JPS61145475A - 内部遅延時間排除型超音波距離計測装置 - 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】 技術分野 本発明は超音波を利用して対象物までの距離を計測する
超音波距離計測装置に関するものである。

従来技術 超音波距離計測装置は、送信器により超音波を送信し、
その超音波が対象物で反射してきた反射波を受信器によ
り受信して、超音波の送信時から反射波の受信時までの
時間に基づいて距離算出手段により対象物までの距離を
算出するものである。

そのために、従来は、送信器側から超音波の送信時を示
す信号を受信器に向かって出力させ、この信号の入力時
から反射波の受信時までの時間に基づいて距離を算出す
ることが行われていた。すなわち、超音波送信信号の入
力時から、反射波を受信器が受信し、その受信信号がコ
ンパレータにおいてしきい値を越えたことを示す信号が
コンパレータから出力されるまでの時間が超音波の反射
に要した時間とみなされていたのであり、この反射時間
には計測装置の内部回路の受動素子の時定数や能動素子
の遅延に起因する信号伝搬時間遅延時間が含まれていた
のである。そして、上記のような反射時間を計測するた
めに、直接波（送信器から直接受信器に到達する超音波
）の受信信号はコンパレータへ送られず、反射波の受信
信号のみが送られるようにする手段が設けられていた。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような従来の超音波距離計測装置は、通常
の用途には十分な計測精度を得ることができるものの、
上記内部回路における信号の遅延が測定誤差となって現
れるため、高精度を要求される用途には望ましいものと
は言い難かった。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであっ
て、前述のような超音波距離計測装置において、超音波
を受信器が直接受信した信号がその受信器に接続された
コンパレータにおいてしきい値を越えてから反射波を受
信器が受信した信号がコンパレータにおいてしきい値を
越えるまでの時間を計測する時間計測手段を設け、かつ
、その時間計測手段によって計測された時間に基づいて
距離算出手段に距離を算出させるようにしたものである
。

すなわち、従来はコンパレータに到達することを阻止さ
れていた直接波の受信信号がコンパレータに到達するこ
とを許容し、その直接波の受信信号がコンパレータに到
達した時点を基点として反射時間を計測させることによ
って、内部遅延時間を距離算出の基礎となる時間から除
去したものである。

作用および効果 このような超音波距離計測装置によれば、対象物までの
距離が内部遅延時間を除いた時間に基づいて算出される
ため、計測結果から内部遅延時間に基づく誤差が除かれ
ることとなり、距離計測精度は従来の超音波距離計測装
置に比べて高くなる。

したがって、高い精度を必要とする用途にも使用するこ
とが可能となる。

また、内部遅延時間は雰囲気温度の変動によって変動す
るため、従来は計測精度がばらつくという問題があった
のであるが、本発明に係る超音波距離計測装置によれば
、そのような問題も同時に解消できる。

実施例 以下、本発明の二、三の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図において、１０は主タイミングパルス発生回路で
あって、第２図の（ａ）に示すように、比較的長い周期
でタイミングパルスを発生し、送信パルス列生成回路１
２．順序回路１３およびカウンタ１４に供給する。送信
パルス列生成回路１２は主タイミングパルス発生回路１
０からのタイミングパルスが入力される毎に第２図の（
ｂ）に示すように一連のパルスから成る送信パルス列を
出力してこれを昇圧回路１６に供給し、昇圧回路１６は
その送信パルス列を昇圧し、（Ｃ）に示すような送信信
号にして送波器１８に供給する。そして、送波器１８は
供給された送信信号を超音波に変換し、対象物に向かっ
て発射する。なお、上述の説明から明らかなように、本
実施例では、送信パルス列生成回路１２．昇圧回路１６
および送波器１８から送信器が構成されている。

送波器１８から発射された超音波は送波器１８近傍に設
けられた受渡器２０によって直接受信されるとともに、
対象物で反射された反射波も受信される。受渡器２０で
受信された直接波および反射波はそこでその大きさに対
応した電気信号に変換されて増幅器２２に供給され、そ
こで増幅された後帯域通過フィルタ２４を経てコンパレ
ータ２６に供給される（第２図の（ｄ））。そして、コ
ンパレータ２６においてしきい値である比較電圧発生回
路２８からの比較電圧と比較される。本実施例では、受
波器２０．増幅器２２および帯域通過フィルタ２４が受
信器を成しているのである。

コンパレータ２６は、帯域通過フィルタ２４を経て供給
される受信信号が比較電圧発生回路２８からの比較電圧
より大きい間、第２図の（ｅ）に示すようにハイレヘル
の信号を出力し、これを前記順序回路１３に供給する。

順序回路１３は出力ラインを２つ備え、第２図の（ｆ）
および（ｇ）に示すように、コンパレータ２６が前記受
波器２０からの直接波の受信信号に基づいて反転された
とき（すなわち直接波に基づく受信信号が前記比較電圧
を越えたとき）、一方の出力ラインから第一ラッチ回路
３０にラッチ信号を出力し、前記反射波の受信信号に基
づいて反転されたとき（つまり反射波に基づく受信信号
が比較電圧を越えたとき）、他方の出力ラインから第二
ラッチ回路３２にラッチ信号を供給する。なお、この順
序回路１３は前記主タイミングパルス発生回路１０から
のタイミングパルスによってリセットされる。

ラッチ回路３０および３２にはカウンタ１４の計数内容
が常時入力されており、それぞれ順序回路１３からのラ
ッチ信号が入力されたとき、そのときの計数内容がラッ
チされるようになっている。

また、カウンタ１４は前記主タイミングパルス発生回路
１０からのタイミングパルスが入力されたとき計数動作
を開始し、計測パルス発生回路３４から出力される計測
パルスを計数するようになっている。第一ラッチ回路３
０では、主タイミングパルス発生回路１０からタイミン
グパルスが出力されてから直接波の受信信号がコンパレ
ータ２６で比較電圧を越えるまでの時間に対応した計数
内容がラッチされるのであり、また第二ラッチ回路３２
では、主タイミングパルス発生回路１０からタイミング
パルスが出力されてから反射波の受信信号がコンパレー
タ２６で比較電圧を越えるまでの時間に対応した計数内
容がラッチされるのである。

ラッチ回路３０および３２でラッチされた計数内容はそ
れぞれ距離算出回路３６に供給される。

そして、距離算出回路３６ではそれらラッチ回路３０お
よび３２から供給された計数内容に基づき、下記（１）
式に従って対象物までの距離ｌが算出されるようにな′
っている。

１　＝　　（Ｃ２−Ｃｚ　）　Ｖｔ　　　　　−−−−
−−−（１）ま ただし、τ：計測パルスの周期 Ｃ８：第一ラッチ回路３０の計 数内容 Ｃ２：第二ラッチ回路３２の計 数内容 Ｖ工：測定温度での音速 距離算出回路３６は、順序回路１３．カウンタ１４、計
測パルス発生回路３４．第一ラッチ回路３０および第二
ラッチ回路３２と共に、直接波の受信信号がコンパレー
タ２６に到達してから反射波の受信信号がコンパレータ
２６に到達するまでの時間を計測する時間計測手段を構
成するとともに、距離算出手段を構成しているのである
。そして、このようにして算出された対象物までの距離
ｌを表す信号が、第１図に示すように、所定の処理系に
供給されることとなる。

このような超音波距離計測装置によれば、距離算出回路
３６で算出される対象物までの距離ｉは、超音波の正味
の反射時間に対応したものとなり、送信器、受信器およ
びコンパレータ２６の内部遅延時間に基づく誤差を有し
ない精度の高い値となる。すなわち、主タイミングパル
ス発生回路ｌＯからタイミングパルスが出力されてから
第一ラッチ回路３０でカウンタ１４の計数内容がラッチ
されるまでの時間Ｃ工τは、送信器における内部遅延時
間と受信器およびコンパレータ２６における内部遅延時
間との和に等しく、主タイミングパルス発生回路１０か
らタイミングパルスが出力されてから第二ラッチ回路３
２でカウンタ１４の計数内容がラッチされるまでの時間
Ｃ２τは、送信器における内部遅延時間と、超音波の正
味の反射時間と、受信器およびコンパレータ２６におけ
る内部遅延時間との和に等しいため、前記（１１式に従
って求められた対象物までの距離ｌは送信器、受信器お
よびコンパレータ２６の内部遅延時間に基づく誤差を有
しない精度の高い値となるのである。

次に、第３図に基づいて本発明の別の実施例を説明する
。

この実施例では、順序回路１３から出力される２つのパ
ルスのうち、直接波の受信に伴って発せられるパルスが
カウンタ１４に供給され、反射波の受信に伴って発せさ
れるパルスがラッチ回路３８に供給されるようになって
いる。そして、カウンタ１４は順序回路１３からのパル
スの入力を待って計数作動を開始し、ランチ回路３８は
順序回路１３からのパルスが入力されたときカウンター
４の計数内容をラッチし、そのラッチした計数内容を距
離算出回路４０に供給するようになっている。また、距
離算出回路４０では、下記（２）式に従って対象物まで
の距１ｉ１ｔ１が算出されるようになっている。

τ １＝−ＣＶア　　　　　　　　　　　−・−・（２）ま ただし、τ：計測パルスの周期 Ｃ：ラッチ回路３８の計数内容 ｖＴ：測定温度での音速 本実施例においては順序回路１３．カウンター４、計測
パルス発生回路３４およびラッチ回路３８によって正味
の反射時間を計測する時間計測手段が構成されており、
距離算出回路４０が距離算出手段として機能するように
なっているのである。

なお、他の構成は前記実施例と同様であるため、詳細な
説明は省略する。

このような超音波距離計測装置によれば、主タイミング
パルス発生回路１０からタイミングパルスが発せられて
からカウンタ１４の計数作動が開始されるまでの時間が
、送信器、受信器およびコンパレータ２６の内部遅延時
間に相当するため、ランチ回路３８でラッチされた計数
内容Ｃと計測パルスの周期τとの積Ｃτで表される時間
は超音波の正味の反射時間に等しくなり、前記（２）式
によって算出される距ｌ１ＩＩＩｌは超音波の正味の反
射時間に対応した精度の高いものとなる。しかも、本実
施例によれば、ラッチ回路が１つで済み、距離算出回路
４０における演算も簡単となるため、全体の構成を前記
実施例のものに比べて簡単にできる利点がある。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明したが、これら
は文字通り例示であって、本発明はこれらの具体例に限
定して解釈されるべきものではない。

例えば、前記実施例では、送波器１８と受波器２０とが
別体とされていたが、それらが共通のものであっても差
支えない。

また、前記実施例では、装置がディスクリート回路によ
って構成されていたが、第１図および第３図において破
線で囲む部分の一部乃至は全部をマイクロコンピュータ
によって構成することも可能である。

その他、−々列挙はしないが、本発明がその趣旨を逸脱
しない範囲内において種々なる変形、改良等を施した態
様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
２図は第１図の実施例の各部の波形を示すタイミングチ
ャートであり、第３図は本発明の別の実施例を示す第１
図に相当する図である。 １０：主タイミングパルス発生回路 １３：順序回路　　　　１４：カウンタ１８：送波器　
　　　　２０：受波器 ２６：コンパレータ ３０．３２，３８：ラッチ回路 ３６、ｔｏ：距離算出回路 出願人　株式会社　豊田自動織機製作所第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信器により超音波を送信し、その超音波が対象物で反
   射してきた反射波を受信器により受信して、その超音波
   の送信時から反射波の受信時までの時間に基づいて距離
   算出手段により前記対象物までの距離を算出する超音波
   距離計測装置において、 前記超音波を前記受信器が直接受信した信号がその受信
   器に接続されたコンパレータにおいてしきい値を越えて
   から前記反射波を前記受信器が受信した信号が前記コン
   パレータにおいてしきい値を越えるまでの時間を計測す
   る時間計測手段を設け、かつ、その時間計測手段によっ
   て計測された時間に基づいて前記距離算出手段に距離を
   算出させるようにした内部遅延時間排除型超音波距離計
   測装置。