JPS6058572A - 超音波距離測定装置 - Google Patents
超音波距離測定装置Info
- Publication number
- JPS6058572A JPS6058572A JP58167988A JP16798883A JPS6058572A JP S6058572 A JPS6058572 A JP S6058572A JP 58167988 A JP58167988 A JP 58167988A JP 16798883 A JP16798883 A JP 16798883A JP S6058572 A JPS6058572 A JP S6058572A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- distance
- counter
- measuring
- transmitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Position Input By Displaying (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】
（４）発明の技術分野
本発明は超音波距離測定方式、特に例えば電子計算機の
座標入力装置Ｃ二側いることができるような装置であっ
て、超音波を利用し、正確な距離測定を可能とする超音
波距離測定方式に関するものである。
座標入力装置Ｃ二側いることができるような装置であっ
て、超音波を利用し、正確な距離測定を可能とする超音
波距離測定方式に関するものである。
（ＢＪ技術の背景と問題点
第１図は超音波の受信波形の例を示す。
超音波を送信し、それを受信するまでの時間ｆ二、超音
波の伝播速度を掛けて、超音波送信器と受信器間の距離
を計測する方式は知られている。超音波送信器は、超音
波振動子をそなえ、超音波を発射するが、この超音波の
受信波形は、例えば第１図図示の如くに々す、一般に立
ち上がり部分でのＳ／Ｎ比は悪い。そのため、最初の１
波長を識別し検出するのは難しい。例えば、超音波の周
波数が１００ ＫＨｚ であって、音速が３４０ｍであ
るとき、１波長の検出ずれにより、計測値が３．４ ｍ
ｍ違ってくることになる。特に、送信器と受信器とを近
・づ警け５ると信号成分は大きくなるが、ノイズも大き
くなり、逆に送信器と受信器とを遠ざけると信号・ノイ
ズ成分とも小さくなる。従って、開側する距離に影響を
受けずに安定して、受信器側に訃いて、超音波の到達を
検出するのは、容易ではない。
波の伝播速度を掛けて、超音波送信器と受信器間の距離
を計測する方式は知られている。超音波送信器は、超音
波振動子をそなえ、超音波を発射するが、この超音波の
受信波形は、例えば第１図図示の如くに々す、一般に立
ち上がり部分でのＳ／Ｎ比は悪い。そのため、最初の１
波長を識別し検出するのは難しい。例えば、超音波の周
波数が１００ ＫＨｚ であって、音速が３４０ｍであ
るとき、１波長の検出ずれにより、計測値が３．４ ｍ
ｍ違ってくることになる。特に、送信器と受信器とを近
・づ警け５ると信号成分は大きくなるが、ノイズも大き
くなり、逆に送信器と受信器とを遠ざけると信号・ノイ
ズ成分とも小さくなる。従って、開側する距離に影響を
受けずに安定して、受信器側に訃いて、超音波の到達を
検出するのは、容易ではない。
（０）発明の目的と構成
本発明は上記問題点の解決を１す、例えば第１図（二図
示した受信波形のビークＡ、Ｂ、０．・・・のいずれか
１つを送信器と受信器との距離によらずに、安定して検
出できるようにし、超音波の発射から受信までの正確な
時間によって、距離を計測できる工うにすることを目的
としている。そのため、本発明の超音波距離測定方式は
、超音波送信器と超音波受信器とをそなえ、発射された
超音波を受信する捷での時間にもとづいて距離を測定す
る超音波距離測定方式において、上記超音波送信器と上
記超音波受信器間の距離を近似的に計測する近似距離計
測部と、該近似距離計測部の出力情報にもとづいて受信
波形にかけるスライスレベルオたは超音波の送信パワー
もしくは受信ゲインをＪ１整するレベル調整部とをそな
え、上記レベル調整部による調整状態のもとで検出され
た受信信号にもとづいて距離を計測することを特徴とし
ている。
示した受信波形のビークＡ、Ｂ、０．・・・のいずれか
１つを送信器と受信器との距離によらずに、安定して検
出できるようにし、超音波の発射から受信までの正確な
時間によって、距離を計測できる工うにすることを目的
としている。そのため、本発明の超音波距離測定方式は
、超音波送信器と超音波受信器とをそなえ、発射された
超音波を受信する捷での時間にもとづいて距離を測定す
る超音波距離測定方式において、上記超音波送信器と上
記超音波受信器間の距離を近似的に計測する近似距離計
測部と、該近似距離計測部の出力情報にもとづいて受信
波形にかけるスライスレベルオたは超音波の送信パワー
もしくは受信ゲインをＪ１整するレベル調整部とをそな
え、上記レベル調整部による調整状態のもとで検出され
た受信信号にもとづいて距離を計測することを特徴とし
ている。
以下図面を参照しつつ説明する。
（Ｄ）発明の実施例
本発明の詳細な説明イーるに先立ち、本発明の原理につ
いて簡単に説明する。第２図は本発明に関連する受信波
形の例、第３図、１．−よび第４図は距離と受信レベル
との関係図を示′ｆ、。
いて簡単に説明する。第２図は本発明に関連する受信波
形の例、第３図、１．−よび第４図は距離と受信レベル
との関係図を示′ｆ、。
超音波振動子から発射された超音波の受信波形は、立ち
上がり部分でのＳ／Ｎ比が悪いことは、第１図で説明し
たとおりであるが、超音波送イｇ器と受信器との、距離
（二よっても第２図（イ）および第２図（ロ）図示の如
く、全体の受信レベルが異なってくる。送信器と受信器
との距離が近ければ、第２図（イ）のように受信レベル
は大きくなるが、距離が遠ければ、第２図（ロ）のよう
に相対的に小さくなる。
上がり部分でのＳ／Ｎ比が悪いことは、第１図で説明し
たとおりであるが、超音波送イｇ器と受信器との、距離
（二よっても第２図（イ）および第２図（ロ）図示の如
く、全体の受信レベルが異なってくる。送信器と受信器
との距離が近ければ、第２図（イ）のように受信レベル
は大きくなるが、距離が遠ければ、第２図（ロ）のよう
に相対的に小さくなる。
例えば、第２図に示す受信波のＢの波形を、超音波の到
達点とするとき、Ｂ点における受信波形の電圧■は、一
般には一定ではない。そこで、Ｂ点を検出するためには
、１つ前の受信波Ａに〉ける電圧■との関係を考慮する
必要がある。このことから、本発明では電圧＠と■との
電位差に着目し、この間に常にスライスレベルがくるよ
うに調整する。
達点とするとき、Ｂ点における受信波形の電圧■は、一
般には一定ではない。そこで、Ｂ点を検出するためには
、１つ前の受信波Ａに〉ける電圧■との関係を考慮する
必要がある。このことから、本発明では電圧＠と■との
電位差に着目し、この間に常にスライスレベルがくるよ
うに調整する。
すなわち、例えば第３図図示のように、（のおよび■の
電位が距離に応じて変化するとき、スライスレベル０も
距離に応じて変化するようにする。
電位が距離に応じて変化するとき、スライスレベル０も
距離に応じて変化するようにする。
または、例えば第４図に示すよう？二送信パワーを距離
に応じて変化させ、受信器で受信する■、ｉ−工び■が
、常に一定電圧ｆ二なるようにして、固定スライスレベ
ル０を与える。こうすることに工す、距離によらずに受
信波形Ｂｆ：安定に検出できることとなる。
に応じて変化させ、受信器で受信する■、ｉ−工び■が
、常に一定電圧ｆ二なるようにして、固定スライスレベ
ル０を与える。こうすることに工す、距離によらずに受
信波形Ｂｆ：安定に検出できることとなる。
第５図は本発明の一実施例構成、第６図は第５図図示実
施例の処理動作説明図を示す。
施例の処理動作説明図を示す。
図中、１は超音波送信器、２は超音波受信器、３はドラ
イバ、４は超音波振動子、５は超音波検出器、６はカウ
ンタ、７はアドレス変換部、８は読出し専用メモリ（Ｒ
ＯＭ ）、９はゲインタル／アナログ変換回路、１０は
オペアンプ、１１は入出力ボート、１２はプロセッサ（
ＣＰＵ）を表わす。
イバ、４は超音波振動子、５は超音波検出器、６はカウ
ンタ、７はアドレス変換部、８は読出し専用メモリ（Ｒ
ＯＭ ）、９はゲインタル／アナログ変換回路、１０は
オペアンプ、１１は入出力ボート、１２はプロセッサ（
ＣＰＵ）を表わす。
超音波送信器１と超音波受信器２との距離を計測すると
き、まず超音波送信器１は、ドライバ３によって、超音
波振動子４を駆動し、超音波を発振する。このとき、発
射のタイミングを示す発射信号を、超音波受信器２のカ
ウンタ６へ出力する。
き、まず超音波送信器１は、ドライバ３によって、超音
波振動子４を駆動し、超音波を発振する。このとき、発
射のタイミングを示す発射信号を、超音波受信器２のカ
ウンタ６へ出力する。
超音波検出器５は、受信した超音波全電気的信号に変換
するものである。
するものである。
カウンタ６は、超音波が発射されてからの時間を計測す
るものであって、近似距離の計測にも月Ｊいられるもの
である。なお、ここでいう近似距離は、絶対的な距離の
単位を持つものでなくてもよく、相対的な時間間隔であ
って、距離に比例するものも含む、カウンタ６は、超音
波送信器１からの発射信号を入力すると、所定のり四ツ
ク信号ＣＬＫによって、カウント動作を開始する。カウ
ンタ６のカウント値は、アドレス変換部７に入力される
。アドレス変換部７は、近似距離に相当するカウント値
を、ＲＯＭＢ上の距離に対応するアドレスに変換するも
のであるが、カウント値を直接几ＯＭ８のアドレスに用
いることができる場合には必ずしも設ける必要はない。
るものであって、近似距離の計測にも月Ｊいられるもの
である。なお、ここでいう近似距離は、絶対的な距離の
単位を持つものでなくてもよく、相対的な時間間隔であ
って、距離に比例するものも含む、カウンタ６は、超音
波送信器１からの発射信号を入力すると、所定のり四ツ
ク信号ＣＬＫによって、カウント動作を開始する。カウ
ンタ６のカウント値は、アドレス変換部７に入力される
。アドレス変換部７は、近似距離に相当するカウント値
を、ＲＯＭＢ上の距離に対応するアドレスに変換するも
のであるが、カウント値を直接几ＯＭ８のアドレスに用
いることができる場合には必ずしも設ける必要はない。
ＲＯＭ ８ ＋＝は、予め、距離に対応したスライスレ
ベル、または受信側のゲインが記憶されている。
ベル、または受信側のゲインが記憶されている。
ここで記憶されるスライスレベルは、予め実験等によっ
て定められた第３図図示スライスレベルＣに相当するも
のである。以下、スライスレベルを記憶させる例を第１
のタイプ、受信のゲイン情報を記憶させる例を第２のタ
イプという。
て定められた第３図図示スライスレベルＣに相当するも
のである。以下、スライスレベルを記憶させる例を第１
のタイプ、受信のゲイン情報を記憶させる例を第２のタ
イプという。
アドレス変換部７から供給されるアドレス情報に従って
、几ＯＭ８がアクセスされ、距離に対応するスライスレ
ベルまたは受信ｆｌｌ！Ｉのゲインが読み出される。デ
ジタル／アナログ変換回路９は、几ＯＭ８から読み出さ
れた値を、アナログ量に変換し、オペアンプｌＯに供給
する。オペアンプ１゜によって、受信信号から例えば第
２図図示受信波形のＢ部分が検出されることとなる。な
お、受信信号をディンタル量として予めザンプリングす
ることにより、受信波形のＢ部分の検出を、ディジタル
処理で行うことも可能である。
、几ＯＭ８がアクセスされ、距離に対応するスライスレ
ベルまたは受信ｆｌｌ！Ｉのゲインが読み出される。デ
ジタル／アナログ変換回路９は、几ＯＭ８から読み出さ
れた値を、アナログ量に変換し、オペアンプｌＯに供給
する。オペアンプ１゜によって、受信信号から例えば第
２図図示受信波形のＢ部分が検出されることとなる。な
お、受信信号をディンタル量として予めザンプリングす
ることにより、受信波形のＢ部分の検出を、ディジタル
処理で行うことも可能である。
受信信号のＢ部分の検出信号が、入出力ボート１１を経
由して、プロセッサ１２に通知されると、プロセッサ１
２は、そのときのカウンタ６の値を入出力ボート１１を
経由して、読み込む。この読み込んだカウント値は、超
音波の発射から超音波受信器２へ到達するまでの正確な
時間に対応しているので、この値にもとづいて正確な距
離を算出することができる。な訃、必要に応じて、気温
変化による音速の変化を考慮して、温度補正を行ったり
、また、実際の超音波の到達が、波形Ｂではなく、例え
ば波形Ａであるような場合のオフセット量を、予め実験
などにより、固定した距離でめておき、オフセット補正
を行うことによって、さらに正確な距離を算出すること
も可能である。
由して、プロセッサ１２に通知されると、プロセッサ１
２は、そのときのカウンタ６の値を入出力ボート１１を
経由して、読み込む。この読み込んだカウント値は、超
音波の発射から超音波受信器２へ到達するまでの正確な
時間に対応しているので、この値にもとづいて正確な距
離を算出することができる。な訃、必要に応じて、気温
変化による音速の変化を考慮して、温度補正を行ったり
、また、実際の超音波の到達が、波形Ｂではなく、例え
ば波形Ａであるような場合のオフセット量を、予め実験
などにより、固定した距離でめておき、オフセット補正
を行うことによって、さらに正確な距離を算出すること
も可能である。
上記実施例の処理動作をフローチャートの形で表わすと
、第６図図示の如くになる。すなわち、送信信号の発射
によってカウンタを動作させ、カウンタにより、近似距
離を得る。この近似距離をもとにアドレス変換し、ＲＯ
Ｍをアクセスする。
、第６図図示の如くになる。すなわち、送信信号の発射
によってカウンタを動作させ、カウンタにより、近似距
離を得る。この近似距離をもとにアドレス変換し、ＲＯ
Ｍをアクセスする。
次ｆ二、ＲＯＭから読み出した値をアナログ量ｆ二変換
する。ここで、第１のタイプの場合、変換されたアナロ
グ量で受信信号にスライスをかけ、特定の波形を検出す
る。また、第２のタイプの場合には、上記アナログ量で
受信信号のゲインを変えて、固定スライスをかけること
により、特定の波形を検出する。このときの時間（二よ
り、プロセッサにおいて、正確な距離を計算する。
する。ここで、第１のタイプの場合、変換されたアナロ
グ量で受信信号にスライスをかけ、特定の波形を検出す
る。また、第２のタイプの場合には、上記アナログ量で
受信信号のゲインを変えて、固定スライスをかけること
により、特定の波形を検出する。このときの時間（二よ
り、プロセッサにおいて、正確な距離を計算する。
第７図は本発明の他の一実施例構成、第８図は第７図図
示実施例の処理動作説明図を示す。図中の符号は、第５
図に対応する。
示実施例の処理動作説明図を示す。図中の符号は、第５
図に対応する。
第５図図示実施例においては、几ＯＭＢに、距離に対応
したスライスレベルまたは受信側のゲインに関する情報
を格納しておくのに対し、第７図Ｍ帯生協原ｒ−卦（へ
イＨ距鮒に対応した超音波の送信パワー調整情報を格納
しておく。そして、几ＯＭ８から読み出した値を、ディ
ンタル／アナログ変換回路９によって、アナログ骨に変
換した後。
したスライスレベルまたは受信側のゲインに関する情報
を格納しておくのに対し、第７図Ｍ帯生協原ｒ−卦（へ
イＨ距鮒に対応した超音波の送信パワー調整情報を格納
しておく。そして、几ＯＭ８から読み出した値を、ディ
ンタル／アナログ変換回路９によって、アナログ骨に変
換した後。
超音波送信器１へ該変換量を送出し、超音波の送信パワ
ーを調整する。すなわち、送ＩＳ器と受信器の距雅カー
犬きい場合には、送信パワーを大きくし、距離が小さい
場合には、送信パワーを小さくする、これｆ二よって、
受信器に〉ける受信レベルが、例えば第４図図示のよう
に、距離によらずに、一定となることとなる。こうする
こと（１五って、オペアンプ１０１ニより、受信信号に
第４図図示Ｃに相当する固定スライスレベルＶｒｃｆを
かけること（二より、特定の受信波形を検出できろ。
ーを調整する。すなわち、送ＩＳ器と受信器の距雅カー
犬きい場合には、送信パワーを大きくし、距離が小さい
場合には、送信パワーを小さくする、これｆ二よって、
受信器に〉ける受信レベルが、例えば第４図図示のよう
に、距離によらずに、一定となることとなる。こうする
こと（１五って、オペアンプ１０１ニより、受信信号に
第４図図示Ｃに相当する固定スライスレベルＶｒｃｆを
かけること（二より、特定の受信波形を検出できろ。
この第３のタイプの実施例の処理動作を、フローチャー
トの形で表わしたのが、第８図である。
トの形で表わしたのが、第８図である。
すなわち、送信信号の発射ｊ二↓つて、カウンタを動作
すせ、カウンタによ？て近似距離を得る。これをアドレ
ス変換し、ＲＯＭ′ｊｒ：アクセスする。読み出した値
をアナログ量に変換し、このアナログ量２二応じて、超
音波を発射させる電工を変化させる。この調整された超
音波の受信波形に、固定スライスをかけることにより、
特定の波形を見つけることができる。プロセッサは超音
波の発射から検出までの時間に、音速を乗算することＣ
二より、正確な距離を計算することができる。
すせ、カウンタによ？て近似距離を得る。これをアドレ
ス変換し、ＲＯＭ′ｊｒ：アクセスする。読み出した値
をアナログ量に変換し、このアナログ量２二応じて、超
音波を発射させる電工を変化させる。この調整された超
音波の受信波形に、固定スライスをかけることにより、
特定の波形を見つけることができる。プロセッサは超音
波の発射から検出までの時間に、音速を乗算することＣ
二より、正確な距離を計算することができる。
上記実施例では、カウンタ６により、いわば仮想的な近
似距離を得るようにしているが、例えば固定スライスレ
ベルを用いて、実際の近似距離を測定してもよい。
似距離を得るようにしているが、例えば固定スライスレ
ベルを用いて、実際の近似距離を測定してもよい。
ｆＢ）発明の詳細
な説明した如く本発明によれば、超音波の特定の受信波
形を安定に検出できるようになるので。
形を安定に検出できるようになるので。
精度のよい距離測定が可能（二なる。例えば、情報処理
装置のカーソル・ボインティング装置などの座標情報入
力装置等に広く応用が可能である。
装置のカーソル・ボインティング装置などの座標情報入
力装置等に広く応用が可能である。
第１図は超音波の受信波形の例、第２図は本発明に関連
する受信波形の例、第３図〉よび第４図は距離と受信レ
ベルとの関係図、第５図は本発明の一実施例構成、第６
図は第５図図示実施例の処理動作説明図、第７図は本発
明の他の一実施例構成、第８図は第７図図示実施例の処
理動作説明図を示す。 図中、１は超音波送信器、２は超音波受信器、５は超音
波検出器、６はカウンタを表わす。 特許出願人 ユーザツク電子工業株式会社代理人弁理士
森 １） 寛 （外２名）第２図 電Ａ［Ｖ） （イ′ 第 ３図 電圧 第 ４ 図 し 第６図 第８図
する受信波形の例、第３図〉よび第４図は距離と受信レ
ベルとの関係図、第５図は本発明の一実施例構成、第６
図は第５図図示実施例の処理動作説明図、第７図は本発
明の他の一実施例構成、第８図は第７図図示実施例の処
理動作説明図を示す。 図中、１は超音波送信器、２は超音波受信器、５は超音
波検出器、６はカウンタを表わす。 特許出願人 ユーザツク電子工業株式会社代理人弁理士
森 １） 寛 （外２名）第２図 電Ａ［Ｖ） （イ′ 第 ３図 電圧 第 ４ 図 し 第６図 第８図
Claims (2)
- （１）超音波送信器と超音波受信器とをそなえ、発射さ
れた超音波を受信するまでの時間にもとづいて距離を測
定する超音波距離測定方式において、上記超音波送信器
と上記超音波受信器間の距離を近似的に計測する近似距
離計測部と、該近似距離計測部の出力情報にもとづいて
受信波形にかけるスライスレベルまたは超音波の送信パ
ワーもしくは受信ゲインを調整するレベル調整部とをそ
なえ、上記レベル調整部による調整状態のもとで検出さ
れた受信信号にもとづいて距離を計測することを特徴と
する超音波距離測定方式。 - （２）上記レベル調整部は、上記近似的に得られる距離
に対応するアドレス位置に、当該距離に対応する調整情
報を記憶するメモリをそなえ、該メモリから調整情報を
得ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
超音波距離測定方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58167988A JPS6058572A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 超音波距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58167988A JPS6058572A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 超音波距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6058572A true JPS6058572A (ja) | 1985-04-04 |
| JPH0126032B2 JPH0126032B2 (ja) | 1989-05-22 |
Family
ID=15859715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58167988A Granted JPS6058572A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 超音波距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6058572A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103454642A (zh) * | 2013-09-05 | 2013-12-18 | 天津理工大学 | 基于单片机的短距离超声波测距系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105851A (ja) * | 1975-03-13 | 1976-09-20 | Toshikatsu Takenaka |
-
1983
- 1983-09-12 JP JP58167988A patent/JPS6058572A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105851A (ja) * | 1975-03-13 | 1976-09-20 | Toshikatsu Takenaka |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103454642A (zh) * | 2013-09-05 | 2013-12-18 | 天津理工大学 | 基于单片机的短距离超声波测距系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0126032B2 (ja) | 1989-05-22 |
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