JPS61221688A - 超音波測距装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を用いて、その発信時点から受信時点
までの時間経過計測結果に基づいて、未知の２地点間の
距離を測定する手段を備えた超音波測距装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の超音波測距装置は、超音波が空間を伝播す
るに要する時間を計測し、その計測時間を距離に換算す
ることにより、近距離から中距離程度の比較的短距離を
隔てた２地点間の距離を、簡便な構成ながら高精度に測
距可能な手段として提案されている（例えば、本出願人
が既に出願しである特願昭５９−７１４０８号等）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記超音波測距装置は、その原理として、２
地点間を超音波が伝播する時間を測定して、距離に換算
する手段が用いられていることから、音波の伝播速度が
一定していないと、測定距離に誤差が発生するという不
都合がある。

特に、気温や気圧が変動すると音波伝播速度が大きく変
わることから、その影響を除去する手段が必要となる。

そして、従来では、上記気温や気圧の変動により発生す
る測定誤差を補正するに、温度や気圧を夫々専用の測定
装置で計測し、その結果に基づいて、超音波による測定
距離を補正するというような、一般的な手段が採用され
ていた。

ちなみに、温度による超音波伝播速度の変動を補正する
場合においては、その温度を検出するセンサとして、例
えば半導体の熱温度係数を利用するもの、あるいは抵抗
体の熱雑音を利用するもの等があるが、いづれも微弱な
信号を処理しなければならないことや、使用する素子自
体の特性差により高い検出精度を維持することは困難で
あり、装置構成が複雑になる欠点がある。

従って、簡便な構成で測距できるという特徴を、充分に
発揮できないという不都合があった。

又、測距精度を高くするためには、考えられる誤差発生
要因すべてを計測しなければならないので、装置構成が
複雑になるばかりか、測距精度に影響する要因を計測す
る手段そのものも、他の要因からの影響を受けないよう
に補正する必要が生じる不合理がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、上記超音波による測定距離をその測定環境に
対応して、簡単に補正可能な手段を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による超音波測距装置の特徴は、既知の所定距離
を超音波が伝播する時間を計測する手段を設け、この手
段による伝播時間計測結果に基づいて、前記２地点間の
測定距離を補正すきみ賢しΔ１ａ呈函Ｉヰ目タセ？・　
“０イ乍用“ら１〔作　用〕 すなわち、未知の２地点間の距離を測定するための超音
波と同一の測定媒体である超音波が、測定する地点間と
略同−環境とみなせる既知の所定距離間を伝播するに要
する時間を計測することにより、測距環境の影響により
発生する音波伝播速度差を検出し、その検出結果に基づ
いて、未知の２地点間の測定距離を補正するのである。

〔発明の効果〕

従って、未知の２地点間の距離を測定するための超音波
と同一の測定媒体である超音波を用いて、その測定環境
の違いによって発生する伝播速度変動による測定誤差を
、その誤差発生要因に拘らず、確実に補正できるのであ
る。しかも、その補正手段として、測距用超音波と同様
に、超音波そのものを用いるので、例えば、測距用の超
音波処理部を、距離補正用超音波の処理を行うための手
段として、そのまま有効利用できるので、測定距離を補
正するための超音波処理部を新たに設ける必要が無いと
いう効果もある。もって、直接的には、温度や気圧等の
測距精度に影響する測定環境変動を検出することなく、
高精度に測距可能になったのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図に示すように、所定距離（Ｌｏ）を隔てた二つの
測定基準点（ＡＩ）、（Ａｍ）に、夫々異なる周波数（
ｒ＋）、Ｏｚ）で超音波を発信する超音波発信装置とし
てのマーカ（ｌａ）　、　（］、ｔ＋）を設け、測定地
点（Ｂ）としての移動体（ν）の前部両端（Ｂｌ）、（
ＢＺ）に、超音波受信装置としての超音波センサ（２ａ
）。

（２ｂ）を設けて、未知の２地点（Ａ）　、　＜Ｂ）間
の距離（いすなわち前記二つの測定基準点（ＡＩ）、（
＾２）を結ぶライン（ｘ）とこのライン（ｘ）に直交す
るライン（ｙ）によって形成される座標（ｘ、ｙ）に対
する移動体（Ｖ）の位置および方向を測定する移動体位
置測定システムを構成しである。

そして、前記両マーカ（１ａ＞　＋　（ｌｂ）より発信
される超音波（ｆｌ）、　（ｆＺ）を、移動体（Ｖ）側
に設けた超音波センサ（２ａ）　、　（２ｂ）で夫々受
信し、前記各マーカ（ｌａ）　、　（ｌｂ）に対する超
音波センサ（２ａ）。

（２ｂ）の距離を夫々測定することにより、一対のマー
カ（ｌａ）　、　（ｌｂ）および超音波センサ（２ａ）
　、　（２ｂ）により構成される二組の超音波測距装置
が形成する二つの三角形の各二辺（Ｌａｔ＋Ｌｂｉ）＋
　（Ｌａｇ、Ｌｂｚ）の長さと前記マーカ（ｌａ）　、
　（ｌｂ）間の距離（し。）とに基づいて、移動体（ｖ
）の位置座標（Ｘ、ｙ）を演算するのである。

以下、前記移動体位置測定システムの構成を、第１図に
示すブロック図に基づいて説明する。

すなわち、移動体（Ｖ）に搭載した同期装置（３ａ）よ
り同期信号発生器（４）を介して発信される同期信号（
ＴＧ）を、前記マーカ（ｌａ）　、　（ｌｂ）側に設け
た同期装置（３ｂ）で受信することにより起動され、前
記マーカ（ｌａ）　、　（１；］）より発信された測距
用超音波（ｒ、）、（ｆｚ）を、夫々対応するセンサ（
２ａ）　。

（２ｂ）で受信して、超音波の発信時点から受信時点ま
での経過時間を夫々計測することにより、前記各距離（
Ｌａ＋）、（ｔ、ｂ＋）、　（Ｌａｚ）　、　（Ｌｂｚ
）を測定し、演算部（５）により、前記位置座標（ｘ、
ｙ）に変換して、表示装置（６）によってその結果を表
示するとともに、誘導装置（７）に出力して、移動体（
Ｖ）の走行を制御するための制御パラメータとして用い
るのである。

更に、前記移動体（Ｖ）には、既知の所定距離（Ｄ）を
隔てて、前記マーカ（ｌａ）　、　（ｌｂ）および超音
波センサ（２ａ）　、　（２ｂ）の組み合わせと同一構
成になる更に異なる周波数（ｆ、）の超音波を発信する
マーカ（１ｃ）および超音波センサ（２ｃ）を対向させ
て設置した測距補正装置（８）を搭載し、この測距補正
装置（８）により前記所定距離（Ｄ）間を超音波が伝播
するに要する時間（Ｔｏ）、すなわち真の超音波伝播速
度（ΔＬ）を計測して、測定環境、特に温度により生じ
る音波伝播速度の誤差を検出して、前記測定した各距離
（Ｌａ＋）、（Ｌｂ＋）、　（Ｌａｇ）　。

（Ｌｂｚ）を補正するように構成しである。尚、図中、
（９ａ）は前記複数の超音波センサ（２ａ）　、　（２
ｂ）　。

（２ｃ）からの各受信信号（Ｓ）を、前記移動体（Ｖ）
側の同期装置（３ａ）からの信号によって選択して、受
信信号（Ｓ）を増幅する増幅器（１０）に入力するセン
サ選択部、（ｌｌａ）　（ｌｌｂ）（ｌｌｂ）は前記受
信信号（Ｓ）を選択的に分離抽出するフィルタ、（９ｂ
）は前記センサ選択部（９ａ）同様に、同期装置（３ａ
）からの信号によって、前記各フィルタ（ｌｌａ）　、
　（ｌｌｂ）からの出力信号を選択して、超音波の発信
時点から受信されるまでの経過時間（Ｔ）を計測するこ
とにより距離（Ｌ）を測定する測距部（１２）に入力す
るフィルタ選択部である。

そして、前記具の超音波伝播速度（ΔＬ）は、下記（ｉ
）式により求められる。

ΔＬ　＝　　−−−−（ｉ　） 従って、上記（ｉ）式より、前記マーカ（ｌａ）。

（１ｂ）と超音波センサ（２ａ）　、　（２ｂ）の組み
合わせによる測定距離の真の値（Ｌ）は、下記（ｉｉ）
式により簡単に求められる。

Ｌ；ΔＬ−Ｔ＝□・Ｔ・・−−−−（ｉｉ　）Ｔ。

（Ｔは測定距離に対応する時間である。）ところで、前
記音波伝播速度（ΔＬ）は、距離測定用の超音波と同じ
測距用媒体である超音波により計測するものであること
から、温度のみならず、その測定環境としての気圧等、
他の音波伝播速度の誤差発生要因をも同時に補正したも
のとなり、直接的には計測誤差要因を計測することなく
、測定距離を正確に補正できるのである。しかも、測距
用媒体としての超音波信号と同一特性の超音波を用いて
、測定距離を補正するので、前記測距補正装置（８）の
計測動作に必要な信号処理部を、距離測定用信号処理部
で完全に兼用できるのである。

又、前記測距補正装置（８）を用いて、温度自体を計測
することも可能である。

すなわち、前記計測音波伝播速度（ΔＬ）と、０℃にお
ける音波伝播速度（３３１ｍ）とに基づいて、下記（ｉ
ｉｉ　）式により、未知の温度（１）を簡単に測定でき
る。

（０，６は係数である。） 尚、前記測距補正装置（８）を構成するに、前記超音波
を発信するマーカ（ＩＣ）および超音波センサ（２ｃ）
を対向させて設置する他、超音波の発信と受信を兼用し
て使用可能なセンサと、超音波を反射する部材とを、前
記所定距離（Ｄ）隔てて設け、一つのセンサから発信し
て反射部材より反射した超音波を、同一センサで受信す
るように構成してもよい。又、各マーカ（ｌａ）　、　
（ｌｂ）　。

（１ｃ）より発信する超音波の周波数（ｒ＋）、　（ｒ
ｚ）。

（ｆ３）を、夫々同一周波数として、各センサ（２ａ）
。

（２ｂ）　、　（２ｃ）での受信処理をシーケンス的に
処理するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る超音波測距装置の実施例を示し、第
１図は移動体位置測定システムの構成を示すブロック図
、第２図はその測定における超音波発信装置と受信装置
の位置関係の説明図である。 （Ａ）　、　（Ｂ）・・・・・・未知の２地点、（Ｌ）
・・・・・・測定距離、（Ｄ）・・・・・・既知の所定
距離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波を用いて、その発信時点から受信時点までの時間
   経過計測結果に基づいて、未知の２地点（Ａ）、（Ｂ）
   間の距離（Ｌ）を測定する手段を備えた超音波測距装置
   であって、既知の所定距離（Ｄ）を超音波が伝播する時
   間を計測する手段を設け、この手段による伝播時間計測
   結果に基づいて、前記２地点（Ａ）、（Ｂ）間の測定距
   離（Ｌ）を補正する手段を設けてある超音波測距装置。