JPS5922912B2 - 物体検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体検出装置、とくに検知素子の駆動周波数が
常に最適周波数となるよう自動調整する手段を設けた物
体検出装置に関するものである。

電歪素子又は磁歪素子等（以下検知素子と称す）を用い
て超音波ビームを投射し、その反射波によって物体を検
出する物体検出装置は一般に知られている。

第１図は従来の物体検出装置のブロック図であり、１は
発振回路、２は一定幅の出力パルスを、一定時間ごとに
発生する基準パルス発生回路、３はパルス変調回路、４
は送信出力回路、５は検知素子、６は増幅回路、Ｔは感
知ゲート発生回路、８はゲート回路である。

第１図に於いて、発振回路１の出力信号はパルス変調回
路３で基準パルス発生回路２の出力パルスによりパルス
変調が行なわれ、パルス変調回路３の出力信号は送信出
力回路４で必要な大きさまで増幅されたのち検知素子５
に加えられる。

検知素子５は送信出力回路４からの信号により超音波を
発射し、発射された超音波は被検出物体で反射されて検
知素子５で受信され電気信号に変換されたのち増幅回路
６で増幅される。

そして増幅回路６の出力信号と、基準パルス発生回路２
により駆動される感知ゲート発生回路７の出力信号とが
ゲート回路８に加えられ、ゲート回路８で被検出物体に
よる反射信号の存在が確認され、存在するときにはゲー
ト回路８は検知出力信号を出力する。

ところで検知素子５の駆動周波数対感度特性は例えば第
２図の実線αに示すような周波数特性をもっており、あ
る特定周波数で高い感度を示す性質がある。

したがって発振回路１の発振周波数は検知素子の高感度
周波数で動作することが望ましいが、この高感度周波数
は検知素子個々で異なるものとなり、検知素子の交換時
に於いてはあらたな検知素子の特性に合致した最適周波
数に発振回路１の周波数を再調整しなければならなかっ
た。

また検知素子の経時変化や温度変化による最適周波数の
変動も、検知素子の感度変化となり動作上好ましくなく
、保守、定期点検等で常に再調整しなければならない煩
しさもあった。

本発明は前述の如き従来の欠点を改善したものであり、
その目的は、検知素子の駆動周波数が常に検知素子の高
感度周波数となるよう自動調整する手段を設けた物体検
出装置を提供するものである。

以下実施例について詳細に説明する。第３図は本発明の
詳細な説明図であり、９は電圧制御形発振回路、１０は
基準パルス発生回路、１１はパルス変調回路、１２は送
信出力回路、１３は電流検出回路、１４は検知素子、１
５゜２０は増幅回路、１６は感知ゲート発生回路、１７
はゲート回路、１８は位相比較回路、１９はローパスフ
ィルタ、２１は保持回路である。

第３図に於いて、電圧制御形発振回路９の出力信号はパ
ルス変調回路１１で基準パルス発生回路１０の出力パル
スによりパルス変調が行なわれ、パルス変調回路１１の
出力信号は送信出力回路１２で必要な大きさに増幅され
たのち、電流検出回路１３を介して検知素子１４に加え
られる。

検知素子１４より発射された超音波は被検出物体で反射
されて検知素子１４で受信され電気信号に変換されたの
ち増幅回路１５で増幅される。

そして増幅回路１５の出力信号と基準パルス発生回路１
０により駆動される感知ゲート発生回路１６の出力信号
とがゲート回路１７に加えられ、ゲート回路、１７で被
被検出物体による反射信号の存在が確認され、存在する
ときにはゲート回路１７は検知出力信号を出力する。

また検知素子１４の１駆動インピーダンスの周波数特性
は例えば第２の破線すに示すように駆動インピーダンス
が最小となる周波数の近傍に於いて、検知素子１４は高
感度を示すものとなる。

また温度特性等により検知素子１４の高感度周波数が変
動した場合、それに応じて駆動インビーダン久特性も変
化するものとなる。

したがって検知素子１４の駆動周波数は検知素子１４駆
動のインピーダンスが最小となる周波数、即ち検知素子
１４に・加える電圧の位相と検知素子１４に流れる電流
の位相が同相となる検知素子の共振周波数の近傍で動作
すれば効率が良いことになる。

検知素子の等価回路を示すと第４図のようなものであり
、ここで「共振周波数」というのはインダクタンスＬ１
とキャパシタンスＣ１とが直列共振する周波数のことで
ある。

この検知素子を共振周波数で駆動した場合、駆動電圧■
と電流■との関係は ■ ■−■（−十ｊω。

Ｃ２）となる。

■ ここで ω。

Ｃ２くく−であるから、上式は■ ■キー と近似でき電圧と電流はほぼ同位相となる。

なおこのときの駆動インピーダンスは極小値Ｒにほぼ等
しい。

またこの共振周波数より高い周波数ωγωγＬ１＝−；
γｃ２ において駆動インピーダンスは極大になる。

従って電流と電圧の位相差を検出してこれが極小になる
ように電圧制御形発振回路の発振周波数を制御すればこ
の周波数は上述した共振周波数とほぼ一致し、各検知素
子の共振周波数にばらつきがあっても、常に共振周波数
で駆動されることになる。

そこで検知素子１４に流れる電流を電流検出回路１３で
検出し位相比較回路１８の一方の入力に加え、他方の入
力として送信出力回路１２の出力信号の一部を加え、位
相比較回路１８で両者の位相比較を行なう。

なお第３図に於いては位相比較回路１８で位相比較を行
なう電圧を送信出力回路１２から取り出しているが、電
圧制御形発振回路９の出力信号から取り出す構成とする
こともできる。

位相比較回路１８は電流検出回路１３の出力信号の位相
と送信出力回路１２の出力信号の位相とを比較し、位相
の進み、遅れに応じた出力信号を発生し、ローパスフィ
ルター９を介して増幅回路２０にその出力信号を送出す
る。

増幅回路２０で増刷された信号は保持回路２１で増幅回
路２０の出力電圧に応じた直流電圧となり電圧制御形発
振回路９に制御電圧として加えられ、発振周波数を制御
するものとなる。

したがって電圧制御形発振回路９の発振周波数は常に、
検知素子１４に加わる電圧の位相と検知素子１４に流れ
る電流の位相とが同相となるような検知素子１４の共振
周波数で動作するもとなる。

また第２図で示す如く、検知素子の高感度周波数と、検
知素子の駆動周波数が最小になる周波数とは多少のずれ
があるので、より高感度を要求する場合には、例えば増
幅回路２０に於いてローパスフィルタ１９の出力信号と
比較する基準電圧を設け、この基準電圧の値により電流
検出回路１５の出力信号の位相と送信出力回路１２の出
力信号の位相とが特定の位相差に安定する構成とし、前
述の周波数のずれを補正することができるものである。

以上説明した如く本発明は、検知素子の駆動インピーダ
ンスが最小となる周波数即ち検知素子に加わる電圧の位
相と検知素子に流れる電流の位相とが同相となるような
検知素子の共振周波数が、検知素子の高感度周波数とほ
ぼ等しいことを利用し、位相比較回路１８で検知素子１
４に加わる電圧の位相と検知素子１４に流れる電流の位
相を比較し、その比較信号を電圧制御形発振回路９の制
御信号とするものであるので、電圧制御形発振回路９の
出力周波数は常に、検知素子１４の駆動インピーダンス
が最小となる周波数即ち検知素子１４の高感度周波数に
追従するものとなる。

また前述した如く検知素子１４に加える電圧の位相と検
知素子１４に流れる電流の位相との位相差を特定の位相
差に設定することにより、より高感度な１駆動周波数が
得られる構成にもできる。

したがって検知素子１４の交換時に於いては、検知素子
を接続するだけで駆動周波数が自動的にあらたな検知素
子の最適周波数に調整されるので、従来のように発振回
路の発振周波数の再調整が不要となる。

また経時変化や温度変化により検知素子の最適周波数が
変動した場合に於いても、駆動周波数が自動的に最適周
波数に追従するため、感度の低下はなく動作が高安定化
し、保守、定期点検等での感度補正等を必要としない等
の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のブロック図、第２図は検知素子の周波
数特性図、第３図は本発明の実施例のブロック図、第４
図は検知素子の等何回路を示す概念図である。 １は発振回路、２，１０は基準パルス発生回路、３．１
１はパルス変調回路、４，１２は送信出力回路、５，１
４は検知素子、６，１５．２０は増幅回路、γ、１６は
感知ゲート発生回路、８゜１γはゲート回路、９は電圧
制御形発振回路、１３は電流検出回路、１８は位相比較
回路、１９はローパスフィルタ、２１は保持回路である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波を送受する検知素子と、該検知素子に加わる
   電圧の位相と該検知素子に流れる電流の位相を比較し位
   相差に応じた信号を出力する位相比較回路と、該位相比
   較回路の出力信号に基づき制御される発振周波数で前記
   検知素子を駆動する電圧制御形発振回路とを具備し、該
   電圧制御形発振回路の発振周波数は前記位相比較回路に
   おける位相差を極小とするように該位相比較回路の前記
   出力信号によって制御されることを特徴とする物体検出
   装置。