JPS6238379A - 超音波式物体センサ - 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］ 本発明は超音波式物体センサ、さらに詳しくは、超音波
パルスを間欠的に送出する送波手段と、超音波パルスを
送出した後所定の時間範囲内に反射波が受信されると受
信信号を出力する受波手段とを備えた超音波式物体セン
サに関するものである。

［背景技術Ｊ 一般にこの種の超音波式物体センサは、第９図に示す゛
ように、基本的には超音波パルスの送波間隔を設定する
送波間隔設定回路１１と、送波間隔設定回路１１の出力
を受けて高周波パルスを間欠的に発生させる発振回路１
２と、発振回路１２の出力により駆動され超音波パルス
を送出する送波器１０と、超音波を受信して電気信号に
変換する受波器２０と、受波器２０の出力の波形を整形
する波形整形回路２６と、波形整形回路２６の出力が送
波器１０より超音波パルスを送出した後所定の時間範囲
内に受信されたものであるときに受信信号を出力するデ
ート回路２７とを備えているものであり、デート回路２
７において設定される上記時間範囲に・より検知領域が
設定されるようになっているのである。

ところで、検知領域の範囲を広げようとするときには、
複数台のセンサを配置することが行なわれているが、こ
の場合同一のセンサを用いると、第１０図に示すように
、両センサＡ、Ｂ間で超音波パルスの回り込みが生じる
ものであり、両センサＡ、Ｂが配置されている位置によ
っては、第１１図に示すように、一方のセンサＡのデー
ト回路２７に設定された上記時間範囲内に他方のセンサ
Ｂから発生した超音波パルスが受信されることになり、
その結果、超音波を反射する物体が検知領域内に存在し
ないにもかかわらず、受信信号が出力され、警報装置等
に用いる場合に誤報を生じるという問題が発生している
。なお、第１１図におイテＳ　＋〜Ｓ、は一方のセンサ
Ａについて第９図中の対応する各部の信号を示し、Ｓｌ
’〜３　、　Ｉは他方のセンサＢについて第９図中の対
応する各部の信号を示す。

このような誤動作を防止するために両センサＡ。

Ｂを同期させ、デート回路２７に設定された上記時間範
囲内に他方のセンサＡ、Ｂから送出された超音波パルス
が受信されないようにすることが従来上り行なわれてい
るが、複数のセンサを結線する必要があり、施工が面倒
であるという問題があった。また、各センサの位置によ
りゲート回路２７の設定時間を調節する必要があり、多
数配置する場合には調節が困難であった。

［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、複数台配設したときにそれぞ
れの間で超音波パルスの回り込みが生じても誤動作する
ことがなく、自己の送出した超音波パルスの物体による
反射波を受信したときにのみ検知信号を出力するように
した超音波式物体センサを提供することにある。

［発明の開示］ 本発明に係る超音波式物体センサは、間欠的に恩音波パ
ルスを送出する送波手段と、送波手段より超音波パルス
が送出された後所定の時間範囲内に物体による反射波が
受信されると受信信号を出力する受波手段と、送波手段
より送出する超音波パルスの信号形式を複数種類記憶し
た形式記憶手段と、形式記憶手段に記憶された信号形式
のうちから送波手段より送出する１つの信号形式を選択
する選択手段と、受波手段より出力される受信信号の信
号形式が選択手段により選択された信号形式と一致した
ときに他の信号形式が選択されるように選択手段を設定
する形式設定手段と、受信信号の信号形式が複数の信号
形式に跨がって連続的に一致するときに検知出力を出力
する反射波識別手段とを具備したものであって、複数台
が隣接して配置されている場合に、他からの超音波パル
スを受信しても検知出力を出力せず、自己の送出した超
音波パルスによる物体での反射波のみを識別して検知出
力を出力するものである。

（実施例１） 送波手段１は、超音波の送波間隔を設定するパルスを間
欠的に出力する送波間隔設定回路１１と、送波間隔設定
回路１１からパルスが出力されている期間に高周波発振
を行ない間欠的に高周波パルスを出力する発振回路１２
と、発振回路１２の出力を増幅する駆動回路１３と、駆
動回路１３の出力を受けて超音波パルスを送出する超音
波振動子である送波器１０とから構成される。送波間隔
設定回路１１には形式記憶手段３に記憶された形式設定
信号が入力されでおり、この形式設定信号に呼応して送
波間隔設定回路１１から出力されるパルスの出力間隔が
設定される。

３″′″′２″“′−“３′″°′″′″″′″ｔ　＋
、：　ｔ　　　　　ｊ換する超音波振動子である受波器
２０と、受波器２０の出力を増幅する増幅回路２１と、
増幅回路２１の出力のうち送波器１０から出力された超
音波の周波数に相当する周波数成分のみを通過させるフ
ィルタ回路２２と、フィルタ回路２２を通過した信号が
あるときには出力レベルを′Ｈ“とじ無信号のときには
出力レベルを′Ｌ“とする波形整形回路２３と、送波間
隔設定回路１１の出力に基づいて超音波パルスを送波器
１０から出力した後に所定の時間範囲で出力レベルを“
Ｈ′とするデート信号作成回路２４と、波形整形回路２
３の出力レベルとゲート信号作成回路２４の出力レベル
とがともに“Ｈ“となると出力レベルを”Ｈ“として受
信信号を出力するアンド回路２５とから構成される。

すなわち、アンド回路２５はデート信号作成回路２４に
より設定された所定のデート時間内に波形整形回路２３
の出力レベルが“Ｈ“どなると、受信信号として出力レ
ベルが“Ｈ“どなる信号を出力するのである。これによ
り、なんらかの超音波が受゛信され、その超音波の周波
数が送波器１０より送出された超音波パルスの周波数に
相当し、かつ超音波パルスを送出した後で所定の時間範
囲内に受信されたものであると受信信号が出力されるの
である。

ところで、形式記憶手段３はそれぞれ異なる信号形式を
記憶した３個の送波開隔記憶回路３１〜３３から構成さ
れている。各送波間隔記憶回路３１〜３３はそれぞれ３
個のパルスについて各パルスと次のパルスとの間隔に対
応した数値を記憶しているものであり、３個のパルスか
らなるパルス列により信号形式を設定している。つまり
３個のパルスを１サイクルのパルス列としてサイクリッ
クにパルス列を作成するのである。ここで、第２図に示
すように、第１の送波開隔記憶回路３１では各パルスと
次のパルスとの間隔が５０ｍ５ｅｃ、　７０　ｍ５ｅｃ
、　９０　ｍ５ｅｃに設定され、第２の送波間隔記憶回
路３２では６０ｍ５ｅｃ、　８０ａ＋ｓｅｃ、　　１０
０ｓｓｅｃに゛設定され、第３の送波間隔記憶回路３３
では７０ｗ５ｅｃ、　　１００ｍ５ｅｃ、　　１２０ｍ
５ｅｃに設定されている。各送波間隔記憶回路３１〜３
３にはこれらの数値が記憶されているのであり、各送波
間隔記憶回路３１からはこれらの数値がサイクリックに
発生するようになっている。

送波手段１と形式記憶手段３との間には、との送波間隔
記憶回路３１〜３３の出力により送波間隔設定回路１１
を駆動するかを選択する選択手段４としてのスイッチ回
路４０が設けられている。

このスイッチ回路４０はスイッチ切換回路５１からの信
号により切り換えられ、スイッチ回路４０により第１の
送波間隔記憶回路３１が送波間隔設定回路１１に接続さ
れると、送波器１０からは５０５ｓｅｃ、　７０　ｍ５
ｅｃ、　９０　ｍ５ｅｃの間隔で３個の超音波パルスが
順次送出され、スイッチ回路４０が切り換えられるまで
は、その動作をサイクリックに繰り返すのである。

スイッチ切換回路５１は、波形整形回路２３の出力であ
るパルスの時間間隔を測定して数値化する受波間隔測定
回路５２と、受波間隔測定回路５２の出力と上記各送波
間隔記憶回路３１〜３３のうち上記スイッチ回路４０に
より選択されている信号形式とを比較してそれらが一致
していると一致信号を出力する形式比較回路５３ととも
に形式設定手段５を構成する。スイッチ切換回路５１は
、アンド回路２５から受信信号が出力されると同時に形
式比較回路５３から一致信号が出力されると、スイッチ
回路４０を制御して送波間隔設定回路１１に接続されて
いる送波間隔記憶回路３１〜３３を切り換えるように動
作する。つまり、受波手段により４個のパルスが受信さ
れた時点で、受信間隔の形式がスイッチ回路４０により
選択されている送波間隔記憶手段３１〜３３の信号形式
と一致した場合に、他の送波間隔記憶回路３１〜３３が
送波間隔設定回路１１に接続されるようにスイッチ回路
４０を制御するのである。

アンド回路２５の出力である受信信号は、反射波識別手
段６に入力される６反射波識別手段６”は６ビツトの出
力端Ｑ０〜Ｑ、を有したシフトレジスタ６１と、シフト
レジスタ６１の出力端Ｑ０〜Ｑ。

のうち上位５ビツトの論理積を演算するアンド回路６２
とから構成されている。シフトレジスタ６１のクロック
端子Ｃには送波間隔設定回路１１の出力が入力されてお
り、またデータ端子りにはアンド回路２５の出力である
受信信号が入力される。

このシフトレジスタ６１は、クロック端子Ｃへの入力レ
ベルがＨ′となるとその立ち上がりで出力データを順次
上位ビットにシフトするとともに、第１出力端Ｑ０の出
力レベルを“Ｌ“とするのである、＊た、データ端子り
への入力レベルが′Ｈ“となるとその立ち上がりで第１
出力ｊｆｉＱ、の出力レベルをＨ′とする。しかるに、
１個の超音波パルスが送出されるたびに第１出力端Ｑ０
の出力レベルが”Ｌ“となるが、その超音波パルスに対
応する受信信号が出力されると、次の超音波パルスが送
出される前に第１出力＊Ｑ、の出力レベルが“Ｈ“どな
るのであり、次の超音波パルスが送出されるときに出力
データがシフトすると第２出力ｊｉＱ。

の出力レベルがＨ“に設定されるのである。このように
して、超音波パルスが出力されるたびに受信信号が連続
して５回出力されるとシフトレジスタ６１の出力端Ｑ０
〜Ｑ、のうちの上位５ビツトの出力レベルがすべて“Ｈ
“となり、アンド回路６２の出力レベルが“Ｈ“となっ
て、検知出力が出力されるのである。

検知出力が出力されると、アンド回路６２の出力端に接
続された出力回路７が駆動され、リレーＲ）Ｉのような
接点出力を閉成するのである。

なお、上述の実施例では送波器１０と受波器２０とは別
体としているが、送受の時期がずれているから１個の超
音波振動子で兼用してもよいものである。

（動作） 以下、ｔｔＩＪ３図および第４図に基づいて動作を説明
する。なお、以下の説明においては２台のセンサが隣接
して配設されているものとする。第３図中において８１
〜Ｓ６はそれぞれ第１図中の対応する各部の信号を示し
、Ｑ、−Ｑ、はそれぞれシフトレジスタ６１の対応する
各出力端の信号を示す。

また、Ｓ　＋　’−３５゛はそれぞれ他方のセンサにお
いて、第゛３図中でＳ、−Ｓ、で表わした部分に相当す
る部位の信号を示す。第４図では動作の流れを示す。

ここで、両センサにおいてともにスイッチ回路４０を介
して第１の送波間隔記憶回路３１が送波間隔設定回路１
１に接続されているものとする。

また、両センサは非同期であって、超音波パルスの送波
タイミングがずれており、第２のセンサから第１のセン
サへの回り込みが発生することにより、第１のセンサの
デート信号作成回路２４の出力レベルが’Ｈ“となって
いる期間に第２のセンサからの超音波パルスが受信され
でいるとする。

このような条件においては、第１のセンサでは第３図（
ｅ）に示すように、＃２のセンサからの超音波パルスに
呼応してアンド回路２５より受信信号Ｓ、が出力される
。この受信信号Ｓ５の立ち上がりによりシフトレジスタ
６１の第１出力ｊＩＱ、の出力レベルは“Ｈ“となる０
次に送波間隔設定回路１１の出力レベルが′Ｈ“どなる
とその立ち上がりでシフトレジスタ６１の第１出力端Ｑ
０の出力レベルがＬ“どなるととともに、シフトレジス
タ６１の出力１１Ｑｏ−Ｑｓの出力レベルが順次上位ビ
ットにシフトする１両センサでは同じ信号形式が選択さ
れており、送波間隔が一致しているから、第３図（ｅ）
に示すように、連続して４個の受信信号Ｓｓが得られる
のであり、４個目の受信信号Ｓ５の立ち上がり時点にお
いてシフトレジスタ６１の下位４ビツトの出力端Ｑ０〜
Ｑ３の出力レベルが“Ｈ”となる。この段階ではアンド
回路６２の出力レベルは“Ｌ“であり検知出力は出力さ
れない。また、４個目の受信信号Ｓ、が受信された時点
で形式比較回路５３により超音波パルスＳ、と受信信号
Ｓ５との信号形式が一致していることが認識され一致信
号が出力される。このようにして一致信号が出力される
とスイッチ切換回路５１によりスイッチ回路４０が切り
換えられ、他の信号形式が選択されることになる。第３
図では第３の送波間隔記憶回路３３が選択された状態が
示されている゛。以−上のようにして、送出される超音
波パルスＳ、と受信信号Ｓｓとの信号形式が一致してい
ると、送出される超音波パルスＳ１の信号形式が異なる
形式に切り換えられるのであり、このとき、第２のセン
サにおいては信号形式がそのまま据え置かれているから
、両センサで信号形式が異なることになり、同期をとら
なくとも超音波パルスの回り込みによる誤動作が防止で
きるのである。

次に、検知頒域内に超音波パルスを反射する物体が存在
しているときには、５個以上の受信信号Ｓ、が連続して
得られるから、シフトレジスタ６１の上記５ビツトの出
力ｉＱ、〜Ｑ、の出力レベルがすべて“Ｈ“となり、ア
ンド回路６２の出力レベルが“Ｈ“どなって検知出力が
得られ、駆動回路７が駆動されるのである。また、連続
して５個以上の受信信号Ｓ、が得られないと検知出力が
得られないから、単発的なノイズによ６誤動作も防止で
きるのである。

（実施例２） 第５図に示すものは実施例２であって、上述の実施例で
は信号形式を送波間隔により設定していたが、本実施例
では超音波パルスの発振周波数により信号形式を設定し
ている。

送波手段１は超音波パルスの送波間隔を設定するパルス
を出力する送波間隔設定手段１１と、それぞれ異なる周
波数で発振する３個の発振回路１２Ｉ〜１２．と、送波
間隔設定回路１１といずれか１個の発振回路１２１〜１
２．との出力の論理積を演ヰして高周波パルス°を出力
するアンド回路１４と、アンド回路１４の出力を増幅す
る駆動回路１３と、駆動回路１３の出力により超音波パ
ルスを出力する超音波振動子である送波器１０とがら構
成される。ここで３個の発振回路１２．〜１２３は形式
記憶手段３も兼ねている。アンド回路１４と発振回路１
２．〜１２．との間には選択手段４としてのスイッチ回
路４０が挿入されており、各発振回路１２．〜１２．の
うちのいずれが１個の出力をアンド回路１４に選択的に
入力できるようになっている。これにより、送波器１０
から送出される超音波パルスの周波数が選択できるよう
になっている。スイッチ回路４０の切換制御は実施例１
と同様にスイッチ切換回路５１の出力により行なわれる
。

受波手段２は、超音波を受信して電気信号に変換する超
音波振動子である受波器２０と、受波器２０の出力を増
幅する増幅回路２１と、上記各発振回路１２１〜１２．
の出力周波数に対応する周波数帯域のみそれぞれ通過さ
せる３個のフィルタ回路２２１〜２２１と、各フィルタ
回路２２．〜２２３を通過した信号があると、それぞれ
出力レベルを“Ｈ“にする３個の波形整形回路２３．〜
２３３と、送波間隔設定回路１１の出力に基づいて送波
器１０から超音波パルスを送出した後に所定の時間範囲
で出力レベルを“Ｈ′とするデート信号を出力するデー
ト信号作成回路２４と、各波形整形回路２３、〜２３３
の出力がデート信号の出力期間中に得られると出力レベ
ルを′″Ｈ“とじて受信信号を出力する３個のアンド回
路２５１〜２５．とから構成される。各フィルタ回路２
２．〜２２．は、！＠６図に示すように中心周波数ｆ１
〜ｆ、が発振回路１２．〜１２コの出力周波数にそれぞ
れ一致した異なる通過周波数帯域を有している。

波形整形回路２３．〜２３．の出力は形式記憶手段５で
あるスイッチ切換回路５１に入力され、デート信号の出
力期間中にスイッチ回路４０で選択された周波数に対応
するフィルタ回路２２．〜２２、を通過した信号が存在
すると、スイッチ回路４０を切り換えるように制御する
。すなわち、デート信号の出力期間中に送波器１０から
送出された超音波パルスと同じ周波数の超音波が受波器
２０で受信されると、スイッチ回路４０により他の周波
数の超音波パルスを出力するように発振回路１２１〜１
２．が選択されるのである。また、このとき同時にアン
ド回路２５の出力端と反射波識別手段６の入力端との間
に挿入されたスイッチ回路４１も同時に切り換えるよう
になっている。このスイッチ回路４１は、スイッチ回路
４０が選択している発振回路１２．〜１２．に対応する
フィルタ回路２２．〜２２コを通過した受信信号を反射
波識別手段６に入力するように選択される。

反射波識別手段６は、３ビツトの出力端を有したシフト
レジスタ６１１と、シフトレジスタ６１′の上位２ビツ
トの論理積を出力するアンド回路６２”とから構成され
る。シフトレジスタ６１゛は実施例１と同様にクロック
端子Ｃに入力される送波間隔設定回路１１の出力の立ち
上がりにより第１出力！Ｑ、の出力レベルを“Ｌ“とす
るとともに、出力レベルを上位ビットにシフトするもの
であり、また、データ端子りに入力される受信信号の立
ち上がりにより第１出力端Ｑ。の出力レベルをＨ“とす
る。したがって、連続して２個以上の受信信号が得られ
ると、アンド回路６２゛の出力レベルが“Ｈ”となって
検知出力が得られるのである。

検知出力はリレーＲｙ等の接点出力を有した出力回路７
を駆動し、接点出力をオンとするのである。

（動作） 以下、第７図および第８図に基づいて動作を説明する。

ここで２台のセンサが隣接して配設されているものとす
る。第７図中Ｓ、−Ｓ、は第１のセンサについて第５図
中容部の信号を示し、Ｓｌ’〜Ｓ６’は第２のセンサに
ついて第５図中容部に相当する部位の信号を示す。また
、第８図は動作の流れを示す。

まず、始動時に両センサにおいてスイッチ回路４０がそ
れぞれ第１の発振回路１２□を選択しているものとする
。そのとき、第７図に示すように、両センサの超音波パ
ルスが互いに回り込んでおり、第１のセンサのデート信
号が出力されている期間　　。

に第２のセンサからの超音波パルスが受信されているも
のとすると、ｔＩｔＪｌのアンド回路２５１からは受信
信号Ｓ、が出力され、この受信信号Ｓ６がスイッチ回路
４１を介してシフトレジスタ６１゛に入力される。した
がって、シフトレジスタ６１゛の第１出力端Ｑ０の出力
レベルは“Ｈ“どなる。ここで、スイッチ切換回路５１
に波形整形回路２３１の出力が入力されるから、スイッ
チ回路４０が切り換えられ、ｔｐＪ２の発振回路１２２
が選択されることになる。つまり、両センサより出力さ
れる超音波パルスの周波数が互いに異なることになり、
その結果、超音波パルスの回り込みによる誤動作が防止
されるのである。

一方、ｆＪＳｌのセンサから送出されている超音波パル
スが検知領域内の物体により反射されているときには、
他のセンサからの回り込みが生じているときと同様に初
めの受信信号Ｓ６で超音波パルスＳ１の周波数が切り換
えられるが、周波数が切り換えられた後にも受信信号Ｓ
６が得られるものであるから、シフトレジスタ６１’に
は連続して２個以上の受信信号Ｓ、が入力されることに
なる。

したがって、連続して２個の受信信号Ｓ６がシフトレジ
スタ６１゛に入力された後、送波間隔設定回路１１から
の次の出力信号が立ち上がると、その立ち上がりにおい
てシフトレジスタ６１’の出力が上位ビットにシフトし
、上位２ビツトの出力レベルが“Ｈ“どなる。すなわち
、アンド回路６２゛の出力が“Ｈ“となり出力回路７が
駆動されるのである。

［発明の効果１ 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、送波手段より超音波パルスが送出された
後所定の時間範囲′内に物体による反射波が受信される
と受信信号を出力する受波手段と、送波手段より送出す
る超音波パルスの信号形式を複数種類記憶した形式記憶
手段と、形式記憶手段に記憶された信号形式のうちから
送波手段より送出する１つの信号形式を選択する選択手
段と、受波手段より出力される受信信号の信号形式が選
択手段により選択された信号形式と一致したときに他の
信号形式が選択されるように選択手段を設定する形式設
定手段と、受信信号の信号形式が複数の信号形式に跨が
って連続的に一致するときに検知出力を出力する反射波
識別手段とを具備しているので、複数台センサを隣接し
て配置した場合に他のセンサからの超音波パルスの回り
込ミがあっても、そのときには他のセンサの信号形式と
は異なる信号形式に切り換えられることにより、他のセ
ンサからの超音波パルスによる誤動作を防止することが
できるのであり、また、反射波識別　　　　　一手段を
備えていることにより、信号形式を切り換えた後にも受
信信号が検出されるときには自己の送出した超音波パル
スの物体による反射波であると判断できるから、自他の
超音波パルスの識別ができるのであり、誤動作が生じな
いのである。その結果、他のセンサとの同期をとる必要
がなく、非同期で使用することができるから、設置施工
が容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示すブロック図、第２図は
同上における信号形式の一例を示す動作説明図、第３図
は第１図中容部の信号を示す動作説明図、第４図は同上
の信号処理手順を示す動作説明図、第５図は本発明の実
施例２を示すブロック図、第６図は同上における同上に
使用するフィルタ回路の特性の一例を示す動作説明図、
第７図はＰＩＳＳ図中各部の信号を示す動作説明図、第
８図は同上の信号処理手順を示す動作説明図、第９図は
本発明に係る超音波式物体センサの基本構成を示すブロ
ック図、第１０図は従来例の問題、αを示す動作説明図
、第１１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は形式記憶手段、４は
選択手段、５は形式設定手段、６は反射波識別手段であ
る。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第６図

Claims (3)

【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
   波手段より超音波パルスが送出された後所定の時間範囲
   内に物体による反射波が受信されると受信信号を出力す
   る受波手段と、送波手段より送出する超音波パルスの信
   号形式を複数種類記憶した形式記憶手段と、形式記憶手
   段に記憶された信号形式のうちから送波手段より送出す
   る１つの信号形式を選択する選択手段と、受波手段より
   出力される受信信号の信号形式が選択手段により選択さ
   れた信号形式と一致したときに他の信号形式が選択され
   るように選択手段を設定する形式設定手段と、受信信号
   の信号形式が複数の信号形式に跨がって連続的に一致す
   るときに検知出力を出力する反射波識別手段とを具備し
   て成ることを特徴とする超音波式物体センサ。
2. （２）上記各信号形式は、複数個の超音波パルスをそれ
   ぞれ異なる時間間隔で配列した超音波パルス列により設
   定されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波式物体センサ。
3. （３）上記信号形式は、超音波パルスの送波周波数によ
   り設定されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の超音波式物体センサ。