JPS5877679A - 超音波距離測定装置 - Google Patents
超音波距離測定装置Info
- Publication number
- JPS5877679A JPS5877679A JP17463881A JP17463881A JPS5877679A JP S5877679 A JPS5877679 A JP S5877679A JP 17463881 A JP17463881 A JP 17463881A JP 17463881 A JP17463881 A JP 17463881A JP S5877679 A JPS5877679 A JP S5877679A
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- Japan
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- pulse
- ultrasonic
- signal
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- Pending
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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
- G01S15/12—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the pulse-recurrence frequency is varied to provide a desired time relationship between the transmission of a pulse and the receipt of the echo of a preceding pulse
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波を発信し、所定の時間原点より物体か
らの反射波あるいは透過波受信時刻までクロックパルス
を計数して経過時間を求め、経過時間に音速を乗するこ
とにより距離を測定する超音波距離測定装置に関するも
のである。
らの反射波あるいは透過波受信時刻までクロックパルス
を計数して経過時間を求め、経過時間に音速を乗するこ
とにより距離を測定する超音波距離測定装置に関するも
のである。
従来の超音波距離測定装置では、１回の超音波発信時刻
からそれに対する反射波あるいは透過波受信時刻までク
ロックパルスケ計数して経過時間を求めていた。また所
望の反射波あるいは透過波全抽出するにあたっては、時
間ゲート（超音波発信時から一定時間経過後、一定の時
間範囲内で受信されるパルスを抽出する機能）で抽出す
る方法をとっていた。
からそれに対する反射波あるいは透過波受信時刻までク
ロックパルスケ計数して経過時間を求めていた。また所
望の反射波あるいは透過波全抽出するにあたっては、時
間ゲート（超音波発信時から一定時間経過後、一定の時
間範囲内で受信されるパルスを抽出する機能）で抽出す
る方法をとっていた。
従来の方法における問題点のひとつにつぎのことがあげ
られる。それは、クロックパルスの周期に伴なう距離測
定の誤差が大きいことである。すなわち、超音波発信時
から反射波あるいは透過波受信までの経過時間ｔ。は、
クロックパルスの計数値ｎで表わすと第（１）式の如く
表わされる。第＋１１式はクロックパルス数の量子化に
よる不確定時間幅がクロックパルス周期ΔＴに相当する
ことを示す。
られる。それは、クロックパルスの周期に伴なう距離測
定の誤差が大きいことである。すなわち、超音波発信時
から反射波あるいは透過波受信までの経過時間ｔ。は、
クロックパルスの計数値ｎで表わすと第（１）式の如く
表わされる。第＋１１式はクロックパルス数の量子化に
よる不確定時間幅がクロックパルス周期ΔＴに相当する
ことを示す。
ｎΔＴ＜１゜＜（ｎ＋１）ΔＴ ・・・・・・・・
・（１）ただしｎは整数である。
・（１）ただしｎは整数である。
したがって、クロックパルス数ｎにクロックパルス周期
ΔＴｅ乗じ−さらに音速ｖ’６乗じて求める反射波ある
いは透過波の伝播距離ｔは、真っ値に対し第（２）式で
表わされる誤差Δｔ２有する。
ΔＴｅ乗じ−さらに音速ｖ’６乗じて求める反射波ある
いは透過波の伝播距離ｔは、真っ値に対し第（２）式で
表わされる誤差Δｔ２有する。
０くΔｔ＜ｖΔＴ ・・・・・・・・・（
２）ちなみにクロ１ツクパルス周波数が３２ＭＨ２，音
速が５９００ｍ／Ｓ （鉄中の縦波の場合）の時、第（
２）式で表わされる誤差は最大０．１８４ｍｍになる。
２）ちなみにクロ１ツクパルス周波数が３２ＭＨ２，音
速が５９００ｍ／Ｓ （鉄中の縦波の場合）の時、第（
２）式で表わされる誤差は最大０．１８４ｍｍになる。
誤差を小さくするにはクロックパルスの周波ｆｆｅ高く
すればよいが、通常のＩＣ素子を組み合せた回路では取
り扱えるクロックパルスの周波数は３２ＭＨ２程度が限
度である。
すればよいが、通常のＩＣ素子を組み合せた回路では取
り扱えるクロックパルスの周波数は３２ＭＨ２程度が限
度である。
本発明の目的は、従来の装置での問題点を解決し、クロ
ックパルス周期で決まる測定距離の誤差を容易に小さく
できる超音波距離測定装置を提供することにある。
ックパルス周期で決まる測定距離の誤差を容易に小さく
できる超音波距離測定装置を提供することにある。
本発明は、対象物体からの反射波または透過波全受信す
るごとにこれに同期して次のパルスを送出し、この動作
ヲ複数回くり返すことによってクロックパルスの計数時
間を長くすることにより距離の計測値の誤差を減少させ
るようにしたことを特徴とするものである。
るごとにこれに同期して次のパルスを送出し、この動作
ヲ複数回くり返すことによってクロックパルスの計数時
間を長くすることにより距離の計測値の誤差を減少させ
るようにしたことを特徴とするものである。
以下、本発明全図面を用いて詳細に説明する。
第１図及び第２図は本発明の詳細な説明するためのもの
で、第１図は超音波探触子１を用い、物体３からの反射
波を観測する場合を示している。すなわち、探触子１か
ら発信された超音波は、伝播径路２′ｆ、通って物体３
に入射され、反射されて探触子１で受信される。
で、第１図は超音波探触子１を用い、物体３からの反射
波を観測する場合を示している。すなわち、探触子１か
ら発信された超音波は、伝播径路２′ｆ、通って物体３
に入射され、反射されて探触子１で受信される。
第２図は第１図の系に於る超音波発信パルスと物体から
の反射パルスの時間関係を示しており、Ｕはパルス振幅
、横軸は第２図ａの発信パルス４ａの立ち上り時刻全時
間原点とした経過時間全示す。本発明では、まず第２図
ａの発信パルス４ａに対し反射波パルス５ａが受信され
ると、これに同期して第２図すの発信パルス４ｂが送出
され、反射波パルス５ｂが受信される。以下同様にして
同図ｃ、ｄと順次、前の超音波発信パルスによって得ら
れた反射波パルス受信に同期して超音波パルスを発信す
る。一方同図ａに示すすめの超音波パルス４ａから同図
ｅに示すクロックパルス６ｔ−カウントし、これは蟻後
の反射波パルス５ｄを受信するまで続けられる。
の反射パルスの時間関係を示しており、Ｕはパルス振幅
、横軸は第２図ａの発信パルス４ａの立ち上り時刻全時
間原点とした経過時間全示す。本発明では、まず第２図
ａの発信パルス４ａに対し反射波パルス５ａが受信され
ると、これに同期して第２図すの発信パルス４ｂが送出
され、反射波パルス５ｂが受信される。以下同様にして
同図ｃ、ｄと順次、前の超音波発信パルスによって得ら
れた反射波パルス受信に同期して超音波パルスを発信す
る。一方同図ａに示すすめの超音波パルス４ａから同図
ｅに示すクロックパルス６ｔ−カウントし、これは蟻後
の反射波パルス５ｄを受信するまで続けられる。
この時のカウント数ｋＮとし、超音波発信回数ｙｋ回と
する。この場合、１回の超音波発信から反射波パルス受
信までの時間ｔ。は、クロックパルスカウント数、超音
波発信回数に２用いて第（３）式の如く表わされる。
する。この場合、１回の超音波発信から反射波パルス受
信までの時間ｔ。は、クロックパルスカウント数、超音
波発信回数に２用いて第（３）式の如く表わされる。
ＮΔＴ、／ｋ＜ｔｏ ＜ （Ｎ＋１ ）Δ’ｌ’／ｋ
・・・・・・（３）ただしΔＴはクロックパルス周期
を示す。
・・・・・・（３）ただしΔＴはクロックパルス周期
を示す。
この結果上式による伝播時間に音速ｖ１ｆ：乗じて求め
られる超音波の伝播距離ｔは、真の値に対し第（４）式
で表わされる誤差ΔＬとなる。
られる超音波の伝播距離ｔは、真の値に対し第（４）式
で表わされる誤差ΔＬとなる。
Ｑ ＜Ｊ ｔ＜ Ｖ 、ｄ ’ｌ’／ ｋ
・−・・・・・−・（４１以上、第（４）式と第（２）
式金較べればわかるように、同じ周期ΔＴのクロックパ
ルスを用いても、反射波パルスの受信に同期して超音波
パルスを発信することｔくり返し、初めの超音波パルス
発信時刻から最後の反射波パルス発信までの経過時間を
測定することにより、測定時間の量子化誤差に起因する
距離測定誤差を超音波パルス発信回数に反比例して小さ
くすることができる。
・−・・・・・−・（４１以上、第（４）式と第（２）
式金較べればわかるように、同じ周期ΔＴのクロックパ
ルスを用いても、反射波パルスの受信に同期して超音波
パルスを発信することｔくり返し、初めの超音波パルス
発信時刻から最後の反射波パルス発信までの経過時間を
測定することにより、測定時間の量子化誤差に起因する
距離測定誤差を超音波パルス発信回数に反比例して小さ
くすることができる。
次に、上述した本発明の原理にもとづく装置の実施例を
説明する。第３図は本発明の一実施例を示すブロック図
で、装置７は、探触子１にスパイク状電気パルスへを印
加する。この電気パルスＡの印加は装置９より入力され
る発信指示パルスＤに同期して行われる。探触子ｌは電
気パルスＡ７＞ｆ印加されると励振され、超音波パルス
を発信する。
説明する。第３図は本発明の一実施例を示すブロック図
で、装置７は、探触子１にスパイク状電気パルスへを印
加する。この電気パルスＡの印加は装置９より入力され
る発信指示パルスＤに同期して行われる。探触子ｌは電
気パルスＡ７＞ｆ印加されると励振され、超音波パルス
を発信する。
探触子１で受信した超音波信号Ｂは装置８に入力される
。装置８では入力される超音波信号Ｂのうち超音波発信
より一定時間経過後の所定時間内の超音波パルスを抽出
し、そのうち予め定められたｍ番目のパルスのみを信号
Ｃとして出方する。これは、反射面が一般には複数個め
シ、そのどれを対象として測定するかを決めるためであ
る。装置９では、初めに発信指示パルスＤを出力した後
は、信号Ｃに同期した発信指示パルスＤ’１ｋ−１回装
置７に出力する。また初めに出力した発信指示パルスＤ
を信号Ｅとし、ｋ回目の発信指示パルス出力後のパルス
信号Ｃを信号Ｆとしてそれぞれ装置ｌＯに出力する。装
置１１０では、周期ΔＴのクロックパルスの数を信号Ｅ
が入力されてから信号Ｆが入力されるまでカウントし、
そのカウント数ヲ装置１１に出力する。装置１１では第
（５）式にもとづき距１ｌＩｔｔ算出して表示する。
。装置８では入力される超音波信号Ｂのうち超音波発信
より一定時間経過後の所定時間内の超音波パルスを抽出
し、そのうち予め定められたｍ番目のパルスのみを信号
Ｃとして出方する。これは、反射面が一般には複数個め
シ、そのどれを対象として測定するかを決めるためであ
る。装置９では、初めに発信指示パルスＤを出力した後
は、信号Ｃに同期した発信指示パルスＤ’１ｋ−１回装
置７に出力する。また初めに出力した発信指示パルスＤ
を信号Ｅとし、ｋ回目の発信指示パルス出力後のパルス
信号Ｃを信号Ｆとしてそれぞれ装置ｌＯに出力する。装
置１１０では、周期ΔＴのクロックパルスの数を信号Ｅ
が入力されてから信号Ｆが入力されるまでカウントし、
そのカウント数ヲ装置１１に出力する。装置１１では第
（５）式にもとづき距１ｌＩｔｔ算出して表示する。
ｔ＝ＶＮΔＴ／２ｋ ・・・・・・・・・
（５）ただしＶは音速、Ｎはカウント数、ΔＴはクロッ
クパルス周期、には超音波発信回数を示し、ｔは探触子
と物体との距離金示す。
（５）ただしＶは音速、Ｎはカウント数、ΔＴはクロッ
クパルス周期、には超音波発信回数を示し、ｔは探触子
と物体との距離金示す。
信号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆのタイムチャート全それぞ
ｎ時間軸を同じにして第４図に示す。信号Ａはスパイク
状酸気印加パルスであり、発信指示パルスＤに同期して
装置７より出力される。信号Ｂは探触子ｌの受信信号で
ある。信号Ｃに装置８によって信号Ｂから抽出した反射
波パルス信号を示す。すなわち、超音波発信時より一定
時間経過後所定の時間内（時間グー１囲Ｔａとして図示
。）に受信した反射波パルスのうちｍ番目に受信した反
射波のみを抽出したことを示す。信号りは装置９より出
力される発信指示パルスを示し、第２回目以降第に回目
のパルスはパルス信号Ｃに同期して出力される。信号Ｅ
は第１回目の発信指示信号に同期して出力され、信号Ｆ
は第に回目の超音波発信で得られるパルス信号Ｃに同期
して出力される。
ｎ時間軸を同じにして第４図に示す。信号Ａはスパイク
状酸気印加パルスであり、発信指示パルスＤに同期して
装置７より出力される。信号Ｂは探触子ｌの受信信号で
ある。信号Ｃに装置８によって信号Ｂから抽出した反射
波パルス信号を示す。すなわち、超音波発信時より一定
時間経過後所定の時間内（時間グー１囲Ｔａとして図示
。）に受信した反射波パルスのうちｍ番目に受信した反
射波のみを抽出したことを示す。信号りは装置９より出
力される発信指示パルスを示し、第２回目以降第に回目
のパルスはパルス信号Ｃに同期して出力される。信号Ｅ
は第１回目の発信指示信号に同期して出力され、信号Ｆ
は第に回目の超音波発信で得られるパルス信号Ｃに同期
して出力される。
第５図は本発明の別の実施例全示し、第６図はその動作
波形である。第５図及び第６図で第３図及び第４図と同
一符号のものは同一の物または信号を表わしており、構
成上は装置８１及び装置１０１が追加されている。
波形である。第５図及び第６図で第３図及び第４図と同
一符号のものは同一の物または信号を表わしており、構
成上は装置８１及び装置１０１が追加されている。
このうち、装＋１８１は装置８と同僚な機能を有し、探
触子１の受信信号Ｂのうち、超音波発信時より一定時間
経過後所定の時間内に受信した反射波パルスのうちｍ１
４目（但しｍ ｌ（ｍ ）に受信した反射波パルスＣ１
のみを抽出して出力する。
触子１の受信信号Ｂのうち、超音波発信時より一定時間
経過後所定の時間内に受信した反射波パルスのうちｍ１
４目（但しｍ ｌ（ｍ ）に受信した反射波パルスＣ１
のみを抽出して出力する。
装置１０１では、信号０１人力時点からクロックパルス
ｄｔ−カウント開始し、信号Ｃ入力でカウントを停止す
ることをくり返す。信号Ｆｔ−装置９から入力されると
カウント数ヲ装置１１に出力する。
ｄｔ−カウント開始し、信号Ｃ入力でカウントを停止す
ることをくり返す。信号Ｆｔ−装置９から入力されると
カウント数ヲ装置１１に出力する。
この時の各信号のタイムチャートが第６図に示されてい
る。
る。
第６図に示す如く、信号Ｃ１は、時間ゲート範囲Ｔｃで
受信した反射波パルスのうちｍ１番目のパルスを抽出し
た信号である。信号Ｃ１に同期してクロックパルス数の
カラン）’５１−開始し、信号Ｃに同期してカウント？
停止し以下カウント開始と停止をくり返すことは、ｍ１
番目の反射波とｍ番目の反射波との伝播時間差金測定す
るのが目的である。したがって第５図に示す装置構成は
、第７図に示すような条件で、金属１５の板厚、あるい
はｇ８図に示すように金属１５の表面１２から内部欠陥
１４までの距ｆｉｆｆｉ測定するととができる。
受信した反射波パルスのうちｍ１番目のパルスを抽出し
た信号である。信号Ｃ１に同期してクロックパルス数の
カラン）’５１−開始し、信号Ｃに同期してカウント？
停止し以下カウント開始と停止をくり返すことは、ｍ１
番目の反射波とｍ番目の反射波との伝播時間差金測定す
るのが目的である。したがって第５図に示す装置構成は
、第７図に示すような条件で、金属１５の板厚、あるい
はｇ８図に示すように金属１５の表面１２から内部欠陥
１４までの距ｆｉｆｆｉ測定するととができる。
例えば第７図及び第８図の金属表面１２からの反射波は
信号Ｂ中のｍ１番目のパルス、第７図の金属底面１３ま
たは第８図の内部欠陥表面１４０反射波はＢ中のｍ番目
のパルスに設定すればよい。
信号Ｂ中のｍ１番目のパルス、第７図の金属底面１３ま
たは第８図の内部欠陥表面１４０反射波はＢ中のｍ番目
のパルスに設定すればよい。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来
装置と同じ周波数のクロックパルスを用いても、クロッ
クパルス計数における量子化誤差に起因する距離の測定
誤差を大幅に小さくすることができるという効果がある
。
装置と同じ周波数のクロックパルスを用いても、クロッ
クパルス計数における量子化誤差に起因する距離の測定
誤差を大幅に小さくすることができるという効果がある
。
第１図は、距離測定における探触子と物体との配置及び
その時の超音波の伝播径路を示した図、第２図は、本発
明の原理説明図、第３図及びｇ４図は本発明の一実施例
及びその動作説明図、第５図及び第６図は本発明の他の
実施例及びその動作説明図、第７図及び第８図は第５図
の実施例の適用例を説明する図である。 １・・・探触子、７・・・発振手段、８．８１・・・抽
出手段、９・・・同期化手段、１０，１０１・・・計数
手段、１１第 １ 回 子 ２ 図
その時の超音波の伝播径路を示した図、第２図は、本発
明の原理説明図、第３図及びｇ４図は本発明の一実施例
及びその動作説明図、第５図及び第６図は本発明の他の
実施例及びその動作説明図、第７図及び第８図は第５図
の実施例の適用例を説明する図である。 １・・・探触子、７・・・発振手段、８．８１・・・抽
出手段、９・・・同期化手段、１０，１０１・・・計数
手段、１１第 １ 回 子 ２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超音波パルス全発信し、該超音波発信時から物体の
反射波るるいは透過波を受信するまでの経過時間を求め
て距ｄｋ測定する超音波距離測定装置に於て、超音波パ
ルスを周期的に発生する発振手段と、該手段からの超音
波パルスの発振後火の発振までの１周期内に設定された
ゲート時間内に受信された上記反射波あるいは透過波の
予め定められた順位のもののみを抽出する第１の抽出手
段と、該第１の抽出手段が上記反射波あるいは透過波を
抽出した時点に同期して上記発信手段から第２回目以後
の超音波パルスを予め定められた回数だけ発生せしめる
同期化手段と、上記周期毎に設定された計数時間内のク
ロックパルス数を上記各周期毎に積算して計数する計数
手段と、該手段の計数値から距＃Ｉを算出する距離算出
手段とを備えたことを特徴とする超音波距離測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超音波距離測定装置に
於て、前記計数手段の計数時間會前記各周期そのものと
一致させたことを特徴とする超音波距離測定装置。 ３、特許請求の範囲、＠１項記載の超音波路ＡｆＩ測定
装゛ｌ！（於て、前記ゲート時間内に受信された前記反
射波あるいは透過波のうちの前記第１の抽出手段により
抽出されるものよりも時間的に早い一定；−位のものを
（２）出する第２の抽出手段を設けるとともに、前記計
数手段の計数時間を上記第２の抽出手段の出力時点から
上記５ｇｌの抽出手段の出力時点迄としたことを特徴と
する超音波距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17463881A JPS5877679A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 超音波距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17463881A JPS5877679A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 超音波距離測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5877679A true JPS5877679A (ja) | 1983-05-11 |
Family
ID=15982083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17463881A Pending JPS5877679A (ja) | 1981-11-02 | 1981-11-02 | 超音波距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5877679A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4679175A (en) * | 1984-12-13 | 1987-07-07 | Honeywell Inc. | Ultrasonic distance sensor with dual burst noise rejection |
| US4719605A (en) * | 1984-12-13 | 1988-01-12 | Honeywell Inc. | Self-calibrating ultrasonic range finder |
| US4977778A (en) * | 1986-10-29 | 1990-12-18 | Movats Incorporated | Check valve testing system |
| US5154080A (en) * | 1986-10-29 | 1992-10-13 | Westinghouse Electric Corp. | Integrated check valve testing system |
| US5159835A (en) * | 1986-10-29 | 1992-11-03 | Westinghouse Electric Corp. | Check valve testing system |
| WO2010142512A1 (de) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Messgerät und verfahren zum messen einer messgrösse |
-
1981
- 1981-11-02 JP JP17463881A patent/JPS5877679A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4679175A (en) * | 1984-12-13 | 1987-07-07 | Honeywell Inc. | Ultrasonic distance sensor with dual burst noise rejection |
| US4719605A (en) * | 1984-12-13 | 1988-01-12 | Honeywell Inc. | Self-calibrating ultrasonic range finder |
| US4977778A (en) * | 1986-10-29 | 1990-12-18 | Movats Incorporated | Check valve testing system |
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| US5159835A (en) * | 1986-10-29 | 1992-11-03 | Westinghouse Electric Corp. | Check valve testing system |
| WO2010142512A1 (de) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Messgerät und verfahren zum messen einer messgrösse |
| US8881603B2 (en) | 2009-06-12 | 2014-11-11 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Measuring device and method having superimposed reflected first measurement signal with a second measurement signal |
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