JPH08327732A - 超音波レベルセンサ - Google Patents

超音波レベルセンサ

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JPH08327732A
JPH08327732A JP7155294A JP15529495A JPH08327732A JP H08327732 A JPH08327732 A JP H08327732A JP 7155294 A JP7155294 A JP 7155294A JP 15529495 A JP15529495 A JP 15529495A JP H08327732 A JPH08327732 A JP H08327732A
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Yukio Katagishi
Kanetake Kura
行雄 片岸
懐剛 蔵
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Kasuga Denki Kk
春日電機株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 近距離の検出の改善と、正確な距離測
定と広い検出範囲を実現する超音波レベルセンサに関す
るものである。 【構成】 遠距離測定と、近距離測定を1サイク
ルの交互に行ない、反射波によって距離を測定する手段
を有する超音波レベルセンサで、反射波の幅によって測
定距離を補正する手段を有し、かつ受信能力を高める構
成を有する受信回路からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】超音波を発射し、検出物体からの
反射波により距離を検出し制御する超音波レベルセンサ
の近距離の検出の改善と、正確な距離測定と、広い検出
範囲を実現する内容に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に超音波レベルセンサでは、超音波
発射後に生じる残響は、送受信兼用型のセンサでは機械
的な振動が長時間にわたり続くことが原因となる。残響
時間が超音波の反射時間より長い場合、すなわち被検出
体が超音波レベルセンサから短距離にある場合、被検出
物の検出は物理的に不可能である。このため超音波を発
射してから一定時間受波信号を検出しない不検出時間を
設定していたが、近距離検出は不可能であった。また送
受波兼用型のセンサでは超音波発射のための駆動回路と
音波受信のための受信回路を同一のセンサ端子から取り
出さなければならず、送受回路の干渉に留意する必要が
あり、しかも遠距離の測定をする場合、図2に示すよう
に駆動回路の電圧を上げなければならず、耐圧の大きな
素子が必要となり、電力損失、発熱等の問題が生じた。
また抵抗R1は大きな抵抗値が必要となり、ノイズの関
係もあり大きな増幅が期待できない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近距離、遠距離の超音
波の反射波による距離測定の切換えを反射波の1サイク
ルごとに行ない、近距離の検出が可能となる方法および
正確な距離測定と、広い検出範囲を実現する内容に関す
るものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】反射波の1サイクルごと
に近距離、遠距離の切換えを行なうが、近距離では、パ
ルス発射幅を小さくして、検出感度を弱くし、遠距離で
はパルス発射幅を大きくして、検出感度を強くするが、
検出物体に対する距離の誤差が近距離、遠距離ではパル
ス幅、検出感度を変えることにより異なるとともに、大
きくなる場合があるので、距離と反射波の幅との関係の
デ−タテ−ブルを作成し、補正を行なった。
【0005】
【発明の作用】残響やまわり込み波による近距離検知が
困難であることを解消すると共に、反射距離や検出物体
により、音波の強さが異なり、それによって生じる物理
的誤差を解消し、正確な距離測定と、広い検出範囲を実
現する内容に関するものである。
【0006】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すブロック図であ
る。1はCPUで、超音波レベルセンサ全体を制御す
る。2は駆動回路であり、送受波器4に駆動信号を与え
る。3は電源回路で、超音波レベルセンサ全体の電源供
給部ある。17は測定距離調節スイッチで、制御範囲を
決定し、実施例ではディップスイッチを使用している。
18は測定距離測定モ−ドなどが確定したら押す釦であ
る。5はセンサ受信部で送受波器4から送信した超音波
を受信する部分で、初段増幅部6で増幅される。7は初
段増幅部6で増幅された交流信号を直流信号に直す検波
部、検波部7で検波された後、増幅部8で更に増幅され
る。10はCPU1のポ−トaから近距離測定、遠距離
測定の切換指令が出される近距離、遠距離切換部で、増
幅部8のゲインを可変したり、比較部9の検出レベルを
可変したりし、かつ発射波の幅を駆動回路2内で近距離
用、遠距離用で可変している。比較部9からCPU1の
A/D入力へ反射波の波高値の立上がり時間を測定し、
割り込み入力にて反射波の幅を測定する。11はCPU
1からの4〜20mA出力である。
【0007】図3は本発明の駆動回路部内に組み込まれ
ている発信部とセンサ受信部と初段増幅部との配線を示
す図であるが、動作原理を示すと以下のようになる。1
2、13は発信部でCPUからの信号により交流的に発
射周波数に応じて駆動する。15、16はFETでCP
Uからのゲ−ト信号により、受信時はON、発射時はO
FFとなる。FETからの受信出力は抵抗R2を通して
初段増幅部14へ信号が送られる。図3で発信部12、
13で交流的な駆動をしているため、図2の駆動電圧の
1/2で同様の性能が得られる。従って高耐圧の素子が
必要なくなる。FET15、16は送信時はカットオ
フ、受信時は交流的に低インピ−ダンスとなるため、受
信回路へのRは0オ−ムでも問題なく、ノイズに対して
強くなると共に十分な受信出力が得られる。
【0008】図4は検出物が遠い場合の、図5は検出検
出物が近い場合の、図1のブロック図の各部の信号波形
をを図にしたものであるが、aは図1のa点の発射信号
を示したもので、近距離、遠距離の発射信号が交互に近
距離ではパルス発射幅を小さくして、検出感度を弱く
し、遠距離ではパルス発射幅を大きくして、検出感度を
強くし、繰り返される。bは図1のb点の増幅受信信号
を示したもので、破線部は、まわり込み波を回路上およ
びプログラム上でカットしたものである。しかも比較部
9の検出レベルで近距離、遠距離に物体の存在を検知
し、cは図1のc点で割り込み入力で反射波の幅を測定
し、検出幅が大きければ、反射波が大きく、正確な距離
測定時間が測定でき、検出幅が小さければ、反射波が小
さく、正確な距離測定時間ができなくなることを意味す
る。この場合、何らかの補正が必要となる。dは図1の
近距離測定、遠距離測定の切換波形でポ−トaからゲイ
ンの切換えを示す。
【0009】図6〜図8は距離測定のマイクロプログラ
ムを示すフロ−チャ−ト図である。図6は主プログラム
で、ステップ101で初期設定を行ない、ステップ10
2で超音波発射プログラムを組み、ステップ103で距
離計算を行ない、ステップ101の前へ戻る。
【0010】図6において、ステップ102の発射プロ
グラムは、図7のようになる。超音波発射時間が長いも
のが高感度、超音波発射時間が短いものが低感度で、高
感度で遠距離測定、低感度で近距離測定を行なうが、ス
テップ104で高感度測定をする場合、ステップ107
で高感度時間発射になり、ステップ108で検出距離が
80cm以内で距離測定禁止となる。ステップ105で
低感度時間発射となり、ステップ106で検出距離が4
0cm以内で距離測定禁止となる。
【0011】検出物体に対する距離の誤差が、近距離、
遠距離では、パルス幅、検出感度を変えることにより異
なると共に大きくなる場合があるので、距離と反射波の
幅との関係のデ−タテ−ブルを作成し、補正を行なう必
要があり、その距離計算は図6のステップ103とな
り、具体的には図8のようになる。
【0012】図8において、遠距離測定の場合は、高感
度測定を、近距離測定の場合は、低感度測定によって実
際距離を算出するが、ステップ109で高感度測定を行
なうと、ステップ113で高感度反射幅によって距離計
算を行ない、ステップ114で低感度距離を基準にして
90cmより大きい場合は、ステップ115で実際距離
=高感度反射幅による距離計算の結果をメモリに保存す
る。ステップ114で低感度距離を基準にして90cm
より小さい場合は距離測定はしないこととなる。
【0013】ステップ109で高感度測定を行なわない
場合、ステップ110で低感度反射幅によって距離計算
を行ない、ステップ111で低感度距離を基準にして9
0cmより多くない場合は、ステップ112で実際距離
=低感度反射幅による距離計算の結果をメモリに保存す
る。ステップ111で低感度距離を基準にして90cm
より多い場合は、距離測定はしないこととなる。
【0014】以上のように反射波の1サイクルごとに近
距離、遠距離切換えを行ない、近距離測定ではパルス発
射幅を小さくし、検出感度を弱くし、遠距離測定ではパ
ルス発射幅を大きくし、検出感度を強くし、かつ測定距
離と反射波の幅の関係のデ−タテ−ブルを作成し、補正
を行なうことにより、検出物体の種類に応じても正確な
距離測定が得られるようになった。
【0015】
【発明の効果】まわり込み波により、近距離から遠距離
までの幅広い計測が不可能であったが、検出物体の種類
に応じた正確な距離測定が得られるようになり、送受信
超音波信号の駆動を2つの発信部で動作させているの
で、高耐圧の素子が必要なくなり、市場性のある素子が
使用可能となりコストダウンがはかれる。このことによ
り受信回路部と駆動部の分離が可能となりノイズに対し
て強いものができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のブロック図。
【図2】 従来の駆動回路部内に組み込まれている発信
部とセンサ受信部とと初段増幅部との配線を示す図。
【図3】 本発明の駆動回路部内に組み込まれている発
信部とセンサ受信部と初段増幅部との配線を示す図。
【図4】 検出物が遠い場合の本発明のブロック図の各
部の信号波形。
【図5】 検出物が近い場合の本発明のブロック図の各
部の信号波形。
【図6】 距離測定のマイクロプログラムを示すフロ−
チャ−ト図。
【図7】 距離測定のマイクロプログラムを示すフロ−
チャ−ト図。
【図8】 距離測定のマイクロプログラムを示すフロ−
チャ−ト図。
【符号の説明】
1 CPU 2 駆動回路 3 電源回路 4 送受波器 5 センサ受信部 6 初段増幅部 7 検波部 8 増幅部 9 比較部 10 近遠距離切換部 11 電流出力部 12 発信部 13 発信部 14 初段増幅部 15 FET 16 FET 17 測定距離調節スイッチ 18 釦

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波の送受波器と、該送受波器を
    駆動する駆動回路部と、前記超音波の検出物体からの超
    音波受信波を受信するセンサ受信部と、センサ受信部の
    信号を増幅する初段増幅部と、前記超音波受信波を検波
    する検波部と、該検波部の信号を増幅する増幅部と、該
    増幅部の信号を比較する比較部と、反射波による遠距離
    測定と、近距離測定を1サイクルの交互に行ない、前記
    反射波によって距離を測定する手段を有する超音波レベ
    ルセンサにおいて、反射波の幅によって測定距離を補正
    する手段を有する超音波レベルセンサ。
  2. 【請求項2】 CPUからの信号により交流的に発射
    周波数に応じて駆動する2つの発信部と、CPUからの
    ゲ−ト信号により駆動する2つのトランジスタと、前記
    トランジスタから抵抗を通して初段増幅部へ信号が伝達
    することを特徴とする請求項1記載の超音波レベルセン
    サ。
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