JPS63235879A - Ultrasonic obstacle detector - Google Patents

Ultrasonic obstacle detector

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Publication number
JPS63235879A
JPS63235879A JP62068855A JP6885587A JPS63235879A JP S63235879 A JPS63235879 A JP S63235879A JP 62068855 A JP62068855 A JP 62068855A JP 6885587 A JP6885587 A JP 6885587A JP S63235879 A JPS63235879 A JP S63235879A
Authority
JP
Japan
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circuit
section
signal
distance
transmitting
Prior art date
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Pending
Application number
JP62068855A
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Japanese (ja)
Inventor
Hajime Tachikawa
立川 肇
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63235879A publication Critical patent/JPS63235879A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To achieve a higher distance measuring accuracy with the correction of errors due to wind direction or the like, by averaging propagation times for continuous even frequencies arithmetically as extracted each time connection is switched between a transmitting element and a receiving element to calculate distance to an obstacle. CONSTITUTION:A switching circuit 6 is provided to reconnect a transmitting element 1, connected to a transmission circuit 4, to a reception circuit 5 while a receiving element 2 connected to the reception circuit 5 is reconnected to the transmission circuit 4. Then, a signal is sent to the switching circuit 6 from a control section 10 comprising a microcomputer to which the connection. A measuring circuit 3 averages propagation times for continuous even frequencies arithmetically as extracted each time the connection is switched to calculate distance to an obstacle. Thus, the measuring circuit 3 calculates distance to the obstacle allowed for a base line distance between the elements 1 and 2 to correct errors due to wind direction with the switching circuit 6, the control section 10 and the measuring circuit 3 thereby achieving a higher distance measuring accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気中に放射した超音波パルスが障害物で反
射して戻る迄の往復伝搬時間によって、所定距離におけ
る障害物の有無を非接触で検知するもので、特に障害物
を避けながら室内を掃除する自走ロボットの近傍認識装
置に適した超音波障害物検知装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention detects the presence or absence of an obstacle at a predetermined distance based on the round-trip propagation time for an ultrasonic pulse emitted into the air until it is reflected by an obstacle and returns. The present invention relates to an ultrasonic obstacle detection device that detects by contact and is particularly suitable as a proximity recognition device for a self-propelled robot that cleans a room while avoiding obstacles.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

空気中を伝搬する超音波パルスの伝搬時間を測定するこ
とによって、障害物までの距離を計測したり、障害物の
有無の判定を行う装置の研究開発は10年程度前から盛
んに行われている。
Research and development of devices that measure the distance to obstacles and determine the presence or absence of obstacles by measuring the propagation time of ultrasonic pulses propagating through the air has been actively conducted for about 10 years. There is.

実用化されたものも数多く、例えばカメラのオートフォ
ーカス、自動車の後方物体検知、住宅の侵入警報、貯蔵
庫のレベル計測など多分野に及んでいる。
Many applications have been put into practical use, including autofocus in cameras, object detection behind cars, intrusion alarms in homes, and level measurement in storage rooms.

このうち、オートフォーカスについては、例えはナショ
ナルテクニカルレボ−)、’1101. 28゜No、
2.19B2年4月、 P、317〜330の2デオカ
メラ用オートフォーカスシステム」に記載されているも
のが挙げられる。
Of these, for autofocus, for example, National Technical Revo), '1101. 28°No,
2.19B2, April, P., 317-330, "Autofocus System for 2-Deo Camera".

また、レベル計測に関しては、例えばセンサ技術、Vo
l、  5. No、  6.1985年5月臨時増刊
号(センサ回路デザインブック)P、258〜259゜
P、 262〜265の「超音波レベル計受信回路」、
「超音波レベル計の構成と回路」に記載されているもの
が挙げられ、これらは比較的長い距離(50am以上)
では精度良く確実な距離計測が可能となっている。
Regarding level measurement, for example, sensor technology, Vo
l, 5. No. 6. May 1985 Special Issue (Sensor Circuit Design Book) P, 258-259゜P, 262-265 "Ultrasonic Level Meter Receiving Circuit",
Examples include those described in "Configuration and circuit of ultrasonic level meter", and these are relatively long distances (50 am or more).
This makes it possible to measure distances accurately and reliably.

特に、上記の公知例では、伝搬時間を精度良く検出する
ための工夫として、S T C(Sensitivit
)FTime Control)という手法を採用して
いる。ここで簡単にSTCについて説明する。
In particular, in the above-mentioned known example, STC (Sensitivity) is used as a device to accurately detect propagation time.
)FTime Control) is adopted. Here, STC will be briefly explained.

送受信素子から障害物までの測定距離が長くなるほど、
即ち伝搬時間が大きい程、障害物からの超音波パルスの
反射波振幅は小さくなる。
The longer the measurement distance from the transmitting/receiving element to the obstacle, the more
That is, the longer the propagation time, the smaller the amplitude of the reflected wave of the ultrasonic pulse from the obstacle.

このために振幅依存の時間検出誤差が出現するが、時間
に応じて変化する基準信号(STC信号)を用いて誤差
の補正を行、い、さらに障!@からの反射波ではない自
己生成による雑音(直接波)を除去しようという手法が
STCである。
For this reason, an amplitude-dependent time detection error appears, but the error is corrected using a reference signal (STC signal) that changes depending on time. STC is a method that attempts to remove self-generated noise (direct waves) that are not reflected waves from @.

具体的には次の2つの方法がある。Specifically, there are the following two methods.

(1)受信信号を増幅するプリアンプの利得を送信時に
は低くシ、送信後には時間経過に伴って高くする方法。
(1) A method in which the gain of the preamplifier that amplifies the received signal is kept low during transmission, and increased over time after transmission.

(2)包絡線リニア検波後の受信信号を、送信時には高
く、送信後には時間経過に伴って低くなる閾値によって
波形整形する方法。
(2) A method in which the received signal after envelope linear detection is waveform-shaped using a threshold value that is high during transmission and becomes lower as time passes after transmission.

なお、基準信号としては一般に抵抗とコンデンサによる
充放電電圧が用いられている。
Note that a charging/discharging voltage generated by a resistor and a capacitor is generally used as the reference signal.

さて、空気中の超音波信号にとって大きな誤差要因とな
るものに音響雑音と風がある。そして、音響雑音は大ま
かに直接波、残響及び外来雑音の3つに分けることがで
きる。
Now, acoustic noise and wind are major error factors for ultrasonic signals in the air. Acoustic noise can be roughly divided into three types: direct waves, reverberation, and external noise.

直接波は送信素子から受信素子へ直接漏れ込んで来るも
のであって、その媒体の一つは送受信素子を支持する構
造物である。
A direct wave leaks directly from a transmitting element to a receiving element, and one of its media is a structure that supports the transmitting and receiving element.

従って、素子の間隔が短かい上に固体中の音速は空気中
の場合より1桁大きいので、直接波は送信開始とほぼ同
時に受信素子によって検出される。
Therefore, since the spacing between the elements is short and the speed of sound in a solid is an order of magnitude higher than in air, the direct wave is detected by the receiving element almost at the same time as the transmission starts.

この直接波は前述のSTCによって従来例においても問
題とならないようにされている。
This direct wave is prevented from becoming a problem even in the conventional example by the above-mentioned STC.

残響は送信素子が放射した超音波が複数の障害物間を多
重反射し、散乱反響して受信素子に到達するものであっ
て、主たる反射波の検出後に同様の反射波(ただし、そ
の包絡線の周波数成分は低く、振幅は小さい)として繰
り返し受信素子に検出されるものである。
Reverberation occurs when ultrasonic waves emitted by a transmitting element undergo multiple reflections between multiple obstacles, scattering and reverberating before reaching the receiving element. After the detection of the main reflected wave, a similar reflected wave (however, its envelope The frequency component is low and the amplitude is small), which is repeatedly detected by the receiving element.

なお、多重反射ではない場合でも、測定対象である障害
物の後方遠方に反射能の大きな障害物がある場合には重
大な雑音を生ずる。
Note that even if there is no multiple reflection, if there is an obstacle with a large reflective ability far behind the obstacle to be measured, significant noise will be generated.

この種の雑音に対して、従来は超音波パルスの送信間隔
を十分長くすることで対処しているか、その間隔の設定
は設計者の経験によって行われており、まちまちであっ
て、ときおり不十分な設定で誤動作する場合がある。
Conventionally, this type of noise has been dealt with by making the transmission interval of ultrasonic pulses sufficiently long.The setting of the interval depends on the designer's experience, and it varies and is sometimes insufficient. It may malfunction with incorrect settings.

これは、使用される場所等の条件によって適切な設定値
が異なるためである。この点では前述のレベル計は条件
が限られており、比較的に適切な設定を行いやすい。な
お、送信間隔が長ずきると当然ながら応答時間に問題を
生ずる。
This is because appropriate setting values differ depending on conditions such as the place where the device is used. In this respect, the above-mentioned level meter has limited conditions and is relatively easy to set appropriately. Incidentally, if the transmission interval becomes long, a problem naturally arises in response time.

外来雑音としては電話、時計のベル、ブザーの音、硬貨
のぶつかり合う音等に超音波成分が含まれており、それ
らが誤動作要因としてWA詔されているほか、現在では
テレビ、エアコン等の超音波リモートコントローラが放
射するパルスが大きな要因となっている。
External noises include telephones, clock bells, buzzers, and the sound of coins colliding, which contain ultrasonic components.In addition to these being edicted by the WA as a cause of malfunction, there are now ultrasonic noises from televisions, air conditioners, etc. The pulse emitted by the sonic remote controller is a major factor.

さらに、掃除を行う自走ロボットではモータ。Furthermore, motors are used in self-propelled cleaning robots.

クリーナ系統などが発生する定常的な雑音についても対
策が必要である。
Measures also need to be taken to deal with the steady noise generated by the cleaner system.

これらの外来雑音に対して、前述のカメラのオートフォ
ーカスシステムではもっばらマイクロコンビエータ(以
下、マイコンと記す)のソフトウェアで対処しており、
その手法は数回検出したデータの中から数値の近いもの
を選び、この選択したデータの平均値を真値とみなすと
いうものである。この手法はインパルス的な雑音に対し
て有効と考えられる。
In the autofocus system of the above-mentioned camera, these external noises are dealt with mainly by the software of the micro combinator (hereinafter referred to as microcomputer).
The method is to select data with similar numerical values from among the data detected several times, and consider the average value of the selected data to be the true value. This method is considered effective against impulse noise.

しかしながら、リモートコントローラの放射する周期的
な超音波パルスのLし響や、定常的な雑音によってシフ
トした時間検出データの影g(ハードウェア段階におけ
る長周期の誤差)を考慮すると、障害物を避けながら室
内を掃除する自走ロボットには適用し得ない。
However, considering the influence of the periodic ultrasonic pulses emitted by the remote controller and the influence of time detection data shifted by stationary noise (long-period errors in the hardware stage), it is difficult to avoid obstacles. However, it cannot be applied to self-propelled robots that clean rooms.

次に、風の影響について説明する。伝搬路である空気が
風によって乱されると、受信される超音波の音圧振幅、
位相が共に大きく変動し、誤動作要因となることが知ら
れている。
Next, the influence of wind will be explained. When the air, which is the propagation path, is disturbed by wind, the sound pressure amplitude of the received ultrasonic wave,
It is known that both phases vary greatly, which can cause malfunctions.

ここで、音速への影響を考えると、音速と風速は超音波
流量計の原理に示される様に、1対1に対応して影響す
る。即ち、静止空気中での音速をC1風速をVとすれは
、超音波の伝搬方向が風向と同じ方向である時は伝声速
度が(C+v)となり、風向と逆の方向である時は(C
−v)となることが知られている。
Here, considering the influence on the speed of sound, the speed of sound and the wind speed influence each other in a one-to-one correspondence, as shown in the principle of an ultrasonic flowmeter. In other words, assuming that the sound speed in still air is C1 and the wind speed is V, when the propagation direction of the ultrasonic wave is the same as the wind direction, the sound propagation speed is (C+v), and when it is in the opposite direction to the wind direction, it is ( C
-v).

空気中の音速Cは約544 m / sであり、通常の
風速Vは数m/sであるのでC、> ) vといえるが
、強風時の風速Vは十数o1/8になるため、精度の点
から無視できなくなる。
The speed of sound C in air is about 544 m/s, and the normal wind speed V is several m/s, so it can be said that C > ) v, but since the wind speed V during strong winds is about 10 o1/8, This cannot be ignored from the point of view of accuracy.

超音波の伝搬方向と風向が同じ軸方向にあるときだけは
、放射波の音速と反射波の音速の変化は相殺して問題と
ならない。しかし、両者の方向が巣なる場合には、それ
らのなす角度によって変化する誤差を生ずる。
Only when the propagation direction of the ultrasonic wave and the wind direction are in the same axial direction, changes in the sound speed of the emitted wave and the sound speed of the reflected wave cancel each other out and pose no problem. However, if the two directions overlap, an error will occur that varies depending on the angle they form.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術においては、風向による誤差の点について
は配慮がなされておらず、自走ロボットなどに適用する
には精度、誤動作の点において問題があった。
In the above-mentioned conventional technology, no consideration was given to errors caused by wind direction, and there were problems in terms of accuracy and malfunction when applied to self-propelled robots and the like.

なお、距離の算出方法については、従来技術は単に伝搬
時間と音速の乗算値の1/2を距離とする基本方法を全
ての場合に適用しており、システム構成として送受信専
用型を採用しているものでも、送信素子と受信素子との
間隔による誤差は無視されていた。
Regarding the distance calculation method, the conventional technology simply applies a basic method in which the distance is 1/2 of the product of the propagation time and the speed of sound in all cases, and adopts a transmitting and receiving only type as the system configuration. However, errors due to the spacing between the transmitting and receiving elements were ignored.

本発明は、風向による誤差、送信素子と受信素子との間
隔による誤差をなくシ、測距精度が良好な、障害物の有
無を非接触で検知する超音波障害物検知装置を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide an ultrasonic obstacle detection device that eliminates errors caused by wind direction and the distance between a transmitting element and a receiving element, has good distance measurement accuracy, and detects the presence or absence of an obstacle in a non-contact manner. purpose.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

超音波パルスの反射を利用した障害物検知は基本的には
超音波測距と同じであり、ここで本発明における測距原
理について説明する。
Obstacle detection using reflection of ultrasonic pulses is basically the same as ultrasonic distance measurement, and the distance measurement principle in the present invention will be explained here.

まず、比較的短かい距離(50Cm以下)を測定する超
音波障害物検知装置では、その送信素子と受信素子の構
成は個別の電気音響変換器を使う送受専用型が適してい
る。
First, in an ultrasonic obstacle detection device that measures a relatively short distance (50 cm or less), a transmitting/receiving type that uses separate electroacoustic transducers is suitable for the configuration of the transmitting element and receiving element.

この理由は送信素子と受信素子を共通に使用する送受兼
用型では送信中の受信動作ができない上に、変換器(圧
電セラミック等)の過度応答特性により送信直後の受信
が困難なためである。
The reason for this is that in a transmitter/receiver type that uses a transmitting element and a receiving element in common, it is not possible to receive while transmitting, and it is difficult to receive immediately after transmitting due to the transient response characteristics of the converter (piezoelectric ceramic, etc.).

第2図は本発明による送受専用型の超音波測距の概念図
であって、以下この図を用いて本発明の測距原理を説明
する。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a transmission/reception type ultrasonic distance measurement according to the present invention, and the distance measurement principle of the present invention will be explained below using this diagram.

同図において、送信素子から放射された放射波(超音波
パルス)は前方の障害物で反射され、この反射波は放射
後の時間Txで受信素子に到達する。この受信素子の位
置における障害物からの反射音圧POは、送信素子から
障害物までの距離をxt、障害物から受信素子までの距
離をXrとし送信素子から指標点(障害物との間で任意
に定めた位置)までの距離をX+ 、指標点における送
信素子側の音圧をPI l吸収係数をα1反射能をRp
とすると、下式で示すことができる。
In the figure, a radiation wave (ultrasonic pulse) emitted from a transmitting element is reflected by an obstacle in front, and this reflected wave reaches the receiving element at a time Tx after being radiated. The reflected sound pressure PO from an obstacle at the position of this receiving element is determined by the distance from the transmitting element to the index point (between the obstacle and The distance to the arbitrarily determined position is X+, the sound pressure on the transmitting element side at the index point is PI, the absorption coefficient is α1, the reflection ability is Rp
Then, it can be expressed by the following formula.

p、 =p、       e 1(X t ” X 
r −X ’ ) Rp(xt+xr) ・・・・・・・・・(1) (1)式において、1/ (Xt+xr ) は拡散減
衰を表わし、e−α(xt + xr)は吸収減衰を表
わす。また、反射能RPは送受専用型の場合にあてはめ
ると、次の様に示すことができる。
p, = p, e 1(X t ”
r − represent Further, when applied to the case of a transmitting/receiving only type, the reflection power RP can be expressed as follows.

・・・・・・・・・(2) ここで、入射音圧Ptrは伝搬路中に散乱減衰の要因が
なければ、障害物位置に完全反射面が存在する場合の、
受信素子の位置における反射音圧P・にほかならない。
・・・・・・・・・(2) Here, if there is no scattering attenuation factor in the propagation path, the incident sound pressure Ptr is as follows:
This is nothing but the reflected sound pressure P at the position of the receiving element.

なお、空気中における超音波の到達距離1は簡易的に下
式で示される。
Note that the reach distance 1 of ultrasonic waves in the air is simply expressed by the following formula.

1 =xt 十Xr =4.5 X 1 010 /f2(m)・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)こ
こで、fは超音波の周波数である。(5)式は周波数を
隔くすると減衰が大きくなり到達距離1か短かくなるこ
とを示している。
1 = xt 10Xr = 4.5 X 1 010 / f2 (m)...
(6) Here, f is the frequency of the ultrasonic wave. Equation (5) shows that when the frequencies are separated, the attenuation increases and the reach distance becomes 1 or shorter.

ただし、到達距離lは送信電力、反射能Rp、雑音レベ
ル等により当然ながら変わるものであって、(3)式は
一般的な目安として、概ね良好な値を示すものである。
However, the reach distance l naturally changes depending on the transmission power, reflection power Rp, noise level, etc., and equation (3) indicates a generally good value as a general guide.

ところで、(1)式の反射音圧P、は愛他素子によって
受信電圧Vxに変換される。また、送信素子に印加され
る送信電圧Vtか小信号レベルであれは、指標点での音
圧P、は送信電圧V丁に比例する。さらに、音速Cかほ
ぼ一定とみなせる範囲においてはkm(xt+xr)は
時間TXに比例している。そこで、検知対象を定めれば
、減衰定数をΩとして、次の近似式が成り立つ。
By the way, the reflected sound pressure P in equation (1) is converted into the received voltage Vx by the altruism element. Furthermore, if the transmission voltage Vt applied to the transmission element is at a small signal level, the sound pressure P at the index point is proportional to the transmission voltage Vt. Further, within a range where the sound speed C can be considered to be approximately constant, km (xt+xr) is proportional to the time TX. Therefore, once the detection target is determined, the following approximate equation holds true, with the attenuation constant being Ω.

■R=vTΩe−αTx / TX・・・曲・・・・・
・・・曲・・曲・・・・・(4)(4)式は障害物が速
いほど伝搬時間がかかり、受信電圧Viのレベルがe−
”TX/Txに従って低下することを示している。
■R=vTΩe−αTx/TX...song...
...Song...Song...Equation (4) (4) shows that the faster the obstacle is, the longer the propagation time is, and the level of the received voltage Vi is e-
”It shows that it decreases according to TX/Tx.

さて、送受信素子間の間隔である基線距離をDとし、送
受信素子と障害物との測定距離をXとすると、超音波の
伝搬距離(xt+x、)はx+b丁−iとなる。
Now, if the baseline distance, which is the interval between the transmitting and receiving elements, is D, and the measured distance between the transmitting and receiving elements and the obstacle is X, then the propagation distance of the ultrasonic wave (xt+x,) is x+b-i.

一方、超音波の音速Cは摂氏温度をtとすると、c=s
s1.45+0.6o7t、(m/S )−・−・−−
−−−(5)の様に近似される。なお、その温度係数θ
はθ=0.607/331.45X100=0.183
(%/℃) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(6)である。
On the other hand, the sound speed C of the ultrasonic wave is c=s, where t is the temperature in degrees Celsius.
s1.45+0.6o7t, (m/S)−・−・−−
---It is approximated as in (5). Furthermore, the temperature coefficient θ
is θ=0.607/331.45X100=0.183
(%/℃) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(6).

ここで、時間Txは(xt+xr)/Cで表わされ、ま
た(xt+xr)はX +  D2 + X2であるた
め、測定距離Xは下式の様に示すことができる。
Here, the time Tx is expressed as (xt+xr)/C, and since (xt+xr) is X + D2 + X2, the measured distance X can be expressed as in the following equation.

I      D2 x =(TX c  Tx C>  ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・川・・・・・・・・(7)なお
、(7)式から超音波放射後に測距無効の時間Tnがあ
ることが明らかである。つまり、X=0となる時間Tx
がTnであって、下式で示される。
I D2 x = (TX c Tx C> ・・・・・・・・・
...... River... (7) It is clear from equation (7) that there is a time Tn during which distance measurement is invalid after the ultrasonic wave is radiated. In other words, the time Tx at which X=0
is Tn and is expressed by the following formula.

Tn=D/C・・・・・・・・・・・・・・・・・曲・
・・叩・曲・・・・・・川・・・・・・(8)以上が、
本発明に関する測距原理であり、(7)式に基いて測定
距@Xを算出するものである。
Tn=D/C・・・・・・・・・・・・ Song・
...beat, song, river... (8) The above is...
This is the distance measurement principle related to the present invention, and the measurement distance @X is calculated based on equation (7).

そこで、前述した本発明の目的は、次に示す(1)〜(
9)の技術手段を採用することに達成される。
Therefore, the objects of the present invention described above are as follows (1) to (
9) can be achieved by adopting technical means.

(1)直接波を除外するためにSTCを採用するが、そ
の基準信号(STC信号)はe−αTx/ T xの関
数に設定する。つまり時間Txtl−e−αTX/TX
に変換するSTC信号信号部生部ける。
(1) STC is employed to exclude direct waves, and its reference signal (STC signal) is set to a function of e-αTx/Tx. In other words, the time Txtl-e-αTX/TX
Converts the STC signal into the signal generator section.

(2)残響の影響を除外するために、送信間隔Toを4
、5X1 o10/(f2 C)以上、その2倍以下と
する制御部(マイコン)を設ける。なお、ここでfは周
波数、Cは音速である。
(2) In order to exclude the influence of reverberation, the transmission interval To is set to 4
, 5X1 o10/(f2 C) or more and less than twice that. Note that here, f is the frequency and C is the speed of sound.

(3)音速Cの温度特性を補正する気温補正部として、
負帰還ループにサーミスタを挿入した増幅器を設ける。
(3) As an air temperature correction unit that corrects the temperature characteristics of the sound speed C,
An amplifier with a thermistor inserted in the negative feedback loop is provided.

つまり、この増幅器の利得に(6)式のθの温度係数を
持たせる。
In other words, the gain of this amplifier has the temperature coefficient of θ in equation (6).

(4)インパルス的な雑音等による誤動作をなくすため
に、超音波パルスの幅を正確に設定するパルス幅設定部
と、反射波のパルス幅を検出するパルス幅読取部と、こ
のパルス幅読取部の出力データの有効無効を判定する判
定部を設け、判定部が有効と見なした場合の伝搬時間か
ら距離を抽出(算出)する計測回路を設ける。
(4) In order to eliminate malfunctions due to impulse noise, etc., there is a pulse width setting section that accurately sets the width of the ultrasonic pulse, a pulse width reading section that detects the pulse width of the reflected wave, and this pulse width reading section. A determining unit is provided to determine whether the output data is valid or invalid, and a measuring circuit is provided to extract (calculate) the distance from the propagation time when the determining unit considers the output data to be valid.

(5)定常的な雑音等による誤差をなくすために、浮動
閾値発生部を設ける。この浮動閾値発生部は受信信号を
積分して浮動閾値を発生する。浮動閾値は定常的な雑音
があるほど上昇し、また正規の受信信号に対しては振幅
の大きな信号は幅も広くなるという傾向に対処して若干
上昇する。そして、この浮動閾値をSTCの基準信号に
加算する加算部を設ける。これは正規の受信信号に加算
されている定常的な雑音を除失するものである。
(5) A floating threshold generator is provided to eliminate errors caused by stationary noise and the like. This floating threshold generation section integrates the received signal and generates a floating threshold. The floating threshold increases as the presence of stationary noise increases, and also increases slightly to cope with the tendency for signals with larger amplitudes to have wider widths relative to normal received signals. Then, an adder is provided to add this floating threshold to the STC reference signal. This eliminates stationary noise added to the normal received signal.

(6)検出した伝搬時間Txから(7)式を用いて、距
離Xを算出する計測回路を設ける。
(6) A measurement circuit is provided that calculates the distance X from the detected propagation time Tx using equation (7).

(7)検出した伝搬時間Txが(8)式の測距無効時間
Tn以内の時に、測距不定の表示を行う計測回路を設け
る。
(7) A measurement circuit is provided that displays that distance measurement is uncertain when the detected propagation time Tx is within the distance measurement invalid time Tn of equation (8).

(8)受信信号のS/N比を向上させるために、放射波
である超音波パルスを変調(PSK変調と振1陥変調)
する位相変調部と振1陥変調部を設ける。
(8) Modulating the ultrasonic pulse, which is a radiation wave, to improve the S/N ratio of the received signal (PSK modulation and amplitude modulation)
A phase modulation section and an oscillation modulation section are provided.

(9)風向に基く誤差を補正するために、送信素子を受
信回路に接続すると同時に、受信素子を送信回路に接続
する切換回路を設け、この切換回路に切換えをさせる制
御部を設けると共に、偶数回の連続した切換えによる伝
搬時間Txの相加平均に基いて障害物までの距離を算出
する計測回路を設ける。つまり、1つの伝搬径路を順方
向と逆方向とからの超音波パルスを伝搬させて、相加平
均により風向の形容を除くものであって、基本原理は同
期シングアラウンド法による流量計に近いが、かかる流
量計は相加平均をとるのではなく、差をとることによっ
て、流速(V)を抽出するものである。
(9) In order to correct errors based on wind direction, a switching circuit is provided to connect the transmitting element to the receiving circuit and the receiving element to the transmitting circuit at the same time. A measurement circuit is provided that calculates the distance to the obstacle based on the arithmetic average of the propagation times Tx obtained by successive switching times. In other words, ultrasonic pulses are propagated from the forward direction and the reverse direction through one propagation path, and the shape of the wind direction is removed by arithmetic averaging.The basic principle is similar to that of a flowmeter using the synchronous sing-around method. , such a flowmeter extracts the flow velocity (V) by taking the difference rather than taking the arithmetic mean.

〔作用〕[Effect]

上記技術手段(1)〜(9)の作用について、それぞれ
の番号に対応させてまとめる。
The effects of the above technical means (1) to (9) will be summarized in correspondence with their respective numbers.

(1)e−αTx/+I+xの関数を基準信号とするs
’rc信号発生部は前述した振幅依存の時間検出誤差を
従来以上に補正する。
(1) s with the function of e-αTx/+I+x as the reference signal
The 'rc signal generator corrects the above-mentioned amplitude-dependent time detection error more than ever before.

(2ン 送信間1laToを4.5 X 1010/(
f2 G)以上、その2倍以下とする制御部は残響が十
分に減衰した時点で超音波パルスを発生させるので、S
/N比を向上させる。
(2-pin transmission 1laTo 4.5 x 1010/(
The control unit that sets f2 G) or more and twice that or less generates an ultrasonic pulse when the reverberation is sufficiently attenuated, so S
/N ratio is improved.

(3)気温補正部は音速Cの温度特性を補正するので、
伝搬時間の計測精度を向上させる。
(3) Since the temperature correction section corrects the temperature characteristics of the sound speed C,
Improve measurement accuracy of propagation time.

(4)パルス幅設定部と、パルス幅統取部、判定部及び
計測回路はインパルス的な雑音を除外するので誤動作が
なくなる。
(4) The pulse width setting unit, pulse width control unit, determination unit, and measurement circuit exclude impulse noise, eliminating malfunctions.

(5)浮動閾値発生部と加算部は定常的な雑音を除去す
るのでS/N比を向上させる。
(5) The floating threshold generator and the adder remove stationary noise, improving the S/N ratio.

(6)計測回路は(7)式により、送受信素子間の基線
距離分を加味して障害物までの距離を算出するので精度
が向上する。
(6) The measurement circuit calculates the distance to the obstacle using equation (7), taking into account the baseline distance between the transmitting and receiving elements, improving accuracy.

(7)計測回路は(8)式により、測定不定の表示を行
うので、使用者は使用条件の可否を判断できる。
(7) Since the measuring circuit displays the measurement indeterminate based on the equation (8), the user can judge whether the usage conditions are acceptable or not.

(8)位相変調部と振幅変調部は超音波パルスを変調す
ることにより、受信信号のS/N比を向上させる。
(8) The phase modulation section and the amplitude modulation section improve the S/N ratio of the received signal by modulating the ultrasonic pulse.

(9ン  切換回路と、制御部、計測回路は風向に基く
誤差を補正するので、測距精度が向上する。
(9) The switching circuit, control unit, and measurement circuit correct errors based on wind direction, improving distance measurement accuracy.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による超音波障害物検知装置の一実施例
を示すブロック図であって、1は第2図における送信素
子、2は同じく第2図における受信素子、6は計測回路
、4は送信回路、5は受信回路、6は切換回路である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the ultrasonic obstacle detection device according to the present invention, in which 1 is a transmitting element in FIG. 2, 2 is a receiving element in FIG. 2, 6 is a measuring circuit, and 4 is a receiving element in FIG. 5 is a transmitting circuit, 5 is a receiving circuit, and 6 is a switching circuit.

同図において、送信素子1と受信素子2は共に70KH
z用の超音波素子(Ei F R−TF’B70に1)
であり、切換回路6を介して送信回路4と受信回路5に
接続される。
In the same figure, both transmitting element 1 and receiving element 2 are 70KH.
Ultrasonic element for z (1 for Ei FR-TF'B70)
It is connected to the transmitting circuit 4 and the receiving circuit 5 via the switching circuit 6.

また、切換回路6はアナログスイッチ(CD40558
E)とインバータ(CD40698Pi)などから構成
され、計測回路3の制御信号G、 、 G、によって、
送信回路4からの送信信号を送信素子1または受信素子
2に供給しく他励方式)、また送信素子1または受信素
子2の受信信号を受信回路5に供給する。なお、信号G
、 、 G、の設定により、送信素子1は送受兼用型と
して動作する場合がある。
In addition, the switching circuit 6 is an analog switch (CD40558
E), an inverter (CD40698Pi), etc., and is controlled by control signals G, , G, of the measurement circuit 3.
The transmitting signal from the transmitting circuit 4 is supplied to the transmitting element 1 or the receiving element 2 (separately excited system), and the receiving signal from the transmitting element 1 or the receiving element 2 is supplied to the receiving circuit 5. In addition, signal G
Depending on the settings of , , and G, the transmitting element 1 may operate as a transmitting/receiving type.

これは比較的遠方(50cm〜3m)の障害物を検知す
る場合に行うものである。
This is done when detecting an obstacle relatively far away (50 cm to 3 m).

計測回路6は次のブロックを有する。即ち、マイコンな
どからなる制御部10、この制御部1゜に駆動用クロッ
クを供給するセラミック発振子(CSB400A)など
からなる基本発振部11、基本発振部11のクロックを
3分周する2つのJKフリップ70ツブ(CD4D27
BE)などからなる分周部12、この分周部12のクロ
ックをオア部(CD4000BE)15を介して計数す
るカウンタ(CD40408E)などからなる時間計測
部16、時間計測部16の計数値をデジタルがらアナロ
グに変換するバツア(CD4000BE)とR−2Rラ
ダ一抵抗回路網などからなるD/A変換部17、D/A
変換部17の出力を増幅する帰還ループにサーミスタを
接続したオペアンプ(HA17904PS)などからな
る気温補正部18、気温補正部18の出力を制御部10
からの信号に基いてアナログから1ビツトのデジタル信
号に変換して制御部10に供給するR−2Rラダ一抵抗
回路網とコンパレータ(1(A17903PS)などか
らなるA/D変換部19、制御部1oが(7)式に基い
て算出したデータと所定距離内における物体の有無を表
示する表示部14、制御部10が予め設定した送信間隔
T、によって、送信回路4に供給するスタートパルスを
所定の振幅に変換するレベルシフト部13、及び制御部
10に接続された入出力部(図示を省略)である。
The measurement circuit 6 has the following blocks. That is, a control section 10 consisting of a microcomputer, etc., a basic oscillation section 11 consisting of a ceramic oscillator (CSB400A) etc. that supplies a driving clock to the control section 1, and two JKs that divide the clock of the basic oscillation section 11 by three. Flip 70 Tsubu (CD4D27
A frequency dividing section 12 consisting of a frequency dividing section 12 such as BE), a time measuring section 16 consisting of a counter (CD40408E) etc. that counts the clock of this frequency dividing section 12 via an OR section (CD4000BE) 15, and a digital calculation of the counted value of the time measuring section 16 D/A converter 17, D/A, which consists of a converter (CD4000BE) that converts data into analog, an R-2R ladder, a resistor circuit network, etc.
The temperature correction section 18 is composed of an operational amplifier (HA17904PS) with a thermistor connected to a feedback loop that amplifies the output of the conversion section 17, and the output of the temperature correction section 18 is sent to the control section 10.
An A/D conversion unit 19 consisting of an R-2R ladder, a resistor network, a comparator (1 (A17903PS), etc.), and a control unit which converts the analog signal into a 1-bit digital signal based on the signal from the R-2R ladder and supplies it to the control unit 10. The start pulse to be supplied to the transmission circuit 4 is predetermined based on the data calculated by 1o based on equation (7), the display unit 14 that displays the presence or absence of an object within a predetermined distance, and the transmission interval T preset by the control unit 10. A level shifter 13 converts the amplitude into an amplitude of , and an input/output section (not shown) connected to the control section 10.

なお、この入出力部によって、障害物の有無を検知する
距離範囲XIが設定され、また送受信素子間の基線距1
[D (=10cm )と、その2乗値、代表とする音
速C(= 344 m / S )値が設定され、さら
に超音波の使用周波数f(=67KHz)の2乗値が設
定される。なお、制御部10は入出力部を介してホスト
コンビ二一夕に測距データを供給するものであるが、説
明は省略する。
Note that this input/output section sets the distance range XI for detecting the presence or absence of obstacles, and also sets the base line distance 1 between the transmitting and receiving elements.
[D (=10 cm), its square value, and a representative sound velocity C (=344 m/S) value are set, and furthermore, the square value of the ultrasonic frequency f (=67 KHz) is set. Note that the control unit 10 supplies distance measurement data to the host computer via an input/output unit, but a description thereof will be omitted.

次に、送信回路4は次のブロックを有している。Next, the transmitting circuit 4 has the following blocks.

即ち、計測回路3の分周部12から供給されるクロック
を2分周するJKフリップフロップ(CD4027BB
)などからなる2分周部20、レベルシフト部13から
供給されたスタートパルスを、2分周部20からのクロ
ックを計数することによって所定のパルス幅にして、計
数回路3と受信回路5に供給するJKフリップフロップ
(CD4027BK)とカウンタ(CD4024BEl
)などからなるパルス幅設定部22.2分周部20から
のクロックを正弦波に変換する電流源と並列共振回路な
どからなるタンク部21、パルス幅設定部22から供給
された信号を微分し、この微分信号によりタンク部21
の電流源の電流量を変化させる振幅変調部23、タンク
部21の供給する信号を、パルス幅設定部22からの所
定のパルス幅の(N号が発生している時だけ通過させる
アナログスイッチ(CD4053BE)などからなるバ
ースト発生部24、このバースト発生部24から供給さ
れたバースト信号を、パルス幅設定部22からのクロッ
クによって位相(PSK)変調するアナログスイッチ(
CD40518B)などからなる位相変調M 7 、そ
して2つのオペアンプ(LF’353N)などからなり
、通常は同相除去比(CMMR)を向上させる目的で構
成する負帰還ループを共通とする接続、即ち差動入出力
形の2相出力増幅部25である。
That is, a JK flip-flop (CD4027BB
) etc. The start pulse supplied from the frequency divider 20 and the level shifter 13 is made into a predetermined pulse width by counting the clock from the frequency divider 20, and is sent to the counting circuit 3 and the receiving circuit 5. Supply JK flip-flop (CD4027BK) and counter (CD4024BEl)
), etc. 2. The tank section 21 consists of a current source that converts the clock from the frequency dividing section 20 into a sine wave, a parallel resonant circuit, etc., and the signal supplied from the pulse width setting section 22 is differentiated. , by this differential signal, the tank section 21
An analog switch ( A burst generating section 24 consisting of a CD4053BE), etc., and an analog switch (
CD40518B), etc., and two operational amplifiers (LF'353N), etc., and are normally connected with a common negative feedback loop configured for the purpose of improving the common mode rejection ratio (CMMR), that is, differential This is an input/output type two-phase output amplification section 25.

この2相出力増幅部25は位相変調部7から供給された
信号を増幅し、かつ位相関係が180度ずれた信号にし
て、切換回路6を介して送信素子1または受信素子2に
供給するものである。
This two-phase output amplification section 25 amplifies the signal supplied from the phase modulation section 7, converts it into a signal whose phase relationship is shifted by 180 degrees, and supplies it to the transmitting element 1 or the receiving element 2 via the switching circuit 6. It is.

なお、位相変調部7はこの差動入出力形の2相出力増幅
部25の2つの入力端子の一方から他方へバースト信号
の供給を切換えることによりPSK変調を達成するもの
である。
Note that the phase modulation section 7 achieves PSK modulation by switching the supply of the burst signal from one of the two input terminals of the two-phase output amplification section 25 of the differential input/output type to the other.

そして、受信回路5は次のブロックを有する。The receiving circuit 5 has the following blocks.

即ち、切換回路6を介して供給された受信素子2(また
は送信素子1)が受信した信号からノイズを除去する並
列共振回路からなる単峰のフィルタ部26、このフィル
タ部26の出力信号を増幅するプリアンプ(μPC57
7H)などからなる増幅部27、増幅部27から供給°
された信号を余波整流するダイオード(IS2076)
と2つのオペアンプ(LP353N)などからなる絶対
値回路28、絶対値回路28から供給された受信信号を
権勢し増幅するローパス形のオペアンプ(HA1790
4PS)などからなる浮動閾値発生部9、また計測回路
3の時間計測部16の計数値Txからηe−αTx/T
x(ここで、ηは設定定数)の関数である基準(STC
)信号を発生するり−ドオンメモリ(以下、ROMと記
す)とR−2Rラダ一抵抗回路網などからなるSTC信
号信号部生部8する。
That is, a single-peak filter section 26 consisting of a parallel resonant circuit removes noise from the signal received by the receiving element 2 (or transmitting element 1) supplied via the switching circuit 6, and the output signal of this filter section 26 is amplified. preamplifier (μPC57
7H), etc., supplied from the amplification section 27.
Diode (IS2076) that rectifies the signal
and two operational amplifiers (LP353N), etc., and a low-pass operational amplifier (HA1790) that powers and amplifies the received signal supplied from the absolute value circuit 28.
ηe-αTx/T from the floating threshold generation unit 9 consisting of 4PS) and the count value Tx of the time measurement unit 16 of the measurement circuit 3.
The standard (STC) is a function of x (where η is a set constant)
) An STC signal generating section 8 is composed of a redundant memory (hereinafter referred to as ROM), an R-2R ladder, a resistor circuit network, etc., which generates a signal.

ここで、時間計測部16の計数値TxはROMのアドレ
ス入力に供給され、ROMはアドレスに応じて1e−α
Tx/Txに相当するデジタル信号をデータ出力として
R−2Rラダ一抵抗回路網に供給するものである。R−
2Rラダ一抵抗回路網はこのデジタル信号をアナログ信
号に変換して出力する。
Here, the count value Tx of the time measuring section 16 is supplied to the address input of the ROM, and the ROM is 1e-α according to the address.
A digital signal corresponding to Tx/Tx is supplied to the R-2R ladder-resistance network as a data output. R-
The 2R ladder-resistor network converts this digital signal into an analog signal and outputs it.

そして、受信回路5はさらに以下のブロックを有してい
る、。
The receiving circuit 5 further includes the following blocks.

STC信号信号部生部8供給された基準信号と浮動閾値
発生部9の出力信号を加算する加算部29、この加算部
29の出力信号と絶対値回路28の出力である受信信号
を比較する比較部(HA/7903ps)so、比較部
30の出力信号を検波するインバータとダイオード(I
S2076)とコンデンサ、抵抗及びRSフリップ70
ツブ(CD4023’l/BE)などからなる検波部3
1、この検波部31の出力である負論理のパルスの幅を
2分周部20からのクロックによって読取るカウンタ(
CD4024Bg)などからなる輻読取部32、幅読取
部32の読取ったパルス幅がパルス幅設定部22の出力
信号とほぼ同等の時に良好の判定信号を出力するデコー
ダ(CD4028BE)とオア回路などからなる判定部
36、判定部53の出力が良好の時に、検波部31の負
論理のパルスの立上り時点(パルスの終了時点)で良好
の信号をラッチし、かつ検波部31のR87リツプ70
ツブをセットして検波動作を停止させ、さらにオア部1
5に信号を供給して、時間計測部16の計数動作を停止
させるラッチ部(CD4013BEf)54である。
An adder 29 that adds the reference signal supplied to the STC signal generator 8 and the output signal of the floating threshold generator 9; a comparison that compares the output signal of the adder 29 with the received signal that is the output of the absolute value circuit 28; part (HA/7903ps) so, an inverter and a diode (I
S2076) and capacitor, resistor and RS flip 70
Detection section 3 consisting of a tube (CD4023'l/BE) etc.
1. A counter (
A decoder (CD4028BE) that outputs a good judgment signal when the pulse width read by the width reading section 32 is almost the same as the output signal of the pulse width setting section 22, an OR circuit, etc. When the outputs of the determining unit 36 and determining unit 53 are good, a good signal is latched at the rising edge of the negative logic pulse of the detecting unit 31 (at the end of the pulse), and the R87 lip 70 of the detecting unit 31 is latched.
Set the knob to stop the detection operation, and then set the OR part 1.
This is a latch unit (CD4013BEf) 54 that supplies a signal to 5 to stop the counting operation of the time measurement unit 16.

なお、ラッチ部34と時間計測部16はパルス幅設定部
22の所定の幅のパルスでリセットされる。つまり、こ
れらは超音波パルスが放射されている時にリセットされ
るもめである。
Note that the latch section 34 and the time measurement section 16 are reset by a pulse of a predetermined width from the pulse width setting section 22. That is, these are conflicts that are reset when the ultrasound pulse is being emitted.

また、時間計測部16の出力端子の最上位ピッ)(MS
B)の信号はオア部15に供給されており、時間計測部
16のオーバーフローを防止している。
In addition, the topmost pin of the output terminal of the time measurement unit 16) (MS
The signal B) is supplied to the OR section 15 to prevent the time measurement section 16 from overflowing.

さらに、フィルタ部26と増幅部27は物理的に切換回
路6の近傍に設けており、かつ電気的なシールドを施さ
れるものである。
Furthermore, the filter section 26 and the amplification section 27 are physically provided near the switching circuit 6 and are electrically shielded.

さて、第1図を用いて本発明の詳細な説明する。Now, the present invention will be explained in detail using FIG.

今、システムに電源が投入されたとすると、基本発振部
11が発振を始めて制御部10が動作を開始する。
Now, when the system is powered on, the basic oscillation section 11 starts oscillating and the control section 10 starts operating.

また、分局部12は基本発振部の400 KHzのクロ
ックを1/3にして133 KHzのクロックを発生し
、2分周部20は更にこれを1/2にしてデエーティ5
0%の67 KHzのクロックを発生する。
Further, the division section 12 divides the 400 KHz clock of the basic oscillation section to 1/3 to generate a 133 KHz clock, and the 2 frequency divider section 20 further divides this to 1/2 and generates a 133 KHz clock.
Generates a 67 KHz clock of 0%.

また、タンク部21は2分周部20のクロックを正弦波
に変換して出力している。
Further, the tank section 21 converts the clock of the frequency divider 20 into a sine wave and outputs the sine wave.

一方、制御部10は予め設定された入出力部(図示せず
)から、障害物の有無を検知する距離範囲X1や送受信
素子間の基線距jllDと、その2乗値DZ。
On the other hand, the control unit 10 receives from a preset input/output unit (not shown) the distance range X1 for detecting the presence or absence of an obstacle, the baseline distance between the transmitting and receiving elements jllD, and its square value DZ.

音速Cの代表値、超音波パルスの設定周波数fの2乗値
f2などの6値を読み取り、記憶する。
Six values such as the representative value of the sound speed C and the square value f2 of the set frequency f of the ultrasonic pulse are read and stored.

また、制御部10は制御信号(Gl、G、)を(1゜1
)に設定して出力する。この設定により切換回路6は送
信素子1を送信回路4に接続すると同時に、受信素子2
を受信回路5に接続する。
Further, the control unit 10 transmits the control signals (Gl, G,) to (1°1
) and output. With this setting, the switching circuit 6 connects the transmitting element 1 to the transmitting circuit 4, and at the same time connects the receiving element 2 to the transmitting element 1.
is connected to the receiving circuit 5.

さらに、入出力部(図示せず)によってホストコンビエ
ータまたはユーザから検知開始の信号を供給されると、
制御部10はレベルシフト部15を介してパルス幅設定
部22にスタートパルス(パルス幅100μs)を供給
する。
Furthermore, when a detection start signal is supplied from the host combinator or user through an input/output unit (not shown),
The control section 10 supplies a start pulse (pulse width 100 μs) to the pulse width setting section 22 via the level shift section 15.

、・ ハルス幅設定部22はスタートパルスを受けた時点から
、2分周部20のクロックを計数しだし、所定の計数値
になる時点まで送信用の信号を出力する様にパルスを発
生する。この時間はスタートパルスを受けた時から約0
.48m5である。この0.4E1mSのパルスによっ
て時間計測部16とラッチ部64がリセットされる。
, - The Hals width setting unit 22 starts counting the clock of the frequency divider 20 from the time it receives the start pulse, and generates pulses to output a signal for transmission until a predetermined count value is reached. This time is approximately 0 from the time the start pulse is received.
.. It is 48m5. The time measuring section 16 and the latch section 64 are reset by this 0.4E1 mS pulse.

また、幅幅変調部23はタンク部21の出力信号(正弦
波47KHz)を振幅変調し、バースト発生部24は、
この振幅変調された期間を含む0.48m5のパルスの
時間だけ、タンク部21の出力信号を位相変調部7に供
給する。
Further, the width modulation section 23 amplitude modulates the output signal (sine wave 47 KHz) of the tank section 21, and the burst generation section 24
The output signal of the tank section 21 is supplied to the phase modulation section 7 for a pulse time of 0.48 m5 including this amplitude modulated period.

そして、位相変調部7は供給された0、48m5のバー
スト信号を約0.12m5毎に位相変調して2相出力増
幅部25に送る。
Then, the phase modulation section 7 modulates the phase of the supplied burst signal of 0.48 m5 every approximately 0.12 m5 and sends it to the two-phase output amplification section 25.

2相出力増幅部25は供給された信号を増幅し、かつ1
80度位相のズした2つの送信信号にして、切換回路6
を介して送信素子1の電極間に供給する。これにより、
送信素子1は67 KHzの超音波パルスを放射する。
The two-phase output amplification section 25 amplifies the supplied signal, and
The switching circuit 6 generates two transmission signals with a phase shift of 80 degrees.
It is supplied between the electrodes of the transmitting element 1 via. This results in
The transmitting element 1 emits 67 KHz ultrasonic pulses.

この超音波パルスの放射が終了した時点で、時間計測部
16とラッチ部34のリセットが解除される。
When the emission of this ultrasonic pulse ends, the reset of the time measuring section 16 and the latch section 34 is released.

このため、時間計測部16はオア部15を介して、分周
部12が出力する1 33KHzのクロックを計数しだ
す。
Therefore, the time measuring section 16 starts counting the 133 KHz clock output from the frequency dividing section 12 via the OR section 15.

また、ラッチ部34は検波部31か検波動作を行うよう
に信号を出力する。
Further, the latch section 34 outputs a signal so that the detection section 31 performs a detection operation.

また、D/A変換部17は時間計測部16の計数値に応
じて、次第にリニアに上昇する電圧を気温補正部1日に
供給する。
Further, the D/A conversion section 17 supplies a voltage that gradually increases linearly to the temperature correction section 1 day according to the count value of the time measurement section 16.

気温補正部1Bは温度係数(’(+0.183%/℃)
の利得を持つ増幅器をなしており、気温による音速Cの
変化分はこの気温補正部18によって相殺されてしまう
The temperature correction unit 1B calculates the temperature coefficient ('(+0.183%/℃)
The change in the sound speed C due to temperature is canceled out by the temperature correction section 18.

この気温補正部18の出力信号はA/D変換部19に供
給される。
The output signal of this temperature correction section 18 is supplied to an A/D conversion section 19.

さらに、STC信号信号部生部8間計測部16の計数値
に応じて、ηe−αTX/IIIXで所定電圧から低下
していく基準信号を加算部29に供給している。
Further, a reference signal that decreases from a predetermined voltage at ηe-αTX/IIIX is supplied to the adder 29 in accordance with the count value of the STC signal generator 8 measurement unit 16.

やがて、送信素子1から放射された超音波パルスが障害
物によって反射され、この反射波が受信素子2に到達す
ると、この受信信号は切換回路6とフィルタ部26を介
して増幅部27に供給される。
Eventually, the ultrasonic pulse emitted from the transmitting element 1 is reflected by an obstacle, and when this reflected wave reaches the receiving element 2, this received signal is supplied to the amplifying section 27 via the switching circuit 6 and the filter section 26. Ru.

増幅部27はこれを増幅して絶対値回路28に送り、絶
対値回路28はさらに余波整流して浮動閾値発生部9と
比較部50に送る。
The amplification section 27 amplifies this and sends it to the absolute value circuit 28, which further rectifies the aftermath and sends it to the floating threshold generation section 9 and the comparison section 50.

浮動閾値発生部9は浮動閾値を発生して加算部29に送
り、加算部29はSTC(基準)信号と浮動閾値を加算
して比較部30に送る。
The floating threshold generating section 9 generates a floating threshold and sends it to the adding section 29 , and the adding section 29 adds the STC (reference) signal and the floating threshold and sends it to the comparing section 30 .

比較部60はこの閾値以上の、絶対値回路28の出力信
号だけを波形整形した上で出力する。
The comparator 60 shapes the waveform of only the output signal of the absolute value circuit 28, which is equal to or higher than this threshold value, and outputs the waveform-shaped signal.

検波部51は比較部30の出力信号を包結線検波し、パ
ルス幅読取部52はこの検波信号のパルス幅を2分周部
20のクロックを用いて読み取り、判定部33はパルス
幅が0.48+nSに近いかどうかを判定し、良好であ
れば良好の信号をラッチ部34に供給する。
The detection section 51 performs envelope detection on the output signal of the comparison section 30, the pulse width reading section 52 reads the pulse width of this detected signal using the clock of the frequency divider 20, and the determination section 33 determines that the pulse width is 0. It is determined whether the value is close to 48+nS, and if it is good, a good signal is supplied to the latch section 34.

ラッチ部34はこれをラッチして時間計測部16の計数
動作を停止させ、かつ検波部31の動作を停止させる。
The latch section 34 latches this to stop the counting operation of the time measurement section 16 and also stops the operation of the detection section 31.

さらに時間が経過して、制御8I510が4.5×1 
o10/(f2G )で算出される時間になったことを
検出すると、制御部10はA/D変換部19に信号を送
ってデータを読み取り、このデータから伝搬時間Txを
判別する。そして、このTxが(8)式で示されるTn
以下であれば、この旨を表示部14に表示させる。そう
でなければ、このTxをTxl として記憶する。そし
て、制御信号(Gl、G2)を(1゜0)に設定して出
力する。
After further time has elapsed, control 8I510 indicates 4.5×1
When detecting that the time calculated by o10/(f2G) has arrived, the control section 10 sends a signal to the A/D conversion section 19, reads the data, and determines the propagation time Tx from this data. Then, this Tx is Tn expressed by equation (8)
If it is below, this fact is displayed on the display unit 14. Otherwise, store this Tx as Txl. Then, the control signals (Gl, G2) are set to (1°0) and output.

この設定により、切換回路6は受信素子2を送信回路4
に接続すると同時に送信素子1を受信回路5に接続して
、再びスタートパルスを発生して上記と同様の動作をシ
ステムに生じさせる。
With this setting, the switching circuit 6 switches the receiving element 2 from the transmitting circuit 4.
At the same time, the transmitting element 1 is connected to the receiving circuit 5, and a start pulse is generated again to cause the system to perform the same operation as described above.

この結果から得た伝搬時間TxをTxzとして記憶し、
制御部10はさらに(TXI + ’[’X2 ) /
2の計算を行ってT’xを求め、このT’xを(7)式
のTxとして(7)式の計算をし、障害物の距離Xを算
出する。
The propagation time Tx obtained from this result is stored as Txz,
The control unit 10 further performs (TXI + '['X2) /
2 to find T'x, and using this T'x as Tx in equation (7), calculate equation (7) to calculate the distance X of the obstacle.

そして、予め設定されている距離箱gXt と比較し、
X≦X1という条件になった時に表示部14に表示する
と共に、入出力部(図示せず)を介してホストフンピエ
ータに信号を送る。
Then, compared with the preset distance box gXt,
When the condition of X≦X1 is met, it is displayed on the display unit 14 and a signal is sent to the host computer via an input/output unit (not shown).

なお、制御信号(Gl、G2)を(o、1)にした後に
(例えば送信後1m5)+  (0,O)とすれは、送
信素子1が送受兼用型として動作する。
Note that after the control signals (Gl, G2) are set to (o, 1) (for example, 1 m5 after transmission) + (0, O), the transmitting element 1 operates as a transmitting/receiving type.

次に、第3図に第1図の送信素子1に送信信号を供給し
た時の電極間電圧波形(a)と、この6)の場合の受信
信号である絶対値回路28の出力信号発形(b)と、さ
らに加算部29の出力信号である浮動閾値を加えたST
C信号の波形(d)を示す。また、(c)には送信信号
に対して変調を施さない場合の受信信号波形を示す。
Next, FIG. 3 shows the interelectrode voltage waveform (a) when a transmission signal is supplied to the transmission element 1 of FIG. 1, and the output signal generation of the absolute value circuit 28, which is the received signal in case 6). (b) and the floating threshold value which is the output signal of the adder 29
The waveform (d) of the C signal is shown. Further, (c) shows the received signal waveform when no modulation is applied to the transmitted signal.

なお、図中の(b)と(0)は縦軸(振軸)、横軸(時
間)とも同一スケールであるが、(d)は縦軸のスケー
ルを拡大しており、また(a)は縦軸、横軸ともスケー
ルを拡大しである。
Note that (b) and (0) in the figure have the same scale on the vertical axis (swing axis) and horizontal axis (time), but (d) has the scale of the vertical axis expanded, and (a) The scale is expanded on both the vertical and horizontal axes.

(a)の電極間電圧のパルス幅は約0.48m5であり
て、はぼ0.12m5毎に位相(PSK)変調されてい
る。また、前半の約0.24m5は振幅が大きく、後半
は振幅が小さくなっている。なお、0.12m5の時間
は使用した超音波素子のほぼ立上り時間となっている。
The pulse width of the interelectrode voltage in (a) is about 0.48 m5, and is phase (PSK) modulated every 0.12 m5. Also, the amplitude is large in the first half of about 0.24 m5, and the amplitude is small in the second half. Note that the time of 0.12 m5 is approximately the rise time of the ultrasonic element used.

また、0.48m5の後に若干の減衰振動が見られるか
、これは素子の慣性によるものである。
Also, some damped vibration is observed after 0.48 m5, which is due to the inertia of the element.

(b)の上側は(a)と同一の送信信号であって、下側
は第1図の受信回路5中の絶対値回路28の出力信号、
つまり受信信号を示したものである。
The upper part of (b) is the same transmission signal as in (a), and the lower part is the output signal of the absolute value circuit 28 in the receiving circuit 5 of FIG.
In other words, it shows the received signal.

(Q)は送信回路4中の振幅変調部23と位相変調部7
を取り除いた場合の送信信号と受信信号であって、測定
位置は(b)と同一である。
(Q) represents the amplitude modulation section 23 and phase modulation section 7 in the transmitting circuit 4.
The transmitted and received signals are obtained when . is removed, and the measurement position is the same as in (b).

(b)と(C)を比較すると、送信信号を変調すること
により受信信号のS/N比が向上していることが分かる
Comparing (b) and (C), it can be seen that the S/N ratio of the received signal is improved by modulating the transmitted signal.

なお、位相変調を行うと受信信号の振幅が大きくなり、
振幅変調によりノイズの振幅が減少する傾向にある。
Note that phase modulation increases the amplitude of the received signal,
Amplitude modulation tends to reduce the amplitude of noise.

また、送信信号が位相(PSK)変調しているのにかか
わらず、受信信号にこの変調が現われない理由は超音波
素子が狭帯域であり、またフィルタ26を設けているた
めである。
Further, even though the transmitted signal is phase (PSK) modulated, the reason why this modulation does not appear in the received signal is because the ultrasonic element has a narrow band and the filter 26 is provided.

(d)では縦軸のスクールを拡大して、(b)の受信信
号と浮動閾値を加えたS’I’C(基準)信号を示す。
In (d), the school on the vertical axis is expanded to show the S'I'C (reference) signal obtained by adding the received signal in (b) and the floating threshold.

2つの信号は比較部50によって比較され、受信信号の
レベルが高い部分が波形整形された上で、比較部30か
ら出力される。定常的雑音は浮動閾値方式を導入するこ
とで除去することができる。
The two signals are compared by the comparator 50, and the high-level portion of the received signal is waveform-shaped and output from the comparator 30. Stationary noise can be removed by introducing a floating threshold method.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上発明したように、本発明によれば、送信素子を受信
回路に接続すると同時に受信素子を送信回路に接続する
切換回路と、この切換回路の切換え動作を制御する制御
部と、切換回路によって連続して偶数回だけ切換えた場
合の個々における伝搬時間の相加平均に基いて障害物ま
での距離を算出する計測回路を設けたので、風向に基く
誤差が補正でき、このために測距精度が良好な、上記従
来技術の欠点を除いて一優れた機能の超音波14害物検
知装置を提供することができる。
As invented above, according to the present invention, the switching circuit connects the transmitting element to the receiving circuit and the receiving element to the transmitting circuit at the same time, the control unit controls the switching operation of this switching circuit, and the switching circuit continuously connects the transmitting element to the receiving circuit. Since we have installed a measurement circuit that calculates the distance to the obstacle based on the arithmetic average of the individual propagation times when switching only an even number of times, errors based on wind direction can be corrected, and this improves the distance measurement accuracy. It is possible to provide an ultrasonic 14 harmful object detection device which has excellent functions except for the drawbacks of the above-mentioned prior art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による超音波障害物検知装置の一実施例
をメすブロック図、第2図は本発明に関する送受専用型
の超音波測距の概説図、第3図(a)〜(d)は第1図
における特定箇所の信号波形を示す図である。 1・・・送信素子、2・・・受信素子、3・・・計測回
路、4・・・送信回路、5・・・受信回路、6・・・切
換回路、7・・・位相変調部、8・・・STC信号信号
部生部・・・浮動閾値発生部、10・・・制御部(マイ
コン)、16・・・時間計測部、18・・・気温補正部
、22・・・パルス幅設定部、23・・・振幅変調部、
62・・・パルス幅読取部。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an ultrasonic obstacle detection device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a transmitting/receiving type ultrasonic ranging according to the present invention, and FIGS. d) is a diagram showing a signal waveform at a specific location in FIG. 1; DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Transmitting element, 2... Receiving element, 3... Measuring circuit, 4... Transmitting circuit, 5... Receiving circuit, 6... Switching circuit, 7... Phase modulation section, 8... STC signal signal generation part... floating threshold generation part, 10... control part (microcomputer), 16... time measurement part, 18... temperature correction part, 22... pulse width Setting section, 23...amplitude modulation section,
62...Pulse width reading section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、送信素子と受信素子とを個別に構成し、送信素子が
空気中に放射した超音波パルスが、障害物で反射して受
信素子に到達するまでの伝播時間によって、送信素子と
受信素子から障害物までの距離を測定し、予め定めた距
離内の障害物の有無を検知する超音波障害物検知装置に
おいて、送信回路に接続された送信素子を受信回路に接
続し直すと共に、受信回路に接続された受信素子を送信
回路に接続し直す切換回路を設け、この切換回路に制御
信号を送って接続を切換えさせる制御部を設けると共に
、接続を切換える毎に抽出した伝播時間の連続する偶数
回分を相加平均し、この相加平均した値に基づいて障害
物までの距離を算出する計測回路を設け、風向に基づく
誤差を補正する様に構成したことを特徴とする超音波障
害物検知装置。
1. The transmitting element and the receiving element are configured separately, and the ultrasonic pulse emitted by the transmitting element into the air is transmitted from the transmitting element to the receiving element depending on the propagation time until it is reflected by an obstacle and reaches the receiving element. In an ultrasonic obstacle detection device that measures the distance to an obstacle and detects the presence or absence of an obstacle within a predetermined distance, the transmitting element connected to the transmitting circuit is reconnected to the receiving circuit, and the transmitting element connected to the transmitting circuit is reconnected to the receiving circuit. A switching circuit is provided to reconnect the connected receiving element to the transmitting circuit, and a control section is provided to send a control signal to this switching circuit to switch the connection. An ultrasonic obstacle detection device characterized by comprising a measurement circuit that calculates the distance to the obstacle based on the arithmetic average value, and corrects an error based on wind direction. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000035477A (en) * 1998-07-17 2000-02-02 Denso Corp Driving lane detecting method and driving lane detecting device
CN101900396A (en) * 2009-05-27 2010-12-01 松下电器产业株式会社 Air conditioner
JP2019095219A (en) * 2017-11-17 2019-06-20 国立大学法人金沢大学 Measurement device, mobile body, and method for measurement

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