JPS61286777A - 超音波距離計 - 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］ 本発明は超音波距離計、さらに詳しくは、超音波を送出
してはその超音波の物体での反射波を受信して送受の時
間差に基づいて物体までの距離を求める超音波距離計に
関するものである。

［背景技術１ 一般にこの種の超音波距離計においては、距離計本体か
ら送出された超音波が物体により反射されたときに、そ
の反射波を検出して物体までの距離を検出するようにし
ているものであり、通常は物体からの反射波が距離計本
体で再反射されることにより多重反射を生じている。こ
うした多重反射による誤動作を避けるため、反射波を受
信する受信可能期間を送波手段から超音波を送出して後
、所定時間中に設定するとともに、その反射波のレヘル
カ所定レベル以上であるときのみ物体からの正規の反射
波であるとみなすようにした超音波距離計が従来より提
供されでいる。

しかしながら、距離計本体から物体までの距離が非常に
近い場合には、多重反射における２次以上の反射波のレ
ベルが大きくなり、また受信可能期間内に１次反射波が
受信されずに２次以上の反射波が受信されることがあり
、誤動作が生じるものである。つまり、時刻１．におい
て送波手段から超音波パルスが発生し、その後時刻ｔ１
がら時刻ｔ２までが受信可能期間であるとし、時刻ｔ３
において１次反射波が距離計本体に到達したとする。こ
の場合に、ｔｏ＜ｔ＋＜ｔｚ＜ｔｚであれば物体までの
距離測定が行なえるが、ｔｏ　＜　ｊａ　＜　ｔＩ＜　
ｔｚであれば受信可能期間には１次反射波が受信されず
２次以上の反射波が初めて受信されることになり、しが
もその反射波のレベルが所定レベル以上となるから、測
定匪離が実際の距離の整数倍になり、実際の距離が求め
られないという問題が生じる。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
主な目的とするところは、＆（定限異距離を設定して測
定限界距離よりも近い距離では測定を行なわないように
し、測定値の信頼性を高めた超音波距離計を提供するこ
とにある。

［発明の開示１ 本発明においては、間欠的に超音波パルスを送出する送
波手段と、送波手段より送出された超音波の物体からの
反射波を受信する受波手段と、送波手段から超音波パル
スが送出されでからその反射波が受波手段で受信される
までの時間に呼応して物体までの距離を算出する演算手
段と、演算手段により算出された距離を表示する表示手
段とを備えた超音波距離計において、受波手段は受信し
た超音波に対応した受信信号を増巾する増巾回路と、増
巾回路の出力レベルが所定レベル以上であり且つ送波手
段よす超音波パルスを送出して後所定時間だけ信号を通
過させるように開放されて検知信号を演算回路に入力す
る判定回路と、超音波パルスの１次反射波に対応する受
信信号が上記所定レベル以上となり且つ２次反射波が上
記所定レベル以下となるように増巾回路の最小増巾率を
設定するとともに判定回路が開放されている期間におい
て増１１回路の増巾率を次第に増大させる増巾半制御手
段とを備えたことにより、物体までの距離が測定限界距
離よりも近距離となると距離の測定を行なわないように
し、２次以上の反射波による誤った値が測定されないよ
うにした超音波距離計を開示し、さらに判定回路が開放
期間において所定レベル以上の入力がないときに測定不
能を表示する測定不能表示手段を備えたことにより、物
体が測定範囲外に存在するときには、測定が不能である
ことを表示するようにした超音波距離計を開示する。

（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１
図に示すように、超音波距離計は基本的には、超音波パ
ルスを間欠的に送出する送波手段１と、送波手段１より
送出する超音波パルスの物体からの反射波を受信する受
波手段２と、送波手段１から超音波パルスが送出されで
からその反射波が受波手段２で受信されるまでの時間に
呼応して物体までの距離を算出する演算手段３と、演算
手段３により算出された距離を表示する表示手段４とを
備える。

送波手段１は、超音波パルスの送波開隔を設定する第１
の積分回路１１および＄１の単安定マルチバイブレータ
（以下、単安定マルチと略称する）１２と、第１の単安
定マルチ１２の出力の立ち上がりをトリが信号として超
音波パルスのパルス中に相当するパルスを発生する第２
の単安定マルチ１３と、第２の単安定マルチ１３がらパ
ルスが出力されている期間に超音波パルスの振動数に等
しい周波数の高周波を出力する発振回路１４と、発振回
路１４の出力レベルを超音波振動子を駆動できるレベル
まで増巾するドライバ回路１５と、超音波振動子である
送受波器５とから構成される。

これにより、電源を投入すると第１の積分回路１１が所
定の時定数で電源電圧の積分を開始し、第１の積分回路
１１の出力レベルが第１の単安定マルチ１２の入力の閾
値を超えると、第１の単安定マルチ１２から所定時間中
のパルスが出力される。

第１の積分回路１１は単安定マルチ１２がらパルスが出
力されている期間は積分を続は単安定マルチ１２からの
パルスが立ち下がったときに、その立ち下がりによって
リセットされるようになっている。リセットされた後は
再び積分を開始するから、この動作が続けられ、所定の
周期でパルスが発生することになる。つまり、ｆＩＳｌ
の積分回路１１と第１の単安定マルチ１２とで無安定マ
ルチを構成しているのである。そして、このパルスの発
生周期が超音波パルスの送波間隔となるのであって、こ
のパルスの立ち上がりが第２の単安定マルチ１３のトリ
〃信号として入力され、第２の単安定マルチ１３がら短
い時間中のパルスが出力される０発振回路１４は第２の
単安定マルチ１３の出力パルスが送出されている期間に
のみ発振出力が得られるようになっており、したがって
、発振回路１４の出力として第１の単安定マルチ１２の
出力パルスに対応した時間間隔で且つ第２の単安定マル
チ１３の出力パルスに対応した時間巾の高周波パルスが
得られるのである。この高周波パルスのレベルをドライ
バ回路１５を介して超音波振動子の駆動レベルまで４外
上げてから送受波器５に印加することにより、送受波器
５から高周波パルスに対応した超音波パルスが送出され
る。

受波手段２は、送受波器５と、送受波器５により受信さ
れた超音波を増巾する増巾回路２１と、増巾回路２１の
出力から高周波成分を除いた包絡＃Ｘ成分のみを取り出
す検波回路２２と、検波回路２２の出力レベルが所定レ
ベル以上で且つ所定の開放時間内に得られたものである
ときに検知信号を出力する判定回路２３と、送波手段１
の第１の単安定マルチ１２の出力に基づいて判定回路２
３の開放時間を設定するデート設定回路２４と、デート
設定回路２４の出力に基づいて判定回路２３が開放され
た時刻から積分を開始しその出力により増巾回路２１の
増巾率を制御する増巾率制御手段としての第２の積分回
路２５と、判定回路２３から検知信号が出力されないと
きに物体が測定距離範囲外にあるとして測定不能表示を
行なう測定不能表示回路２６とにより構成される。ゲー
ト設定回路２４は第１の単安定マルチ１２の出力に基づ
いて第１の単安定マルチ１２の出力の立ち上がりから所
定時間遅れて立ち上がる所定時間中のパルスを発生する
回路であって、デート設定回路２４からパルスが出力さ
れている期間に判定回路２３が開放されるようになって
いる。つまり、ゲート設定回路２４からパルスが出力さ
れている期間が受信可能期間となり、この期間に反射波
が受信されたときにのみ距離の測定が可能となるのであ
る。第１の単安定マルチ１２の立ち上がりからデート設
定回路２４の出力パルスの立ち上がりまでの遅れ時間お
よび判定回路２３の開放時間巾は測定距離範囲によって
変化するものであるから、測定距離範囲によりそれらの
設定が行なえるように、デート設定回路２４には切換ス
イッチＳＷが設けられている。第２の積分回路２５はデ
ート設定回路２４の出力パルスの立ち上がりから積分を
開始するようになっている。増巾回路２１は増巾率が可
変であって、第２の積分回路２５の出力レベルが小さい
ときには増巾率が小さく、第２の積分回路２５の出力レ
ベルが大きくなるにしたがって、次第に増巾率が大きく
なるようにしである。つまり、判定回路２３が開放され
てから時間が経過するほど次第に増巾率が増大するので
あって、これは、たとえば増巾回路２１のバイアスを第
２の積分回路２５の出力で可変となるようにしたり、制
御電圧に応じて増巾率が変化するいわゆる電圧制御型演
算項中器を用いることにより実現されるものである。増
巾回路２１の最小増巾率は、１次反射波に対応する受信
信号が判定回路２３に設定された閾値レベルを超え且つ
２次以上の高次反射波に対応する受信信号がその閾値レ
ベルを超えない程度に設定されでいる。測定不能表示回
路２６は発光ダイオードなどの表示器を有し、デート設
定回路２４からパルスが出力されたにもかかわらず判定
回路２３から検知信号が出力されないとぎに、判定回路
２３の開放時間の終了後に測定不能表示を行なうように
なっている。

判定回路２３の出力とｔＩＳ２の単安定マルチ１３の出
力とは演算手段３としての演算回路３１に入力され、第
２の単安定マルチ１３の出力の立ち上がりから判定回路
２３より出力される検知信号の立ち上がりまでの時間が
計測されるとともに、その時間に対応した物体までの距
離が算出される。

すなわち、外気温を摂氏Ｔｈ度とすると、音速Ｖｓは（
３３ｒ＋０，６Ｔｈ）で表わされ、超音波パルスが送波
手段１より送出されてから、受波手段２で受信されるま
での時間をＴｍとすれば、物体までの距離Ｄｓは次式で
表わされる。

演算回路３１では上式の演算を行なって物体までの距離
を求めるのである。外気温についての補正を行なうには
、外気温を測定する温度測定手段を適宜設け、温度測定
手段の出力に基づいて上式の演算を行なえばよいもので
ある。

演算回路３１の出力は表示手段４である表示回路４１に
入力され、演算回路３１での演算結果が表示されるので
ある。

以上のように構成された超音波距離計の回路部は第２図
に示すようにスコープ５１を備えたハウジング５２内に
収納される。ハウジング５２の外周面には指向性を高め
るためのホーンを備えた送受波器５、電源スィッチ６、
デート設定回路２４に接続された切換スイッチＳＷのつ
まみ７、距離表示回路４１に接続された表示器４２に４
が露出する。スコープ５１の向きは送受波器５の向きと
合致する上うに取り付けられており、スコープ５１で目
視した物体に向かって超音波が送出されるようになって
いる。つまり、物体までの距離を測定するにあたって、
スコープ５１でその物体に照準を合わせれば、物体まで
のおよその距離を知ることができるとともに、その物体
に向かって超音波を正確に放射することがでトるように
なっているのである。この構成により、第３図に示すよ
うに、壁５３の前に棚５４が配設されており、棚５４ま
での距離を測定したいような場合において、超音波が壁
５３に向かって発射され、棚５４までの距離を測定した
いにもかかわらず、壁５３＊での距離が測定されるとい
う不都合がなくなり、超音波を目的とする被測定物で正
しく反射させることができ、距離の測定が正確に行なえ
るようになるものである。また、スコープ５１により物
体までの距離を大まかに知ることができるから、切換ス
イッチＳＷのっまみ７をｉ１１節して測定距離範囲を適
宜設定、することができるのであり、これによって、第
５図（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、超音波パルスを
送波してから受信可能期間の開始までの時間と受信可能
期間の時間中とを調節することができるのであり、この
ａＳによって不要な反射波を除去することができ、目的
とする物体からの反射波のみ゛を取り出すことが可能と
なるものである。このように、超音波を目的とする物体
で正確に反射させるとともに、所望の反射波のみを抽出
することにより、不要な反射波を除去して正確な距離を
測定することが可能となるものである。

（動作） 以下、第４図に基づいて動作を説明する。なお、ｔＩＳ
４図において、８１〜Ｓ４は第１図中の対応する記号で
示した部分の信号を示す。まず、給電を開始すると、第
１の積分回路１１の出力レベルが次第に増加して第１の
単安定マルチ１２の入力レベルの閾値レベルを超え、単
安定マルチ１２にトリががかかり、比較的長い時間中の
パルスが出力される。第１の積分回路１１はこのパルス
の立ち下がりによりリセットされ、再び出力レベルが増
加するから。所定の周期でパルスが送出されることにな
る。第２の単安定マルチ１３は第１の単安定マルチ１２
の出力の立ち上がりをトリ〃信号とし、比較的短い時間
中のパルスを出力する。つまり、第１の単安定マルチ１
２から出力されるパルスの繰り返し周期で９２の単安定
マルチ１３から短い時間中のパルスが出力されることに
なるのである。

このパルスが出力されている期間に発振回路１４から高
周波パルスが出力さね、る。すなわち、第４図（ａ）の
ように一定周期で間欠的に高周波パルスが得られるので
ある。この高周波パルスはドライバ回路１５を介して送
受波器５に印加され、超音波パルスに変換されて放出さ
れる０以上のようにして間欠的に発生する超音波パルス
が得られるのである。

このようにして送波手段１から出力され物体により反射
された超音波は、送受波器５によって受信され、増巾回
路２１で増巾され検波回路２２で検波された後、判定回
路２３に入力される０判定回路２３には、第４図（ｂ）
に示すように、判定回路２３の開放時間を設定するパル
スがデート設定回路２４から入力されており、検波回路
２２の出力レベルが所定レベル以上で且つそのレベルに
達したときがデート設定回路２４からパルスが出力され
ている受信可能期間中であれば、そのときに検知信号を
出力する。ここでデート設定回路２４から出力されるパ
ルスは、第１の単安定マルチ１２の出力が立ち上がって
から所定時間Ｔ、遅延して立ち上がるものであり、その
遅延時間Ｔ、お上びパルス巾Ｔ２は切換スイッチＳＷに
よって複数段階に設定されるごうになりでいる。これに
より、物体までの距ｗ１範囲を限定で訃るのである。デ
ート設定回路２４から出力されるパルスが立ち上がると
同時に第４図（Ｃ）に示すように、このパルスを積分す
る第２の積分回路２５の出力レベルが増加し、したがっ
て増巾回路２１の増巾率はデート設定回路２４から出力
されるパルスが立ち上がってから時間が経過するにした
がって次第に増大する。ところで、物体までの距離がデ
ート設定回路２４で設定される測定距離限界よりも近い
ときには多重反射が生じるが、一般に１回の反射により
超音波のレベルは急激に減少するから、２次以上の高次
反射波は１次反射波に比較してそのレベルが非常に小さ
く、しかも受信可能期間の前半部分では増巾回路２１の
増巾率が小さいから、２次以上の高次反射波による検波
回路２２の出力は判定回路の閾値レベル以下となって、
検知信号が出力されないのである。受信可能期間の前半
部分での増巾回路２１の増巾率は１次反射波については
判定回路２３の設定レベルを超えられる程度に設定され
ているから、判定回路２３で１次反射波は検出可能であ
るが、２次以上の高次反射波は検出されないのであり、
これにより２次以上の高次反射波を物体からの１次反射
波であると誤認して誤った値を表示することが防止でき
るのである。また、受信可能期間内に閾値レベル以上の
信号が判定回路２３に入力されなければ物体が測定距離
限界外にあるものとして、測定不能表示回路２６で測定
不能表示が行なわれるのであり、測定距離限界外である
ことが認識できるものである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、間欠的に超音波パルスを送出す
る送波手段と、送波手段より送出された超音波の物体か
らの反射波を受信する受波手段と、送波手段から超音波
パルスが送出されでからその反射波が受波手段で受信さ
れるまでの時間に呼応して物体までの距離を算出する演
算手段と、演算手段により算出された距離を表示する表
示手段とを備えた超音波距離計において、受波手段は受
信した超音波に対応した受信信号を増巾する増巾回路と
、増巾回路の出力レベルが所定レベル以上であり且つ送
波手段より超音波パル′スを送出して後所定時間だけ信
号を通過させるように開放されて検知信号を演算回路に
入力する判定回路と、超音波パルスの１次反射波に対応
する受信信号が上記所定レベル以上となり且つ２次反射
波が上記所定レベル以下となるように増巾回路の最小増
巾率を設定するとともに判定回路が開放されている期間
において増巾回路の増巾率を次第に増大させる増巾率制
御手段とを備えているので、２次以上の高次反射波を１
次反射波と誤認することがなく、受信可能期間を予め設
定することにより測定限界距離が設定され、その測定限
界距離外の距離では測定が行なわれなくなるものであり
、待に測定限界距離よりも近い距離にある物体での高次
反射波による誤った値が表示されないものであり、測定
値の信頼性が高いという利点を有する。

【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、第２図は
同上の外観斜視図、第３図は同上の一使用例を示す動作
説明図、第４図およＶ第５図は同上の動作説明図である
。 １は送波手段、２は受波手段、３は演算手段、４は距離
表示手段、２１は増巾回路、２３は判定回路、２４はデ
ート設定回路、２５は積分回路、２６は測定不能表示回
路、３１は演算回路、４１は表示回路である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）間欠的に超音波パルスを送出する送波手段と、送
   波手段より送出された超音波の物体からの反射波を受信
   する受波手段と、送波手段から超音波パルスが送出され
   でからその反射波が受波手段で受信されるまでの時間に
   呼応して物体までの距離を算出する演算手段と、演算手
   段により算出された距離を表示する表示手段とを備えた
   超音波距離計において、受波手段は受信した超音波に対
   応した受信信号を増巾する増巾回路と、増巾回路の出力
   レベルが所定レベル以上であり且つ送波手段より超音波
   パルスを送出して後所定時間だけ信号を通過させるよう
   に開放されて検知信号を演算回路に入力する判定回路と
   、超音波パルスの１次反射波に対応する受信信号が上記
   所定レベル以上となり且つ２次反射波が上記所定レベル
   以下となるように増巾回路の最小増巾率を設定するとと
   もに判定回路が開放されている期間において増巾回路の
   増巾率を次第に増大させる増巾率制御手段とを備えて成
   ることを特徴とする超音波距離計。
2. （２）上記判定回路は開放期間において所定レベル以上
   の入力がないときに開放期間の終了後に測定不能を表示
   する測定不能表示手段を備えて成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の超音波距離計。