JPS60252284A - 超音波センサ - 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） この発明は、超音波信号の送受信によって、対物距離等
の検出を行なうために用いる超音波センサに関し、特に
、その送・受信波の送出・導入用ノホーンの改良に関す
る。

（発明の背景） 超音波信号を利用して、対物距離を検出するために用い
られる超音波センサとしては、例えば、特開昭５７−１
８２５４４イ号「路面状態検ＩＢ装頬に示されるような
自動車に適用されるもの等が提案されている。

このような超音波センサを構成する超音波送・受波器に
は、その指向性向上のために、第１図に示すようにホー
ン１．２を取付けたものがある（例えば、特開昭５３−
２１９５８号）。

しかしながら、上記のように、ホーンによって指向性を
高めても、超音波送・受波器３，４が近接して設置され
ると、受波器４には、送波器８がら送信された超音波信
号Ｓ１の反射波ｓ２の他に、対象物に反射することなく
、直接送波Ｄ８側がら入射して来る信号波（以下、これ
を「回り込み波」とする）Ｓ８が受信される。

この回り込み波Ｓ８は、特に、前述した自動車の車高の
ように短鉗離を検出する場合には、反射波Ｓ２に部分的
に重なって干渉を生じたり、反射波Ｓｇを減衰させる等
の検出誤差の原因となるような現象が起こり易い。

（発明の目的） この発明の目的は、上述の回り込み波をポーン形状の改
善によって、効果的に減衰させて、検出性能を向上させ
た超音波センサを提供することにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明は、超音波送波器あ
るいけ受波器の少なくとも一方に、直筒部と錘筒部から
なるホーンを設けるとともに、直筒部の長さが略１．５
Ｘ（送波面または受波面の半径）”　／　（Ｍ３音波信
号の波長）となるように構成したことを特徴とする。

（実施例の説明） この発明の一実施例の構成を第２図に断面図で示す。

ケース１０は、プラスチック等の合成樹脂成形体からな
り、超音波送波器３と超音波受波器４が２つの並設され
た収容室内にそれぞれ収容されている。

ケース１０と送、受波器３，４との間の、送波面３ａお
よび受波面４ａを除く部分には、軟質ゴム等の防音効果
を有する材質からなるインシュレータ１１．１２が介在
されている。

また、ケース１０には、下面から、送波面８ａと受波面
４ａにそれぞれ連通ずるように開口形成されたホーン１
８．１４が段目られている。

上記ホーン１．８　、１４は、送・受波面８ａ、４ａ　
（７）　ＬｔＪ囲から下方へ向けて円筒状に形成された
直筒部１３　ａ　＃　１４　ａと、直筒部１８ａ＋１４
ａの下端からケース１０下面へ向けて拡開する円錐状の
錘筒部１８ｂ、１４ｂとから構成されている。

上記直筒部１８ａ、１４ａの長さＸは、Ｘ＝１．５７／
λ　・・・（１］ なる関係を満足するように設定されている。たたし、ｌ
は、送波面８ａ、受波面４ａの半径、λは送波器８から
発生する超音波信号の波長である。

また、トン１８，１４の開口径ｙは、 ｙ＝２　λ　・・・（２） となるように設定されている。

以上の関係（１１１（２）　ｆｉ−満足させるホーン］
、３゜１４を形成することにより、回り込み波を大幅に
減衰させて、その影響を回避することができる。

以下、上記の関係（１，１１（２）を導き出すために、
本願発明者らが行なった実験の結果を示す。

実験に使用した超音波送、受波器３，４は、中心周波数
が４０　ＫＨ２（波長λ＝　８．５　ｍ＋＋＋　）　、
送・受波面８　ａ　ｅ　４　ａの半径ｒが５．４ｒ、ａ
（ただし、通常の超音波送、受波器の振動モードは、ベ
ンディングモードであるため、ここでは、振動面の有効
半径５．０關として考えるものとする）のものである。

第８図に示す実験結果は、ホーン１８，１４１の開口径
ｙを変化させたときのＳ／Ｎ　（開口面から８０ｃｍ離
れた位置にアルミニウム板を置いた状態での反射波と回
り込み波の強度の比）の変化を示すものである。

同図から、開口径ｙが１．８．５ｍｓの場合（これは、
波長λの約２倍である）に最もＳ／Ｎが大となることが
判る。

第４図に示す実験結果は、第８図の実験結果から最適で
あると判明した開口径ｙ＝　１８．５　ｍｍのホーンｘ
ａ、１４において、直筒部の長さＸを変化させたときの
Ｓ／Ｎを示すものである。

同図から、直筒部の長さＸが約４．５闘のときに、Ｓ／
Ｎが最大となることが判る。

次に、上記直筒部の長さＸの最適値に関係するパラメー
タとして、送・受波面の半径ｒと超音波信号の波長λが
考えられることがら、直筒部の長さＸを両者の関数 ｘ　＝　ｆ、　（ｘ　・　２　）　・・・（３）とする
。

第５図に、波長λを一定（８，５＋＋＋ｍ）として、送
・受波面の半径ｒを変化させたときの、ｓ　／　Ｎが最
大となる直筒部の長さくこれを最適直両部長とする）Ｘ
をめた実験結果を示す。

また、第６図に、前記半径ｒを一定（５酌）として、波
長λを変化させたときの最適直両部長Ｘをめた実験結果
を示す。

両図から、最適直両部長Ｘは、半径の２乗に比例し、か
つ、波長λに反比例していることが判明した。

従って、前記関数式（３）は ｘ＝に一７／λ　・・・（４） （ｋは定数） となる。

ここで、前記第４図に示した実験結果から判明した最適
直両部長ｘ　＝　４　、５　（−１およびλ＝８．５（
−）、ｙ＝５（ｓｍ）を上り式（４）に代入して定数ｋ
をめると、ｋ＝１．．５となる。

このようにして、直筒部１１１ａ、１４ａの長さＸを最
適長とするための関係式（１）がめられたのである。

さらに、上述のようなホーン形状がもたらす回り込み波
の減衰効果を実験した結果を、第７図および第８図に示
す。ただし、第７図は送波器８０指向特性、第８図は受
波！ａ４の指向特性を示し、図中Ｐが本実施例における
特性、図中Ｑはホーンを用いない場合の特性を示してい
る。

両図から、本実施例の場合は、ホーンの側方での減衰量
が大きく、すなわち、回り込み波の減衰が充分に行われ
ることが判る。

なお、上記実施例において、直筒部１８ａ。

１４ａが、インシュレータ１１１１にとケース１１との
両者で構成されているのは、インシュレータ１１．１２
による防音効果をホーン１８　、１４の回り込み波の減
衰効果に加味するとともに、送・受波Ｗａ、４の収容工
程で、インシュレータ１１゜１２の弾性による位置決め
誤差をケース１１によって抑制するためである。

なお、本考案は、第１図に示したような、送。

受波器８，４を別個のケースに収容して並設したものに
適用できることは明らかである。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明にあっては、回り込
み波をホーン形状の改良によって大幅に減衰させること
ができ、反射波の検出に支障を来たすことを防止できる
。

また、ホーンの回り込み波減衰効率が高いことから、送
・受波器を近接して配置することが可能となり、超音波
センサ自体の小型化ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の超音波センサを示す断面図、第２図は本
発明の一実施例の構成を示す断面図、第８図は実験によ
ってめたホーン開口径とＳ／Ｎの関係を示す図、 第４図は実験によってめた直筒部の長さとＳ／Ｈの関係
を示す図九 第５図は実験によってめた送・受波面の半径と最適直両
部長の関係を示す図、 第６図は超音波信号の波長と最適直両部長の関係を実験
によってめた結果を示す図、 第７図は第２図に示した実施例における送波器の指向特
性図、 第８図は同じく受波器の指向特性図である。 ８・・・超音波送波器　４・・・超音波受波器ｌＯ・・
・ケース　１１．、ｔ２・・・インシュレータ１８．１
４・・・ホーン　３ａ・・・送波面４ａ・・・受波面　
１８ａ、１４ａ・・・直筒部１！３ｂ、１４ｂ・・・錘
筒部。 特許出願人　日産自動車株式会社 第５図 上１　ネを　と　（ｍｍ） 第６図 ヲ皮長入（ｒｎｍ） 第７図 第８図 一物　−Ｊ□　−勿　−ｌθ　θ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　超音波信号を送・受信するための超音波送波器と超
   音波受波器とを並設してなる超音波センサにおいて、 前記送波器あるいは受波器の少なくとも一方の送波面あ
   るいは受波面の周囲から送波方向あるいは受波方向へ灼
   延設された円筒または角筒吠の直筒部と、該直筒部先端
   から円錐または角錘状に拡開する錘筒部とからなるホー
   ンを設け、 かつ、前記直筒部の長さが、略１゜５×（送波面または
   受波面の牛径）８／（超音波信号の波長）の関係となる
   ように構成したことを特徴とする超音波センサ。 ２　前記錘筒部の先端開口の径が超音波信号の波長の略
   整数倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波センサ。