JPS631987A

JPS631987A - 超音波距離測定装置

Info

Publication number: JPS631987A
Application number: JP61145212A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tone; 利根　昌幸; Tsutomu Yano; 屋野　勉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-01-06

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、環境温度と大きい温度差を有する被測定物の
形状、例えばガラス、プラス４ツク等の高温で成型され
た被測定物が室温まで冷却しない高温状態のままで、こ
の被測定物の形状を測定するだめの超音波距離測定装置
に関するものである。

従来の技術最近、超音波距離測定装置は液面計やロボット用センサ
などの分野で盛んに利用されるようになってきた。

従来の超音波距離測定装置としては、例えば特開昭５５
−５０１７３号公報や特開昭５７　１００３６１号公報
などに記載されているように、被測定物までの距離測定
用超音波送受波器とは別に音速補正用の超音波受波器を
用い、温度変化に基づく音速の変化を補正するようにし
た構成が知られている。

以下、第２図を参照しながら従来の超音波距離測３　・定装置について説明する１、第２図において、１０１は被測定物１０２に対１〜超音
波パルスを送信する超音波送波器、１．０３　、１０４
は被測定物１０２から反射された超音波パルスを受波す
る超音波受波器で、これら超音波受波器１０３と１０４
の間隔ＬＯは既知である。１０５は送信回路、１０６　
、１０７は受信回路、１０８は信号処理回路である。

次に上記従来例の動作について説明する。

まず、送信回路１０５によって発生した送信パルスを超
音波送波器１０１に印加し、この超音波送波器１０１よ
り被測定物１０２に対し超音波パルスを放射する。放射
された超音波パルスは被測定物１０２の表面で反射され
、超音波受波器１０３および１０４によって受波され、
受信回路１０６　、１０７において増幅、検波された後
、信号処理回路１０８へ導かれ、超音波パルスの送受信
間の時間測定が行なわれる。

−定の間隔に設置された超音波受波器１．０３　ｃ！＝
１．０４の距離をＬＯ１超音波送波器１０１と被測定物
１０２の距離を１・吉シ２、超音波パルスが送信後、超
音波受波器１０４　、．１０３に受波される時間をそれ
ぞれＴ／Ｔ（！：する。また超音波送波器１０１と超音
波受波器１０３は被測定物１．０２から同じ距離■・に
あるもの吉し、音速をＣとすると、次の関係が成立する
。

２Ｌ−Ｉ、０＝Ｔ′・Ｃ・（１）２　Ｌ−Ｔ　、　Ｃ−１−１，（２）従って超音波送波器１０１吉被測定物１０２の距離１・
は下記の式により求めることかできる。

この（３）式より明らかなように音速（コを含まないの
で、温度によって音速が変化する場合であっても、被測
定物１０２までの距離を正確に求めることができるきさ
れている。

発明が解決し、ようとする問題点しかし、以上のような従来例の構成では、音速Ｃが超音
波送波器１０１と被測定物１０２の間において、場所に
よらず一定の値をとる場合にのみ上記（１）　、　（２
）式は成立するものであり、例えば被測定物１０２が高
温で、超音波送波器１０１と被測定物１０２の間に温度
勾配を有し、その間の音速Ｃが一定古ならないときには
、上記（］）　、　（２ｊ式は成立ぜす、従って（３）
式によって距離りを高精度に求めることはできなかった
。

そこで、本発明は、周囲温度が変化し、音速が変化した
場合でも高精度に距離の測定を行なうことができるよう
にした超音波距離測定装置を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するだめの手段そして上記問題点を解決するだめの本発明の技術的な手
段は、被測定物に対して超音波を送受波する測定用超音
波送受波器と、被測定物と異なる位置に設置された校正
板と、この校正板に対して超音波を送受波し、校正板と
の間隔が一定の音速校正用超音波送受波器と、被測定物
と校正板の間の温度を検出する温度セン→Ｊ′す、温度
センサの測定値により上記各超音波送受波器の測定によ
る被測定物と校正板さの距離測定値を補正する手段吉を
イＪするものである。

作　　　　用上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、測定用超音波送受波器及びγを速校正用超音
波送受波器より被測定物及び校正板に対する超音波パル
スの送受波を行ない、超音波パルスの伝播時間を測定す
ることにより、測定用超音波送受波器吉被測定物の間の
距離及び校正用超音波送受波器さ校正板の間の距離の測
定を行ない、また温度センサの測定により被測定物と校
正板間の温度分布を求めてそれらの間の平均音速を計算
し、これに基づき、上記距離の測定による被測定物さ校
正板の距離の測定値を補正することにより被測定物との
正確な距離を求めることができる。

実施例以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図は本発明の一実施例に示す構成図である。

第１図において、１は超音波振動子２を有する測定用超
音波送受波器で、被測定物３に対向して配置されている
。４は被測定物３の位置吉は異なり、被測定物３の手前
付値に設けられ、薄板よりなる校正板、５は超音波振動
子６を有する音速校正用超音波送受波器で、校正板４と
一定の間隔ｄｓｏで対向し〜て配置さねている。測定用
超音波送受波器Ｉ占音速校正用超音波送受波器５は被測
定物３から同じ距離に配置されている。７．８．９はそ
れぞれ測定用超音波送受波器１の送信回路、受信回路、
信号処理回路である。１０　、１１　、１２はそれぞれ
音速校正用超音波送受波器５の送信回路、受信回路、信
号処、ＦＩ！回路である。１３　ａ　１４は温度センサ
で、熱電対、＋１−ミスタ、或は放射温度計よりなり、
それぞれ被測定物３、或は被測定物３の近傍吉校正板４
の近傍の温度測定を行なう。　１５は温度センサ１３　
、１４に接続された切換スイッチ、１６　ハＡ／Ｄコン
バークで、切換スイッチ１５を介して温度センサ１３．
］４の測定値、ずなわち各温度センサ１３．Ｍ位置の温
度ＱｇＯ２ＱＳが入力される。１７は信号処理回路９，
１２．Ａ／Ｄコンバータ１６　に接続されたＣＰＵであ
る。

次に一ト記実施例の動作について説明する。送信回路７
，１０より送信パルスを測定用超音波送受波器１及び音
速校正用超音波送受波器５にそれぞれ印加［２、各超音
波送受波器１．５より被測定物３及び校正板４に対し、
超音波パルスを放射する。

それらは被測定物３及び校正板４により反射され、各超
音波送受波器１及び５で受波され、受信パルスさして受
信回路８，１１に入力さ租、増幅・検波される。信号処
理回路９においては、送信パルスＬ受信パルスの時間間
隔が測定用超音波送受波器１吉被測定物３の間の距離に
換釣されてＣＰＵ　１．７へ転送される。信号処理回路
１２においては、同様に送信パルス吉受侶パルスの＋ｙ
１間間隔が音速校正用超音波送受波器５さ校正板４の間
の距離に換算されてＣＰＵ１７へ転送される。−力、温
度センサ１３　、１４の測定値、すなわち各温度セン→
）１３゜１４位置の温度ＱｇＯ２ＱＳが切換スイッチ１
５によりＡ２Ｂ　　コンバータ１６に入力され、Ａ／］
−）’＆換されてＣＰＵ１７へ転送される。

音速校正用超音波送受波器５において、校正板４は上記
のように薄板で、その熱容ｉ−は小さくな９　・＼るように選ばれており、校正板４によってその近傍の温
度分布は大きく変化しない。被測定物３、校正板４間の
温度分布を、校正板４側をＸの（＋）方向として、下式
のようにＱ　（ｘ）　＝　Ｑ、ｇｏ　ｅ−ｋＸ−＝−（Ｊなる指
数関数で近似するものとすると、その間の平均音速　は
次式で表わされる。

従って任意の温度における音速校正用超音波送受波器５
（！：校正板４の距離測定値をｄＳ、測定用超音波送受
波器Ｉさ被測定物３の距離測定値をｄｍとすると、距離
ｄは次式で与えられる。

マｄ　＝ｄｓｏ＋（ｄｍ−ｄｓ）　ｘ　（ｖ　）　　　　
−（６）（但し、　は基準温度における音速である。）
これは、ＣＰＵ］７内で簡単に求めることができ、精度
のよい距離測定が可能になる。

上記実施例において、校正板４を被測定物３に接近させ
れば、より測定精度は高くなる。例えば音速校正用超音
波送受波器５にＩＭＩＩＺの空中超音波センサを用いる
と、近接域の測定用能距離は約１５ｍｍからとなる。

そこで、校正板４を音速校正用超音波送受波器５から２
０ｍｍ離れたところに設置し、被測定物３が通常、校正
板４から約３　＋３　ｍｍの間で変動した場合の測定を
行った。被測定物４が］（ｌｏ’ｃ程度の場合、従来例
においては、被測定物３が２６ｍｍになったときの補正
後の測定値は２５．５ｍｍであり、０５ｍｍの誤差が生
じたが、本実施例においては、２５．９２ｍｍとなり、
０．１　ｍｍ以下の誤差きすることができた。

このように環境温度による距離測定値の補正は、温度セ
ンサ１３　、１４の測定値により各超音波送受波器の測
定による被測定物３さ校正板４との距離測定値を補正す
るこ吉により高精度の測定が可能さなる。

なお、送信回路７、受信回路８、信号処理回路９と送信
回路１０、受信回路１１、信号処理回路１２は一組のみ
用い、切換えて使用するようにしてもよい。また被測定
物は高温の場合に限らず、低温の場合にも、上記と同様
にして高精度に測定することができる。

発明の効果以十の説明から明らかなように本発明によれば、被測定
物と、被測定物々は異なる位置に設けられた校正板に対
し、測定用吉校正用の超音波送受波器により超音波を送
受波し、この距離測定値により校正板吉被測定物の距離
測定値を求め、被測定物と校正板の間の温度を検出する
温度センサの測定値によりそれらの間の平均音速を求め
、上記距離測定値を補正するようにしているので、校正
板と、音速校正用超音波送受波器とを一定の間隔ｄｓｏ
　、：！：することによって、周囲温度が変化して音速
が変化した場合でも被測定物の距離を高精度に測定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波距離測定装置
を示す構成図、第２図は従来の超音波距離測定装置を示
す構成図である。１・・測定用超音波送受波器、３・被測定物、４・・校
正板、５・・・校正用超音波受波器、７・・送信回路、
８．受信回路、９・信号処理回路、１ｏ・・・送信回路
、月・・・受信回路、１２・信号処理回路、１３゜１４
・温度セン→↓、１５・・・切換スイッチ、１６・Ｎ巾
コンバーク、１７−　ＣＰＵ。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　＋７３　　ほか１
名第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　被測定物に対して超音波を送受波する測定用超
音波送受波器と、被測定物と異なる位置に設置された校
正板と、この校正板に対して超音波を送受波し、校正板
との間隔が一定の音速校正用超音波送受波器と、被測定
物と校正板の間の温度を検出する温度センサと、温度セ
ンサの測定値により上記各超音波送受波器の測定による
被測定物と校正板との距離測定値を補正する手段とを有
することを特徴とする超音波距離測定装置。
（２）　温度センサが被測定物、或は被測定物の近傍と
、校正板近傍に設けられている特許請求の範囲第１項記
載の超音波距離測定装置。
（３）　補正する手段が被測定物側と校正板側の２点間
の温度分布を指数関数で近似することにより平均音速を
求め、被測定物と校正板との距離測定値の補正を行う特
許請求の範囲第２項記載の超音波距離測定装置。