JPH0894740A - 超音波式距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波の送信時間間隔を短くしても、繰返し
応答を無視して、正規応答だけに基づいて距離を正確に
測定できるようにする。 【構成】 超音波式距離測定装置は、一定の送信時間間
隔をおいて超音波を送信し、超音波を送信してから所定
のしきい値を越える被測定物からの反射波を受信するま
での時間を測定することにより被測定物までの距離を測
定するものである。しきい値を越える反射波を受信した
ときに、現在の反射波の受信レベルと現在の距離演算値
を求め、現在の距離演算値が前回の距離測定値より小さ
く、かつ現在の反射波の受信レベルが前回の距離測定時
の反射波の受信レベルより小さいときは、距離の測定、
距離測定値および距離測定時の反射波の受信レベルの更
新を行わず、それ以外のときは、距離の測定、反射波の
受信レベルおよび測定時の反射波の受信レベルの更新を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波式距離測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波式距離測定装置として、一定の送
信時間間隔をおいて超音波を送信し、超音波を送信して
から所定のしきい値を越える被測定物からの反射波を受
信するまでの時間（超音波の往復時間）を測定すること
により被測定物までの距離を測定するものが知られてい
る。

【０００３】図４のタイミングチャートの(a) に示すよ
うに、従来の超音波式距離測定装置では、超音波の送信
時間間隔は、測定範囲内の最大測定距離を超音波が往復
する時間（最大測定距離往復時間）より長い値に設定さ
れている。

【０００４】これは、次のような理由による。

【０００５】超音波式距離測定装置による距離測定時に
は、測定装置と被測定物との間を超音波が複数回往復す
ることにより、図４(a) の受信信号の欄に示すように、
正規応答の他に繰返し応答が発生する。正規応答は、測
定装置から送信された超音波が測定装置と被測定物との
間を最初に１回往復することにより生じるものであり、
繰返し応答は、測定装置と被測定物との間を最初に１回
往復した超音波がさらに測定装置と被測定物との間を繰
返し往復することにより生じるものである。測定装置か
ら被測定物までの距離をＬとすると、超音波送信から正
規応答までの時間は２Ｌ、第１の繰返し応答までの時間
は４Ｌ、第２の繰返し応答までの時間は６Ｌにそれぞれ
相当し、超音波送信から正規応答までの時間、正規応答
から第１の繰返し応答までの時間、および繰返し応答の
間の時間は互いに等しい。

【０００６】ところで、図４(b) に示すように、超音波
の送信時間間隔を最大測定距離往復時間に等しくしたと
すると、(n+1) 回目の超音波送信後に、ｎ回目の超音波
に対する繰返し応答の反射波を受信し、(n+1) 回目の超
音波送信からこの繰返し応答までの時間に基づいて距離
を誤って測定してしまうことがある。このため、図４
(a) に示すように、ｎ回目の超音波に対する繰返し応答
の反射波のレベルが十分に減衰してから次の超音波を送
信するように、超音波の送信時間間隔を最大測定距離往
復時間よりかなり長い値に設定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波式距離測
定装置によれば、上述のように、超音波の送信時間間隔
が最大測定距離往復時間よりかなり長い値に設定されて
いるので、距離の測定間隔が長くなって、応答速度が遅
くなり、とくに測定装置が搭載された物体と被測定物と
の相対速度が大きい場合に、正確な距離の測定ができな
いという問題がある。

【０００８】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
超音波の送信時間間隔をできるだけ短くして、応答速度
を高めることができる超音波式距離測定装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による超音波式
距離測定装置は、一定の送信時間間隔をおいて超音波を
送信し、超音波を送信してから所定のしきい値を越える
被測定物からの反射波を受信するまでの時間を測定する
ことにより被測定物までの距離を測定する超音波式距離
測定装置において、しきい値を越える反射波を受信した
ときに、現在の反射波の受信レベルを求めるとともに、
直前の超音波送信からの時間に基づいて現在の距離演算
値を求め、現在の距離演算値が前回の距離測定値より小
さく、かつ現在の反射波の受信レベルが前回の距離測定
時の反射波の受信レベルより小さいときは、そのときの
反射波は正規の反射波でないと判断し、距離の測定、距
離測定値および距離測定時の反射波の受信レベルの更新
を行わず、それ以外のときは、そのときの反射波は正規
の反射波であると判断し、現在の距離演算値を距離測定
値として更新する距離の測定を行い、現在の反射波の受
信レベルを距離測定時の反射波の受信レベルとして更新
するようになされていることを特徴とするものである。

【００１０】たとえば、距離測定装置は、超音波を送信
するための超音波送信手段、被測定物で反射した反射波
を受信するための超音波受信手段、および超音波送信手
段を制御し超音波を送信してからしきい値を越える正規
の反射波を受信するまでの時間を測定して被測定物まで
の距離を求める処理手段を備えている。超音波送信手段
は、送信パルス信号（電気信号）を出力するための送信
パルス発生手段、およびこの送信パルス信号を超音波と
して送信するための送波手段を備えている。超音波受信
手段は、反射波を受信してこれを受信信号（電気信号）
に変換するための受波手段を備えている。送信パルス発
生手段としては、公知のパルス発生器を用いることがで
きる。送波手段としては、公知の送波器を用いることが
できる。受波手段としては、公知の受波器を用いること
ができる。また、送波手段および受波手段として、送波
と受波の両方を行う送受波器（超音波センサ）を用いる
こともできる。処理手段は、受波手段からの受信信号を
処理してしきい値を越える正規の反射波を受波したこと
を検知するための反射波検知手段、および超音波を送信
してからしきい値を越える正規の反射波を受波するまで
の時間をカウントするためのカウント手段を備えてい
る。処理手段には、一定の超音波の送信時間間隔が設定
されている。この送信時間間隔は、後述するように、超
音波が測定範囲内の最大測定距離を往復する最大測定距
離往復時間に等しくすることができる。処理手段は、送
信時間間隔おきに超音波送信手段を駆動して超音波を送
信させ、これと同時に、カウント手段をリセットしてカ
ウントを開始させる。超音波を送信してから送信時間間
隔が経過するまでにしきい値を越える反射波を受信しな
かったときは、測定範囲内に被測定物がないと判断し、
次の超音波を送信させる。送信時間間隔が経過するまで
にしきい値を越える反射波を受信したときは、次に説明
するように、その反射波が正規応答（正規の反射波）で
あるか繰返し応答であるかを判断し、正規応答である場
合は、距離の測定を行い、繰返し応答である場合は、距
離の測定を行わない。すなわち、しきい値を越える反射
波を受信すると、まず、現在の反射波の受信レベルを求
めるとともに、直前の超音波送信からの時間に基づいて
現在の距離演算値を求める。現在の距離演算値が前回の
距離測定値より小さく、かつ現在の反射波の受信レベル
が前回の距離測定時の反射波の受信レベルより小さいと
きは、繰返し応答である（正規の反射波でない）と判断
し、距離の測定、距離測定値および距離測定時の反射波
の受信レベルの更新を行わない。それ以外のときは、正
規応答であると判断し、現在の距離演算値を距離測定値
として更新する距離の測定を行い、現在の反射波の受信
レベルを距離測定時の反射波の受信レベルとして更新す
る。

【００１１】

【作用】図３(b) に示すように、(n+1) 回目の超音波送
信後に、ｎ回目の超音波に対する第１の繰返し応答の反
射波を受信した場合を考えると、前述のように、ｎ回目
の超音波送信からこれに対する正規応答までの時間と、
この正規応答から第１の繰返し応答までの時間とは互い
に等しいので、(n+1) 回目の超音波送信から第１の繰返
し応答までの時間は、ｎ回目の超音波送信から正規応答
までの時間より短い。したがって、(n+1) 回目の超音波
送信から第１の繰返し応答までの時間に基づく現在の距
離演算値は、前回の距離測定値（ｎ回目の超音波送信か
ら正規応答までの時間に基づく距離測定値）より小さ
い。そして、繰返し応答の場合、現在の距離演算値が前
回の距離測定値より大きくなることはない。また、第１
の繰返し応答の反射波の受信レベルは、正規応答の反射
波の受信レベルより減衰して小さくなっている。すなわ
ち、繰返し応答の場合は、現在の距離演算値が前回の距
離測定値より小さくなっているにもかかわらず、現在の
反射波の受信レベルは前回の距離測定時の反射波の受信
レベルより小さくなっている。これに対し、正規応答の
場合は、現在の距離演算値が前回の距離測定値より小さ
くなっていれば、現在の反射波の受信レベルは前回の距
離測定時の反射波の受信レベルより大きくなっているは
ずである。したがって、現在の距離演算値が前回の距離
測定値より小さく、かつ現在の反射波の受信レベルが前
回の距離測定時の反射波の受信レベルより小さいとき
は、繰返し応答であるということがわかる。したがっ
て、超音波の送信時間間隔を測定範囲内の最大測定距離
往復時間に等しく設定しても、繰返し応答を正規応答と
誤認することがなく、正規応答だけに基づいて距離を正
確に測定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【００１３】図１は、超音波式距離測定装置の構成の１
例を示している。

【００１４】図１において、測定装置は、送信パルス発
生器(1) 、送受波器(2) 、カウンタ回路(3) 、Ａ／Ｄ変
換器(4) およびマイコン（マイクロコンピュータ）(5)
を備えている。

【００１５】送信パルス発生器(1) は、マイコン(5) か
らの駆動信号Ａにより一定周波数の送信パルス信号Ｂを
一定時間出力するための送信パルス発生手段を構成して
おり、公知のパルス発生器によって構成することができ
る。送受波器(2) は、送信パルス信号Ｂを超音波として
送波するための送波手段と、被測定物（図示略）で反射
した反射波を受波してこれを受信信号Ｃに変換するため
の受波手段とを構成するものであり、公知の超音波セン
サによって構成することができる。送信パルス発生器
(1) と送受波器(2) の送波手段により、超音波を送信す
るための超音波送信手段が構成されている。送受波器
(2) の受波手段により、反射波を受波するための超音波
受信手段が構成されている。

【００１６】Ａ／Ｄ変換器(4) は、送受波器(2) からの
受信信号Ｃをデジタル信号Ｄに変換して、マイコン(5)
に出力する。カウンタ回路(3) は、超音波を送信してか
ら一定のしきい値を越える反射波を受信するまでの時間
をカウントするためのカウント手段を構成している。マ
イコン(5) からのリセット信号Ｅ、スタート信号Ｆおよ
びホールド信号Ｇが、カウンタ回路(3) のリセット端子
Ｒ、スタート端子Ｓおよびホールド端子Ｈにそれぞれ入
力する。カウンタ回路(3) は、リセット信号Ｅによって
リセットされ、スタート信号Ｆによってカウントを開始
し、一定のクロックパルスが入力するたびにそのカウン
ト値Ｉが１ずつ増加し、ホールド信号Ｇによってカウン
ト値Ｉがホールドされる。カウンタ回路(3) のカウント
値Ｉは、マイコン(5) に入力する。マイコン(5) は、信
号Ｄに基づいて、しきい値を越える正規の反射波を受信
したことを検知するための反射波検知手段を構成してい
る。マイコン(5) には、測定装置の測定範囲内の最大測
定距離往復時間と等しい一定の値が、超音波の送信時間
間隔として設定されている。また、マイコン(5) には、
反射波に対するしきい値が設定されている。カウンタ回
路(3) 、Ａ／Ｄ変換器(4) およびマイコン(5) により、
処理手段が構成されている。処理手段は、送信パルス発
生器(1) を制御して超音波を送信させ、超音波を送信し
てからしきい値を越える正規の反射波を受信するまでの
時間を測定して被測定物までの距離を求めるためのもの
である。

【００１７】次に、図２のフローチャートを参照して、
上記の測定装置の動作の１例について説明する。

【００１８】まず、測定装置が起動されると、マイコン
(5) において、初期化が行われ、測定時の反射波の受信
レベル値（前回測定レベル値）に０がセットされ、前回
距離測定値に測定範囲内の最大測定距離がセットされる
（ステップ１）。次に、マイコン(5) からリセット信号
Ｅとスタート信号Ｆが続けて出力され、カウンタ回路
(3) がリセットされた後、カウントを開始する（ステッ
プ２）。次に、マイコン(5) から駆動信号Ａが出力さ
れ、これにより、一定時間の間、送信パルス発生器(1)
から送信パルス信号Ｂが出力されて、送受波器(2) によ
り測定範囲内に超音波が送信される（ステップ３）。こ
の超音波送信の間も、時間の経過につれて、カウンタ回
路(3) のカウント値Ｉが増加する。超音波の送信が終わ
ると、マイコン(5) により、受信信号Ｃに対応する信号
Ｄが読込まれ、しきい値を越える反射波を受信したかど
うかが調べられる（ステップ４）。しきい値を越える反
射波が受信されていない場合は、ステップ５に進み、超
音波の送信開始から上記送信時間間隔が経過したかどう
かが調べられ、送信時間間隔が経過していなければ、ス
テップ４に戻る。ステップ５において送信時間間隔が経
過していれば、測定範囲内に被測定物がないと判断し
て、ステップ２に戻る。ステップ４においてしきい値を
越える反射波が受信された場合は、ステップ６に進ん
で、そのときの反射波の受信レベルが現在レベル値とし
て記憶される。同時に、超音波送信からの時間に基づい
て、被測定物までの距離が演算され、これが現在距離演
算値に記憶される（ステップ７）。次に、現在距離演算
値が前回距離測定値より小さいかどうかが調べられ（ス
テップ８）、そうであれば、ステップ９に進む。ステッ
プ９では、現在レベル値が前回測定レベル値より大きい
かどうかが調べられ、そうでなければ、ステップ５に戻
る。ステップ８において現在距離演算値が前回距離測定
値より小さくなかった場合、およびステップ９において
現在受信レベルが前回測定レベルより大きかった場合
は、ステップ10に進む。ステップ10では、マイコン(5)
からホールド信号Ｇが出力されて、カウンタ回路(3) の
カウント値Ｉがホールドされる。次に、現在距離演算値
を距離測定値とする距離の測定が行われ、現在距離演算
値が前回距離測定値に記憶されて、前回距離測定値が更
新される（ステップ11）。次に、現在レベル値が前回測
定レベル値に記憶されて、前回測定レベル値が更新され
る（ステップ12）。次に、超音波送信開始から送信時間
間隔が経過したかどうかが調べられ（ステップ13）、こ
れが経過するまでステップ13が繰返される。そして、送
信時間間隔が経過した時点で、ステップ13からステップ
２に戻る。

【００１９】図２のフローチャートの説明より明らかな
ように、上記の測定装置では、しきい値を越える反射波
が受信された場合も、これが受信されなかった場合も、
送信時間間隔おきに超音波が送信される。そして、超音
波を送信してから送信時間間隔が経過するまでにしきい
値を越える超音波が受信されなかった場合は、測定範囲
内に被測定物がないと判断され、送信時間間隔が経過し
た時点で、次の超音波が送信される。この場合は、ステ
ップ２、３、４および５が実行される。

【００２０】超音波を送信してから送信時間間隔が経過
するまでにしきい値を越える超音波が受信された場合
は、ステップ６以下において、正規応答であるか繰返し
応答であるかが判断され、正規応答である場合のみ、距
離の測定、前回距離測定値および前回測定レベル値の更
新が行われる。次に、図３のタイミングチャートを参照
して、上記の動作をさらに具体的に説明する。

【００２１】測定装置が起動された後に、ステップ４に
おいてしきい値を越える最初の反射波が受信されてステ
ップ６に進んだ場合、現在レベル値（＞しきい値）は前
回測定レベル（＝０）より必ず大きいため、ステップ９
からステップ５に進むことはありえず、必ずステップ10
に進んで、距離の測定が行われ、前回距離測定値および
前回測定レベル値が更新される。そして、超音波送信か
ら送信時間間隔が経過するまでステップ13が繰返され、
送信時間間隔が経過した時点で、ステップ２に戻って、
次の超音波が送信される。図３(a) および(b) に示すよ
うに、ｎ回目の超音波送信後に、これに対する正規の反
射波がしきい値を越えてステップ４において受信された
場合を考えると、反射波が正規応答によるものであれ
ば、現在距離演算値が前回距離測定値より小さくてかつ
現在レベル値が前回測定レベル値以下であることはあり
えないので、ステップ９からステップ５に進むことはあ
りえず、ステップ８からあるいはステップ９からステッ
プ10に進んで、距離の測定、前回距離測定値および前回
測定レベル値の更新が行われる。このように正規応答に
基づく距離の測定が行われた後は、送信時間間隔が経過
するまでステップ13が繰返されるので、仮に(n+1) 回目
の超音波送信までの間にｎ回目の超音波に対する繰返し
応答が発生したとしても、これを受信することはない。
(n+1) 回目の超音波送信後に、ｎ回目の超音波に対する
１回目の繰返し応答がしきい値を越えて受信された場
合、ステップ４からステップ６に進むが、繰返し応答の
場合は、現在距離演算値が前回距離測定値より小さいに
もかかわらず現在レベル値が前回測定レベル値より小さ
いので、ステップ９からステップ５に進み、距離の測定
は行われない。すなわち、繰返し応答は無視される。そ
して、図３(a) および(b) に示すように、(n+2) 回目の
超音波送信までに、(n+1) 回目の超音波に対する正規の
反射波がしきい値を越えて受信されると、ステップ４か
らステップ６に進む。図３(a) の場合、現在距離演算値
が前回距離測定値より大きいため、ステップ８からステ
ップ10に進み、距離の測定、前回距離測定値および前回
測定レベル値の更新が行われる。図３(b) の場合は、現
在距離演算値が前回距離測定値より小さいが、正規応答
であれば、現在レベル値が前回測定レベル値より大きい
ので、ステップ９からステップ10に進み、距離の測定、
前回距離測定値および前回測定レベル値の更新が行われ
る。このように、(n+1) 回目の超音波送信後に、ｎ回目
の超音波に対する繰返し応答と(n+1) 回目の超音波に対
する正規応答があった場合、繰返し応答は無視され、正
規応答に基づいて正確に距離の測定が行われる。なお、
図３(a) および(b) の場合において、ｎ回目の超音波に
対する繰返し応答がしきい値以下であるときは、この繰
返し応答は受信されず、(n+1) 回目の超音波に対する正
規応答だけが受信されて、ｎ回目の超音波に対する正規
応答の場合と同様に距離の測定が行われる。

【００２２】

【発明の効果】この発明の超音波式距離測定装置によれ
ば、上述のように、超音波の送信時間間隔を測定範囲内
の最大測定距離往復時間に等しく設定しても、繰返し応
答を無視して、正規応答だけに基づいて距離を正確に測
定することができる。そして、超音波の送信時間間隔を
測定範囲内の最大測定距離往復時間と等しい必要最小限
の値に設定することができるため、超音波の送信時間間
隔を可能な限り短くして、応答速度を高めることができ
る。したがって、測定装置が搭載された物体と被測定物
との相対速度が大きい場合でも、より正確な距離の測定
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す超音波式距離測定装置
の概略構成図である。

【図２】図１のマイクロコンピュータの処理の１例を示
すフローチャートである。

【図３】図１の超音波式距離測定装置の各部の信号を示
すタイミングチャートである。

【図４】従来の超音波式距離測定装置の各部の信号を示
すタイミングチャートである。

【符号の説明】

(1) 送信パルス発生器 (2) 送受波器 (3) カウンタ回路 (4) Ａ／Ｄ変換器 (5) マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西崎 勝利 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 嘉田 友保 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 小幡 佳史 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の送信時間間隔をおいて超音波を送信
   し、超音波を送信してから所定のしきい値を越える被測
   定物からの反射波を受信するまでの時間を測定すること
   により被測定物までの距離を測定する超音波式距離測定
   装置において、 しきい値を越える反射波を受信したときに、現在の反射
   波の受信レベルを求めるとともに、直前の超音波送信か
   らの時間に基づいて現在の距離演算値を求め、現在の距
   離演算値が前回の距離測定値より小さく、かつ現在の反
   射波の受信レベルが前回の距離測定時の反射波の受信レ
   ベルより小さいときは、そのときの反射波は正規の反射
   波でないと判断し、距離の測定、距離測定値および距離
   測定時の反射波の受信レベルの更新を行わず、それ以外
   のときは、そのときの反射波は正規の反射波であると判
   断し、現在の距離演算値を距離測定値として更新する距
   離の測定を行い、現在の反射波の受信レベルを距離測定
   時の反射波の受信レベルとして更新するようになされて
   いることを特徴とする超音波式距離測定装置。