JPS60235082A - 超音波距離計測器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は超音波を用いて被検体１での距離、特に近接部
の測距を精度良く行う超音波距離計測器に関するもので
ある。

従来例の構成とその問題点 従来より数十ｋＨｚの超音波信号を用いて数１ｏＣｒｎ
から１０ｍ程度の距離を測定する距離測定装置が知られ
ている。しかし、この超音波周波数域では、１０ｃｒｎ
以下の近接域を測定することは困難であった。この理由
の１つは超音波振動子を送信駆動した時の送信波形の尾
びきが数百マイクロ秒続くだめ、その期間、受信できな
いことによる。

この問題を解決するため本出願人らは１計程度の周波数
で駆動できる超音波振動子を考案し、これを用いて１〜
２ｍから１５ｃｙ＋＋程度の近接域を測距する超音波距
離計測器を提案した。第１図にはこの超音波距離計測器
の構成ブロック図を示す。

１は超音波センサ、２は超音波センサ１に加える送信パ
ルスの波数を制御するゲートパルスを発生し、まだゲー
トパルスの発生に同期して時間測定回路６の測定スター
トパルスを発生するゲートパルス発生回路、３は送信パ
ルスを超音波センサ１に印加する送信回路、４は被検体
８によって反射された超音波パルスを超音波センサ１で
受波しだのち、その出力を増幅、検波する受信回路、６
は受信回路４の出力電圧を基準電圧と比較し、出力電圧
と基準電圧との大小に応じて出力パルスを発生する比較
回路、６は送信パルスと受信パルスの間の時間、即ち超
音波パルス伝播時間を測定する時間測定回路であり、ゲ
ートパルス発生回路２によって発生したスタートパルス
から比較回路５の出力パルスまでの時間間隔を測定する
。壕だ７は時間−距離変換回路であシ、上述のようにし
て測定された時間を一定の関係式によって距離に変換す
る。ここで超音波センサ１は円板状或いは凹面形の超音
波振動子９と、その背面に設けられた吸音体１ｏからな
る。

以上のような構成の超音波距離計測器において送信パル
スの検波波形は例えば第２図ａに示されるように立下り
部の波形が比較的長く尾ひいている。一方、被検体から
の反射信号レベルは超音波センサ１の挿入損失と被検体
８までの距離に関係する伝播損失及び反射係数などによ
って低下し、例えば、第２図すに示すように伝搬時間に
よって変化する。

従って、ｂに示す反射信号即ち受信信号のレベルがａに
示す送信パルスの尾びきのレベルより大きくなる範囲（
図で×で示す）で距離計測が可能となる。従来の装置で
は超音波振動子９が被検体８側に向いているため超音波
センサ１から被検体８までの間の計測可能な最近接距離
は５Ｍ程度が限界であった。

従って、超音波センサ１をロボットの手先につけてマニ
ュピレーション用センサとして用いる場合にも、把持す
る直前の距離計測ができないなどの欠点があった。

更に、超音波センサ１を用いて人体に装着した衣服の余
裕度、即ち人体と衣服の空隙を測定する場合にも、従来
の装置では近接距離が計測できない、また超音波センサ
の厚みが厚いなどのため薄い空隙の測定が困難であるな
どの問題があった。

発明の目的 本発明は以上のような従来の問題点を解決するだめにな
されたもので超音波距離計測器の距離測定範囲の近接域
を拡大可能にすることを目的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は薄型構造にした超音
波振動子と超音波を被検体側に反射させる超音波反射手
段を有する超音波センサを用い超音波センサの表面に接
する被検体からの距離計測も可能にするものである。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第３図に本発明の一実施例における超音波距離計測器の
ブロック図を示す。

図において１は超音波センサで超音波の送受信を行う。

２はゲートパルス発生回路で超音波センサ１に加える送
信パルスの波数を制御するゲートパルスを発生したり、
またゲートパルスの発生に同期して時間測定回路６の測
定スタートパルスを発生する。３は送信回路で超音波セ
ンサ１に送信パルスを印加する。４は受信回路で被検体
８によって反射弐引奇紹喜姑パルス外紹嵜妨センサで盾
・波しその出力を増幅、検波する。５は比較回路で受信
回路４の出力電圧と基準電圧とを比較しその大小に応じ
て出力パルスを発生する。６は時間測定回路で超音波パ
ルス伝播時間を測定する。了は時間−距離変換回路で前
述のようにして測定された時間を距離に変換する。

本実施例は超音波センサ１に特徴があり超音波センサ１
は、板状の吸音体１２の側面に設けられた超音波振動子
１１と、超音波振動子１１の正面に略４５°に傾斜して
設置された超音波反射板１３から構成される。吸音体１
２としては例えばフェライトゴムで、長さ１６Ｍ１幅１
６間、厚み５跋であり、超音波振動子１１としては例え
ば長さ１５門９幅５１Ａ、厚みＩＭのＰＺＴｓからなり
、超音波反射板１３としては金属やプラスチックなどか
ら構成される。超音波振動子１１０表面には特性を向上
させるだめの超音波整合層を設けてもよい。

このような構成の超音波距離計測器の動作は第１図に示
した構成のものとほぼ同様であるが、超音波センサ１か
ら放射される超音波信号は、約２犀の周波数となり超音
波センサ１内で超音波振動子１１と超音波反射体１３及
び超音波センサ表面１４までの経路を通過している。例
えばこの経路長を６ＮＬとすると、空気中の音速を３４
０　ｍ／ｓとして往復約３６μｓが必要となる。従って
、超音波センサ１を送信回路３で駆動し、被検体８から
の反射信号を再び超音波センサ１で受信し、受信回路４
．比較回路５を経て時間測定回路６によって送信スター
ト時からの経過時間として測定される。その時間は時間
−距離変換回路７の中で先の超音波センサ１内の所要時
間３５μｓを引いた形で距離情報に変換される。

このような構成の超音波距離計測器を使用すると第４図
に示すようにその送信信号の尾びきａと受信信号のレベ
ルｂの時間関係は受信信号のレベルが送信信号を上回る
時間が超音波センサ内の所要時間Ｙより下回るため、超
音波センサ１の表面１４から被検体８までの距離ｌの計
測が可能になり、また０、１７１１１ＩＬ程度の超音波
波長になることから距離測定精度も高くなる。

更に超音波吸音体１２の吸音効果を高めるだめに超音波
の進行方向に超音波吸音体１２を大きくしても超音波セ
ンサ１の距離計測方向への大きさは変化せず、超音波振
動子１１０幅だけに規定される。従って、計測距離が近
接に限定される場合には、超音波振動子１１の幅を狭く
シ、超音波吸音体１２の厚みを薄くすることができる。

一方、超音波振動子１１の感度を高め、不要な振動モー
ドを少なくするため超音波振動子１１０幅と厚みの比を
０．６程度になるように複数に短冊状に分割してもよい
。

壕だ送信回路と受信回路は送受信回路として一体に構成
されていても良い。

発明の効果 以上要するに本発明は板状の吸音体と、吸音体の側面に
設けられた超音波振動子と、超音波振動子に対向して設
けられた傾斜面を有する超音波反射手段とから少なくと
も構成されてなる超音波センサを備え、前記超音波振動
子を駆動し、被検体からの受信信号より超音波伝播時間
を測定し、かかる伝播時間に基づき被検体と超音波セン
サとの間の距離を測定するようにしたもので、本発明の
超音波距離計測器を用いると、測定領域が超音波センサ
の表面から可能となり、近接域を精度よく測定できる。

更に超音波センサの距離計測方向への厚みも薄くでき、
衣服の間隙などの計測も可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波距離計測器の構成を示、すブロッ
ク図、第２図は従来の超音波距離計測器における送信信
号の尾びきと受信信号のレベルの時間関係を示す図、第
３図は本発明の一実施例における超音波距離計測器の構
成を示すブロック図、第４図は第３図の実施例における
信号のレベルの時間関係を示す図である。 １・・・・超音波センサ、２・・・・・・ゲートパルス
発生回路、３・・・・送信回路、４・・・受信回路、５
・・・・比較回路、６・・・・・・時間測定回路、７・
・・・・時間−距離変換回路、８・・・・・被検体、１
１・・・超音波振動子、１２・・・・・吸音体、１３・
・・・・反射板。 第１図 第２図 時　間ＯＬｓ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波センサと、前記超音波センサを駆動し超音波信号
   を送受信する送受信部と、受信信号より超音波伝播時間
   を測定する時間測定部と、伝播時間より被検体と超音波
   センサとの間の距離を測定する時間−距離変換部とを備
   え、前記超音波センサが、被検体と主面が対向して配さ
   れた板状の吸音体と、前記吸音体の側面に設けられた超
   音波振動子と、前記超音波振動子に対向して設けられた
   、傾斜面を有する超音波反射手段とから少なくとも構成
   されていることを特徴とする超音波距離計測器０