JPH08146121A - 超音波センサの低残響送波回路 - Google Patents
超音波センサの低残響送波回路Info
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- JPH08146121A JPH08146121A JP31570394A JP31570394A JPH08146121A JP H08146121 A JPH08146121 A JP H08146121A JP 31570394 A JP31570394 A JP 31570394A JP 31570394 A JP31570394 A JP 31570394A JP H08146121 A JPH08146121 A JP H08146121A
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- signal
- circuit
- reverberation
- ultrasonic
- pulse
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】送波効率や受波効率を落とすことなく残響を抑
制する超音波センサの低残響送波回路を提供する。 【構成】高周波発振器２は、一定周波数の矩形波である
高周波信号を出力する。送波間隔設定回路３は一定周期
で第１のパルス信号を発生する。第１のパルス信号に同
期させるようにフリップフロップ１０を介して残響抑制
回路４を起動する。残響抑制回路４は起動後に第１のパ
ルス信号よりも高周波信号の半周期分だけ長いパルス幅
の第２のパルス信号を出力する。フリップフロップ１０
の出力がＨレベルである期間にゲート回路１１を通して
超音波振動子１を駆動し、フリップフロップ１０の出力
がＬレベルになると、ゲート回路１５を通して第２のパ
ルス信号で超音波振動子１を駆動する。すなわち、超音
波振動子１は超音波の送出後に、超音波の送出時とは逆
位相で駆動され残響が打ち消される。
制する超音波センサの低残響送波回路を提供する。 【構成】高周波発振器２は、一定周波数の矩形波である
高周波信号を出力する。送波間隔設定回路３は一定周期
で第１のパルス信号を発生する。第１のパルス信号に同
期させるようにフリップフロップ１０を介して残響抑制
回路４を起動する。残響抑制回路４は起動後に第１のパ
ルス信号よりも高周波信号の半周期分だけ長いパルス幅
の第２のパルス信号を出力する。フリップフロップ１０
の出力がＨレベルである期間にゲート回路１１を通して
超音波振動子１を駆動し、フリップフロップ１０の出力
がＬレベルになると、ゲート回路１５を通して第２のパ
ルス信号で超音波振動子１を駆動する。すなわち、超音
波振動子１は超音波の送出後に、超音波の送出時とは逆
位相で駆動され残響が打ち消される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波パルスを間欠的
に送出しその反射波を検出することにより物体の存否や
物体までの距離を求める超音波センサに用いられ、超音
波振動子を駆動して超音波パルスを送出させる超音波セ
ンサの低残響送波回路に関するものである。
に送出しその反射波を検出することにより物体の存否や
物体までの距離を求める超音波センサに用いられ、超音
波振動子を駆動して超音波パルスを送出させる超音波セ
ンサの低残響送波回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、超音波パルスを間欠的に送波
した後、その反射波を受波し、送波後の所定の期間内に
反射波を受波することによって所定距離範囲内の物体の
存否を検出したり、超音波パルスの送波から反射波を受
波するまでの時間差によって物体までの距離を検出する
ようにした超音波センサが提供されている。この種の超
音波センサには、送波用と受波用との超音波振動子を個
別に備えるものと、１つの超音波振動子を送波用と受波
用とに兼用した構成のものとがある。
した後、その反射波を受波し、送波後の所定の期間内に
反射波を受波することによって所定距離範囲内の物体の
存否を検出したり、超音波パルスの送波から反射波を受
波するまでの時間差によって物体までの距離を検出する
ようにした超音波センサが提供されている。この種の超
音波センサには、送波用と受波用との超音波振動子を個
別に備えるものと、１つの超音波振動子を送波用と受波
用とに兼用した構成のものとがある。
【０００３】送波用と受波用との超音波振動子を個別に
備えるものでは、２個以上の超音波振動子が必要である
から、超音波センサを小形化するのが難しい。一方、１
つの超音波振動子を送波用と受波用とに兼用したもので
は小形化が容易である。ところで、超音波振動子には慣
性があるから、図７（ａ）のような高周波信号によって
超音波振動子を駆動した場合に、図７（ｂ）のように高
周波信号の停止の後も超音波振動子が振動を続けること
になる。すなわち、残響が生じるのであって、超音波振
動子を送波用と受波用とに兼用している場合には、超音
波振動子に残響が生じている期間に受波を行なうことが
できず、近距離に存在する物体の存否や距離を検出する
ことができないという欠点がある。残響は１つの超音波
振動子を送波用と受波用とに兼用している場合にとくに
影響するが、送波用と受波用との超音波振動子を個別に
設けた場合でも、受波用の超音波振動子に残響が回り込
むことがあり、近距離に存在する物体の存否や距離を検
出するのが難しくなる。
備えるものでは、２個以上の超音波振動子が必要である
から、超音波センサを小形化するのが難しい。一方、１
つの超音波振動子を送波用と受波用とに兼用したもので
は小形化が容易である。ところで、超音波振動子には慣
性があるから、図７（ａ）のような高周波信号によって
超音波振動子を駆動した場合に、図７（ｂ）のように高
周波信号の停止の後も超音波振動子が振動を続けること
になる。すなわち、残響が生じるのであって、超音波振
動子を送波用と受波用とに兼用している場合には、超音
波振動子に残響が生じている期間に受波を行なうことが
できず、近距離に存在する物体の存否や距離を検出する
ことができないという欠点がある。残響は１つの超音波
振動子を送波用と受波用とに兼用している場合にとくに
影響するが、送波用と受波用との超音波振動子を個別に
設けた場合でも、受波用の超音波振動子に残響が回り込
むことがあり、近距離に存在する物体の存否や距離を検
出するのが難しくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、超音
波パルスの送波後に超音波振動子に残響が生じるもので
あって、このような残響が生じていると近距離の物体の
存否や距離が検出できないから、残響を低減することが
望まれている。残響を低減する手段としては、超音波振
動子をゴムのような弾性材で支持することで振動を吸収
させる構成が考えられているが、残響の継続時間を十分
に短くしようとすれば、振動の吸収量が大きくなり送波
時における損失が大きくなるという問題が生じる。つま
り、残響の低減と超音波振動子の送波効率とは相反する
関係になり、残響の継続時間を短くしかつ送波効率を高
くするように設計するのが難しいという問題がある。
波パルスの送波後に超音波振動子に残響が生じるもので
あって、このような残響が生じていると近距離の物体の
存否や距離が検出できないから、残響を低減することが
望まれている。残響を低減する手段としては、超音波振
動子をゴムのような弾性材で支持することで振動を吸収
させる構成が考えられているが、残響の継続時間を十分
に短くしようとすれば、振動の吸収量が大きくなり送波
時における損失が大きくなるという問題が生じる。つま
り、残響の低減と超音波振動子の送波効率とは相反する
関係になり、残響の継続時間を短くしかつ送波効率を高
くするように設計するのが難しいという問題がある。
【０００５】また、超音波パルスの送波期間および残響
の存在期間に受波側のゲインを低減させることで、残響
による誤動作を防止することが考えられているが、ゲイ
ンを変化させると動作が不安定になりやすく、また正規
の反射波を受波したときにゲインが小さいと十分な信号
レベルが得られず正常な動作が期待できなくなる。本発
明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的
は、送波効率や受波効率を落とすことなく残響の継続期
間を短縮した超音波センサの低残響送波回路を提供する
ことにある。
の存在期間に受波側のゲインを低減させることで、残響
による誤動作を防止することが考えられているが、ゲイ
ンを変化させると動作が不安定になりやすく、また正規
の反射波を受波したときにゲインが小さいと十分な信号
レベルが得られず正常な動作が期待できなくなる。本発
明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的
は、送波効率や受波効率を落とすことなく残響の継続期
間を短縮した超音波センサの低残響送波回路を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超音
波振動子より超音波を間欠的に送出し、超音波の物体に
よる反射波を検出することにより物体の存否や物体まで
の距離を求める超音波センサに用いられ、超音波振動子
を駆動して超音波を送出させる送波回路であって、超音
波振動子に高周波信号を間欠的に供給する駆動信号発生
手段と、駆動信号発生手段から送出される高周波信号の
停止直後に上記高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で
高周波信号の半周期の期間だけ超音波振動子を駆動する
残響抑制手段とを具備することを特徴とする。
波振動子より超音波を間欠的に送出し、超音波の物体に
よる反射波を検出することにより物体の存否や物体まで
の距離を求める超音波センサに用いられ、超音波振動子
を駆動して超音波を送出させる送波回路であって、超音
波振動子に高周波信号を間欠的に供給する駆動信号発生
手段と、駆動信号発生手段から送出される高周波信号の
停止直後に上記高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で
高周波信号の半周期の期間だけ超音波振動子を駆動する
残響抑制手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】請求項２の発明は、一定周期の矩形波であ
る高周波信号を出力する高周波発振器と、超音波の送波
期間に相当するパルス幅の第１のパルス信号を超音波の
送波間隔に相当する周期で発生させる送波間隔設定回路
と、送波間隔設定回路から第１のパルス信号が発生する
と高周波信号に同期して同期信号を発生し第１のパルス
信号が停止すると高周波信号に同期して同期信号を停止
させる同期回路と、同期信号の発生期間に高周波信号を
通過させる第１のゲート回路と、同期信号が発生すると
第１のパルス信号よりもパルス幅の長い第２のパルス信
号を発生する残響抑制回路と、同期信号の停止後に第２
のパルス信号を通過させる第２のゲート回路とを備え、
第１のゲート回路の出力と第２のゲート回路との出力と
により超音波振動子を駆動することを特徴とする。
る高周波信号を出力する高周波発振器と、超音波の送波
期間に相当するパルス幅の第１のパルス信号を超音波の
送波間隔に相当する周期で発生させる送波間隔設定回路
と、送波間隔設定回路から第１のパルス信号が発生する
と高周波信号に同期して同期信号を発生し第１のパルス
信号が停止すると高周波信号に同期して同期信号を停止
させる同期回路と、同期信号の発生期間に高周波信号を
通過させる第１のゲート回路と、同期信号が発生すると
第１のパルス信号よりもパルス幅の長い第２のパルス信
号を発生する残響抑制回路と、同期信号の停止後に第２
のパルス信号を通過させる第２のゲート回路とを備え、
第１のゲート回路の出力と第２のゲート回路との出力と
により超音波振動子を駆動することを特徴とする。
【０００８】請求項３の発明は、一定周期の矩形波であ
る高周波信号を出力する高周波発振器と、超音波の送波
間隔に相当する周期で所定のパルス幅を有するパルス信
号を発生させる送波間隔設定回路と、パルス信号の発生
毎にパルス信号の発生期間内で高周波信号を一定個数だ
け計数すると高周波信号の１周期のパルス幅でカウント
アップ信号を発生するカウンタと、送波間隔設定回路か
らのパルスの発生からカウンタのカウントアップ信号の
発生までの期間に高周波信号を通過させるゲート回路と
を備え、ゲート回路の出力とカウントアップ信号とによ
り超音波振動子を駆動することを特徴とする。
る高周波信号を出力する高周波発振器と、超音波の送波
間隔に相当する周期で所定のパルス幅を有するパルス信
号を発生させる送波間隔設定回路と、パルス信号の発生
毎にパルス信号の発生期間内で高周波信号を一定個数だ
け計数すると高周波信号の１周期のパルス幅でカウント
アップ信号を発生するカウンタと、送波間隔設定回路か
らのパルスの発生からカウンタのカウントアップ信号の
発生までの期間に高周波信号を通過させるゲート回路と
を備え、ゲート回路の出力とカウントアップ信号とによ
り超音波振動子を駆動することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、基本的には、超音波振動子を駆動し
て超音波パルスを発生させた直後に、超音波振動子の駆
動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高周
波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動する構成を有
しているのであって、この構成の採用により、超音波振
動子が高周波振動の停止後に振動し続けようとするのと
は反対向きにエネルギーを与えることができ、結果的に
超音波振動子の振動の継続を抑制することになる。ま
た、残響抑制信号は高周波信号の半周期分だけ与えてい
るから、残響抑制信号によって新たに振動が生じること
はなく、しかも、残響を抑制するために与えるエネルギ
ーはごく小さいから、残響を抑制することによる電力消
費の増加はほとんどない。
て超音波パルスを発生させた直後に、超音波振動子の駆
動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高周
波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動する構成を有
しているのであって、この構成の採用により、超音波振
動子が高周波振動の停止後に振動し続けようとするのと
は反対向きにエネルギーを与えることができ、結果的に
超音波振動子の振動の継続を抑制することになる。ま
た、残響抑制信号は高周波信号の半周期分だけ与えてい
るから、残響抑制信号によって新たに振動が生じること
はなく、しかも、残響を抑制するために与えるエネルギ
ーはごく小さいから、残響を抑制することによる電力消
費の増加はほとんどない。
【００１０】請求項２の発明の構成によれば、従来構成
に比較すると、残響抑制回路、同期回路、ゲート回路な
どの追加で残響を抑制することができ、比較的簡単な回
路構成で残響を抑制することができる。請求項３の発明
の構成によれば、カウンタによって送波時間および残響
抑制信号の発生時間を決めているので、残響抑制信号を
精度よく超音波振動子に与えることができ、しかも周囲
環境の影響を受けにくく安定した動作が可能になる。
に比較すると、残響抑制回路、同期回路、ゲート回路な
どの追加で残響を抑制することができ、比較的簡単な回
路構成で残響を抑制することができる。請求項３の発明
の構成によれば、カウンタによって送波時間および残響
抑制信号の発生時間を決めているので、残響抑制信号を
精度よく超音波振動子に与えることができ、しかも周囲
環境の影響を受けにくく安定した動作が可能になる。
【００１１】
（実施例１）本実施例では、図１に示すように、超音波
振動子１を駆動する高周波信号を発生する高周波発振器
２と、高周波発振器２から超音波振動子１に高周波信号
を入力する期間を決める送波間隔設定回路３と、送波間
隔設定回路３により規定された期間に高周波信号を超音
波振動子１に入力した後に超音波振動子１の残響を抑制
するように残響抑制信号を与える残響抑制回路４とを備
える。
振動子１を駆動する高周波信号を発生する高周波発振器
２と、高周波発振器２から超音波振動子１に高周波信号
を入力する期間を決める送波間隔設定回路３と、送波間
隔設定回路３により規定された期間に高周波信号を超音
波振動子１に入力した後に超音波振動子１の残響を抑制
するように残響抑制信号を与える残響抑制回路４とを備
える。
【００１２】高周波発振器２は超音波振動子１から送出
する超音波と同周波数の矩形波の高周波信号を発生する
回路であって、高周波信号は後述するフリップフロップ
１０の非反転出力（端子Ｑの出力）との論理積を出力す
るゲート回路１１およびオア回路１２を通してドライバ
回路１３で昇圧された後に超音波振動子１に入力され
る。また、高周波発振器２からの高周波信号はノット回
路１４を通してフリップフロップ１０のクロック端子Ｃ
Ｋにも入力される。
する超音波と同周波数の矩形波の高周波信号を発生する
回路であって、高周波信号は後述するフリップフロップ
１０の非反転出力（端子Ｑの出力）との論理積を出力す
るゲート回路１１およびオア回路１２を通してドライバ
回路１３で昇圧された後に超音波振動子１に入力され
る。また、高周波発振器２からの高周波信号はノット回
路１４を通してフリップフロップ１０のクロック端子Ｃ
Ｋにも入力される。
【００１３】フリップフロップ１０はＤ−フリップフロ
ップであって、データ端子Ｄには送波間隔設定回路３よ
り出力される図２（ａ）に示すようなパルス信号Ｓ1 が
入力される。このパルス信号Ｓ1 は、超音波振動子１を
高周波信号により駆動する期間および超音波を送波する
時間間隔を規定するものであって、このパルス信号Ｓ1
がＨレベルである期間にほぼ一致する期間だけ超音波振
動子１に高周波信号が入力される。送波間隔設定回路３
は、汎用のタイマ用集積回路（通称５５５という市販
品）ＩＣ1 に時定数設定用のコンデンサＣ1 および可変
抵抗器ＶＲ11，ＶＲ12を接続して構成した無安定マルチ
バイブレータを備え、かつタイマ用集積回路ＩＣ1 の出
力をノット回路ＮＯＴで反転するように構成される。す
なわち、タイマ用集積回路ＩＣ1 は、上記パルス信号Ｓ
1 （超音波の送波期間を規定するパルス）のパルス幅に
相当する期間だけＬレベルになるようにコンデンサＣ1
の容量が設定されるとともに、可変抵抗器ＶＲ11，ＶＲ
12の値が調節され、その出力をノット回路ＮＯＴで反転
することによって、上記パルス信号Ｓ1 をフリップフロ
ップ１０に入力する。
ップであって、データ端子Ｄには送波間隔設定回路３よ
り出力される図２（ａ）に示すようなパルス信号Ｓ1 が
入力される。このパルス信号Ｓ1 は、超音波振動子１を
高周波信号により駆動する期間および超音波を送波する
時間間隔を規定するものであって、このパルス信号Ｓ1
がＨレベルである期間にほぼ一致する期間だけ超音波振
動子１に高周波信号が入力される。送波間隔設定回路３
は、汎用のタイマ用集積回路（通称５５５という市販
品）ＩＣ1 に時定数設定用のコンデンサＣ1 および可変
抵抗器ＶＲ11，ＶＲ12を接続して構成した無安定マルチ
バイブレータを備え、かつタイマ用集積回路ＩＣ1 の出
力をノット回路ＮＯＴで反転するように構成される。す
なわち、タイマ用集積回路ＩＣ1 は、上記パルス信号Ｓ
1 （超音波の送波期間を規定するパルス）のパルス幅に
相当する期間だけＬレベルになるようにコンデンサＣ1
の容量が設定されるとともに、可変抵抗器ＶＲ11，ＶＲ
12の値が調節され、その出力をノット回路ＮＯＴで反転
することによって、上記パルス信号Ｓ1 をフリップフロ
ップ１０に入力する。
【００１４】したがって、フリップフロップ１０では、
データ端子ＤにＨレベルのパルス信号Ｓ1 が入力されて
いる期間にクロック端子ＣＫに入力されている高周波信
号を反転した信号が立ち上がると、フリップフロップ１
０の非反転出力（端子Ｑの出力）がＨレベルになり反転
出力がＬレベルになる。つまり、フリップフロップ１０
は、送波間隔設定回路３からのパルス信号Ｓ1 が発生す
ると高周波発振器２からの高周波信号の立ち上がりに同
期して非反転出力と反転出力との同期信号を発生し、パ
ルス信号Ｓ1 が停止すると高周波信号の立ち上がりに同
期して同期信号を停止させるのであって、同期回路とし
て機能する。また、送波間隔設定回路３からのパルス信
号Ｓ1 が停止すると（Ｌレベルになると）、その後、高
周波信号を反転した信号の立ち下がりに同期してフリッ
プフロップ１０の非反転出力はＬレベルになる。つま
り、パルス信号Ｓ1 が発生すると（Ｈレベルになる
と）、高周波発振器２の出力の立ち下がりに同期してゲ
ート回路１１が開放され、以後はパルス信号Ｓ1 が停止
し、高周波発振器２の出力が立ち下がるまではゲート回
路１１を通して図２（ｄ）のような高周波信号Ｓ4 が超
音波振動子１に供給されることになる。ここに、送波間
隔設定回路３からパルス信号Ｓ1 が発生してから高周波
信号Ｓ4 が超音波振動子１に供給されるまでの時間遅れ
は最大でも高周波信号Ｓ1 の１周期程度（回路内での遅
れを無視すれば、理論的には１周期）であり、パルス信
号Ｓ1 の停止から高周波信号Ｓ4 が停止するまでの時間
遅れも最大で高周波信号Ｓ1 の１周期程度になる。ただ
し、上記動作より明らかなように、ゲート回路１１の開
放期間には、高周波信号Ｓ4 はＬレベルで始まりＨレベ
ルで終了することになる。
データ端子ＤにＨレベルのパルス信号Ｓ1 が入力されて
いる期間にクロック端子ＣＫに入力されている高周波信
号を反転した信号が立ち上がると、フリップフロップ１
０の非反転出力（端子Ｑの出力）がＨレベルになり反転
出力がＬレベルになる。つまり、フリップフロップ１０
は、送波間隔設定回路３からのパルス信号Ｓ1 が発生す
ると高周波発振器２からの高周波信号の立ち上がりに同
期して非反転出力と反転出力との同期信号を発生し、パ
ルス信号Ｓ1 が停止すると高周波信号の立ち上がりに同
期して同期信号を停止させるのであって、同期回路とし
て機能する。また、送波間隔設定回路３からのパルス信
号Ｓ1 が停止すると（Ｌレベルになると）、その後、高
周波信号を反転した信号の立ち下がりに同期してフリッ
プフロップ１０の非反転出力はＬレベルになる。つま
り、パルス信号Ｓ1 が発生すると（Ｈレベルになる
と）、高周波発振器２の出力の立ち下がりに同期してゲ
ート回路１１が開放され、以後はパルス信号Ｓ1 が停止
し、高周波発振器２の出力が立ち下がるまではゲート回
路１１を通して図２（ｄ）のような高周波信号Ｓ4 が超
音波振動子１に供給されることになる。ここに、送波間
隔設定回路３からパルス信号Ｓ1 が発生してから高周波
信号Ｓ4 が超音波振動子１に供給されるまでの時間遅れ
は最大でも高周波信号Ｓ1 の１周期程度（回路内での遅
れを無視すれば、理論的には１周期）であり、パルス信
号Ｓ1 の停止から高周波信号Ｓ4 が停止するまでの時間
遅れも最大で高周波信号Ｓ1 の１周期程度になる。ただ
し、上記動作より明らかなように、ゲート回路１１の開
放期間には、高周波信号Ｓ4 はＬレベルで始まりＨレベ
ルで終了することになる。
【００１５】フリップフロップ１０の非反転出力は残響
抑制回路４を起動するための同期信号としても用いられ
ている。すなわち、残響抑制回路４は、送波間隔設定回
路３と同様に、汎用のタイマ用集積回路（通称５５５と
いう市販品）ＩＣ2 に時定数を決定するためのコンデン
サＣ2 および可変抵抗器ＶＲ2 を接続して構成される。
ここで、残響抑制回路４は単安定マルチバイブレータと
して構成され、フリップフロップ１０の非反転出力の立
ち上がりでトリガされ、その後、一定の時間幅を有する
図２（ｂ）に示すようなパルス信号Ｓ2 を出力する。こ
こに、残響抑制回路４から出力されるパルス信号Ｓ2 の
パルス幅は、送波間隔設定回路３から出力されるパルス
信号Ｓ1 のパルス幅に比較して、高周波発振器２から出
力される高周波信号Ｓ1 の半周期分程度長くなるように
設定される。このようなパルス幅の関係は、送波間隔設
定回路３および残響抑制回路４に設けた可変抵抗器ＶＲ
11，ＶＲ12，ＶＲ2 を調節することによって得ることが
できる。
抑制回路４を起動するための同期信号としても用いられ
ている。すなわち、残響抑制回路４は、送波間隔設定回
路３と同様に、汎用のタイマ用集積回路（通称５５５と
いう市販品）ＩＣ2 に時定数を決定するためのコンデン
サＣ2 および可変抵抗器ＶＲ2 を接続して構成される。
ここで、残響抑制回路４は単安定マルチバイブレータと
して構成され、フリップフロップ１０の非反転出力の立
ち上がりでトリガされ、その後、一定の時間幅を有する
図２（ｂ）に示すようなパルス信号Ｓ2 を出力する。こ
こに、残響抑制回路４から出力されるパルス信号Ｓ2 の
パルス幅は、送波間隔設定回路３から出力されるパルス
信号Ｓ1 のパルス幅に比較して、高周波発振器２から出
力される高周波信号Ｓ1 の半周期分程度長くなるように
設定される。このようなパルス幅の関係は、送波間隔設
定回路３および残響抑制回路４に設けた可変抵抗器ＶＲ
11，ＶＲ12，ＶＲ2 を調節することによって得ることが
できる。
【００１６】残響抑制回路４の出力は、上述したフリッ
プフロップ１０の反転出力との論理積を出力するゲート
回路１５に入力される。すなわち、フリップフロップ１
０の反転出力がＨレベルになる期間（言い換えると、ゲ
ート回路１１からの高周波信号Ｓ4 が停止している期
間）に、残響抑制回路４の出力がＨレベルであると、図
２（ｃ）に示すように、ゲート回路１５の出力からＨレ
ベルの残響抑制信号Ｓ3が出力される。残響抑制信号Ｓ
3 はフリップフロップ１０の出力によって高周波信号Ｓ
4 の送出期間と同期しているから、可変抵抗器ＶＲ11，
ＶＲ12，ＶＲ2 を適宜調節することで、ゲート回路１５
の出力を高周波信号Ｓ1 の半周期の期間だけＨレベルに
することが可能になる。
プフロップ１０の反転出力との論理積を出力するゲート
回路１５に入力される。すなわち、フリップフロップ１
０の反転出力がＨレベルになる期間（言い換えると、ゲ
ート回路１１からの高周波信号Ｓ4 が停止している期
間）に、残響抑制回路４の出力がＨレベルであると、図
２（ｃ）に示すように、ゲート回路１５の出力からＨレ
ベルの残響抑制信号Ｓ3が出力される。残響抑制信号Ｓ
3 はフリップフロップ１０の出力によって高周波信号Ｓ
4 の送出期間と同期しているから、可変抵抗器ＶＲ11，
ＶＲ12，ＶＲ2 を適宜調節することで、ゲート回路１５
の出力を高周波信号Ｓ1 の半周期の期間だけＨレベルに
することが可能になる。
【００１７】ゲート回路１１およびゲート回路１５の出
力はオア回路１２で論理和がとられるから、オア回路１
２の出力は図２（ｃ）と図２（ｄ）との信号の論理和と
なり、ドライバ回路１３には図２（ｅ）のような信号Ｓ
5 が入力される。図より明らかなように、信号Ｓ5 は超
音波振動子１を駆動する最後のＨレベルの信号をさらに
半周期だけＨレベルのままで延長した形になり、これは
超音波振動子１に対して高周波信号Ｓ4 を入力した後に
半周期分だけ逆位相の残響抑制信号Ｓ3 を入力したこと
になる。つまり、超音波振動子１を駆動した直後に、半
周期の期間だけ振動を打ち消すようにし、このことによ
って振動を打ち消して残響の継続時間を短縮することが
できるのである。図１において５は超音波振動子１での
受信した反射波を増幅するための増幅回路である。
力はオア回路１２で論理和がとられるから、オア回路１
２の出力は図２（ｃ）と図２（ｄ）との信号の論理和と
なり、ドライバ回路１３には図２（ｅ）のような信号Ｓ
5 が入力される。図より明らかなように、信号Ｓ5 は超
音波振動子１を駆動する最後のＨレベルの信号をさらに
半周期だけＨレベルのままで延長した形になり、これは
超音波振動子１に対して高周波信号Ｓ4 を入力した後に
半周期分だけ逆位相の残響抑制信号Ｓ3 を入力したこと
になる。つまり、超音波振動子１を駆動した直後に、半
周期の期間だけ振動を打ち消すようにし、このことによ
って振動を打ち消して残響の継続時間を短縮することが
できるのである。図１において５は超音波振動子１での
受信した反射波を増幅するための増幅回路である。
【００１８】本実施例の構成による実測結果を図３に示
す。また、残響を抑制しない従来構成の場合の実測結果
を図４に示す。両図において下部に示してある信号が超
音波振動子１への入力信号であって、中央部に示してあ
る信号が超音波振動子１の振動状態である。図より明ら
かなように従来構成では超音波振動子１を駆動する信号
が停止した後も残響が継続しているのに対して、本実施
例の構成では残響が大幅に低減するのである。
す。また、残響を抑制しない従来構成の場合の実測結果
を図４に示す。両図において下部に示してある信号が超
音波振動子１への入力信号であって、中央部に示してあ
る信号が超音波振動子１の振動状態である。図より明ら
かなように従来構成では超音波振動子１を駆動する信号
が停止した後も残響が継続しているのに対して、本実施
例の構成では残響が大幅に低減するのである。
【００１９】（実施例２）実施例１では無安定マルチバ
イブレータと単安定マルチバイブレータとの時定数の差
により超音波振動子１の残響を打ち消す信号を生成して
いたが、シンクロスコープなどを用いて送波間隔設定回
路３や残響抑制回路４の出力信号を確認しながら可変抵
抗器ＶＲ11，ＶＲ12，ＶＲ2 を調節する必要があり、調
整がやや面倒であるきらいがある。また、周囲温度の変
化により時定数が変動する可能性もあり、使用条件が悪
い場所では所望の機能が得られない場合も考えられる。
そこで、本実施例では、超音波振動子１を駆動する期間
を矩形波の個数の計数によって正確に求め、かつ超音波
振動子１の残響を打ち消す信号を高周波信号の半周期分
だけ正確に与えることができるようにした回路構成を示
す。
イブレータと単安定マルチバイブレータとの時定数の差
により超音波振動子１の残響を打ち消す信号を生成して
いたが、シンクロスコープなどを用いて送波間隔設定回
路３や残響抑制回路４の出力信号を確認しながら可変抵
抗器ＶＲ11，ＶＲ12，ＶＲ2 を調節する必要があり、調
整がやや面倒であるきらいがある。また、周囲温度の変
化により時定数が変動する可能性もあり、使用条件が悪
い場所では所望の機能が得られない場合も考えられる。
そこで、本実施例では、超音波振動子１を駆動する期間
を矩形波の個数の計数によって正確に求め、かつ超音波
振動子１の残響を打ち消す信号を高周波信号の半周期分
だけ正確に与えることができるようにした回路構成を示
す。
【００２０】具体的には、図５に示すように、超音波と
同周波数の矩形波である高周波信号を出力する高周波発
振器２を備え、この高周波信号と送波間隔設定回路３の
出力との論理積を出力するゲート回路２１を設けてい
る。送波間隔設定回路３は実施例１と同様の構成を有
し、タイマ用集積回路ＩＣ1 を用いて構成された無安定
マルチバイブレータの出力をノット回路ＮＯＴで反転す
るものであるが、ここでは可変抵抗器ＶＲ11，ＶＲ12を
用いずに、固定抵抗Ｒ11，Ｒ12を用いた構成を採用して
いる（可変抵抗器でもよい）。ただし、送波間隔設定回
路３においてタイマ用集積回路ＩＣ1 より出力される図
６（ａ）のようなパルス信号Ｓ11は、超音波の送波に関
しては超音波を送波する時間間隔のみを規定し、実施例
１のように送波期間の設定には用いられない。この構成
によって、ゲート回路２１からは図６（ｂ）に示すよう
に、送波間隔設定回路３の出力がＨレベルである期間
（つまり、タイマ用集積回路ＩＣ1 の出力が図６（ａ）
のようにＬレベルである期間）にのみ高周波信号Ｓ12が
出力されることになる。
同周波数の矩形波である高周波信号を出力する高周波発
振器２を備え、この高周波信号と送波間隔設定回路３の
出力との論理積を出力するゲート回路２１を設けてい
る。送波間隔設定回路３は実施例１と同様の構成を有
し、タイマ用集積回路ＩＣ1 を用いて構成された無安定
マルチバイブレータの出力をノット回路ＮＯＴで反転す
るものであるが、ここでは可変抵抗器ＶＲ11，ＶＲ12を
用いずに、固定抵抗Ｒ11，Ｒ12を用いた構成を採用して
いる（可変抵抗器でもよい）。ただし、送波間隔設定回
路３においてタイマ用集積回路ＩＣ1 より出力される図
６（ａ）のようなパルス信号Ｓ11は、超音波の送波に関
しては超音波を送波する時間間隔のみを規定し、実施例
１のように送波期間の設定には用いられない。この構成
によって、ゲート回路２１からは図６（ｂ）に示すよう
に、送波間隔設定回路３の出力がＨレベルである期間
（つまり、タイマ用集積回路ＩＣ1 の出力が図６（ａ）
のようにＬレベルである期間）にのみ高周波信号Ｓ12が
出力されることになる。
【００２１】高周波信号Ｓ12はカウンタ２２に入力され
て、矩形波の個数が計数される。ここでは、矩形波の個
数を６３個まで計数するために６ビット出力のカウンタ
２２を用いており、ナンド回路ＮＡＮＤによりカウンタ
２２の全出力の論理積の否定をとっている。したがっ
て、図６（ｄ）のように、カウンタ２２がリセットされ
た後に６３個目の矩形波が立ち上がると、ナンド回路Ｎ
ＡＮＤの出力がＬレベルに立ち下がり、その後、６４個
目の矩形波が立ち上がるとナンド回路ＮＡＮＤの出力が
Ｈレベルに戻るのである。上述したパルス信号Ｓ11はカ
ウンタ２２のリセット端子ＲＥに入力されており、カウ
ンタ２２のクロック端子ＣＫに６４個以上で１２７個以
下の矩形波が入力される時点でカウンタ２２のクロック
端子ＲＥへの入力を立ち上げて、カウンタ２２をリセッ
トする。
て、矩形波の個数が計数される。ここでは、矩形波の個
数を６３個まで計数するために６ビット出力のカウンタ
２２を用いており、ナンド回路ＮＡＮＤによりカウンタ
２２の全出力の論理積の否定をとっている。したがっ
て、図６（ｄ）のように、カウンタ２２がリセットされ
た後に６３個目の矩形波が立ち上がると、ナンド回路Ｎ
ＡＮＤの出力がＬレベルに立ち下がり、その後、６４個
目の矩形波が立ち上がるとナンド回路ＮＡＮＤの出力が
Ｈレベルに戻るのである。上述したパルス信号Ｓ11はカ
ウンタ２２のリセット端子ＲＥに入力されており、カウ
ンタ２２のクロック端子ＣＫに６４個以上で１２７個以
下の矩形波が入力される時点でカウンタ２２のクロック
端子ＲＥへの入力を立ち上げて、カウンタ２２をリセッ
トする。
【００２２】ところで、パルス信号Ｓ11はトリガ回路２
３にも入力されており、トリガ回路２３ではパルス信号
Ｓ11の立ち下がり時点で、図６（ｃ）に示すような短時
間だけＬレベルになるトリガ信号Ｓ13を発生する。この
トリガ信号Ｓ13とナンド回路ＮＡＮＤの出力であるカウ
ントアップ信号Ｓ14とは、それぞれＲＳフリップフロッ
プ２４のセット端子とリセット端子とに入力される。つ
まり、ＲＳフリップフロップ２４は、図６（ｅ）のよう
に、トリガ信号Ｓ13の立ち下がりにより出力をＨレベル
とし、カウントアップ信号Ｓ14の立ち下がりにより出力
をＬレベルとする。言い換えると、ＲＳフリップフロッ
プ２４の出力Ｓ15がＨレベルである期間は，カウンタ２
２のリセット後に高周波発振器２からの矩形波が６２個
入力され６３個目が入力される直前までということにな
る。このＲＳフリップフロップ２４の出力Ｓ15をゲート
回路２５に入力してゲート回路２１の出力との論理積を
出力することによって、図６（ｆ）のように、ゲート回
路２５からはカウンタ２２で計数された一定個数の矩形
波信号Ｓ16を出力することができる。
３にも入力されており、トリガ回路２３ではパルス信号
Ｓ11の立ち下がり時点で、図６（ｃ）に示すような短時
間だけＬレベルになるトリガ信号Ｓ13を発生する。この
トリガ信号Ｓ13とナンド回路ＮＡＮＤの出力であるカウ
ントアップ信号Ｓ14とは、それぞれＲＳフリップフロッ
プ２４のセット端子とリセット端子とに入力される。つ
まり、ＲＳフリップフロップ２４は、図６（ｅ）のよう
に、トリガ信号Ｓ13の立ち下がりにより出力をＨレベル
とし、カウントアップ信号Ｓ14の立ち下がりにより出力
をＬレベルとする。言い換えると、ＲＳフリップフロッ
プ２４の出力Ｓ15がＨレベルである期間は，カウンタ２
２のリセット後に高周波発振器２からの矩形波が６２個
入力され６３個目が入力される直前までということにな
る。このＲＳフリップフロップ２４の出力Ｓ15をゲート
回路２５に入力してゲート回路２１の出力との論理積を
出力することによって、図６（ｆ）のように、ゲート回
路２５からはカウンタ２２で計数された一定個数の矩形
波信号Ｓ16を出力することができる。
【００２３】一方、カウントアップ信号Ｓ14はノット回
路２６で反転され、ノット回路ＮＯＴ1 の出力は、図６
（ｇ）のようにカウンタ２２のリセットから６３個目の
矩形波が立ち上がった後に矩形波の１周期の時間だけＨ
レベルになる信号Ｓ17となる。したがって、ゲート回路
２５の出力とノット回路２６の出力との論理和をオア回
路２７から出力すると、図６（ｈ）のように、カウンタ
２２のリセット後に６３個の矩形波が発生し、その直後
に逆位相の矩形波が半周期分だけ発生する形の信号Ｓ18
を得ることができる。
路２６で反転され、ノット回路ＮＯＴ1 の出力は、図６
（ｇ）のようにカウンタ２２のリセットから６３個目の
矩形波が立ち上がった後に矩形波の１周期の時間だけＨ
レベルになる信号Ｓ17となる。したがって、ゲート回路
２５の出力とノット回路２６の出力との論理和をオア回
路２７から出力すると、図６（ｈ）のように、カウンタ
２２のリセット後に６３個の矩形波が発生し、その直後
に逆位相の矩形波が半周期分だけ発生する形の信号Ｓ18
を得ることができる。
【００２４】信号Ｓ18は実施例１で超音波振動子１に与
えた信号と同様の形になっており、ドライバ回路１３を
通して超音波振動子１に与えることで、実施例１と同様
に超音波の送波後に高周波信号（矩形波）の半周期分だ
け逆位相の信号を与えて残響を打ち消すように作用す
る。結局、本実施例での残響抑制回路４は、カウンタ２
２、ナンド回路ＮＡＮＤ、ノット回路２６により構成さ
れる。また、上記説明から明らかなように、本実施例の
構成では、超音波の送波期間や残響を打ち消す期間をカ
ウンタ２２での矩形波の計数により規定しているから、
周囲環境の影響を受けにくく、安定した動作が可能にな
る。
えた信号と同様の形になっており、ドライバ回路１３を
通して超音波振動子１に与えることで、実施例１と同様
に超音波の送波後に高周波信号（矩形波）の半周期分だ
け逆位相の信号を与えて残響を打ち消すように作用す
る。結局、本実施例での残響抑制回路４は、カウンタ２
２、ナンド回路ＮＡＮＤ、ノット回路２６により構成さ
れる。また、上記説明から明らかなように、本実施例の
構成では、超音波の送波期間や残響を打ち消す期間をカ
ウンタ２２での矩形波の計数により規定しているから、
周囲環境の影響を受けにくく、安定した動作が可能にな
る。
【００２５】
【発明の効果】各請求項の発明は、超音波振動子を駆動
して超音波パルスを発生させた直後に、超音波振動子の
駆動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高
周波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動する構成を
有しているので、この構成の採用により、超音波振動子
が高周波振動の停止後に振動し続けようとするのとは反
対向きにエネルギーを与えることができ、結果的に超音
波振動子の振動の継続を抑制することができるという利
点を有する。しかも、残響抑制信号は高周波信号の半周
期分だけ与えているから、残響抑制信号によって新たに
振動が生じることはなく、また、残響を抑制するために
与えるエネルギーはごく小さいから、残響を抑制するこ
とによる電力消費の増加はほとんどないという利点があ
る。
して超音波パルスを発生させた直後に、超音波振動子の
駆動に用いた高周波信号とは逆位相の残響抑制信号で高
周波信号の半周期分だけ超音波振動子を駆動する構成を
有しているので、この構成の採用により、超音波振動子
が高周波振動の停止後に振動し続けようとするのとは反
対向きにエネルギーを与えることができ、結果的に超音
波振動子の振動の継続を抑制することができるという利
点を有する。しかも、残響抑制信号は高周波信号の半周
期分だけ与えているから、残響抑制信号によって新たに
振動が生じることはなく、また、残響を抑制するために
与えるエネルギーはごく小さいから、残響を抑制するこ
とによる電力消費の増加はほとんどないという利点があ
る。
【００２６】請求項２の発明は、従来構成に残響抑制回
路、同期回路、ゲート回路などを付加する程度で残響を
抑制することができ、比較的簡単な回路構成ながら残響
を抑制することができるという利点がある。請求項３の
発明は、カウンタによって送波時間および残響抑制信号
の発生時間を決めているので、残響抑制信号を精度よく
超音波振動子に与えることができ、しかも周囲環境の影
響を受けにくく安定した動作が可能になるという利点を
有する。
路、同期回路、ゲート回路などを付加する程度で残響を
抑制することができ、比較的簡単な回路構成ながら残響
を抑制することができるという利点がある。請求項３の
発明は、カウンタによって送波時間および残響抑制信号
の発生時間を決めているので、残響抑制信号を精度よく
超音波振動子に与えることができ、しかも周囲環境の影
響を受けにくく安定した動作が可能になるという利点を
有する。
【図１】実施例１の回路図である。
【図２】実施例１の各部の信号を示す動作説明図であ
る。
る。
【図３】実施例１の実測結果を示す動作説明図である。
【図４】残響を抑制しない場合の実測結果を示す動作説
明図である。
明図である。
【図５】実施例２の回路図である。
【図６】実施例２の各部の信号を示す動作説明図であ
る。
る。
【図７】従来例の動作説明図である。
１ 超音波振動子 ２ 高周波発振器 ３ 送波間隔設定回路 ４ 残響抑制回路 １０ フリップフロップ １１ ゲート回路 １５ ゲート回路 ２２ カウンタ ２３ トリガ回路 ２４ ＲＳフリップフロップ ２５ ゲート回路
Claims (3)
- 【請求項１】 超音波振動子より超音波を間欠的に送出
し、超音波の物体による反射波を検出することにより物
体の存否や物体までの距離を求める超音波センサに用い
られ、超音波振動子を駆動して超音波を送出させる送波
回路であって、超音波振動子に高周波信号を間欠的に供
給する駆動信号発生手段と、駆動信号発生手段から送出
される高周波信号の停止直後に上記高周波信号とは逆位
相の残響抑制信号で高周波信号の半周期の期間だけ超音
波振動子を駆動する残響抑制手段とを具備することを特
徴とする超音波センサの低残響送波回路。 - 【請求項２】 一定周期の矩形波である高周波信号を出
力する高周波発振器と、超音波の送波期間に相当するパ
ルス幅の第１のパルス信号を超音波の送波間隔に相当す
る周期で発生させる送波間隔設定回路と、送波間隔設定
回路から第１のパルス信号が発生すると高周波信号に同
期して同期信号を発生し第１のパルス信号が停止すると
高周波信号に同期して同期信号を停止させる同期回路
と、同期信号の発生期間に高周波信号を通過させる第１
のゲート回路と、同期信号が発生すると第１のパルス信
号よりもパルス幅の長い第２のパルス信号を発生する残
響抑制回路と、同期信号の停止後に第２のパルス信号を
通過させる第２のゲート回路とを備え、第１のゲート回
路の出力と第２のゲート回路との出力とにより超音波振
動子を駆動することを特徴とする超音波センサの低残響
送波回路。 - 【請求項３】 一定周期の矩形波である高周波信号を出
力する高周波発振器と、超音波の送波間隔に相当する周
期で所定のパルス幅を有するパルス信号を発生させる送
波間隔設定回路と、パルス信号の発生毎にパルス信号の
発生期間内で高周波信号を一定個数だけ計数すると高周
波信号の１周期のパルス幅でカウントアップ信号を発生
するカウンタと、送波間隔設定回路からのパルスの発生
からカウンタのカウントアップ信号の発生までの期間に
高周波信号を通過させるゲート回路とを備え、ゲート回
路の出力とカウントアップ信号とにより超音波振動子を
駆動することを特徴とする超音波センサの低残響送波回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570394A JPH08146121A (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 超音波センサの低残響送波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570394A JPH08146121A (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 超音波センサの低残響送波回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08146121A true JPH08146121A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=18068538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31570394A Withdrawn JPH08146121A (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | 超音波センサの低残響送波回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08146121A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175119A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-08-06 | Denso Corp | 超音波センサ |
| JP2012500965A (ja) * | 2008-06-16 | 2012-01-12 | キネテイツク・リミテツド | 位相ベースの検知 |
| JP2012181149A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Denso Corp | 超音波検知装置 |
| WO2014002739A1 (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | 株式会社村田製作所 | 超音波送信器、及び、超音波センサ装置 |
| US20140043940A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | Rohm Co., Ltd. | Transmission circuit, semiconductor device, ultrasonic sensor and vehicle |
| EP2848961A4 (en) * | 2012-05-07 | 2016-03-16 | Murata Manufacturing Co | TRANSDUCER DRIVER CIRCUIT |
| CN113157011A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-07-23 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 超声波控制方法、装置、设备及介质 |
-
1994
- 1994-11-25 JP JP31570394A patent/JPH08146121A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009175119A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-08-06 | Denso Corp | 超音波センサ |
| JP2012500965A (ja) * | 2008-06-16 | 2012-01-12 | キネテイツク・リミテツド | 位相ベースの検知 |
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| US10005105B2 (en) | 2012-05-07 | 2018-06-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultrasonic sensor driving circuit |
| WO2014002739A1 (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | 株式会社村田製作所 | 超音波送信器、及び、超音波センサ装置 |
| JP5862773B2 (ja) * | 2012-06-29 | 2016-02-16 | 株式会社村田製作所 | 超音波送信器、及び、超音波センサ装置 |
| US20140043940A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | Rohm Co., Ltd. | Transmission circuit, semiconductor device, ultrasonic sensor and vehicle |
| US9406291B2 (en) | 2012-08-10 | 2016-08-02 | Rohm Co., Ltd. | Transmission circuit, semiconductor device, ultrasonic sensor and vehicle |
| CN113157011A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-07-23 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 超声波控制方法、装置、设备及介质 |
| CN113157011B (zh) * | 2021-02-23 | 2022-01-14 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 超声波控制方法、装置、设备及介质 |
| WO2022179297A1 (zh) * | 2021-02-23 | 2022-09-01 | 潍坊歌尔微电子有限公司 | 超声波控制方法、装置、设备及介质 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020205 |