JPS6148868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はドツプラー効果を利用した超音波移動
物体検知器に関するもので、その目的とするとこ
ろは、検知距離が設定可能な超音波移動物体検知
器の誤動作を防止することにある。 従来の検知距離が設定可能な超音波移動物体検
知器にあつては、送波パルス巾を２〜4msecと短
かくした場合に送波パルスの立上り部、立下り部
に生じる駆動周波数とは異なつたもの、又は複数
の静止物体からの反射波が重なつてときにパルス
巾検知出力が発生、誤動作するという欠点を有し
ていた。 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、以
下実施例により詳細に説明する。 第１図は本発明の一実施例のブロツク回路図、
第３図は具体回路図である。図中１は送波回路Ｔ
の超音波パルス送波周期を設定する周期発振回路
であり、任意周期又は一定周期でトリガーパルス
を出力する。２は単安定マルチバイブレータより
なる検知距離ゲートであり、出力を検知ゲートと
して使用する。３は送波巾ゲートであり送波時間
巾を設定する４はアステーブルマルチバイブレー
タよりなる発振回路である。５はアンド回路であ
り、送波巾ゲート３の出力が有る時、発振回路４
の信号を出力する。６は送波アンプであり、送波
信号の電力増幅を行なうものである。７は送波振
動子であり、印加された電気信号を超音波信号に
変換して空気中に送波する。８は受波回路Ｒを構
成する受波振動子で、前記送波された超音波信号
が物体にて反射され、帰つて来た超音波を受けて
微弱な電気信号に変換する。９は受波アンプであ
り、変換された微弱な電気信号を増幅する。１０
はレベル検知回路で、増幅された受波信号がスレ
ツシヨルドレベルをオーバーすると出力が“Ｈ”
レベルになり受波信号を矩形波信号に変換する。
１１はパルス成形回路で、受波信号がスレツシヨ
ルドレベルをオーバーした間、出力が変化する回
路で、受波信号の有無を判定する。１２は信号切
替回路であり、受波信号がスレツシヨルドレベル
をオーバーしている間は、受波信号の矩形波変換
信号を出力し、その他の時間は送波信号と同一周
波数の発振回路４の信号を出力する。１３はFM
検波回路で、信号切替回路１２の出力信号をFM
検波する。１４はアンプで、FM検波された信号
をAC増幅する。１５はレベル検知器で、FM検
波出力の側変位と側変位がそれぞれ一定のレ
ベルをオーバーすると出力がデジタル変化する。
１６，１７はパルス巾検知回路で、Ｃ，Ｒによる
遅延回路であり、レベル検知器１５の側変位出
力ｋ、側変位出力ｊにそれぞれ接続されてい
る。１８，１９はそれぞれ２入力ナンド回路より
なるゲート回路であり、入力の一方には、前記検
知距離ゲート２の出力信号が、他方の入力にはパ
ルス巾検知回路１６，１７のそれぞれの出力が入
力されている。２０，２１は計数回路であり、送
波周期毎にゲート回路１８，１９の出力があれば
カウントアツプするようになつており、設定回路
（実施例にあつては２回）以上連続してカウント
されれば検知信号を出力する。２２は出力回路で
あり、計数回路２０，２１からの検知信号を受け
てリレーなどの負荷制御素子を駆動する。２３は
高周波域（数100Hz〜100KHz）のバンドパスフイ
ルターで、FM検波回路１３の出力を通してアン
プ２４で増巾し、レベル検知回路２５により一定
レベル以上であればリセツト信号をリセツト回路
２６に入力する。リセツト回路２６の出力はパル
ス巾検知回路１６，１７に入力し、リセツト信号
が入力されるとパルス巾検知回路１６，１７の積
分回路をリセツトするようにしておく。 以下実施例の動作原理について説明する。距離
設定が可能でありしかも移動物体のみを検出する
ためには送波した音波が物体から反射して受波さ
れるまでの時間を測定してその時間が、設定され
た時間以上要していれば検知しないようにすれば
距離の設定ができ、さらに移動物体からの反射波
においてはその移動物体の移動速度によつて次式
で表わされるようなドツプラー周波数偏移が生じ
るので、このドツプラー周波数偏移を検出すれば
移動物体であることが検知できることになる。 fd＝２Ｖ・ｆｏ／Ｃ〔Hz〕 ただしfo：送周波数（Hz） Ｖ：移動速度（ｍ／ｓ） Ｃ：音速（ｍ／ｓ） ところで上式によれば移動速度に対する周波数
偏移は40KHzの場合＜表―１＞のようになる。

【表】 このように、移動物体によつて生じる周波数偏
移を検出する方法として、一般にFM検波器が用
いられており、FM検波器の出力として周波数偏
移に比例した電圧が得られるので、この電圧を検
知する事によつて移動体からの反射であるかどう
かを知る事が可能となる。 以下実施例について説明する。第１図に示すブ
ロツクの出力波形は第２図ａ〜ｑに示した通りで
あり、このタイムチヤートに基いて説明する。 いま周期発振回路１は一定又は任意の時間毎に
トリガーパルスａを出力するようになつており、
任意の周期の時はパルス成形回路１１の出力がリ
セツト信号として入力され、受波信号が有ると周
期発振回路１内の時間計測部がリセツトされトリ
ガーパルスａの出力タイミングを遅らす。この方
法によつて雑音が存在する時は検知機能を停止す
る事が可能となる。上記、トリガーパルスａは第
２図ａのようになつており、このトリガーパルス
ａは検知距離ゲート２に入力され、検知距離ゲー
ト２の単安定マルチが動作して第２図ｂに示す検
知距離ゲートｂが作成されるとともに、送波巾ゲ
ート３に入力され、送波用の短パルスゲート信号
が作成される。この短パルスゲート信号と第２図
ｃに示す発振回路４の発振出力信号ｃが、アンド
回路５に入力され、送波巾ゲート間のみ発振出力
信号が送波信号として出力される。この時、送波
信号ｄは第２図ｄに示すようなトーンバースト波
となる。この信号は送波アンプ６にて電力増幅さ
れて送波振動子７を駆動する。送波振動子７は印
加された電気信号を超音波信号に変換して空気中
に送波する。 このようにして送波された超音波パルスは、反
射物体によつて反射されて受波振動子８に受波さ
れ、微弱な電気信号に変換され、この微弱な電気
信号は受波アンプ９にて次段で信号処理可能なレ
ベルまで増幅される。この増幅された受波信号ｅ
には第２図ｅに示すように移動物体からの反射
Ａ，A′、固定物体からの反射Ｂ，B′が含まれて
いる。この受波信号ｅはレベル検知回路１０に入
力され、増巾された受波信号ｅが、スレツシヨル
ドレベル以上であるかどうかを判定される。も
し、スレツシヨルドレベルをオーバしていれば出
力“Ｈ”、スレツシヨルドレベル以下ならば出力
“Ｌ”にする事によつて受波信号ｅと同一周波数
の笠形波に変換された第２図ｆに示すような受波
変換信号ｆを得る。 同時に受波アンプ９から出力される受波信号ｅ
はパルス成形回路１１に送られる。ここではスレ
ツシヨルドレベルをオーバする受波信号が存在す
る間は、出力が“Ｈ”で、その他は“Ｌ”となる
ようにしている。この時の出力信号ｇと第２図ｇ
に示す。これらの信号ｆ，ｇは発振回路４の発振
出力信号ｃと共に信号切替回路１２へ送られる。
この信号切替回路１２では信号ｇは信号切替制御
信号として使用され、“Ｈ”の時には受波変換信
号ｆを出力し、信号ｇが“Ｌ”の時には発振回路
４の信号ｃを出力する。すなわち信号切替回路１
２の出力ｈは、受波信号ｅがスレツシヨルドレベ
ルをオーバーすると受波信号ｅの周波数が出力さ
れ、受波信号ｅがスレツシヨルドレベルより小さ
い時は送波信号と同一周波数の信号が出力される
事になる。このようにして混合された信号ｈは
FM検波回路１３によつて周波数偏移に比例した
電圧に変換された信号が得られる。この信号ｈは
移動物体の反射波が存在する所では電圧は変化し
ているが固定物体の反射波の所では電圧は変化せ
ず同一レベルになつており、また実施例のように
トーンバースト波で超音波振動子を駆動した場
合、信号の立上り、立下り部は振動子固有の周波
数になつてしまうのでFM検波した時に短パルス
電圧が発生する。このようにして得られたFM検
波出力信号を第４図の実線で示す特性を有するア
ンプ１４で増幅する。この場合、信号切替回路１
２の出力信号ｈは発振回路Ｃの周波数の信号が主
信号成分になつているので、FM検波出力信号は
受波信号ｅが存在するとき以外OVとなる。（ここ
で周波数ずれに起因するFM検波出力の直流分を
カツトする事が出来る。） この増巾されたFM検波出力ｉはレベル検知器
１５へ入力される。ここで第２図ｉに示してある
ように０（Ｖ）（電圧変化）に対して、側に
v₁、側にv₂となるようにスレツシヨルドレベル
がもうけてあり、このレベルをオーバーすると
側変化に対しては第２図ｋに示す出力ｋが側変
化に対しては第２図ｌに示す出力ｌが得られる。
ここで判かるように出力ｋ，ｌには前述したよう
に受波信号の立上り部と立下り部に受波パルス時
間巾に比べ短時間の高周波信号が発生している。
FM検波回路１３の出力を第４図の点線で示すよ
うなローカツトオフ周波数が数100Hz、ハイカツ
トオフ周波数が約10KHzであるバンドパフフイル
ター２３を通してアンプ２４で増巾し、第２図ｊ
のような信号ｊを得る。この信号ｊをレベル検知
回路２５に入力し、側および側に設けたスレ
ツシヨルドレベルv₃，v₄をオーバーした時に
“Ｈ”となる第２図ｍのような信号ｍを得る。こ
の信号ｍによりリセツト回路２６を駆動してパル
ス巾検知回路１６，１７の積分回路をリセツトす
る。したがつたて、FM検波出力信号における高
周波域成分が除去され、移動物体によつて生じた
低周波成分のパルス巾が検出され、パルス巾検知
回路１６，１７に第２図ｍ，ｏのような出力ｍ，
ｏが得られ、この出力ｍ，ｏは２入力ナンド回路
よりなるゲート回路１８，１９の一方の入力へ入
力され、このゲート回路１８，１９の他の入力へ
は検知距離ゲート回路２の出力信号ｂが入力され
ているので検知ゲート信号ｂが“Ｈ”の時にパル
ス巾検知回路１６，１７の出力ｎ，ｏがそれぞれ
ゲート回路１８，１９のスレツシヨルドレベル
v₅，v₆をオーバーした時に第２図ｐ，ｑに示すよ
うに出力ｐ，ｑが、“Ｈ”から“Ｌ”に変化す
る。したがつて、設定された検知距離ゲート内で
移動物体によるドツプラー周波数成分が設定レベ
ル以上になればゲート回路１８又は１９の出力
“Ｈ”から“Ｌ”に変化して設定距離内に移動物
体が存在することが判明する。ゲート回路１８，
１９の出力信号は計数回路２０，２１へ送られて
カウントされ、設定された回数以上の送波周期毎
連続してゲート回路１８，１９の出力ｎ，ｏがそ
れぞれ存在すれば、計数回路２０，２１出力に、
検知信号が出力され出力回路２２を駆動する。 なお実施例にあつては２送波周期以上連続して
ゲート回路１８，１９出力ｐ，ｑが存在すれば、
出力回路２２がONするようになつているもので
ある。 また実施例においてレベル検知器１２より後段
が２系列に別かれているのは、移動方向によつて
レベル検知出力が出力ｋ側に出るが出力ｌ側に出
るかが異なるためであり、本構成のようにする
と、同一方向に移動した場合のみ出力回路を動作
させる事が可能である。 本発明は上述のように構成されており、一定ま
たは任意の周期にて送波される超音波パルスの反
射波をFM検波し、ドツプラー周波数偏移を検出
するとともにゲート回路により反射波が設定時間
内に存在するかどうかを判別するようになつてい
るので、所定の検知距離内の移動物体のみを検知
でき、また受波信号があるときは受波信号を出力
し、受波信号がないときは送波信号と同一周波数
の信号を出力するようにした信号切替回路出力を
FM検波するようになつているので、送波される
超音波パルスの周波数が種々の要因にて変動した
場合においてもFM検波出力としてドツプラー周
波数偏移のみが出力され誤まつた検知信号が出力
されることなく、殊に、FM検波出力信号の高周
波成分をバンドパスフイルターで検し、この信号
にてパルス巾検知回路をリセツトする如くしたか
ら、移動物体以外により誤部作することがないと
いう効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク回路図、
第２図ａ〜ｑは同上の動作説明図、第３図は同上
の具体回路図、第４図は同上の要部の特性図であ
る。 Ｔ…送波回路、Ｒ…受波回路、１２…信号切替
回路、１３…FM検波回路、１５…レベル検知
器、１６，１７…パルス巾検知回路、１８，１９
…ゲート回路、２０，２１…計数回路、２３…バ
ンドパスフイルター、２５…レベル検知回路、２
６…リセツト回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定又は、任意の周期にて超音波パルスを送
   波する送波回路と、送波された超音波パルスの反
   射波を受波する受波回路と、受波信号がある時は
   受波信号を出力し、受波信号がない時は送波信号
   と同一周波数の信号を出力する信号切替回路と、
   信号切替回路の出力の周波数偏移を電圧レベルに
   変換するFM検波回路と、FM検波出力をレベル
   検知するレベル検知器と、レベル検知器出力のパ
   ルス巾が一定巾以上かどうかを弁別するパルス巾
   検知回路と、前記超音波パルスを送波してから任
   意の設定時間内に前記パルス巾検知回路出力が存
   在するかを判別するゲート回路と、ゲート回路の
   出力信号をカウントして検知信号を発生する計数
   回路とを具備し、さらに前記FM検波出力信号の
   高周波成分を検出するバンドパスフイルターと、
   バンドパスフイルターの出力が一定レベル以上か
   どうかを判別するレベル検知回路と、レベル検知
   回路の出力にて前記パルス巾検知回路をリセツト
   するリセツト回路を具備して成ることを特徴とす
   る超音波移動物体検知器。