JPH08211149A - 超音波距離センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超音波距離センサと検出物体との間の距離が不
定領域に入ることを防止できる機能を備える超音波距離
センサを提供する。 【構成】超音波距離センサ１は、従来例に対して、制御
回路装置１１を用いるようにしている。制御回路装置１
１は、従来例に対して、検出限界距離設定装置９５から
入力される信号に従って設定される、検出物体９９との
間の距離が不定領域に到る直前である特定の距離および
それ以下の距離において、警報信号１１ｃを発信するこ
とが異なっている。この特定の距離の位置は、検出限界
距離設定装置９５から入力された信号の値を調整するこ
とによって、適宜の値に設定することが可能である。そ
うして警報信号１１ｃは、スイッチ装置９７によってス
イッチ信号Ｓ_A に変換されて、超音波距離センサ１から
出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波を用いて検出
物体との間の距離に対応する信号を得る超音波距離セン
サに係わり、検出物体との間の距離が不定領域に入るこ
とを防止できるように改良されたその構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いて検出物体との間の距離に
対応する信号を得る超音波距離センサは、各種の電気機
械装置等の制御用のセンサ等として既に広く使用されて
いる。この種の超音波距離センサとして同じ出願人より
出願された超音波センサが、特開平３−１０７７８６号
公報により公知となっている。以下に、この特開平３−
１０７７８６号公報により公知となっている超音波距離
センサの内容を基にして、従来例の超音波距離センサを
説明する。

【０００３】図１１は、従来例の超音波距離センサを検
出物体と共に示すそのブロック回路図であり、図１２
は、図１１に示した超音波距離センサから出力される信
号を説明する説明図である。図１３は、図１１，図１２
に示した超音波距離センサを用いた給液装置の構成を説
明する説明図である。図１１において、９は、超音波振
動子９１と、発信回路装置９２と、受信回路装置９３
と、制御回路装置９４と、検出限界距離設定装置９５
と、Ｄ／Ａ変換回路装置９６と、スイッチ装置９７とを
備えた超音波距離センサである。発信回路装置９２は、
制御回路装置９４から出力されるハイレベル（以降、
「Ｈ」と略称することがある。）とローレベル（以降、
「Ｌ」と略称することがある。）とが交互に繰り返され
る信号である指令信号９４ａに基づいて、例えば、指令
信号９４ａが「Ｈ」である期間の間、予め設定された所
定の超音波周波数を持つ駆動出力を超音波振動子９１に
与える。超音波振動子９１は、駆動出力が与えられてい
る期間においては、駆動出力が持つ周波数と同一周波数
の超音波パルス９ａを発射する。この超音波パルス９ａ
は、周知のごとく大気中では約３４０〔ｍ／ｓ〕の速度
で伝播し、検出物体９９に当たって反射されて超音波振
動子９１に戻ってくる。超音波振動子９１は、駆動出力
が与えられていない期間において、反射された超音波パ
ルス（以降、反射波と略称することがある。）９ｂを受
信した場合に反射波９ｂが持つ周波数と振幅とに対応す
る周波数と振幅を持ち、反射された超音波パルスが受信
されていない場合にほぼ零レベルとなる受信信号を発生
する。受信回路装置９３は、この電気信号のレベルが、
予め定められたレベル以上のレベルが継続されている期
間において「Ｈ」となり、予め定められたレベル未満の
レベルが継続されている期間において「Ｌ」となる信号
９３ａに変換する。信号９３ａは、反射波９ｂに基づく
信号であり、超音波パルス９ａが超音波振動子９１と検
出物体９９との間を往復するのに要する時間だけ、指令
信号９４ａよりも時間的に遅れた信号となる。

【０００４】制御回路装置９４は、この事例の場合に
は、マイクロプロッセサ，メモリ，Ｉ／Ｏ部などが一体
に集積されてなる、いわゆる、ワンチップマイコンを主
体として、これにクロックパルス発振器などが付加され
て構成されているデジタル回路装置である。制御回路装
置９４は、受信回路装置９３から出力された信号９３ａ
が入力されると、指令信号９４ａの発信時刻と信号９３
ａの受信時刻との時間差を、クロックパルス発振器で生
成されたクロックパルスを用いて演算を行い、この時間
差に対応するデジタル信号である出力信号９４ｂを出力
する。出力信号９４ｂは、信号９３ａと指令信号９４ａ
との時間差に対応しているので、従って、超音波距離セ
ンサ９（より正確には超音波距離センサ９が持つ超音波
振動子９１である。）と検出物体９９との間の距離Ｌに
対応する信号であることになる。

【０００５】出力信号９４ｂは、この事例の場合にはＤ
／Ａ変換回路装置９６によって超音波距離センサ９と検
出物体９９との間の距離Ｌにほぼ比例する値を持つアナ
ログ信号Ｓａ（図１２中の下部のグラフを参照。）に変
換されて、超音波距離センサ９から出力される。また、
制御回路装置９４は、検出限界距離設定装置９５から入
力された信号に従ってそれぞれ設定された、検出物体９
９との間の距離Ｌの上限値ｌ₂ と下限値ｌ₁ に対応する
内容を持つスイッチ用信号９４ｃも出力し、例えば半導
体スイッチであるスイッチ装置９７に供給される。スイ
ッチ用信号９４ｃが入力されたスイッチ装置９７は、ス
イッチ用信号９４ｃに対応するスイッチ信号Ｓｓを出力
する。このスイッチ信号Ｓｓは、図１２中の上部のグラ
フに示すように、距離Ｌの上限値ｌ₂ から下限値ｌ₁ の
間の範囲ではオン信号であり、上限値ｌ₂ 以上および下
限値ｌ₁ 以下においてはオフ信号になっている。

【０００６】この超音波距離センサ９を液面の制御用に
使用したのが図１３に示した給液装置８である。給液装
置８は、密閉容器である容器８１と、大量の液８９を貯
留する貯留タンク８２と、ポンプ８３と、ポンプ電源装
置８４と、コントローラ８５と、液面位置表示器８６
と、配管８７，８８とを備えている。容器８１の上部に
は超音波距離センサ９が設置され、超音波距離センサ９
から出力されたアナログ信号Ｓａは液面位置表示器８６
に、また、スイッチ信号Ｓｓはコントローラ８５にそれ
ぞれ供給されている。給液装置８では、液８９が図１１
中に示した検出物体９９に該当することになり、液面位
置表示器８６は、入力されたアナログ信号Ｓａのレベル
に対応させて、容器８１中の液８９の液面レベル値を表
示する。

【０００７】給液装置８では、液８９が容器８１に貯留
されていない場合にはスイッチ信号Ｓｓがオフ状態であ
るので、コントローラ８５からポンプ電源装置８４に向
けて制御信号８５ａが出力されてポンプ電源装置８４か
らポンプ８３に駆動電源が供給され、ポンプ８３は運転
状態となる。ポンプ８３が運転されると、貯留タンク８
２中に貯留されている液８９が、配管８８，ポンプ８
３，配管８７を介して容器８１に注入される。液８９が
注入されることで容器８１中の液８９の液面レベルが上
昇を開始し、液面レベルが上限値ｌ₂ に対応するレベル
以上になるとスイッチ信号Ｓｓはオン状態に変化し、コ
ントローラ８５は制御信号８５ａの出力を停止する。こ
の場合には、ポンプ電源装置８４は、ポンプ８３に駆動
電源を供給し続ける。液面レベルがさらに上昇し、下限
値ｌ₁ に対応するレベル以上になるとスイッチ信号Ｓｓ
は再びオフ状態になる。そうすると、コントローラ８５
は再び制御信号８５ａを出力する。ここでポンプ電源装
置８４は、ポンプ８３への駆動電源の供給を停止する。

【０００８】液８９の使用によって貯留タンク８２中に
貯留されている液８９の量が減少すると、液８９の液面
レベルは降下する。液８９の液面レベルが降下して、下
限値ｌ₁ に対応するレベル以下になるとスイッチ信号Ｓ
ｓは再びオン状態になり、コントローラ８５は再び制御
信号８５ａの出力を停止する。この場合には、ポンプ電
源装置８４は、ポンプ８３への駆動電源を供給停止を継
続する。液面レベルがさらに降下し上限値ｌ₂ に対応す
るレベル以下になると、スイッチ信号Ｓｓはオフ状態に
変化し、コントローラ８５は制御信号８５ａをポンプ電
源装置８４に出力する。この場合には、ポンプ電源装置
８４は、ポンプ８３への駆動電源を再開し、以降、上記
の制御パターンを繰り返しつつ運転を継続する。この運
転の間、液８９の液面レベルを目視で確認することが不
可能であっても、液面位置表示器８６の表示内容によっ
て、液８９の液面レベルの確認が可能である。

【０００９】また、超音波距離センサ９をシート材の撓
み量の制御用に使用したのが図１４に示したシート材を
プレス装置に給送する給送装置７である。ここで、図１
４は、図１１，図１２に示した超音波距離センサを用い
た給送装置の構成を説明する説明図であり、図１５は、
給送装置が備えるコントローラから出力される制御出力
信号を説明する説明図である。図１４において、給送装
置７は、シート材７９を供給するための電動ローラ７１
と、シート材７９をプレス装置７８に送り込むための送
り込みローラ７２と、ローラ駆動用の電動機７３と、電
動機電源用のインバータ７４と、コントローラ７５とを
備えている。この給送装置７においては、給送されるシ
ート材７９に、その途中において適度の撓みを持たせる
ことが必要であり、このシート材７９の撓み量の検出の
ために超音波距離センサ９が使用されている。給送装置
７においては、シート材７９が図１１中に示した検出物
体９９に該当することになり、超音波距離センサ９から
出力されたアナログ信号Ｓａとスイッチ信号Ｓｓは、共
にコントローラ７５に供給されている。

【００１０】給送装置７では、コントローラ７５は、図
１５中に示すように、スイッチ信号Ｓｓがオン状態であ
る場合には、アナログ信号Ｓａの値が低下（給送装置７
では、シート材７９の撓み量が増大していることを意味
する。）するに従って、電動機７３の回転数を減少させ
るようにインバータ７４を運転させ、かつ、アナログ信
号Ｓａの値が増大するに従って、電動機７３の回転数を
増加させるようにインバータ７４を運転させる制御出力
信号Ｓｃを出力する。そうして、コントローラ７５は、
スイッチ信号Ｓｓがオフ状態に切り換わると、それ以上
の電動機７３の回転数の増加または減少を停止させて、
定速運転を行うようにインバータ７４を運転させる制御
出力信号Ｓｃを出力する。

【００１１】従って給送装置７では、シート材７９の撓
み量が増加すると、電動機７３の回転数が低下されてシ
ート材７９の撓み量が減少していく。シート材７９の撓
み量が減少を続けて、上限値ｌ₂ に対応するレベル以上
になるとスイッチ信号Ｓｓはオフ状態に変化し、電動機
７３は定速運転状態となり、それ以上の撓み量の減少は
抑制される。また、シート材７９の撓み量が増大を続け
て、下限値ｌ₁ に対応するレベル以下になった場合に
も、スイッチ信号Ｓｓはオフ状態に変化し、電動機７３
は定速運転状態となり、それ以上の撓み量の増大は抑制
される。かくしてシート材７９の撓み量は、適切な範囲
に維持されるのである。

【００１２】なお、アナログ信号Ｓａとスイッチ信号Ｓ
ｓとを内部で合体処理して、図１５中に示した出力特性
を有する信号を出力するようにした超音波距離センサも
知られている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る超音波距離センサ９においては、各種の電気機械装置
等の制御用のセンサ等として使用されて、制御対象に対
する適切な制御動作などの実行を可能にすることができ
ているが、なお次記するような問題点が存在している。
まず、アナログ信号Ｓａは、図１６に示すように、検出
物体９９との間の距離Ｌに関して、超音波距離センサ９
に固有の最長測定可能距離Ｌである距離ｌ _max （以降、
最長距離ｌ_max と略称することがある。）と、最短測定
可能距離Ｌである距離ｌ_min （以降、最短距離ｌ_min と
略称することがある。）との間（この距離Ｌの範囲は、
計測範囲と呼ばれている。）は、リニアにその出力値が
変化する。しかし、検出物体９９との間の距離Ｌが最短
距離ｌ_min 以下になると、超音波距離センサ９のアナロ
グ信号Ｓａの出力値は次のような値を持つものである。
すなわち、最短距離ｌ_min 以下になると、出力値はいっ
たん距離Ｌが２ｌ_minにおける値（図１６中にａで示
す。）にジャンプし、ついで距離Ｌの減少に従ってリニ
アにその出力値は低減し、距離Ｌが（１／２）ｌ_min に
おいて、距離Ｌがｌ_min における出力値と等しく（図１
６中にｂで示す。）なる。

【００１４】この現象は、超音波振動子９１から発射さ
れた超音波パルス９ａが、検出物体９９と超音波振動子
９１との間で繰り返して反射を行う、いわゆる多重反射
を行うことなどにより発生するものである。これによ
り、距離Ｌが最短距離ｌ_min 未満である場合には、アナ
ログ信号Ｓａの出力値に対応する距離Ｌの値は複数の値
が存在することになり、アナログ信号Ｓａの出力値から
距離Ｌを特定することができないことになる。このため
に、この距離Ｌの範囲（この範囲は、不定領域と呼ばれ
ている。）では、超音波距離センサ９は距離センサとし
ての機能を喪失することになる。なお、距離Ｌが計測範
囲にある場合においても、当然のことながら多重反射は
存在しているが、超音波距離センサ９が持つ制御回路装
置９４などによって、対策が施されているのである。ま
た、距離Ｌがｌ_min から（１／２）ｌ_min の間は、超音
波パルス９ａが２回反射を行う範囲であるが、距離Ｌが
（１／２）ｌ_min 以下の範囲においては、超音波パルス
９ａが３回以上の反射を行う影響を受ける（図１６にお
いては、その図示を省略した。）ことになるので、アナ
ログ信号Ｓａの出力値に対応する距離Ｌの値は３値以上
が存在することになるものである。

【００１５】また、このようなアナログ信号Ｓａの出力
値の特性を持つ超音波距離センサ９を制御用のセンサ等
として用いる装置においては、予期しない何らかの原因
によって、超音波距離センサ９と検出物体９９との間の
距離Ｌが不定領域にいったん入ってしまうと、超音波距
離センサ９からのアナログ信号Ｓａから、距離Ｌの実際
値の情報を入手することが不可能になることになる。こ
のために、装置は距離Ｌの適正な制御を行うことができ
ないことになり、最悪の場合には、装置は暴走を行うこ
とも起こりえるのである。

【００１６】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、超音波距離センサ
と検出物体との間の距離が不定領域に入ることを防止で
きる機能を備える超音波距離センサを提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）超音波パルスの送信，および，この送信された超音
波パルスが検出物体に当たることで反射された超音波パ
ルスの受信を行う超音波振動子と、超音波振動子に超音
波パルスを送信させる指令信号の発信・反射された超音
波パルスを受信することで超音波振動子が発信する受信
信号に対応する信号の受信を行い，指令信号の発信時刻
と受信信号に対応する信号の受信時刻との時間差を計測
し，この時間差を基にして検出物体との間の距離に対応
する信号を出力する制御回路装置とを備えた超音波距離
センサにおいて、制御回路装置が出力する検出物体との
間の距離に対応する信号は、検出物体との間の距離に対
応する値を持つアナログ信号に加えて、検出物体との間
の距離が不定領域に到る直前に出力が開始される警報信
号を備える構成とすること、または、 ２）前記１項に記載の手段において、制御回路装置から
出力された警報信号を受け取ることで警報を発生する警
報器を備えた構成とすること、さらにまたは、 ３）超音波パルスの送信，および，この送信された超音
波パルスが検出物体に当たることで反射された超音波パ
ルスの受信を行う超音波振動子と、超音波振動子に超音
波パルスを送信させる指令信号の発信・反射された超音
波パルスを受信することで超音波振動子が発信する受信
信号に対応する信号の受信を行い，指令信号の発信時刻
と受信信号に対応する信号の受信時刻との時間差を計測
し，この時間差を基にして検出物体との間の距離に対応
する信号を出力する制御回路装置とを備えた超音波距離
センサにおいて、制御回路装置が出力する検出物体との
間の距離に対応する信号はアナログ信号であり、このア
ナログ信号は、検出物体との間の距離が不定領域に到る
直前になると不定領域内の検出物体との間の距離に対応
する値の一定値に変化し、アナログ信号が一定値となる
検出物体との間の距離範囲以外の検出物体との間の距離
範囲においては、検出物体との間の距離に対応する値を
持つ構成とすること、により達成される。

【００１８】

【作用】この発明においては、超音波距離センサにおい
て、（１）制御回路装置が出力する検出物体との間の距
離に対応する信号は、検出物体との間の距離に対応する
値を持つアナログ信号に加えて、検出物体との間の距離
が不定領域に到る直前に出力が開始される警報信号を備
える構成とすることにより、超音波距離センサを制御用
のセンサ等として用いる装置においては、警報信号を用
いて検出物体のそれ以上の移動を防止する制御処置を行
うことで、超音波距離センサと検出物体との間の距離が
不定領域に入るのを防止することが可能となる。また、
（２）制御回路装置が出力する検出物体との間の距離に
対応する信号の内の、検出物体との間の距離が不定領域
に到る直前に発信が開始される警報信号を用いて、警報
信号を受け取ることで警報を発生する警報器を備えた構
成とすることにより、超音波距離センサを用いる装置に
おいては、警報器により発生された警報を受け取った時
点で装置の動作状態を変更する処置を行うことで、超音
波距離センサと検出物体との間の距離が不定領域に入る
のを防止することが可能となる。さらにまた、（３）制
御回路装置が出力する検出物体との間の距離に対応する
信号はアナログ信号であり、このアナログ信号は、検出
物体との間の距離が不定領域に到る直前になると不定領
域内の検出物体との間の距離に対応する値の一定値に変
化し、アナログ信号が一定値となる検出物体との間の距
離範囲以外の検出物体との間の距離範囲においては、検
出物体との間の距離に対応する値を持つ構成とすること
により、超音波距離センサを制御用のセンサ等として用
いる装置においては、不定領域内の検出物体との間の距
離に対応する値の一定値に変化したアナログ信号を受信
すると、装置が備える制御機能に従って、この一定値の
アナログ信号値に対応させて、検出物体との間の距離を
引き離す復元処置が行えることになる。

【００１９】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図４は、請求項１，２に対応するこの発明の
一実施例による超音波距離センサを検出物体と共に示す
そのブロック回路図であり、図５は、図４に示した超音
波距離センサから出力される信号を説明する説明図であ
る。図６は、図４，図５に示した超音波距離センサを用
いた給液装置の構成を説明する説明図である。図４，図
５において、図１１，図１２に示した従来例による超音
波距離センサなどと同一部分には同じ符号を付し、その
説明を省略する。また、図６において、図１３に示した
従来例による超音波距離センサを用いた給液装置と同一
部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００２０】図４において、１Ａは、図１１に示した従
来例による超音波距離センサ９に対して、制御回路装置
９４に替えて制御回路装置１１を用いると共に、警報器
１２を備えるようにした超音波距離センサである。制御
回路装置１１は、図１１中に示した従来例による制御回
路装置９４に対して、スイッチ用信号９４ｃに替えて警
報信号１１ｃを出力することが異なっている。警報信号
１１ｃは、検出物体９９との間の距離Ｌが不定領域に到
る直前である距離ｌａおよびそれ以下の距離において出
力される信号である。この距離ｌａの位置は、検出限界
距離設定装置９５から入力される信号の値を変えること
によって、適宜の値に設定することが可能である。バッ
ファアンプ装置とも言えるスイッチ装置９７は、警報信
号１１ｃを入力すると、警報信号１１ｃに対応する信号
であるスイッチ信号Ｓ_A を出力する。このスイッチ信号
Ｓ_A が警報器１２に与えられると、警報器１２は、スイ
ッチ信号Ｓ_A ，従って，警報信号１１ｃに対応して、
音，光などを用いて警報を発することになる。この警報
信号１１ｃ，警報器１２の動作と、距離ｌａとの関係は
図５内に示されている。

【００２１】この超音波距離センサ１Ａを液面の制御用
に使用した装置の一例が図６に示した給液装置２Ａであ
る。給液装置２Ａは、図１３に示した従来例による超音
波距離センサ９を用いる給液装置８に対して、超音波距
離センサ９に替えて超音波距離センサ１Ａを用いると共
に、ポンプ電源装置８４，コントローラ８５の使用を止
め、その替わりに電源スイッチ２１を用いるようにして
いる。給液装置２Ａでは、超音波距離センサ１Ａから警
報信号１１ｃを発信する距離ｌａの位置を、検出物体９
９との間の距離Ｌの下限値ｌ₁ よりも不定領域に近い位
置に設定されている。電源スイッチ２１は、ポンプ８３
への電源の供給およびその停止を手動操作で行うための
ものである。

【００２２】給液装置２Ａでは、液８９の容器８１への
注入操作は、液面位置表示器８６に表示される容器８１
中の液８９の液面レベル値を参照しながら、電源スイッ
チ２１を操作してポンプ８３への電源の供給およびその
停止を行うことで、例えば、作業者によって実施され
る。作業者の操作ミスなどが原因となって、液８９の液
面レベルが検出物体９９との間の距離Ｌの下限値ｌ₁ に
対応するレベルよりも上昇して不定領域に近ずく事態が
発生した場合には、液８９の液面レベルが距離ｌａに対
応するレベルとなった位置で、超音波距離センサ１Ａが
備える警報器１２から警報が発せられるので、この時点
で電源スイッチ２１をオフ操作して、ポンプ８３への電
源の供給を停止する。これにより、給液装置２Ａでは液
面レベルが不定領域入ることを回避できるので、液面位
置表示器８６に表示される液面レベル値を参照すること
のみによって、確実に液８９の容器８１への注入操作を
行うことが可能になることになる。

【００２３】実施例２；図１は、請求項１に対応するこ
の発明の一実施例による超音波距離センサを検出物体と
共に示すそのブロック回路図であり、図２は、図１に示
した超音波距離センサから出力される信号を説明する説
明図である。図３は、図１，図２に示した超音波距離セ
ンサを用いた給液装置の構成を説明する説明図である。
図１，図２において、図４，図５に示した請求項１，２
に対応するこの発明の一実施例による超音波距離セン
サ、および、図１１，図１２に示した従来例による超音
波距離センサなどと同一部分には同じ符号を付し、その
説明を省略する。

【００２４】図１において、１は、図４に示した請求項
１，２に対応するこの発明の一実施例による超音波距離
センサ１Ａに対して、警報器１２の使用を止め、警報信
号でもあるスイッチ信号Ｓ_A （図２を参照）を外部に直
接出力するようにした超音波距離センサである。なお、
距離ｌａの位置を、検出限界距離設定装置９５から入力
される信号の値を変更することによって適宜の値に設定
することが可能であることは、超音波距離センサ１Ａの
場合と同様である。

【００２５】この超音波距離センサ１を液面の制御用に
使用した装置の一例が図３に示した給液装置２である。
給液装置２は、図１３に示した従来例による超音波距離
センサ９を用いる給液装置８に対して、超音波距離セン
サ９，ポンプ電源装置８４，コントローラ８５に替え
て、それぞれ、超音波距離センサ１，ポンプ電源装置２
４，コントローラ２５を用いるようにしている。コント
ローラ２５は、アナログ信号Ｓａが入力されており、ア
ナログ信号Ｓａの値を用いて液８９の液面レベルを上限
値ｌ₂ と下限値ｌ₁ との間に存在させる制御信号２５ａ
を出力する。ポンプ電源装置２４は、制御信号２５ａと
スイッチ信号Ｓ_A とが入力されており、常時は、制御信
号２５ａに対応する電源をポンプ８３に供給する。しか
し、ポンプ電源装置２４は、オン状態のスイッチ信号Ｓ
_A が入力された場合には、スイッチ信号Ｓ_A を制御信号
２５ａに優先して取扱い、ポンプ８３に対する電源の供
給を停止する動作を行う。

【００２６】給液装置２では、液８９の容器８１への注
入操作は、超音波距離センサ１が出力するアナログ信号
Ｓａを用いて、コントローラ２５とポンプ電源装置２４
とが備える機能によってポンプ８３を適切にかつ自動的
に運転することによって行われる。従って、給液装置２
では、液８９の液面レベルは上限値ｌ₂ と下限値ｌ₁と
の間に自動的に保たれる。しかしながら制御異常などが
発生して、液８９の液面レベルが距離Ｌの下限値ｌ₁ に
対応する液面レベルよりも上昇して、不定領域に近ずく
事態が発生した場合には、液８９の液面レベルが距離ｌ
ａに対応する液面レベルとなった位置で、スイッチ信号
Ｓ_A がオン状態となる。スイッチ信号Ｓ _A がオン状態に
変化すると、ポンプ電源装置２４はポンプ８３への電源
の供給を停止する動作を直ちに行う。これにより、制御
異常などの発生時においても、液面レベルが不定領域に
入ることは回避されるのである。

【００２７】また給液装置２では、液８９の液面レベル
は、前述したところにより自動的に制御されるので、液
面位置表示器８６の表示内容の監視を行う必要性は低減
される。このために、給液装置２が備える容器８１を、
高所，あるいは遠隔地に設置することも可能となるもの
である。 実施例３；図７は、請求項３に対応するこの発明の一実
施例による超音波距離センサを検出物体と共に示すその
ブロック回路図であり、図８は、図７に示した超音波距
離センサから出力される信号を説明する説明図である。
図９は、図７，図８に示した超音波距離センサを用いた
給送装置の構成を説明する説明図であり、図１０は、給
送装置の制御動作を説明する説明図である。図７，図８
において、図１，図２に示した請求項１に対応するこの
発明の一実施例による超音波距離センサ、および、図１
１，図１２に示した従来例による超音波距離センサなど
と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００２８】図７において、３は、図１に示した請求項
１に対応するこの発明の一実施例による超音波距離セン
サ１に対して、スイッチ装置９７の使用を止め、その替
わりに信号変換回路装置３１を用いて、防止機能付きア
ナログ信号Ｓ_B を出力するようにした超音波距離センサ
である。信号変換回路装置３１は、アナログ信号Ｓａと
警報信号１１ｃとが入力されており、オフ状態の警報信
号１１ｃが出力されている常時においては、アナログ信
号Ｓａと全く同一内容の防止機能付きアナログ信号Ｓ_B
（以降、単に信号Ｓ_B と略称することがある。）を出力
する。しかし、オン状態の警報信号１１ｃが入力された
場合には、Ｓ₀ の値を持つ信号Ｓ_B を出力する。このＳ
₀ の値は、アナログ信号Ｓａの出力範囲をリニアに延長
したと仮定した場合に、不定領域中の距離ｌ₀ における
出力値に相当する値に設定されている。この信号Ｓ_B の
出力値と、距離ｌａ，距離ｌ₀ ，距離Ｌとの関係は図８
内に示されている。すなわち、検出物体９９と超音波距
離センサ３（より正確には超音波距離センサ３が持つ超
音波振動子９１である。）との間の距離Ｌが距離ｌａ以
上である範囲では、信号Ｓ_B の出力値は、従来例の超音
波距離センサ９から出力されるアナログ信号Ｓａの出力
値と同一である。なお、距離ｌａの位置は、検出限界距
離設定装置９５から入力される信号の値を変更すること
によって適宜の値に設定することが可能であることは、
超音波距離センサ１，１Ａの場合と同様である。

【００２９】この超音波距離センサ３をシート材の撓み
量の制御用に使用した装置の一例が図９に示した給送装
置４である。給送装置４は、図１４に示した従来例によ
る超音波距離センサ９を用いる給送装置７に対して、超
音波距離センサ９，コントローラ７５に替えて、それぞ
れ超音波距離センサ３，コントローラ４１を用いてい
る。超音波距離センサ３が出力する防止機能付きアナロ
グ信号Ｓ_B は、コントローラ４１に供給されている。

【００３０】コントローラ４１は、信号Ｓ_B が前記の出
力値を持つこともあり、給送装置４においては、シート
材７９と超音波距離センサ３との間の距離Ｌが距離ｌａ
以上である範囲では、信号Ｓ_B の値が低下（給送装置４
では、シート材７９の撓み量が増大していることを意味
する。）するに従って、電動機７３の回転数Ｎを減少さ
せるようにインバータ７４を運転させ、かつ、信号Ｓ_B
の値が増大するのに従って、電動機７３の回転数Ｎを増
加させるようにインバータ７４を運転させる制御出力信
号Ｓｓｃを出力する。そうして、コントローラ４１は、
距離Ｌが距離ｌａ以下になると、前記のＳ₀ の値を持つ
信号Ｓ_B の供給を受けて、電動機７３の回転数Ｎを大幅
に低減させるようにインバータ７４を運転させる制御出
力信号Ｓｓｃを出力する。距離Ｌが距離ｌａ以下の場合
の電動機７３の回転数Ｎである回転数Ｎ₀ は、例えば、
距離Ｌが距離ｌａ以上である場合の回転数Ｎの距離Ｌに
対する変化特性をリニアに延長したと仮定した場合に、
不定領域中の距離ｌ₀ における出力値に相当する値に設
定される。（図１０を参照） 従って給送装置４では、シート材７９の撓み量が増大し
過ぎると、電動機７３の回転数Ｎが低下されてシート材
７９の撓み量が減少され、シート材７９の撓み量が減少
し過ぎると、電動機７３の回転数Ｎが増大されてシート
材７９の撓み量が増大されるように、シート材７９の撓
み量が自動的に制御される。このことで、シート材７９
は、適切な撓み量にほぼ維持される。しかしながら、制
御異常などが発生してシート材７９の撓み量が極端に増
加し過ぎて、距離Ｌの下限値ｌ₁に対応する撓み量を越
えて不定領域に近ずく事態が発生した場合には、シート
材７９の撓み量が距離ｌａに対応する量となった位置
で、信号Ｓ_B の値がＳ₀ に急減されることで、電動機７
３の回転数Ｎは、例えば、Ｎ₀ に急減される。すなわち
給送装置４では、シート材７９の撓み量の実際値は距離
ｌａに対応する値であるのに、給送装置４が備える制御
システムに対しては、シート材７９の撓み量は、撓み量
が極めて大きい距離ｌ₀ に対応する値であると認識させ
ることで、シート材７９の撓み量は急速に低減させる制
御を行わさせるのである。これにより、シート材７９の
撓み量は急速に正常値に復帰するので、制御異常などの
発生時においても、シート材７９の撓み量が不定領域に
入り込むほど増大することが回避されえるのである。

【００３１】実施例３における今までの説明では、超音
波距離センサ３は信号変換回路装置３１を備えており、
これを用いて防止機能付きアナログ信号Ｓ_B を生成する
としてきたが、これに限定されるものではなく、例え
ば、防止機能付きアナログ信号Ｓ_B は、制御回路装置１
１におけるソフトウエアなどによる処理によって生成し
てもよく、その場合には、信号変換回路装置３１は不要
となる。

【００３２】実施例１〜３における今までの説明では、
超音波距離センサが備える制御回路装置１１は、ワンチ
ップマイコンを主体として構成されたデジタル回路装置
であるとしてきたが、これに限定されるものではなく、
例えば、適宜の回路素子で構成されるデジタル回路装置
であっても、また、アナログ回路装置であってもよく、
アナログ回路装置でである場合には、Ｄ／Ａ変換回路装
置９６は不要となる。

【００３３】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。 この発明による超音波距離センサから出力される警報
信号を用いて、検出物体のそれ以上の移動を防止する制
御処置を行うことで、超音波距離センサと検出物体との
間の距離が不定領域に入るのを防止する処置を行うこと
ができ、予期しない異常事態の発生があっても、超音波
距離センサを用いている装置に暴走などが発生するのを
抑止することが可能となる。また、 検出物体と超音波距離センサとの間の距離に関する表
示を参考にする、制御装置を用いない簡単な構成の装置
であっても、この発明による警報を発する超音波距離セ
ンサを用いることによって、超音波距離センサと検出物
体との間の距離が不定領域に入るのを防止する処置を行
うことが可能となる。また、 この発明による超音波距離センサから出力される、不
定領域の直前で不定領域内の検出物体との間の距離に対
応する値の一定値に変化する信号を用いて、検出物体と
超音波距離センサとの間の距離の制御を行うことで、予
期しない異常事態の発生があっても、検出物体と超音波
距離センサとの間の距離を正常値に復元する処置を行う
ことができ、超音波距離センサを用いている装置の動作
の安定性を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応するこの発明の一実施例による
超音波距離センサを検出物体と共に示すそのブロック回
路図

【図２】図１に示した超音波距離センサから出力される
信号を説明する説明図

【図３】図１，図２に示した超音波距離センサを用いた
給液装置の構成を説明する説明図

【図４】請求項１，２に対応するこの発明の一実施例に
よる超音波距離センサを検出物体と共に示すそのブロッ
ク回路図

【図５】図４に示した超音波距離センサから出力される
信号を説明する説明図

【図６】図４，図５に示した超音波距離センサを用いた
給液装置の構成を説明する説明図

【図７】請求項３に対応するこの発明の一実施例による
超音波距離センサを検出物体と共に示すそのブロック回
路図

【図８】図７に示した超音波距離センサから出力される
信号を説明する説明図

【図９】図７，図８に示した超音波距離センサを用いた
給送装置の構成を説明する説明図

【図１０】給送装置の制御動作を説明する説明図

【図１１】従来例の超音波距離センサを検出物体と共に
示すそのブロック回路図

【図１２】図１１に示した超音波距離センサから出力さ
れる信号を説明する説明図

【図１３】図１１，図１２に示した超音波距離センサを
用いた給液装置の構成を説明する説明図

【図１４】図１１，図１２に示した超音波距離センサを
用いた給送装置の構成を説明する説明図

【図１５】給送装置が備えるコントローラから出力され
る制御出力信号を説明する説明図

【図１６】不定領域における図１１に示した超音波距離
センサから出力される信号を説明する説明図

【符号の説明】

１ 超音波距離センサ １１ 制御回路装置 １１ｃ 警報信号 ９５ 検出限界距離設定装置 ９７ スイッチ装置 ９９ 検出物体 Ｓ_A スイッチ信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波パルスの送信，および，この送信さ
   れた超音波パルスが検出物体に当たることで反射された
   超音波パルスの受信を行う超音波振動子と、超音波振動
   子に超音波パルスを送信させる指令信号の発信・反射さ
   れた超音波パルスを受信することで超音波振動子が発信
   する受信信号に対応する信号の受信を行い，指令信号の
   発信時刻と受信信号に対応する信号の受信時刻との時間
   差を計測し，この時間差を基にして検出物体との間の距
   離に対応する信号を出力する制御回路装置とを備えた超
   音波距離センサにおいて、 制御回路装置が出力する検出物体との間の距離に対応す
   る信号は、検出物体との間の距離に対応する値を持つア
   ナログ信号に加えて、検出物体との間の距離が不定領域
   に到る直前に出力が開始される警報信号を備えることを
   特徴とする超音波距離センサ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の超音波距離センサにおい
   て、 制御回路装置から出力された警報信号を受け取ることで
   警報を発生する警報器を備えたことを特徴とする超音波
   距離センサ。
3. 【請求項３】超音波パルスの送信，および，この送信さ
   れた超音波パルスが検出物体に当たることで反射された
   超音波パルスの受信を行う超音波振動子と、超音波振動
   子に超音波パルスを送信させる指令信号の発信・反射さ
   れた超音波パルスを受信することで超音波振動子が発信
   する受信信号に対応する信号の受信を行い，指令信号の
   発信時刻と受信信号に対応する信号の受信時刻との時間
   差を計測し，この時間差を基にして検出物体との間の距
   離に対応する信号を出力する制御回路装置とを備えた超
   音波距離センサにおいて、 制御回路装置が出力する検出物体との間の距離に対応す
   る信号はアナログ信号であり、このアナログ信号は、検
   出物体との間の距離が不定領域に到る直前になると不定
   領域内の検出物体との間の距離に対応する値の一定値に
   変化し、アナログ信号が一定値となる検出物体との間の
   距離範囲以外の検出物体との間の距離範囲においては、
   検出物体との間の距離に対応する値を持つものであるこ
   とを特徴とする超音波距離センサ。