JPH0716187U - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のセンサ部を１台の本体部に接続して、
受信または送受信動作を時分割制御し経済化、小型化を
図るとともに、各センサ部の干渉を無くして安定性を向
上した超音波センサを提供する。 【構成】 本体部２０から分離され、ケーブル１１，１
３を介して接続されたセンサ部１，２で被検知体５３か
らの反射波を受信した電気信号を本体部２０の２個のス
イッチ２７，２９を介して時間をずらして時分割的にプ
ログラマブルゲインアンプ３１に取り入れ、この電気信
号に基づいて被検知体５３の存在を検知している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波の反射を検知して、人物や物体等の被検知体を検知する超音 波センサに関し、更に詳しくは、超音波を送出するセンサ部を複数設けて、本体 部から分離した分離型の超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の超音波センサは、例えば人物等を検知して、ドアを開閉したり、照明 や表示を行うために広く利用されているが、従来の超音波センサは、超音波を送 出するセンサ部１個に対して本体部を１個必要とするものであり、検知したい箇 所が例えば２箇所ある場合には、センサ部を２個設けるとともに、各センサ部に 対応して本体部をそれぞれ別個に設けている。また、複数の本体部は各本体部に 設けられている外部同期信号端子を同期信号ケーブルを介して相互に接続するよ うになっている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来の超音波センサでは、検知したい箇所が複数ある場合には、検知箇所に対 応して設けられる複数のセンサ部の各々に対して本体部を１対１で対応して設け ることが必要であり、非経済的であるとともに、その分スペースも増大するとい う問題がある。

【０００４】 また、現場において、各本体部の外部同期信号端子を相互に接続しなければな らないという問題もある。

【０００５】 本考案は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のセ ンサ部を１台の本体部に接続して、受信または送受信動作を時分割制御し、経済 化、小型化を図るとともに、各センサ部の干渉を無くして安定性を向上した超音 波センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案の超音波センサは、超音波を送出し、該超音 波の被検知体による反射波を受信検知して、電気信号に変換する複数の独立した 超音波送受信手段と、該複数の超音波送受信手段から超音波を送出すべく該複数 の超音波送受信手段を駆動する駆動手段、前記複数の超音波送受信手段にそれぞ れ対応して設けられ、該複数の超音波送受信手段からの各電気信号をそれぞれ時 間をずらして時分割的に受信すべく制御される複数の時分割スイッチ手段、およ び該複数の時分割スイッチ手段を介してそれぞれ供給される前記電気信号に基づ いて被検知体の存在を識別する識別手段を有し、前記複数の超音波送受信手段か ら分離して設けられる本体部とを有することを要旨とする。

【０００７】

【作用】

本考案の超音波センサでは、本体部から分離された複数の超音波送受信手段で 被検知体からの反射波を受信した電気信号を複数の時分割スイッチ手段を介して 時間をずらして時分割的に受信し、この受信した電気信号に基づいて被検知体の 存在を識別している。

【０００８】

【実施例】

以下、図面を用いて本考案の実施例を説明する。

【０００９】 図１は、本考案の一実施例に係わる超音波センサの回路構成を示すブロック図 である。同図に示す超音波センサは、例えば人物や物体等の被検知体を検知する 複数（本実施例では、２個）のセンサ部１，２および該センサ部１，２に対して それぞれケーブル１１，１３を介して接続されている本体部２０を有する。

【００１０】 各センサ部１，２は、それぞれ本体部２０からケーブル１１，１３を介して駆 動され、超音波を矢印５１で示すように前方に送出する送信部５、該送信部５か ら送出された超音波が前方の被検知体５３で反射されて、矢印５５で示すように 戻ってくる反射波を受信し、電気信号に変換する受信部７、および該受信部７の 出力に接続され、受信部７からの電気信号を増幅し、ケーブル１１，１３を介し て本体部２０に供給するプリアンプ９から構成されている。

【００１１】 また、本体部２０は、パルス幅１ｍｓ、周期１００〜２００ｍｓのタイミング パルスを発生するタイミングパルス発生部２１、該タイミングパルス発生部２１ からのタイミングパルスに基づいて周波数４０ｋＨｚ、パルス幅１ｍｓのパルス を発生する発振部２３、該発振部２３からの出力パルスを受けて、各センサ部１ ，２の各送信部５を駆動して超音波を送出させるドライブ部２５、各センサ部１ ，２の各プリアンプ９からの電気信号をそれぞれ後述するように時分割的にスイ ッチする複数のスイッチ２７，２９、該スイッチ２７，２９を通った電気信号を 増幅するプログラマブルゲインアンプ３１、該プログラマブルゲインアンプ３１ の出力信号を所定のレベルでスライスして、ノイズを除去するスライス回路３３ 、該スライス回路３３からの電気信号に基づいて被検知体までの距離を算出し、 所定の検知範囲内の被検知体であるか否かを比較識別し、検知範囲内の被検知体 を検知する距離比較部３５、該距離比較部３５の検知出力信号によって駆動され て、点灯する検出ランプ３９、前記タイミングパルス発生部２１からのタイミン グパルスを受けて、前記距離比較部３５における被検知体までの距離測定に使用 される超音波の送出開始時点の信号を距離比較部３５に供給するとともに、また 超音波送出のチェック機能を有する距離測定信号発生部４１、前記スイッチ２７ ，２９を時分割制御するセレクト信号を発生するセレクト信号発生部４３、前記 プログラマブルゲインアンプ３１のゲイン制御用の２０ｍｓおよび２５ｍｓの時 間信号を発生する時間信号発生部４５から構成されている。

【００１２】 前記セレクト信号発生部４３は、図２に示すように、第１および第２のセレク ト信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ を交互に発生し、該第１および第２のセレクト信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ によってそれぞれスイッチ２７，２９を駆動し、これにより各スイッチ２７，２ ９を図２に示すように時間的にずらして交互にオンさせ、各センサ部１，２から の電気信号を重ならないように時分割的に交互に本体部２０に取り入れるように している。

【００１３】 また、前記プログラマブルゲインアンプ３１は、本体部２０と各センサ部１， ２との間の距離が長くなって、ケーブル１１，１３の長さが長くなると、これに 従って各センサ部１，２からの電気信号も減衰することになるが、このような電 気信号の減衰を補うために本体部２０とセンサ部１，２との間の距離に応じてゲ インを可変し、これにより両者間の距離が長くなって減衰した電気信号を増幅す るものである。

【００１４】 更に具体的には、本超音波センサにおける各センサ部１，２と本体部２０との 間の距離は、一般に１〜数メートル程度であるが、例えば３．４メートル程度ま ではプログラマブルゲインアンプ３１のゲインはそのままとし、３．４メートル を超えると、センサ部からの電気信号は若干減衰するので、プログラマブルゲイ ンアンプ３１のゲインを例えば５〜６ｄＢ増大し、更に４．２メートルを超える と、電気信号は更に減衰するので、プログラマブルゲインアンプ３１のゲインを 例えば１７〜２０ｄＢ増大するように制御する。

【００１５】 図３は、この様子を示したものである。すなわち、横軸に距離を取り、縦軸に プログラマブルゲインアンプ３１のゲインの変化を取った図である。なお、横軸 で示す距離には、該距離に対応する超音波信号の伝播時間が括弧でくくって示さ れている。同図に示すように、距離が３．４メートルまでの間は、プログラマブ ルゲインアンプ３１のゲインを特に制御せずに、０〜１．０ｄＢとなっているが 、距離が３．４メートルになると、ゲインを５〜６ｄＢに増大し、また４．２メ ートルになると、１７〜２０ｄＢに増大している。

【００１６】 なお、図１に示す実施例では、プログラマブルゲインアンプ３１のゲインの制 御を２段階で行っているが、更に多くの段階を設けて、きめ細かくゲイン制御す ることもできるし、また段階的に制御するのでなく、連続的に制御することも可 能である。

【００１７】 また、図３に示すように、上述した３．４メートルおよび４．２メートルの距 離は、超音波信号の伝播時間に直すと、それぞれ２０ｍｓおよび２５ｍｓに相当 するので、プログラマブルゲインアンプ３１に対して図１に示すように時間信号 発生部４５から２０ｍｓの時間信号および２５ｍｓの時間信号を供給し、これに より２０ｍｓの時間信号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給されると、プ ログラマブルゲインアンプ３１のゲインを５〜６ｄＢ増大し、更に２５ｍｓの時 間信号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給されると、プログラマブルゲイ ンアンプ３１のゲインを１７〜２０ｄＢ増大している。このようにプログラマブ ルゲインアンプ３１のゲインを可変制御することにより各センサ部と本体部２０ との間の距離の増大による電気信号の減衰を補償している。

【００１８】 次に、上述したように構成される超音波センサの作用を説明する。

【００１９】 図１において、タイミングパルス発生部２１からのタイミングパルスは、発振 部２３を介して４０ｋＨｚ，１ｍｓのパルス信号としてドライブ部２５に供給さ れ、該ドライブ部２５からケーブル１１，１３を介して各センサ部１，２の送信 部５を駆動し、該送信部５から超音波を前方に送出するとともに、また距離測定 信号発生部４１、セレクト信号発生部４３、時間信号発生部４５にも供給される 。

【００２０】 距離測定信号発生部４１は、各センサ部１，２から超音波を送出した時刻に相 当する距離測定信号を距離比較部３５に供給する。また、セレクト信号発生部４ ３は、図２に示すような第１のセレクト信号Ｓ₁ をスイッチ２７に供給し、該ス イッチ２７のみオンとする。

【００２１】 この状態において、各センサ部１，２の送信部５から送出された超音波の被検 知体５３からの反射波は、各センサ部１，２の受信部７で受信され、電気信号と してプリアンプ９で増幅され、ケーブル１１，１３を介して本体部２０に供給さ れる。本体部２０に供された各センサ部１，２の電気信号は、上述したように、 スイッチ２７のみオンとなっているので、このスイッチ２７に対応するセンサ部 １からの電気信号のみがスイッチ２７を通ってプログラマブルゲインアンプ３１ に供給されて増幅される。プログラマブルゲインアンプ３１の出力信号は、スラ イス回路３３において所定のレベル以下のノイズを除去されて、距離比較部３５ に供給される。

【００２２】 距離比較部３５は、スライス回路３３の出力信号と距離測定信号発生部４１か らの距離測定信号との時間差に基づいて被検知体までの距離を算出し、この距離 が所定の検知範囲内であると比較検知すると、検出ランプ３９を点灯し、被検知 体の存在を報知する。

【００２３】 なお、この場合に、センサ部１と本体部２０との間のケーブル１１の長さが例 えば４メートルであるとすると、図３に示すように、この４メートルの距離は超 音波の伝播時間に対応させると、２０ｍｓ以上であるので、センサ部１からの電 気信号が本体部２０に到達する前に、時間信号発生部４５から２０ｍｓの時間信 号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給され、これによりプログラマブルゲ インアンプ３１のゲインは５〜６ｄＢ増大されるため、センサ部１からの電気信 号は４メートルのケーブル１１によって減衰した分をプログラマブルゲインアン プ３１の増大したゲインによって補償されるようになっている。

【００２４】 また、上述したように、セレクト信号発生部４３からの第１のセレクト信号Ｓ₁ によってセンサ部１からの電気信号のみを処理した後、セレクト信号発生部４ ３から第２のセレクト信号Ｓ₂ が出力されると、この第２のセレクト信号Ｓ₂ に よってスイッチ２９がオンとなり、これによりセンサ部２からの電気信号が該ス イッチ２９を通ってプログラマブルゲインアンプ３１以降の回路に供給され、同 様に処理される。

【００２５】 以上説明したように、本実施例の超音波センサでは、セレクト信号発生部４３ によるスイッチ２７，２９の時分割制御によりセンサ部１，２からの電気信号を 時間をずらして取り出して処理しているので、各センサ部１，２の干渉を防止す ることができ、被検知体を適確に検知することができる。

【００２６】 このように各センサ部１，２からの電気信号を時分割制御しない場合には、例 えば図４に示すように、本体部７０に３個のセンサ７１，７２，７３が接続され 、これらのセンサ７１，７２，７３が時分割制御されずに、すべてのセンサに対 する超音波の送受信検知を同時に行おうとすると、各センサの受信入力が重畳さ れ、例えばセンサ７１と７２との間の通常の検知エリア外にある物体を誤って検 知し、該物体があたかも検知エリア内にあるように誤動作してしまうという問題 がある。これに対して、上述した本実施例のように、各センサ部からの電気信号 を受信側で時分割制御することにより、このような誤動作を防止することができ るのである。なお、図４において、斜線部分は各センサを単独で動作させた場合 の検知エリアを示している。

【００２７】 図５は、センサ部が３個ある場合のセレクト信号発生部４３からの第１、第２ および第３のセレクト信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ を示すタイミング図である。

【００２８】 なお、上記実施例では、センサ部からの電気信号を受信する受信側にスイッチ ２７，２９を設けて、受信信号に対する時分割制御を行っているが、この受信側 の時分割制御に加えて、超音波を送出する各センサ部の送信側、すなわち駆動側 も同様に時分割制御するように構成してもよく、このように送受信の両側を時分 割制御することにより、相互干渉を完全に防止し、誤動作を更に確実に防止する ことができるとともに、更に送信出力を一定に保ち、被検知体を安定に検知する ことができる。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、本体部から分離された複数の超音波送 受信手段で被検知体からの反射波を受信した電気信号を複数の時分割スイッチ手 段を介して時間をずらして時分割的に受信し、この受信した電気信号に基づいて 被検知体の存在を識別しているので、相互干渉を防止し、被検知体を適確に検知 することができるとともに、小型化および低価格化を行うことができる。更に、 従来のように、同期信号ケーブルを使用する必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係わる超音波センサの回路
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す超音波センサに使用されているスイ
ッチを制御するセレクト信号発生部からの第１および第
２のセレクト信号を示すタイミング図である。

【図３】図１に示す超音波センサに使用されているプロ
グラマブルゲインアンプのゲイン制御を示す説明図であ
る。

【図４】時分割制御を行わない場合の誤動作を示す説明
図である。

【図５】３個のセンサ部に対する時分割制御を示すタイ
ミング図である。

【符号の説明】

１，２ センサ部 ５ 送信部 ７ 受信部 ９ プリアンプ １１，１３ ケーブル ２０ 本体部 ２７，２９ スイッチ ３１ プログラマブルゲインアンプ ３３ スライス回路 ３５ 距離比較部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送出し、該超音波の被検知体に
   よる反射波を受信検知して、電気信号に変換する複数の
   独立した超音波送受信手段と、 該複数の超音波送受信手段から超音波を送出すべく該複
   数の超音波送受信手段を駆動する駆動手段、前記複数の
   超音波送受信手段にそれぞれ対応して設けられ、該複数
   の超音波送受信手段からの各電気信号をそれぞれ時間を
   ずらして時分割的に受信すべく制御される複数の時分割
   スイッチ手段、および該複数の時分割スイッチ手段を介
   してそれぞれ供給される前記電気信号に基づいて被検知
   体の存在を識別する識別手段を有し、前記複数の超音波
   送受信手段から分離して設けられる本体部とを有するこ
   とを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】 前記駆動手段は、前記複数の超音波送受
   信手段から時間をずらして時分割的に超音波を送出すべ
   く該複数の超音波送受信手段を順次時分割的に駆動する
   時分割駆動手段を有することを特徴とする請求項１記載
   の超音波センサ。