JPS5828554B2 - 超音波距離計 - Google Patents
超音波距離計Info
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- JPS5828554B2 JPS5828554B2 JP53144698A JP14469878A JPS5828554B2 JP S5828554 B2 JPS5828554 B2 JP S5828554B2 JP 53144698 A JP53144698 A JP 53144698A JP 14469878 A JP14469878 A JP 14469878A JP S5828554 B2 JPS5828554 B2 JP S5828554B2
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 8
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/08—Systems for measuring distance only
- G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S15/14—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance respectively with the pulse transmission and echo reception
-
- G—PHYSICS
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
- Y10S367/90—Sonar time varied gain control systems
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波を用いる距離計測器に関する。
超音波の送受信間に生じる時間的な差異を利用する前記
距離計測器には、種々の方式が提案されているが、いず
れも回路構成が複雑である欠点を有している。
距離計測器には、種々の方式が提案されているが、いず
れも回路構成が複雑である欠点を有している。
そこで本発明は構成が簡単であるにもかかわらず対称物
体からの反射超音波の音圧レベルの距離依存性が少なく
、精度高く計測することができる超音波距離計を提供す
るものである。
体からの反射超音波の音圧レベルの距離依存性が少なく
、精度高く計測することができる超音波距離計を提供す
るものである。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
１はスタートパルス発生回路で、スイッチＳＷを操作す
る度にスタートパルスＰ１ｍ２図ａ〕を出力する。
る度にスタートパルスＰ１ｍ２図ａ〕を出力する。
２は第１のタイマ手段としての単安定マルチバイブレー
クで、スタートパルスＰ１ によってトリガされ、規定
時間ｔ２の期間、出力〔第２図ｂ〕を論理レベルＩｆ
ＨＩ＋に反転させる。
クで、スタートパルスＰ１ によってトリガされ、規定
時間ｔ２の期間、出力〔第２図ｂ〕を論理レベルＩｆ
ＨＩ＋に反転させる。
３は搬送周波数発振源で、距離計測に用い周波数の超音
波周波数信号Ａを連続的に発生する。
波周波数信号Ａを連続的に発生する。
４は乗算回路で、単安定マルチバイブレーク２出力が論
理レベル”Ｈ”にある期間に限って前記超音波周波数信
号Ａが通過するバースト信号〔第２図Ｃ〕を出力する。
理レベル”Ｈ”にある期間に限って前記超音波周波数信
号Ａが通過するバースト信号〔第２図Ｃ〕を出力する。
５は電力増幅回路で、乗算回路４出力のバースト信号を
増幅し、超音波スピーカ６を駆動する。
増幅し、超音波スピーカ６を駆動する。
７は超音波マイクロホン８で受信した信号を選択増幅す
る帯域増幅回路で、増幅の中心周波数は前記超音波周波
数信号Ａの周波数に設定されている。
る帯域増幅回路で、増幅の中心周波数は前記超音波周波
数信号Ａの周波数に設定されている。
９は第２のタイマ手段としての単安定マルチバイブレー
クで、前記スタートパルスＰ１によってトリガされ規定
時間ｔ９の期間、出力〔第２図ｄ〕を論理レベル１′Ｈ
１′に反転させる。
クで、前記スタートパルスＰ１によってトリガされ規定
時間ｔ９の期間、出力〔第２図ｄ〕を論理レベル１′Ｈ
１′に反転させる。
１０は単安定マルチバイブレーク９出力を微分する微分
回路で、例えば第４図に示すようにコンデンサＣと抵抗
Ｒとの直列回路から構成され、時間経過に伴って指数関
数的に変化する波形の信号〔第２図ｅ〕を出力する。
回路で、例えば第４図に示すようにコンデンサＣと抵抗
Ｒとの直列回路から構成され、時間経過に伴って指数関
数的に変化する波形の信号〔第２図ｅ〕を出力する。
１１はアナログ・コンパレータで、微分回路１０出力信
号レベル■１ と帯域増幅器７出力信号レベル■２とを
比較し、レベル■１〈レベル■２の時に出力が論理レベ
ルＩＩ ＨＩ＋に反転する。
号レベル■１ と帯域増幅器７出力信号レベル■２とを
比較し、レベル■１〈レベル■２の時に出力が論理レベ
ルＩＩ ＨＩ＋に反転する。
１２はフリップフロップ回路で、前記スタートパルスＰ
１によってセットされアナログ・コンパレータ１１出力
が論理レベル”Ｈ”に反転するまでの期間、出力Ｑ〔第
２図ｈ〕を論理レベルＩＩ ＨＩ＋に保つ。
１によってセットされアナログ・コンパレータ１１出力
が論理レベル”Ｈ”に反転するまでの期間、出力Ｑ〔第
２図ｈ〕を論理レベルＩＩ ＨＩ＋に保つ。
また１３は対称物体を表わす。
スイッチＳＷを操作して超音波スピーカ６から対象物体
に向かって規定時間ｔ２の間、送信された超音波は、対
象物体で反射し超音波マイクロホン８に達する。
に向かって規定時間ｔ２の間、送信された超音波は、対
象物体で反射し超音波マイクロホン８に達する。
該反射超音波は帯域増幅回路７によって選択的に増幅さ
れ、帯域増幅回路７出力には第２図ｆの如きアナログ信
号が発止する。
れ、帯域増幅回路７出力には第２図ｆの如きアナログ信
号が発止する。
一方アナログ・コンパレータ１１の閾値を決定する微分
回路１０出力信号レベル■１は、入力レベルとしての単
安定マルチバイブレーク９出力レベルＥに対して と表わすことができる。
回路１０出力信号レベル■１は、入力レベルとしての単
安定マルチバイブレーク９出力レベルＥに対して と表わすことができる。
反射波による受信超音波レベルＶ２もまた時間と共に減
少することから、アナログ・コンパレータ１１は距離（
即ち反射波到達時間）に応じて感度が異なる。
少することから、アナログ・コンパレータ１１は距離（
即ち反射波到達時間）に応じて感度が異なる。
そのためスタートパルスＰ１によってセットされ出力Ｑ
が論理レベルＩｆ ＨＩ＋に反転したフリップフロップ
１２は、微分回路１０出力に対して受信信号レベルが大
きくなった時間ｔ１□後に論理レベル”Ｌ ”に復帰す
る。
が論理レベルＩｆ ＨＩ＋に反転したフリップフロップ
１２は、微分回路１０出力に対して受信信号レベルが大
きくなった時間ｔ１□後に論理レベル”Ｌ ”に復帰す
る。
空気中における音波の伝藩速度Ｖはｖ ＝ ３３１ ＋
０．９ ｔ （ｍ ／５ｅｃ） −・−・−・−−
−−−−−−（３）但し第３式において ｔ：温度〔℃
〕 で表わせるため、超音波パルスの送信から受信までの時
間（前記時間ｔ１□）が計測されると、対称物１３まで
の距離りは によって明らかになる。
０．９ ｔ （ｍ ／５ｅｃ） −・−・−・−−
−−−−−−（３）但し第３式において ｔ：温度〔℃
〕 で表わせるため、超音波パルスの送信から受信までの時
間（前記時間ｔ１□）が計測されると、対称物１３まで
の距離りは によって明らかになる。
受信超音波強度と距離りの関係は、対称物体１３の超音
波反射係数が同一であっても受信超音波強度は距離りの
２乗に逆比例するため、第３図ａに示すようなレベルの
超音波信号を距離が順次遠くなる所に位置する対称物体
ａ、ｂ、ｃにそれぞれ送信すると、それぞれの受信超音
波強度は第３図すのように距離の変化に対応して減少す
るものである。
波反射係数が同一であっても受信超音波強度は距離りの
２乗に逆比例するため、第３図ａに示すようなレベルの
超音波信号を距離が順次遠くなる所に位置する対称物体
ａ、ｂ、ｃにそれぞれ送信すると、それぞれの受信超音
波強度は第３図すのように距離の変化に対応して減少す
るものである。
また一般的に超音波スピーカの指向特性に起因して、送
信用超音波スピーカと接近して設置した受信用超音波マ
イクロホンには、対称物体によって反射された反射波以
外に、直接波が指向特性に依存して入射する。
信用超音波スピーカと接近して設置した受信用超音波マ
イクロホンには、対称物体によって反射された反射波以
外に、直接波が指向特性に依存して入射する。
更に超音波スピーカならびに超音波マイクロホンを同一
支持体によって支持した場合には、該支持体を介して伝
達される。
支持体によって支持した場合には、該支持体を介して伝
達される。
このため超音波距離計の測定限界設定値距離Ｌｍａｘに
対応する受信レベルに応答するのに充分な増幅を行ない
、反射到達時間に関係なく一定レベル状態の固定閾値レ
ベルと増幅後の受信レベルとの比較を行なうと、前述の
直接波が障害になり、従来の距離計では直接波などの不
要信号レベルが測定限界を与えるという欠点を有してい
る。
対応する受信レベルに応答するのに充分な増幅を行ない
、反射到達時間に関係なく一定レベル状態の固定閾値レ
ベルと増幅後の受信レベルとの比較を行なうと、前述の
直接波が障害になり、従来の距離計では直接波などの不
要信号レベルが測定限界を与えるという欠点を有してい
る。
しかしながら第１図の距離計ではアナログ・コンパレー
タ１１の閾値として、時間に伴って変化する微分回路１
０出力信号を用い、反射波到達時間に応じて感度が自動
的に変化するように構成したため、送信開始直後の不要
信号の影響を回避することができると共に、極めて至近
距離にある対称物体の距離計測も正確に実施できるもの
である。
タ１１の閾値として、時間に伴って変化する微分回路１
０出力信号を用い、反射波到達時間に応じて感度が自動
的に変化するように構成したため、送信開始直後の不要
信号の影響を回避することができると共に、極めて至近
距離にある対称物体の距離計測も正確に実施できるもの
である。
なおトランスジューサとしての超音波スピーカ６と超音
波マイクロホン８はその電気−機械変換能率機械−電気
変換能率が搬送波周波数発振源３の発振周波数において
最も好ましくなるように選ばれるのは当然である。
波マイクロホン８はその電気−機械変換能率機械−電気
変換能率が搬送波周波数発振源３の発振周波数において
最も好ましくなるように選ばれるのは当然である。
また第２図ａ”ｈは既に説明したように、第１図の要部
タイミング図であるが、図においてアナログ信号部分は
拡大図示しである。
タイミング図であるが、図においてアナログ信号部分は
拡大図示しである。
更に例えば搬送波周波数発振源３の発振周波数を４０（
ＫＨｚ）、単安定マルチバイブレーク２の規定時間ｔ２
を２ （ｍｓｅｃ：）、計測限界設定値距離を３．４（
ｍ）と設定した場合、単安定マルチバイブレーク９の規
定時間ｔ９を２０（ｍＳｅｃ）とした。
ＫＨｚ）、単安定マルチバイブレーク２の規定時間ｔ２
を２ （ｍｓｅｃ：）、計測限界設定値距離を３．４（
ｍ）と設定した場合、単安定マルチバイブレーク９の規
定時間ｔ９を２０（ｍＳｅｃ）とした。
第１図のフリップフロップ１２出力が、単安定マルチバ
イブレーク９の規定時間ｔ、を越える場合（即ち反射波
が規定時間内に得られない場合）は測定限界表示を行な
うことも可能である。
イブレーク９の規定時間ｔ、を越える場合（即ち反射波
が規定時間内に得られない場合）は測定限界表示を行な
うことも可能である。
第１図のフリップフロップ１２の出力パルスをデジタル
化する場合には、フリップフロップ１２出力をゲート信
号として用い適当なりロック信号を計数することによっ
て可能である。
化する場合には、フリップフロップ１２出力をゲート信
号として用い適当なりロック信号を計数することによっ
て可能である。
第５図はコンデンサＣＩ、抵抗Ｒ１，インバータ１４か
ら構成される簡単な発振回路例を示し、クロック信号源
として第５図のように発振周波数がコンデンサＣ１と抵
抗Ｒ１との時定数に依存する発振回路を用い、かつクロ
ックの周波数変化率が第３式に示す音速の変化と等しく
なるよう、例えば抵抗Ｒ１あるいは抵抗Ｒ１の一部をサ
ーミスタ等の感温抵抗体に置換することによって、デジ
タル化された距離指示出力から温度影響を除去できる。
ら構成される簡単な発振回路例を示し、クロック信号源
として第５図のように発振周波数がコンデンサＣ１と抵
抗Ｒ１との時定数に依存する発振回路を用い、かつクロ
ックの周波数変化率が第３式に示す音速の変化と等しく
なるよう、例えば抵抗Ｒ１あるいは抵抗Ｒ１の一部をサ
ーミスタ等の感温抵抗体に置換することによって、デジ
タル化された距離指示出力から温度影響を除去できる。
しかも第３式の変化率の範囲であれば、超音波スピーカ
６ならびに超音波マイクロホン８の周波数特性および帯
域増幅回路７の周波数特性に影響を与えるものでないた
め、温度補償を施した第５図の発振器等を搬送波周波数
発振源３として使用することも可能である。
６ならびに超音波マイクロホン８の周波数特性および帯
域増幅回路７の周波数特性に影響を与えるものでないた
め、温度補償を施した第５図の発振器等を搬送波周波数
発振源３として使用することも可能である。
また搬送波周波数発振源３の発振周波数を３４（ＫＨｚ
）程度に設定すれば、１サイクル当りの距離が１〔α〕
に相当するから、この周波数の上分周波を前記時間幅ｔ
１２の計測用クロックに用いれば、その計数出力が直接
センナメートル単位の距離表示とすることができる利点
を有する。
）程度に設定すれば、１サイクル当りの距離が１〔α〕
に相当するから、この周波数の上分周波を前記時間幅ｔ
１２の計測用クロックに用いれば、その計数出力が直接
センナメートル単位の距離表示とすることができる利点
を有する。
なお送信パルス時間幅となる単安定マルチバイブレーク
２の規定時間ｔ２は、使用する超音波スピーカならびに
超音波マイクロホンの機械的Ｑと同等程度若しくはそれ
より僅かに多い波数に相当する時間に設定することが好
ましい。
２の規定時間ｔ２は、使用する超音波スピーカならびに
超音波マイクロホンの機械的Ｑと同等程度若しくはそれ
より僅かに多い波数に相当する時間に設定することが好
ましい。
以上説明のように本発明によると、超音波送信用および
受信用のトランスジューサと、超音波送信時間を規定す
る第４のタイマ手段と、前記超音波が測定限界距離を往
復するに要する時間の時間幅のパルスを前記超音波送信
用トランスジューサによる送信開始と共に出力する第２
のタイマ手段と、第２のタイマ手段出力を微分する微分
回路と、前記受信用トランスジューサを介して得た受信
超音波レベルと前記微分により得られた減衰信号レベル
とを比較し、受信超音波レベルが減衰信号レベルに達し
たことを検出するコンパレータとを設け、超音波送信開
始時点からコンパレータによる前記検出までの時間から
対称物までの距離を計測するように構成したため、コン
パレータの反射波に対する閾値は反射波到達時間の経過
に伴って自動的に変化し、構成簡単にして反射波の音圧
レベルの距離依存性の問題点を回避できると共に、正確
な距離測定が可能である。
受信用のトランスジューサと、超音波送信時間を規定す
る第４のタイマ手段と、前記超音波が測定限界距離を往
復するに要する時間の時間幅のパルスを前記超音波送信
用トランスジューサによる送信開始と共に出力する第２
のタイマ手段と、第２のタイマ手段出力を微分する微分
回路と、前記受信用トランスジューサを介して得た受信
超音波レベルと前記微分により得られた減衰信号レベル
とを比較し、受信超音波レベルが減衰信号レベルに達し
たことを検出するコンパレータとを設け、超音波送信開
始時点からコンパレータによる前記検出までの時間から
対称物までの距離を計測するように構成したため、コン
パレータの反射波に対する閾値は反射波到達時間の経過
に伴って自動的に変化し、構成簡単にして反射波の音圧
レベルの距離依存性の問題点を回避できると共に、正確
な距離測定が可能である。
また、コンパレータの閾値は、超音波が測定限界距離を
往復するに要する時間の時間幅Ｔ、のパルスを送信開始
と共に出力する第２のタイマ手段出力から得られるため
、このパルスの時間幅Ｔ９内に前記コンパレータの出力
が反転しない場合には、測定限界距離外の距離測定であ
った旨を構成簡単にして判定することができるものであ
る。
往復するに要する時間の時間幅Ｔ、のパルスを送信開始
と共に出力する第２のタイマ手段出力から得られるため
、このパルスの時間幅Ｔ９内に前記コンパレータの出力
が反転しない場合には、測定限界距離外の距離測定であ
った旨を構成簡単にして判定することができるものであ
る。
第１図は本発明による超音波距離計のブロック図、第２
図ａ ＝ ｈは第１図の要部タイミング図、第３図ａ、
ｂ、第４図および第５図は原理説明図である。 １・・・スタートパルス発生回路、２・・・単安定マル
チバイブレーク〔第１のタイマ手段〕、３・・・搬送周
波数発振源、６・・・超音波スピーカ、８・・・超音波
マイクロホン、９・・・単安定マルチバイブレーク〔第
２のタイマ手段〕、１０・・・微分回路、１１・・・ア
ナログ・コンパレータ、１３・・・対称物体。
図ａ ＝ ｈは第１図の要部タイミング図、第３図ａ、
ｂ、第４図および第５図は原理説明図である。 １・・・スタートパルス発生回路、２・・・単安定マル
チバイブレーク〔第１のタイマ手段〕、３・・・搬送周
波数発振源、６・・・超音波スピーカ、８・・・超音波
マイクロホン、９・・・単安定マルチバイブレーク〔第
２のタイマ手段〕、１０・・・微分回路、１１・・・ア
ナログ・コンパレータ、１３・・・対称物体。
Claims (1)
- １ 超音波送信用および受信用のトランスジューサと、
超音波送信時間を規定する第１のタイマ手段と、前記超
音波が測定限界を往復するに要する時間の時間幅のパル
スを前記超音波送信用トランスジューサによる送信開始
と共に出力する第２のタイマ手段と、第２のタイマ手段
出力を微分する微分回路と、前記受信用トランスジュー
サを介して得た受信超音波レベルと前記微分により得ら
れた減衰信号レベルとを比較し、受信超音波レベルが減
衰信号レベルに達したことを検出するコンパレータとを
設け、超音波送信開始時点からコンパレータによる前記
検出までの時間から対称物までの距離を計測するように
構成したことを特徴とする超音波距離計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53144698A JPS5828554B2 (ja) | 1978-11-22 | 1978-11-22 | 超音波距離計 |
| US06/095,489 US4307456A (en) | 1978-11-22 | 1979-11-19 | Ultrasonic rangefinder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53144698A JPS5828554B2 (ja) | 1978-11-22 | 1978-11-22 | 超音波距離計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5570761A JPS5570761A (en) | 1980-05-28 |
| JPS5828554B2 true JPS5828554B2 (ja) | 1983-06-16 |
Family
ID=15368184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53144698A Expired JPS5828554B2 (ja) | 1978-11-22 | 1978-11-22 | 超音波距離計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4307456A (ja) |
| JP (1) | JPS5828554B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58152410A (ja) * | 1982-03-04 | 1983-09-10 | 株式会社クボタ | 作業部の対地レベル検出装置 |
| JPS58189571A (ja) * | 1982-04-28 | 1983-11-05 | West Electric Co Ltd | 超音波測距装置 |
| JPH0265720A (ja) * | 1989-05-02 | 1990-03-06 | Kubota Ltd | 刈取収穫機 |
| US4980871A (en) * | 1989-08-22 | 1990-12-25 | Visionary Products, Inc. | Ultrasonic tracking system |
| DE3937787C1 (ja) * | 1989-11-14 | 1991-05-02 | Leica Heerbrugg Ag, 9435 Heerbrugg, Ch | |
| US5231483A (en) * | 1990-09-05 | 1993-07-27 | Visionary Products, Inc. | Smart tracking system |
| JP2982657B2 (ja) * | 1995-06-23 | 1999-11-29 | 株式会社村田製作所 | 超音波距離計装置 |
| US6067080A (en) * | 1997-02-21 | 2000-05-23 | Electronics For Imaging | Retrofittable apparatus for converting a substantially planar surface into an electronic data capture device |
| US6326565B1 (en) | 1997-02-28 | 2001-12-04 | Electronics For Imaging, Inc. | Marking device for electronic presentation board |
| US6292177B1 (en) | 1997-03-05 | 2001-09-18 | Tidenet, Inc. | Marking device for electronic presentation board |
| US6442213B1 (en) | 1997-04-22 | 2002-08-27 | Silicon Laboratories Inc. | Digital isolation system with hybrid circuit in ADC calibration loop |
| SE510067C2 (sv) * | 1997-08-25 | 1999-04-12 | Volvo Ab | Anordning för detektering av ett definerat relativläge |
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