JPS60185182A - 超音波レ−ダ− - Google Patents

超音波レ−ダ−

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Publication number
JPS60185182A
JPS60185182A JP4032184A JP4032184A JPS60185182A JP S60185182 A JPS60185182 A JP S60185182A JP 4032184 A JP4032184 A JP 4032184A JP 4032184 A JP4032184 A JP 4032184A JP S60185182 A JPS60185182 A JP S60185182A
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JP
Japan
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ultrasonic
excitation
oscillation element
exciting
ultrasonic oscillation
Prior art date
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Pending
Application number
JP4032184A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Kako
加来 雅郎
Kazuo Kaneko
一男 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP4032184A priority Critical patent/JPS60185182A/ja
Publication of JPS60185182A publication Critical patent/JPS60185182A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S15/102Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超音牧レーダ(超音波をビーム状に絞り、ビー
ムを回転させながら物体位置をg識する)に係り、!符
に、計測距離の範囲を拡大することに関する。
〔発明の背景〕
最近、知能ロボット(糧々のセンサを備え、自ら判断し
又行動する自動機)の研究開発が盛んに行われでおり、
その主役ともいえる各鴇センサの開発は目ざましい。例
えば、自由に型内を動きまわり、障′4物があればそn
を避けることが可能なロボットには、障沓物および自己
位置の認識が必要となる。従来、その手段とじtは、赤
外線、超音波および近接センサなどが主流であった。ま
た、物体認識の精度向上のために、超音波をビーム状に
絞って、物体を認識する超音波レーダも考案さnでいる
以下、超音波レーダーについ1述べる。
第1図は超音波レーダーの概略図を示す。
1は超音波発振素子、2は超音波をビーム状にするアン
テナ、3は超音波発振素子の励振回路および反射波の受
信回路、4は上記回路の制御および物体位置認識回路で
ある。5および6は物体を示し、5は超音波レーダーか
ら遠くにあり、6は近距離にるるものを示している。
また、この超音波レーダーはめる基準点を中心に回転し
ながら、物体までの距離を計測し、この値とアンテナの
回転角度から、物体位置を認識する。
第2図は超音波レーダの指向性を示す図で、7で示す横
軸はアンテナの回転角を、8で示す縦軸は反射波の受信
レベルを示したものである。
9はアンテナ2を回転させながら、超音波を放射し、物
体からの反射波の相対受信レベルをブレットしたもので
、この特性がアンテナの指向性を示す。
また、第1図において、超音波発振素子1は送信用と受
信用を兼ねたものである。一般に超音波による物体認識
においては、送信用と受信用とに各々独立した超音波発
振素子を使用した例が多いが、この場合は指向性の向上
に問題が。
おる。したがりで、最近は超音波をビーム状に絞るアン
テナを取りつけて指向性を良くすることが行われでおシ
、超音波発振素子も送信と受領な兼用する方向にある。
以上の様に、超音波発振素子が送信と受信を兼用すると
、超音波発振素子の特性が物体の計測に影響しでくる。
超音波発振素子はチタン敵船等による圧電0w、歪現象
を利用したものであり、Qの高い共振特性をもつ。した
がって、この素子をパルス状の゛電圧あるいは短時間内
の正弦波でたたくと、その共振周波数で減衰振動する超
音波を発生する。
第1図においで、物体5.6の位置を計測するためには
、励振、受信回路6が超音波発振素子1を励振し、超音
波を放射する。物体に超音波が当たり反射しでくると、
超音波発振素子1が受け励振、受信回路6により増幅さ
れる。このあと、制御、物体認識回路が超音波を放射し
てから戻って来るまでの時間を計測し1、この結果と、
アンテナの角度データから物体のg識を行う。(なお回
転機構については図示せず)第6図は切体認識の概狭祝
明図であり、10は超音波発振素子1を励振する励振パ
ルスで、高さは疑似的に励fJi電圧を表わし、幅は励
振時間を示す。11は駆jlfl+ パルス10で励振
された時の、超音波発振素子1の端子電圧であり、励振
電圧が零V[なってから、遅延時間TdO間減衰振aを
続けることを示した図である。
12 、13は超音波が物体に当シ、超音波発振素子1
まで戻って米だ時の受信波形で、第1図を例にとると、
12が物体5(素子1から遠くKある)からの反射波に
相当し、13が物体6(素子1から近<[6る)からの
反射波に相当する。また、14 、15は受信波形12
.15を増幅、整形しt1制御、物体認識回路4への入
力信号をボし、この回路4は図罠示したT+ 、 Tz
の時間を計測することで、物体5.6までの距離を計算
する。
ここで、減衰振動波形11と受信波形12 、15を時
間軸上で比較すると、12は減衰振動が終って後に存在
するが、13は減衰振動が継続中の時間内に存在しtい
る。
また、超音波発振素子1は1個で、送信用と受信用を兼
用するものである。この通常の使い方は、駆動パルス1
0で励振され、減衰振動波形11が零付近になるまでの
遅延時間Tdまでは、超音波発振素子1は送信用として
使用し、その後、受信用として用いる。
したかつtl 13で示す反射波(物体6に相当)は受
信されな−ことになる。以上から1超音波発振素子を送
受信兼用とする場合には、超廿阪レーダーによる近距離
計測の限界は、超音波発振素子1の減衰振動継続時間に
よつt左右されることになる。また、この減衰振動継続
時間は超音波発振素子の励振電圧が高くなると増加し、
低くなると減少する。また、超音波の到達距離は、励振
電圧が尚くなると増加し、低くなると減少する。
したがって、従来の超音波レーダーで計測距離範囲を大
きくすると、近距離計測が不能になp1近距離計測を可
u目にすると、計測距離範囲が狭くなるという欠点をも
つでいる。また、この減衰振動継続時間を短くするため
に、超音波発振素子1の端子をはインピーダンス素子で
短絡することも行われでいるが、励振電子が太きい場合
には、減衰振動継続時間は長くなる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、超
音波発振素子が送、受信を兼用する超音波レーダーにお
いで、物体位置の距離計測範囲を拡大することの出来る
、超音波レーダーによる物体位置認識装置を提供すると
とIcある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために、本発明は超音波発振素、
子の励振電力を時間的に制御することによシ、超音波発
振素子の減衰振動継続時間を変えで、距離計測範囲を制
御するものでおる。
〔発明の実施例〕
第4図は超音波発振素子1に印加する′−圧とその減衰
振動継続時間との関係を示した図である。
16.18は超音波発振素子1に印加する励振電圧を、
パルスの高さで表し、16は高′鑞圧を、18は低′1
圧を示している。17 、19は励振電圧16,1Bが
零になった時点からの減衰振動波形を示したもので、T
dがその継続時間を示す。
高電圧の場合(波形17)はTdが長く、低電圧の場合
(波形19)はTdが短い。また、励振電圧が鳥いと超
音波の到達距離は長くなり、励振電圧が低いと超音波の
到達距離は短くなる。
したがって、この両者の特徴を、各々の場合に分けて利
用することによつ又1.超音波レーダーの距離計測範囲
を拡大することが可能となる。
第5図は本発明の一実施例である。図中1は前述の超音
波発振素子、2はアンテナ、6−aおよびs −bは励
振回路で、両者の違いは、超音波発振素子1に加える励
振電圧が異なる点である。5− cは受信回路、4は制
御および物体位置g識回路である。5および6は物体の
一例である。20は制御回路4からの信号で制御さnる
スイッチで、送信回路s−a、3−bおよび受信回路S
 −Cと超音波発振素子1との接続を行なうものでおる
。また、この超音波レーダーの指向性は、第2図に示し
た様な特性を示しでいる。
第6図は第5図の動作説明図でおる。
21f′i励振回路6−4の出力で超音波発振素子1の
励振電圧が高い場合を示し、22は励振回路3−bの出
力で、励振電圧が低い場合を示す。
23.24は超音波発振素子1の端子電圧波形を示した
もので、そnぞれ、励振電圧が高い場合と低い場合を示
している。また、Tdは第3図と同様に、減衰振動継続
時間を示し、励振電圧が零になってから、減衰振*b’
rt圧がほぼ零になるまでの遅延時間でもある。25.
26および27は超音波が物体に当り、戻って来た反射
波を示し、超音波発振素子1の端子′電圧を示したもの
である。28 、29および30は受信回路5− cを
経て、増幅、整形した波形を示し、この信号が、制御、
物体位置認識回路4に入力される。
超音波レーダーによる物体位置認識は、超音波を、ある
一定の間隔で放射し、その超音波が物体に当って戻って
来るまでの時間を計測することで行うために、レーダー
から近距離にあるものの反射波は速く戻つで米、遠いも
のは遅く戻−って束る。
仲、第5図においで、スイッチ20がndで接続してい
るとする。この時励振回路3−aの励振電圧は第6図の
21で示す様に高く、超音波は遠方まで放射される。ま
た第5図の様に、物体5.6が存在するとし、この物体
は、第2図に示す指向性内にあるとすると、物体5.6
からの反射波はそれぞれ、25および26で示す位置に
存在することになる。ここで超音波発振素子1の端子電
圧波形23および24と比較すると反射波26は前述の
25の波形でマスクされる(超音波発振素子1の減衰振
動が長いため)、その結果、波形30で示す信号は物体
位を認識回路4には入力されずに物体6は超音波レーダ
ーによって認識されない。
物体5からの反射波25は、減衰振′IIJJ−25が
零になっているために物体位置認識回路41C入力さn
1物体5は認識される。以上の場合は遠距離に注目した
例であるために、近距離の計測は出来ない。次に、近距
離に注目゛した例について述べる。第5図において、ス
イッチ20がbiで接続されでいるとする。励振回路6
−bは超音波発振素子1の励振電[Eは低く、第6図で
は波形22に相当する。この時の減衰振動波形は24で
示され、26と比較すると、遅延時間Tdは短くなって
いる。したがって波形27で示す物体6からの反射波は
、波形26で示した時のように、マスクされることなく
、波形29で示した竪形パルスが物体位置認識回路4に
入力され、超音波レーダーから近距離にある物体6は認
識される。今、この例では超音波出力が小さいために、
遠距離にある物体5は認識さt′Lないが、物体5Fi
、すでに波形28で認識されている。−したがって、遠
距離にある物体、および近距離にある物体が認識さfb
たことになる。
さで、超音波発振素子の励振電力は物体認識の対象範囲
によp最適11[を選ぶことが可能でおるが、例えば2
榎の励振電力の一例として遠距離用の励振・電力とじ1
は、振幅が15v1印−p 加時間1msを使用し5m根度まで離れた物体をg識出
来る。但しこの時の遅延時間は2〜5 ms程度を有し
、50G、X以内の認識は不可となる。
″また、近距離用の励振電力として、振幅が2v 、印
加時間1msを使用すると、遅延時−p 間が1 m s程にで、20謂程度の近距離のものまで
認識出来るようになる。以上より20傭〜5m、%4度
のものが認識可能となる。
また、さらに遅延時間を短かくする手段として超音波発
振素子を励振後一定時間1ピけ、低インピーダンス素子
で短籟する方法があるが、この手段を使用する際におい
でも、励振電力が大きい場合は、低インピーダンス素子
で短絡しても、超廿波振鯛がなくならずに、恕影譬を与
えるが、励振1力が小さい場合は、超音波撮動の影響が
少rx < 、更に近距離の物体を認識することが出来
る。
なお、受信回路3− cと超音波発振素子1との接続は
、いずれの場合も、減衰振動波形23゜24がほぼ零レ
ベルになった時点で行なわれるものである。
以上のように、超音波発振素子1の励振電圧を時間的に
変化させることにより、遠距離を対象にしたもの、中距
離を対象にしたもの、あるいは近距離を対象としたもの
の計画が可能となる。
実施例では、2′Uiの励振電圧で代表したが、との゛
延圧は必擬に応じて増加させることも出来る。
以上の様に、超音波発振素子IK印加する励振延圧を時
間的に変化させると、計測範囲の拡大がはかられる。
また、この励振電圧の切侯えを超音波レータ゛−の指向
性範囲内で行うと、よシ梢度のよい計測が可能となる。
例えば、超音波レーダーの指向性が4°と仮定すると、
このとき少なくとも2°おきに超音波発振素子1の励振
′亀EEを切り換えると、超音波レーダーからみた物体
が近距離に仔仕するものと遠距離に存在するものとが、
−直厭上にあっても計測が可能となる。
以上の説明では、超音波発振素子1を励振する電力制御
を、印加電圧の制御で代用したが、この制御は、この他
に、励振時間を制御してもよいし、′1田と時間の組み
合わせでもよいことは明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、超音波レーダーによる物体位置の認識
においで、超音波レーダーと物体が近接した、近距離計
測から、超音波レーダーと物体とが遠く陥れた、遠距離
計測までを、1つの超音波発振素子を用いて計測出来る
効果がある。
また、前述の超音波発振素子に加える励振′延圧を、数
組類用いることによって、同−指向性範囲内の物体を識
別することも可能となる0
【図面の簡単な説明】
鶏1図は超音波レーダーの概略図、第2図は超音波レー
ダーの指向性図、第3図は従来の物体位tiit認瞳の
概要説明図、第4図は超廿阪発扱累子に印加する延圧と
減衰振動との関係図、第5図は本発明の一笑施例図、第
6図は本発明の動作説明図である。 1・・・超音波発振系子 2・・・アンブナ 6・・・励振、受信回路 4・・・制御、物体位置認識回路 第 1 口 第 2閏 ′$ 3 図 第 4図 第5図 第 6回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.1つの超音波発振素子が、超音波信号の送信および
    受1gを兼ねる超音波レーダー(物体認識鉄fit)に
    おいで、少なくとも2種類以上の励振電力で、前記超音
    波発振素子を励振することを物畝とする超音波レーダー
    。 2、 前記超音波レーダの指向性(角度分解能)範囲内
    に、少はくとも2種類以上の励振電力で前記超音波発振
    素子を励・振することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の超音波レーダー〇
JP4032184A 1984-03-05 1984-03-05 超音波レ−ダ− Pending JPS60185182A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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