JPS58172569A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は超音波パルスを発射しその指向性コーン内の対
象物で反射されるエコーを検出して対象物の距離を知る
ために用いられ、基準時間とエコ一時間との比較に関係
して有効状態にされ得る少なくとも一つの能動化可能な
切換範囲を有する超音波センサに関する。

〔従来技術とその問題点〕

上記種類の一つの公知の超音波近接スイッチ（シーメン
ス社Ｂｅｒｏ　３　ＳＧ　１６型近接スイツチ）では、
個々の切換範囲を能動化するための基準時間がＲ６回路
により得られている。しかしこの場合、抵抗およびコン
デンサの許容差が考慮に入れられなければならない。さ
らに、ｐ整可能なボテフシ１メータを介して基準時間を
設定する必要がある。

〔発明の目的〕

従って、本発明の目的は、上記種類のセンナをわずかな
部品０組立および試験費用で高い応動精度が得られるよ
うに改良することである。

〔発明の要点〕

この目的は本発明によれば、上記種類の超音波センサに
おいて、基準時間を得るためにカウンタとの共同作用に
より送波器のスイッチオフおよびスイッチオフな行なう
クロライパルス発生器を用い、またカウンタのカウント
状態に関係して出力信号を形成するために切換範囲を能
動化するととＫより達成される。本発明による・センサ
では、調整可能な抵抗もコンデンサも省略され得るので
、少なくともクロックパルス発生器および他の基準時間
を得るための回路は一つの集積回路内に集積され得る。

〔発明の実施態様〕

出力信号をレリーズする際にも公知のセンサにくらべて
一層精密な比較を可能にし、それにより障害に対する安
全性を高めるため、出力信号がある回数の基準時間とエ
コ一時間との比較の後にカウント装置を介してレリーズ
され、かつキャンセルされることは有利である。切換範
囲の限界範囲内の対象物を一層良好に検出可能にするた
め、クロックパルス発生器が出力信号に関係して所定の
クロックパルス数にわたって中断可能であることは有利
である。それにより限界範囲をずらすこと、すなわちセ
ンサにヒステリシス特性を持たせることができる。切換
信号のがわりにあるいはそれに加えて、センサからの対
象物の距離の指示を可能にするためあるいは対象物の運
動の観察を可能圧するため、カウンタの出力がディジタ
ル−アナログ変換器を介して距離指示装置に導かれてい
ることは有利である。指示された値奮闘度の制御装置で
再処理可能にするため、カウンタの出力がメモリを介し
て７セグメント表示器に導かれていることは有利である
。

〔発明の実施例〕

以下、図面により本発明によるセンサのχ流側を説明し
、またその作動の仕方を詳細に説明する。

２００　ｋＨｚの脚波数を有する超音波は空気中で著し
く減衰し、１ｍごとに音の強さは１／／１０に減少する
。それにもかかわらず利用可能なエコーを得るためには
、１個の超音波センナの切換間隔が制限されなければな
らない。最大の切換間隔は、ここで説明する実施例では
１００　ｃｍである。対象物が超音波センサのすぐ近く
に位置する場合には、超音波パルス発射の際に生じた変
換器の機械的振動がまだ完全には減衰していない間にエ
コーが変換器に到達する。このような対象物はセン・す
によって一義的に検出され得ない。この埋山て最小の切
換間隔は２０（ｍであるから、ここで説明する超音波セ
ンサで検出可能な範囲は２０ａ！＃とＺｏｏ　１ｍとの
間の範囲である。検出不可能な近傍範囲は０と２０ａｍ
との閣の範囲である。パルス発射からエコー到達までの
時間間隔はセンナから対象物までの間隔に直接比例する
。この関係が種々の切換範囲内の対象物を検出するため
に利用される。２０（ＩＩＩと１０００１）との間の利
用可能な検出範囲は、第１図に示されているように各１
０ｃＩｈの等大の８個の切換範囲工ないし８に分割され
ている。各切換範囲は超音波センサ９でプログラミング
装置により予め選択可能である。次に、−例として第１
図にノ・ツチングを施して示されているように、切換範
囲６が選択されている場合の作動の仕方を説明する。切
換範囲１から切換範囲６までのすべての切換範囲内では
対象物の検出が行なわれる。この検出範囲内で超音波セ
ンサは、選択された切換範囲６内に対象物が存在する場
合とそれよりも手前の切換範囲１ないし５、いわゆる阻
止範囲内に対象物が存在する場合とを区別する。切換範
囲６内の対象物に対してはセンサ９の信号出力端が、ま
た切換範囲１ないし５内の対象物に対しては追加的な阻
止範囲出力端が用いられる。切換範囲６が選択されてい
る場合、切換範囲７および８内の対象物は検出されない
。

上記の機能自体は前述の公知のＢｅｒｏ　３ＧＳ　１６
１１超音波センサが既に有している。第２図には、本発
明による超音波センサ９の内部構成がブロック回路図で
示されている。クロックパルス発生器１０はカウンタ１
１と接続され【おり、カウンタ１１はその出力端１２な
いしｎで論理回路３１を介して、一方では高周波送波器
ｎを、他方ではプログラミング装置別を介して予め選択
された切換範踵な能動化する。送波器るは受波器として
も兼用され得るので、増幅器およびレベル整合モジュー
ル５が送波器るの後に接続されており、距離に関係する
論理回路部により有効接続状態にされる。論理回路部は
プログラミング装置別を介して相応の切換範囲と対応づ
けられている。モジｚ−ｐ２７内には、ある回数たとえ
ば３回の基準時間とエコ一時間との比較の後に出力信号
列をレリーズし、復帰カウント後に初めて出力信号を再
びキャンセルするカウント装置が設けられている。モジ
ュールｎはプログラミング装置によりプログラミングさ
れた切換範囲に対するカウント装置を含んでおり、それ
に対してモジュールごと互いにインターロックされてい
るモジー−ル四は阻止範囲すなわちこの例では切換範囲
工ないし５に対するカウント装置を含んでいる。モジュ
ール四に接続されている出力端には参照符号園が付され
ている。

次に、本発明による超音波センナの作動の仕方を説明す
る。クロックパルス発生器１０内の基本クロックパルス
は安定な振動子たとえば市販のセラミック振動子から与
えられる５００　ｋＨｚのノ（パスを１００ｋＨｚに分
周したパルスである。この基本クロックパルスは１２ビ
ツト２進カウンタ１１に導かれる。

このカウンタは第戊ビットで帰還導線３２（第３図参照
）を介して自動的にリセットされ、次いで最初からカウ
ンタ過糧を開始する。出力導線１２ないしｎは一つの内
部１１ビツト・パスを形成する。ビット・パターンは第
４図に示されている。時点Ｔ。

では、すべての出力１２ないし２２＃ま零である、。高
周波送波器りがスイッチオンされ、それにより送信パル
スが発射される。クロックツくパス発生器１０の特定個
数のパルス、たとえば第４図の１１ｇ１行のビ、ドパタ
ーンに示されているようＫ　５１　ｒｓのノくパスの後
に、送波器はスイッチオフされる。次（・で、振動子を
機械的に減衰させるために必要な個数のクロックパルス
発生器１０のパルスの後に１切換範囲１が（プログラミ
ングされていたとすれば）スイッチオンされる。さらＫ
それぞれ団個のノくパスの後に、第４図のビットパター
ンに示されているように、その次の切換範囲が能動化さ
れる。ここで説明する例では、切換範囲６がプログラミ
ング装置により能動化されている。いま切換間ＷＡ６内
に対象物あが存在していれば、送波器るが受波器として
作動して一つのエコーパルスを受入れる。

このパルスは増幅器およびレベル整合モジ、−ルδを介
して距離に関係する論理回路モジー−ルかに導かれる。

この切換範囲６がプログラミング装置別を介して予め選
定されているので、距離に関係するアンド論理回路が能
動的となり、信号なモジ鼻−ル２７に与え、従って出力
端Ｚが信号を発する。こうして論理回路３１は送信ノく
パスを形成し、かつ切換範囲を時間に関係して形成する
役割をする。これは、メモリ拳フリップフロップを後に
接続されている論理回路（詳細には図示されて〜・ない
）により行なわれる。切換範囲に対するフリップフロッ
プの出力はプルグラミング装置別に導かれており、そこ
で所望の切換範囲が選定され得る。

メモリ・フリップフロップを有する論理回路を半導体メ
モリ（ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ　）により置換することもで
きる。

いま対象物あが能動化されていない切換範囲７から切換
範囲６の限界に近付けられると、距離に関係する論理条
件が存在していても、すなわちエコーおよび切換範囲信
号が存在していても、クロ、クパルス発生器１０は所定
のクロックパルス数にわたって中断される。これはモジ
ュールＩまたは四を介して、ここに説明する例では１．
５（ｍｌの距離に相当するクロックパルス数にわたって
行なわれるので、すべての切換範囲がこの距離だけずら
され、従ってここでは切換振動が生じ得ない。センサは
前記のヒステリシスを有する。

第５図による実施例では、カウンタにキャッチ・フリッ
プフロップあが接続されており、このフリ、ブフロ、プ
がディジタル−アナログ変換器あを介して指示針器あと
接続されており、この指示針器によりセンサ９からの対
象物の距離が連続的に指示され得る。第６図には７セグ
メント表示器ｒを介して直接に距離指示を行なう実施例
がｌｌ１Ｌ理的に示されており、表示器ｒを駆動するた
めカウンタと表示器胛との間にメモリ鵠およびデコーダ
於が接続されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては、超音波センサに
より該センサから対象物までの距離がどの範囲内にある
かを見付けるｈめにセンサの感知ヨ□−ｔａｎえ、よつ
い１．・、′１・−一１間、オ、あ。

るべき基準時間を従来技術のようＫＲＣ回路などにより
設定するかわりに、クロックパルス発生器からの正確な
り口、クパルスをカウンタ忙より受けて、＃カウンタに
より送波器をメン・オフ制御するとともに該カウンタの
カウント状態に応じた前記の切換え範Ｈの回路を能動化
するようにしたので、基準時間の精度が抵抗値や容量値
の工差により変動したりポテンショメータなどにより基
準時間を許容範囲内に調整する必要がなくなり、組立て
や試験のための手間を掛けずに精密な距離認知をするこ
とができる。また上述のクロックパルス発生器やカウン
タな含めて本発明による超音波センサの回路は１個の集
積回路内に納めることが可能で、従ってセンサを僅かな
部品点数で構成することができる。さらにはかかる基本
構成をとることにより、基準時間とエコ一時間との比較
の正確さを保証するために比較を数回繰返してその結果
な硼めたり、対象物の位置が所定の切換え範囲の限界に
近いときにクロックパルス発生器からのクロックパルス
をある時間内だけ中断させて前記の限界を若干ずらせる
ことにより、対象物がどの範囲にあるかが不定になるよ
うな不都合が生じることがないようにしたりすることも
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波センサの作動原理の説明図、第２図は本
発明による超音波センサの構成を示すブロック回路図、
第３図は必要な出力端を有するカウンタを示す図、第４
図はカウンタの出力端に現われるビアドパターンの説明
図、第５図はフロックパルス発生器およびカウンタにデ
ィジタル−アナログ変換器を接続して対象物の距離のア
ナログ指示を行なう実施例のブロック回路図、第６図は
クロックパルス発生器およびカウンタにメモリを介して
７セグメント表示器を接続した実施例のブロック回路図
である。 １〜８・・・切換範囲、９・・・超音波センサ、１０・
・・クロックパルス発生器、１１・・・カウンタ、１２
〜２２・・・カウンタ出力端、乙・・・高周波送波器、
ム・・・プログラミング装置、５・・・増幅器およびレ
ベル整合モジ一ル、に・・・論理回路、ｎ、２９・・・
カウント装置モジュール、Ｚ・・・信号出力端、（資）
・・・阻止範囲出力端、３１・・・論理回路、３２・・
・帰還導線、お・・・対象物、翼・・・フリ、プフロッ
プ、蕊・・・ディジタル−アナログ変換器、３６・・指
示計器、３７・・・７セグメント表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）超音波パルスを発射しその指向性コーン内の対象物
   で反射されるエコーを検出して対象物の距離を知るため
   に用いられ、基準時間とエコ一時間との比較に関係して
   有効状態にされ得る少なくとも一つの能動化可能な切換
   範囲を有する超音波センサにおいて、基準時間を得るた
   めにカウンタとの共同作用により送波器のスイッチオン
   およびスイッチオフを行なうクロックパルス発生器が用
   いられ、またカウンタのカウント状態に関係して出力信
   号形成のために切換範囲が能動化されることを特徴とす
   る超音波センサ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超音波センサにおいて
   、出力信号がある回数の基準時間とエコ一時間との比較
   の後にカウント装置を介してしＩＪ−ズされ、かつキャ
   ンセルされることを特徴とする超音波センナ。 ３）％許請求の範囲第１項または第２項記載の超音波セ
   ンサにおいて、クロックパルス発生器が出力信号に関係
   して所定のクロックパルス数にわたって中断可能である
   ことを特徴とする超音波センサ。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の超音波センサにおいて、カウンタの出力う；ディジ
   タル−アナログ変換器を介して距離指示装置に導かれる
   ことを特徴とする超音波センサ。 ５）％許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の超音波センナにおいて、カウンタの出力がメモリを
   介し、て７セグメント表示器に導かれることを特徴とす
   る超音波センサ。