JPS6295479A - 音速補償方法 - Google Patents
音速補償方法Info
- Publication number
- JPS6295479A JPS6295479A JP23460385A JP23460385A JPS6295479A JP S6295479 A JPS6295479 A JP S6295479A JP 23460385 A JP23460385 A JP 23460385A JP 23460385 A JP23460385 A JP 23460385A JP S6295479 A JPS6295479 A JP S6295479A
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- JP
- Japan
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- temperature
- clock
- circuit
- distance
- wave
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- Pending
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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］
本発明は超音波を利用して物体の有無や距離を計測する
装舒において温度による音速の変化を簡単な方法で効率
よく補償する方法に関する。
装舒において温度による音速の変化を簡単な方法で効率
よく補償する方法に関する。
［従来の技術］
パルス状音速を発振してその音波が物体より反射して戻
ってくるまでの時間を測定することにより、設定した距
離又はゾーン内の物体の有無の検出を行う超音波センナ
や距離を計測する距離センサが知られている。
ってくるまでの時間を測定することにより、設定した距
離又はゾーン内の物体の有無の検出を行う超音波センナ
や距離を計測する距離センサが知られている。
音波を利用して距離を測定する方法は、通常センサより
パルス状の音波を発振し、その音波が被測定物より反射
して戻ってくるまでの時間を測定することにより算出し
ている。その原理を第１図に示す、即ち、反射時間をＴ
とし、そのときの音速をυとすれば、センサより物体ま
での距＃文は交＝□×υ （１） で求まる。
パルス状の音波を発振し、その音波が被測定物より反射
して戻ってくるまでの時間を測定することにより算出し
ている。その原理を第１図に示す、即ち、反射時間をＴ
とし、そのときの音速をυとすれば、センサより物体ま
での距＃文は交＝□×υ （１） で求まる。
第１図において、 （Ａ）はセンサからの送波信号、Ｃ
Ｂ）は同センサの受波信号、（Ｃ）および（Ｄ）は前記
各信号に基づく各々送波および受波タイミング信号、（
Ｅ）は前記各タイミング信号に基づく距離計測区間（Ｔ
二反射時間）信号、（Ｆ）はクロック信号および（Ｇ）
は距離計測区間（Ｔ）中のクロック信号をそれぞれ示す
。この図から反射時間Ｔは、（Ｇ）の距離計測区間（Ｔ
）中のクロック信号数を計測することにより得られるこ
とがわかる。
Ｂ）は同センサの受波信号、（Ｃ）および（Ｄ）は前記
各信号に基づく各々送波および受波タイミング信号、（
Ｅ）は前記各タイミング信号に基づく距離計測区間（Ｔ
二反射時間）信号、（Ｆ）はクロック信号および（Ｇ）
は距離計測区間（Ｔ）中のクロック信号をそれぞれ示す
。この図から反射時間Ｔは、（Ｇ）の距離計測区間（Ｔ
）中のクロック信号数を計測することにより得られるこ
とがわかる。
一方空中を伝播する音速Ｖは温度ｔに対し、ｖ ＝３３
１．４５中０．６０７ｔ （ｍ／５ｅｃ）
（２）の温度特性をもっていることは
広く知られている。温度が０〜４０°Ｃまで変化したと
きには約７％も音速が変化するので、音波を利用して距
離を計測したり、設定距離や設定ゾーン内の物体の有無
を検出したりする装置においては、検出精度を保つため
に何らかの補償が必要である。音速の補償をしない場合
の測定誤差の生じるようすを第２図に示す。すなわち第
２図に示すように、同一測定物に関して、反射時間Ｔ１
〜Ｔ３は温度（ｔｌ−ｔ３）が高くなるほど短くなる。
１．４５中０．６０７ｔ （ｍ／５ｅｃ）
（２）の温度特性をもっていることは
広く知られている。温度が０〜４０°Ｃまで変化したと
きには約７％も音速が変化するので、音波を利用して距
離を計測したり、設定距離や設定ゾーン内の物体の有無
を検出したりする装置においては、検出精度を保つため
に何らかの補償が必要である。音速の補償をしない場合
の測定誤差の生じるようすを第２図に示す。すなわち第
２図に示すように、同一測定物に関して、反射時間Ｔ１
〜Ｔ３は温度（ｔｌ−ｔ３）が高くなるほど短くなる。
［発明が解決しようと干る問題点］
近年、ＦＡ用としてｔａ密に距離を検出し、高さなどを
制御したりするために超音波スイッチを特徴とする請が
あるが、物体の有無を検出する超音波スイッチでは、従
来は単に有無を検出するだけであったり、設定距離に対
しては少々の誤差は問題としなかったり、温度補償する
ことはコストアップになることから、はとんどの製品は
何ら温度補償を行っていなかった。
制御したりするために超音波スイッチを特徴とする請が
あるが、物体の有無を検出する超音波スイッチでは、従
来は単に有無を検出するだけであったり、設定距離に対
しては少々の誤差は問題としなかったり、温度補償する
ことはコストアップになることから、はとんどの製品は
何ら温度補償を行っていなかった。
また測距装置では、温度を別途温度検出センサを設けて
測定し、前述の（１）者、にもとづいて補償する方式が
広く使われれている。しかし、この方式は精度は良好で
あるが、温度測定のために回路が必要となり、コストア
ップになる。また、演算処理が必要となり、高速応答を
要求される場合は演算処理分だけ余計に時間がかかると
いうケ点を有する。
測定し、前述の（１）者、にもとづいて補償する方式が
広く使われれている。しかし、この方式は精度は良好で
あるが、温度測定のために回路が必要となり、コストア
ップになる。また、演算処理が必要となり、高速応答を
要求される場合は演算処理分だけ余計に時間がかかると
いうケ点を有する。
［問題点を解決するための手段］
この発明は、音波を利用して設定距離内やゾーン内の物
体の有無を検出する超音波スイッチや、または距離を計
測する超音波距離計測装置等において、簡単でかつ応答
性良く音速の温度による変化を補償する方法を提供する
ことを目的とし、そのために、この発明は超音波を発信
し、その反射波または透過波が戻ってくるまでの時間を
計測することによって、距離または物体の有無を検出す
る方法において、時間計測を行うためのクロック信号の
周波数を温度による超音波の音速の変化を補償するよう
に変更することを特徴とする。
体の有無を検出する超音波スイッチや、または距離を計
測する超音波距離計測装置等において、簡単でかつ応答
性良く音速の温度による変化を補償する方法を提供する
ことを目的とし、そのために、この発明は超音波を発信
し、その反射波または透過波が戻ってくるまでの時間を
計測することによって、距離または物体の有無を検出す
る方法において、時間計測を行うためのクロック信号の
周波数を温度による超音波の音速の変化を補償するよう
に変更することを特徴とする。
第３図は本発明法を適用した超音波距離測装置の一実施
例のブロック図である。第３図において、１は超音波振
動子、２はキャリア信号発振回路、３は送波タイミング
信号発生回路であって、キャリア信号発振回路２で発生
した信号をパルス変調回路において送波タイミング信号
発生回路３からのタイミング信号（第１図（Ｇ）参照）
によってパルス変調して、駆動信号を形成する。送受切
替回路６からの駆動信号は、増幅回路５および送受切換
回路６を介して超音波振動子１に印加して、当該振動子
ｌを駆動する。
例のブロック図である。第３図において、１は超音波振
動子、２はキャリア信号発振回路、３は送波タイミング
信号発生回路であって、キャリア信号発振回路２で発生
した信号をパルス変調回路において送波タイミング信号
発生回路３からのタイミング信号（第１図（Ｇ）参照）
によってパルス変調して、駆動信号を形成する。送受切
替回路６からの駆動信号は、増幅回路５および送受切換
回路６を介して超音波振動子１に印加して、当該振動子
ｌを駆動する。
送受切換回路６は、送信時に、増幅回路５からの駆動信
号を超音波振動子１に供給し、受信時に超音波振動子１
からの受波信号（第１図（Ｂ）参照）を増幅回路７に入
力するように切替る。
号を超音波振動子１に供給し、受信時に超音波振動子１
からの受波信号（第１図（Ｂ）参照）を増幅回路７に入
力するように切替る。
超音波振動子１は駆動信号によって駆動されて、超音波
の送波信号（第１図（Ａ）参照）を被測定対象に向けて
送り出す。超音波振動子１からの超音波は、被測定対象
に九って反射し、再び超音波振動子ｌに入射する。これ
によって超音波振動子１は受波信号（第１図（Ｂ）参照
）を送受切替回路６を介して増幅回路７に入力する。
の送波信号（第１図（Ａ）参照）を被測定対象に向けて
送り出す。超音波振動子１からの超音波は、被測定対象
に九って反射し、再び超音波振動子ｌに入射する。これ
によって超音波振動子１は受波信号（第１図（Ｂ）参照
）を送受切替回路６を介して増幅回路７に入力する。
受波信号は、増幅回路７を介して検波回路８に入力され
、そこで検波されて送波タイミング信号に該当する信号
がとり出され、ついで波形整形回路９に入力され、そこ
で波形整形されて受波タイミング信号（第１図（Ｄ）参
照）となる。
、そこで検波されて送波タイミング信号に該当する信号
がとり出され、ついで波形整形回路９に入力され、そこ
で波形整形されて受波タイミング信号（第１図（Ｄ）参
照）となる。
ｌＯはゲート信号発生回路であって、送波タイミング信
号発生回路３からの送波タイミング信号と波形整形回路
８からの受波タイミーング信号とを入力して、距離計測
区間信号（第１図（Ｅ）参照）を形成し、これをカウン
タ１１の制御入力端に入力する。
号発生回路３からの送波タイミング信号と波形整形回路
８からの受波タイミーング信号とを入力して、距離計測
区間信号（第１図（Ｅ）参照）を形成し、これをカウン
タ１１の制御入力端に入力する。
１２は温度補償手段であって、本実施例では感温素子（
例えば温度補償形コンデンサ、サーミスタ等）１３と、
感温素子１３によってその発振周期を変更するクロック
発振回路１４とを有する。この発振回路１４からのクロ
ックは、カウンタ１１に入力され、そこで距離計測区間
信号の間カウントされ、カウント結果は演算回路１５に
入力される。
例えば温度補償形コンデンサ、サーミスタ等）１３と、
感温素子１３によってその発振周期を変更するクロック
発振回路１４とを有する。この発振回路１４からのクロ
ックは、カウンタ１１に入力され、そこで距離計測区間
信号の間カウントされ、カウント結果は演算回路１５に
入力される。
以上の構成による距離計測において、感温素子１３、ク
ロック発振回路１４における発振周期、カウンタ１１に
おけるカウント数、および演算回路１５の各々の間の関
係は次の通りである。
ロック発振回路１４における発振周期、カウンタ１１に
おけるカウント数、および演算回路１５の各々の間の関
係は次の通りである。
すなわち、音波は先に（２）式で述べたように、
υ＝３３１．４５ ＋ ０．ｆ３０？ｔ ｒａ／ｓ
ｅｃの温度特性を有している。いま周囲温度を２０℃と
したとき超音波振動子から被測定用物体までの真の距離
が１ｍであったとする。このとき超音波振動子からの超
音波の発信から同振動子が反射波を受信するまでの時間
Ｔ（距離計測区間）をＩＮ）Ｉｚ（ｌルＳ）のクロック
をカウンタ１１によって計数した結果に基づいて演算回
路１４において測定すると、ｖｔＬ、、、、、 ＝３３
１．４５ Ｘ Ｏ−８０７Ｘ ２０＝ ３４３．５９
（ｍ／５ｅａ）となる、すなわち、Ｉ
ＭＨｚのりｏ−／りのカウント数ｎは５８２０カウント
となる。
ｅｃの温度特性を有している。いま周囲温度を２０℃と
したとき超音波振動子から被測定用物体までの真の距離
が１ｍであったとする。このとき超音波振動子からの超
音波の発信から同振動子が反射波を受信するまでの時間
Ｔ（距離計測区間）をＩＮ）Ｉｚ（ｌルＳ）のクロック
をカウンタ１１によって計数した結果に基づいて演算回
路１４において測定すると、ｖｔＬ、、、、、 ＝３３
１．４５ Ｘ Ｏ−８０７Ｘ ２０＝ ３４３．５９
（ｍ／５ｅａ）となる、すなわち、Ｉ
ＭＨｚのりｏ−／りのカウント数ｎは５８２０カウント
となる。
次に周囲温度が０℃では反射時間Ｔは、となり、クロッ
ク周波数が温度で変化しなければ、カウンタによるクロ
ックのカウントｅは６ｏ３４カウントとなり、 （８０３４−５８２０）１５８２０＝０．０３７すなわ
ち、 ０℃では３．７％もの測定誤差を生じる。そこで
周囲温度が変化しても同一距離に関しては同一カウント
数になれば演算結果は同じになることから、 ０．９６４ Ｘ１０６（Ｈｚ） 即ち温度Ｏ℃ではカウンタ１１のクロック周波数が９１
３４ＫＨｚになればよい。このように温度の高低とクロ
ックのカウント数と距離計測区間信号との関係を第４図
に示す。第４図からも明らかなように、温度が高くなる
ほどクロック周波数を高くすればよい。具体的には 即ちクロック周波数に、−０，１８％／ ’０ （７）
一温度特性を持たせればよく、そのために、クロック発
振回路１４を感温素子１３によって制御する。
ク周波数が温度で変化しなければ、カウンタによるクロ
ックのカウントｅは６ｏ３４カウントとなり、 （８０３４−５８２０）１５８２０＝０．０３７すなわ
ち、 ０℃では３．７％もの測定誤差を生じる。そこで
周囲温度が変化しても同一距離に関しては同一カウント
数になれば演算結果は同じになることから、 ０．９６４ Ｘ１０６（Ｈｚ） 即ち温度Ｏ℃ではカウンタ１１のクロック周波数が９１
３４ＫＨｚになればよい。このように温度の高低とクロ
ックのカウント数と距離計測区間信号との関係を第４図
に示す。第４図からも明らかなように、温度が高くなる
ほどクロック周波数を高くすればよい。具体的には 即ちクロック周波数に、−０，１８％／ ’０ （７）
一温度特性を持たせればよく、そのために、クロック発
振回路１４を感温素子１３によって制御する。
第５図は本発明法を適用した他の実施例としての１チツ
プ（Ｃｈｉｐ）ＣＰＵを使用した超音波距離測定装置の
要部を示す。他の部分は、第３図生得号１〜９の構成と
同一である。
プ（Ｃｈｉｐ）ＣＰＵを使用した超音波距離測定装置の
要部を示す。他の部分は、第３図生得号１〜９の構成と
同一である。
第５図において、１６はＣＰＵ駆動用クロックパルスと
共用のクロックパルスにより動作するカウンタまたはタ
イマを内蔵した１チツプＣＰＵであって、このＣＰｔ１
１ Ｂのクロック入出力端子ｘ１にクロック発振回路１
４からのクロックを入力する。したがって、このような
１チツプＣＰＵ１Ｂを使用する場合にはＣＰＵ駆動用の
クロックパルスの周波数を温度により直接可変となるよ
うに構成することができる。またこのｃｐｕ ｔｅには
、送波タイミング信号発生回路からの送波タイミング信
号および波形整形回路９かもの受波タイミング信号を入
力する。
共用のクロックパルスにより動作するカウンタまたはタ
イマを内蔵した１チツプＣＰＵであって、このＣＰｔ１
１ Ｂのクロック入出力端子ｘ１にクロック発振回路１
４からのクロックを入力する。したがって、このような
１チツプＣＰＵ１Ｂを使用する場合にはＣＰＵ駆動用の
クロックパルスの周波数を温度により直接可変となるよ
うに構成することができる。またこのｃｐｕ ｔｅには
、送波タイミング信号発生回路からの送波タイミング信
号および波形整形回路９かもの受波タイミング信号を入
力する。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、超音波を発信し、
その反射波または透過波が戻ってくるまでの時間を計測
するためのクロックを温度変化に応じて可変することに
より温度変化に伴なう音速の変化を補償することができ
、例えば、従来の超音波スイッチでは実現不能であった
設定距離または設定ゾーンに対する検出精度を大幅に向
上できるとともに、従来別途温度を検出して補償を行っ
ていた方式に比べて回路が簡略化されるとともに補正演
算等の必要がなく、高速応答が実現可能であり、さらに
コストも安価になる。
その反射波または透過波が戻ってくるまでの時間を計測
するためのクロックを温度変化に応じて可変することに
より温度変化に伴なう音速の変化を補償することができ
、例えば、従来の超音波スイッチでは実現不能であった
設定距離または設定ゾーンに対する検出精度を大幅に向
上できるとともに、従来別途温度を検出して補償を行っ
ていた方式に比べて回路が簡略化されるとともに補正演
算等の必要がなく、高速応答が実現可能であり、さらに
コストも安価になる。
第１図は反射時間を計測して距離を測る方法の原理説明
図。 第２図は従来方法における距ａ測定原理説明図、 第３図は本発明法を適用した距ｆａ測定装置の一実施例
を示すブロック図、 第４図は本発明における測定原理説明図、第５図は１チ
ツプ（Ｃｈｉｐ） ＣＰＵを使用した他の実施例の要部
を示す図である。 １１・・・カウンタ、 １２・・・温度補償手段、 １３・・・感温素子、 １４・・・クロック発振回路、 １５・・・演算回路。 但しｔ：ＳＬＲｔ３＜ｔｚ＜ｔ＋ Ｔ′ｌ：カクンＨ咲 η１くη２ くη３ｆニア０１２
周しｙＬ数ｆ ＝ ｆ ｏτ゛°−足第２図 ロ ４旦し ｔ；：／ｉ度 ｔｓ＜ ｔｚ ＜ ｔ
ｌｆ：り０−）２周浪数 ｆ５＜ｆ２＜ｆ。 η゛力７ント数 η＝ηＯτ”−先 竿４図 第５図
図。 第２図は従来方法における距ａ測定原理説明図、 第３図は本発明法を適用した距ｆａ測定装置の一実施例
を示すブロック図、 第４図は本発明における測定原理説明図、第５図は１チ
ツプ（Ｃｈｉｐ） ＣＰＵを使用した他の実施例の要部
を示す図である。 １１・・・カウンタ、 １２・・・温度補償手段、 １３・・・感温素子、 １４・・・クロック発振回路、 １５・・・演算回路。 但しｔ：ＳＬＲｔ３＜ｔｚ＜ｔ＋ Ｔ′ｌ：カクンＨ咲 η１くη２ くη３ｆニア０１２
周しｙＬ数ｆ ＝ ｆ ｏτ゛°−足第２図 ロ ４旦し ｔ；：／ｉ度 ｔｓ＜ ｔｚ ＜ ｔ
ｌｆ：り０−）２周浪数 ｆ５＜ｆ２＜ｆ。 η゛力７ント数 η＝ηＯτ”−先 竿４図 第５図
Claims (1)
- 超音波を発信し、その反射波または透過波が戻ってくる
までの時間を計測することによって距離または物体の有
無を検出する方法において、前記時間計測を行うための
クロック信号の周波数を温度による超音波の音速の変化
を補償するように変更することを特徴とする音速補償方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23460385A JPS6295479A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 音速補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23460385A JPS6295479A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 音速補償方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6295479A true JPS6295479A (ja) | 1987-05-01 |
Family
ID=16973617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23460385A Pending JPS6295479A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | 音速補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6295479A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6488174A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Tadashi Yamanaka | Distance measurement system |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55138669A (en) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | Kensetsusho Doboku Kenkyu Shocho | Inter-vehicle distance measuring apparatus |
-
1985
- 1985-10-22 JP JP23460385A patent/JPS6295479A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55138669A (en) * | 1979-04-16 | 1980-10-29 | Kensetsusho Doboku Kenkyu Shocho | Inter-vehicle distance measuring apparatus |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6488174A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Tadashi Yamanaka | Distance measurement system |
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