振周
波数Foを有する電気音響変換素子であり、第2図に示す
ように周波数F1,F2は超音波送波器6の共振周波数Foと
ほぼ等しく送受波感度に影響のない周波数があらかじめ
選択されているものとする。この送波部と同一筺体内に
反射波信号を受波する受波部が設けられている。受波部
は超音波信号を受信する音響電気変換素子である超音波
受波器7を有しており、その出力は増幅器8を介して検
波回路9に与えられる。検波回路9は入力信号を検波し
て包絡線の波形を有する低周波信号に変換するものであ
って、その出力をコンパレータ10,11に与える。コンパ
レータ10は第2の基準値であるスレッシュホールドレベ
ルV1を有し、そのレベルに基づいて入力信号を弁別する
第2の比較器であって、V1以上の出力が与えられたとき
に方形波信号をスイッチ回路3に与える。又コンパレー
タ11はV1よりも低い第1の基準値であるスレッシュホー
ルドレベルV2を有する第1の比較器であって、このレベ
ルより高い信号が与えられたときに方形波出力を発生さ
せて物体検出出力として外部に出力するものである。
次に本実施例の動作について第3図の波形図を参照しつ
つ説明する。初期状態にあって第3図(a)に示すよう
に基準電圧源1の基準電圧Vref1がスイッチ回路3を介
して電圧制御発振器4に与えられるものとする。そうす
れば電圧制御発振器4は前述したように周波数F1の信号
を発振し電力増幅器5に伝える。電力増幅器5はその出
力を増幅して超音波送波器6を駆動する。このとき送波
部と受波部は同一筺体内に収納されているため、一部の
超音波信号は超音波送波器6から超音波受波器7に直接
廻り込む。この信号が増幅器8によって増幅され検波回
路9によって検波されるため、物体12が存在しなくても
第3図(b)に示すように微少なレベルの出力が得られ
ることとなる。さて時刻t1に第1図に示すように送波部
の前方に物体12が到来したとすると、超音波送波器6か
ら発信された超音波信号は物体12によって反射されて超
音波受波器7に伝えられる。そしてその反射波信号は増
幅器8により増幅され検波回路9により検波される。第
3図(b)は検波回路9によって検波された出力信号を
示している。ここで検波された信号がスレッシュホール
ドレベルV2よりも大きくなれば、第3図(d)に示すよ
うにコンパレータ11が物体検出出力を出す。又スレッシ
ュホールドレベルV1よりも大きくなれば第3図(c)に
示すようにコンパレータ10が出力を出してその出力をス
イッチ回路3に与える。従って以後基準電圧源2の基準
電圧Vref2が電圧制御発振器4に伝えられることとな
り、周波数F2の信号が電力増幅器5によって増幅されて
超音波送波器6に伝えられる。従って第3図(a)に示
すように時刻t1以後の周波数はF2に切換わることとな
る。そして物体12と超音波送波器6,超音波受波器7の間
隔が超音波の波長に対応した所定の位置関係となれば、
廻り込み信号に対して正相,又は逆相となって受波信号
レベルが変動する。今時刻t2にこれが逆相の関係となれ
ば超音波受波器7に与えられる超音波信号は打ち消され
るためその出力レベルが低下する。そして第3図(b)
に示すように検波器9の出力がスレッシュホールドレベ
ルV1以下となったとする。そうすればコンパレータ10の
出力は零レベルとなるためスイッチ回路3に信号が与え
られなくなる。そのため基準電圧源2に変わって基準電
圧源1の基準電圧Vref1が電圧制御発振器4に伝えられ
ることとなり、再び周波数F1の信号が電力増幅器5に示
すように与えられて超音波送波器6を駆動する。周波数
が異なれば二つの信号の位相が逆相になることはないの
で、第3図(b)に示すように受波信号レベルは上昇し
時刻t3に再びスレッシュホールドレベルV1を越えること
となる。そうすればコンパレータ10の出力が再びスイッ
チ回路3に与えられ、周波数F2の信号が電力増幅器5を
介して超音波送波器6に与えられて駆動される。このよ
うに物体が同一位置にある場合には一定の周期で周波数
F1,F2の超音波信号が交互に切換えられることとなる
が、スレッシュホールドレベルV2以下となることはない
ので、第3図(d)に示すようにコンパレータ11より物
体検知出力を出し続けることが可能となる。そして時刻
t4に物体が通過すれば反射波信号が超音波受波器7に与
えられなくなるので、第3図(b),(d)に示すよう
にスレッシュホールドレベルV2以下となって物体検知出
力がなくなる。このように物体検知レベル(V2)より高
いスレッシュホールドレベルV1によって直ちに周波数を
切換えることによって、ある瞬間に反射波と廻り込み波
が逆相になっても物体が存在する限り物体検知レベルV2
以上にすることによってチャタリング現象を防止するこ
とができる。
尚本実施例は二つの基準電圧源を設け、スイッチ回路に
よりそれらを切換えて電圧制御発振器に与えることによ
って発振する周波数を異ならせるようにしているが、二
つの発振器を設けスイッチ出力によってそれらの一方を
選択するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による超音波物体検出装置の一実施例を
示すブロック図、第2図はその周波数と送受波感度を示
す特性曲線、第3図は各部の波形を示す波形図である。 1,2……基準電圧源、3……スイッチ回路、4……電圧
制御発振器、5……電力増幅器、6……超音波送波器、
7……超音波受波器、8……増幅器、9……検波回路、
10,11……コンパレータ、12……物体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波を送波する超音波送波器と、 前記超音波送波器が少なくとも2種類の周波数のうちい
    ずれかの周波数の超音波を択一的に送波するよう制御す
    る制御回路と、 前記超音波送波器により送波され反射された超音波信号
    を受波する超音波受波器と、 前記超音波受波器の受波信号レベルが第1の基準値を越
    えたときに物体検知信号を出力する第1の比較器と、 前記第1の基準値より大きい第2の基準値を有し、前記
    超音波受波器の受波信号レベルが該第2の基準値を越え
    て変化したときに前記超音波送波器が送波する超音波の
    周波数を前記制御回路によって変化させる第2の比較器
    と、を具備し、 前記超音波受波器により受波される前記超音波送波器か
    らの直接の廻り込み波と、物体からの反射波との位相が
    逆相となることによる受波信号レベルの低下を防止する
    ようにしたことを特徴とする超音波物体検出装置。
  2. 【請求項2】前記制御回路の相異なる周波数は前記超音
    波送波器の共振周波数にほぼ等しい周波数であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波物体検出
    装置。
  3. 【請求項3】超音波を送波する超音波送波器と、 前記超音波送波器が少なくとも2種類の周波数のうちい
    ずれかの周波数の超音波を択一的に送波するよう制御す
    る制御回路と、 前記超音波送波器により送波され反射された超音波信号
    を受波する超音波受波器と、 前記超音波受波器の受波信号レベルが第1の基準値を越
    えたときに物体検知信号を出力する第1の比較器と、 前記第1の基準値より大きい第2の基準値を有し、前記
    超音波受波器の受波信号レベルが該第2の基準値より大
    きい状態から小さい状態に変化したことを条件に前記超
    音波送波器が送波する超音波の周波数を前記制御回路に
    よって変化させる第2の比較器と、を具備し、 前記超音波受波器により受波される前記超音波送波器か
    らの直接の廻り込み波と、物体からの反射波との位相が
    逆相となることにより受波信号レベルの低下を防止する
    ようにしたことを特徴とする超音波物体検出装置。
  4. 【請求項4】前記制御回路の相異なる周波数は前記超音
    波送波器の共振周波数にほぼ等しい周波数であることを
    特徴とする特許請求の範囲第3項記載の超音波物体検出
    装置。
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