JPS63249075A - 超音波距離センサ - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を発信してから測定対象物で反射した
超音波を受信するまでに要した時間に基いて距離を検出
する超音波距離センサに関する。

〔従来の技術〕

上記超音波距離センサにあっては、超音波受信器が超音
波の受信に伴って第４図に示す如き波形の入力信号（＾
）を発生することから、この人力信号（Ａ）の電圧が計
測用基準電圧（ａ）に達するまでに超音波発信時から要
した時間（ｔ０）を計測し、この計測時間（ｔ０）と超
音波伝達速度とによって距離が得られるようになってい
る。そして、従来、超音波の減衰の有無にかかわらず前
記計測時間のそのままの値を距離算出に当てられるよう
になっており、次の如き不都合があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

例えば、刈取酸Ｗ１機における刈取り装置の対地高さや
耕耘装置の対値高さの検出に使用した場合、圃場上表面
の硬さ等の性状によっては、あるいは、送信用コーンや
受信用コーンの内部に対する泥付着のために超音波に大
巾な減衰が発生し、検出精度が悪くなることがあった。

本発明の目的は、音波減衰が発生してもこれにかかわら
ず検出が極力精度よくできる超音波距離センサを提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による超音波距離センサの特徴構成は、超音波受
信器の入力信号の電圧が第１基準電圧に達したことを検
出する第１検出手段、前記入力信号の電圧が前記第１基
準電圧より高圧の第２基準電圧に達したことを検出する
非減衰検出手段、超音波を発信してから前記第１検出手
段が検出状態になるまでに要した時間を計測する計測手
段、前記第１検出手段が検出状態になり、かつ、前記非
減衰検出手段が非検出状態であったときに第１補正値を
、かつ、前記第１検出手段及び前記非減衰検出手段が検
出状態になったときに前記第１補正値と異なる第２補正
値を夫々出力する補正値出力手段、前記計測手段による
計測時間と前記補正値出力手段からの前記第１補正値ま
たは前記第２補正値とに基いて検出距離を演算する距離
検出手段を設けてあることにあり、その作用及び効果は
次のとおりである。

〔作　用〕

第４図に示す受信器入力信号（Ａ）は音波減衰がなかっ
たときのものであり、同図に示す受信器入力信号（Ｄ）
は音波減衰があったときのものである。つまり、音波減
衰があると、入力信号（Ｄ）の波形は音波減衰がないと
きの入力信号（Ａ）の波形より巾が狭く、かつ最大電圧
が低いものになり、官記計測時間（ｔ３）が音波減衰が
ない時の官記計測時間（ｔ０）より、波形差で定まるΔ
ｔ３だけ大になる。したがって、計測時間（ｔ０）また
は（ｔ３）の値そのままが検出距離の演算に当てられて
いた従来にあっては、音波減衰があると検出距離が前記
時間差（Δｔｚ）の分だけ実距離より大になっていたの
に対し、本発明によるセンサにあっては、音波減衰があ
ってこれによる入力信号の波形変化に起因する時間増大
が計測手段による計測時間に生じても、減衰がなかった
時のものに等しいまたはこれに極力近いものに検出距離
がなるように、計測時間増大の分が補正される。

すなわち、第１補正値を前記時間差（Δｔｚ）またはこ
の時間差（Δｔｚ）の分に相当する距離として、かつ、
第２補正値を零として夫々予め設定しておく。そして、
第１検出手段及び非減衰検出手段が検出状態になったこ
とを知って音波減衰がなかったと判断され、第１検出手
段が検出状態になり、かつ、非減衰検出手段が非検出状
態であったことを知って音波減衰があったと判断され、
音波減衰がなかったと判断したときには第２補正値が零
であることから、計測手段による計測時間（ｔ０）をそ
のまま距離演算に当てて算出した距離が検出距離とされ
るのである。そして、音波減衰があったと判断したとき
には、計測手段による計測時間（ｔ３）から第１補正値
としての時間差（Δｔ３）を除いた値を距離演算に当て
て、あるいは、計測手段による計測時間（ｔ３）と音波
伝達速度とに基いて算出された距離から第１補正値とし
ての時間差（Δｔｚ）分相光の距離を除いて算出した距
離が検出距離とされるのである。

〔発明の効果〕

音波減衰が生じても、前記補正が行われることから検出
が従来より精度よく行われるようになり、検出対象物の
裏面部性状や送受信用コーンの内部に対する異物付着等
にかかわらず距離検出に伴う自動制御や表示を極力精度
よく行わせ得るものになった。

〔実施例〕 第１図に示すように、超音波発信器（１）を駆動回路（
２）に連係すると共にこの駆動回路（２）から電気パル
ス信号を付与されるに伴い超音波を発生して送信するよ
うに構成し、かつ、超音波受信器（３）を超音波の受信
に伴い電気式の入力信号を発生するように構成すると共
に、超音波受信器（３）からの入力信号がプリアンプ（
４）により増巾されて測定部（５）に送られるように構
成して、刈取穫機における刈取り装置や耕耘機における
耕耘装置の対地高さの表示や自動制御を行わせるための
超音波距離センサを構成しである。すなわち、測定部（
５）が設定時間おきに駆動回路（２）を作動操作して超
音波発信器（１）から超音波を圃場に向けて発信させ、
この発信時から圃場で反射した超音波を超音波受信器（
３）が受信するまでに要した時間に基いて刈取装置や耕
耘装置の対地高さを検出するものである。

第２図に示す超音波受信器（３）の入力信号（Ａ）は超
音波に減衰がなかったときのものであり、入力信号（Ｄ
）または（Ｃ）または（Ｄ）は土表面部の性状や送受信
用コーン内部の異物付着等に起因する音波減衰があった
ときのものである。つまり、音波減衰があったときの入
力信号（Ｂ）　、　（Ｃ）　。

（Ｄ）は音波減衰がなかったときの入力信号（Ａ）より
も巾が狭まく、かつ、最大電圧が低い波形のものになる
。また、減衰があったときの入力信号（Ｂ）または（Ｃ
）または（Ｄ）の最大電圧は減衰度合によって異なる。

このことに鑑み、前記測定部（５）は第１図に示す如く
発信手段（６）、カウント手段（７）、基準電圧発生手
段（８）、第１検出手段（９）、第２検出手段（１０）
、第３検出手段（１１）、非減衰検出手段（１２）、計
測手段（１３）、補正値出力手段（１４）及び距離検出
手段（１５）を有するようにマイクロコンピュータで構
成すると共に、各手段を第３図に示すフローチャートに
基いて作動させ、超音波を発信してから前記入力信号（
＾）または（Ｂ）または（Ｃ）または（Ｄ）の電圧が第
１基準電圧（ａ）に達するまでに要した時間（ｔ０）ま
たは（ｔｌ）または（ｔ２）または（ｔ３）、補正値（
Δｔ０）または（Δｔυまたは（Δｔｚ）または（Δ１
＋）及び超音波伝達速度（ｖ）の夫々に基いて検出距離
を演算する。

すなわち、前記発信手段（６）は予め設定された設定時
間毎に自動的に超音波発信器（１）から超音波を発信さ
せるべき信号を前記駆動回路（２）に付与するように構
成しである。

前記カウント手段（７）は前記発信手段（６）が発信信
号を出力すると自動的に計時作動を開始し、前記第１検
出手段（９）が検出状態になると自動的に計時作動を停
止すると共にリセット作動するように構成しである。

前記基準電圧発生手段（８）は超音波発信の毎に、第１
図に示す如き第１基準電圧（ａ）、第２基準電圧（ｂ）
、第３基準電圧（ｃ）及び第４基準電圧（ｄ）の夫々を
出力するように構成しである。

そして、前記第１基準電圧（ａ）のうちの超音波発信器
の発信直後付近に相当する前半部分よりもこれ以後にお
ける後半部分の方が値が低くなるように、すなわち、超
音波発信器（１）の超音波発信の直後に超音波受信器（
３）が受信して発生する第２図に示す如き入力信号（Ｘ
）に対する検出作動を阻止できるように、第１基準電圧
（ａ）の電圧調節をするように構成しである。さらには
、第１基準電圧（ａ）の後半部分の電圧よりも第２基準
電圧（ｂ）が高圧になり、第２基準電圧（ｂ）よりも第
３基準電圧（ｃ）が高圧になり、第３基準電圧（ｃ）よ
りも第４基準電圧（ｄ）が高圧になる状態に、かつ、前
記入力信号（Ａ）の最大電圧よりも第４基準電圧（ｄ）
が低圧になる状態に電圧設定をするように構成しである
。

前記第１検出手段（９）は前記入力信号（Ａ）または（
Ｂ）または（Ｃ）または（Ｄ）の電圧が第１基準電圧（
ａ）の後半部分に達したことを検出するように構成し、
前記第２検出手段（１０）は前記入力信号（Ａ）または
（Ｂ）または（Ｃ）の電圧が第２基準電圧（ｂ）に達し
たことを検出するように構成しである。前記第３検出手
段（１１）は前記入力信号（Ａ）または（Ｂ）の電圧が
第３基準電圧（ｃ）に達したことを検出するように構成
し、非減衰検出手段（１２）は前記入力信号（Ａ）が第
４基準電圧（ｄ）に達したことを検出するように構成し
である。

前記計測手段（１３）は前記第１検出手段（９）が検出
状態になると、このときまでの前記カウント手段（７）
による計測時間を入力すると共に記憶するように構成し
である。すなわち、超音波を発信してから第１検出手段
（９）が検出状態になるまで要した時間（ｔ０）または
（ｔ３）または（ｔ。

または（ｔ２）または（ｔ３）を計測するようにしであ
る。

第２図に示すように、音波減衰がなかったときの入力信
号（Ａ）と音波減衰があったときの人力信号（Ｂ）また
は（Ｃ）または（Ｄ）との間には第１検出手段（９）に
よる計測時間に前記波形差に起因する差（Δｔ０）また
は（Δ１＋）または（Δｔ３）または（Δｔ３）がある
のであり、また、この時間差は減衰度合いが大になるほ
ど大になるのである。

このことに鑑み、前記補正値出力手段（１４）は、前記
第１検出手段（９）が検出状態になり、かつ、前記第２
及び第３検出手段（１０）、（１１）並びに非減衰検出
手段（１２）のうち少な（とも１つが非検出状態であっ
たときには音波減衰があったと判断すると共に、第２及
び第３検出手段（１０）　、　（１１）並びに非減衰検
出手段（１２）のうちのいずれが非検出状態であるかを
知って音波減衰の度合が大・中・小のいずれであるかを
判断し、減衰度合が小であると判断したときには、第１
補正値として予め設定しである前記入力信号（Ａ）と前
記入力信号（Ｂ）の前記時間差（Δ１＋）を出力するよ
うに、そして、減衰度合が中であると判断したときには
、前記第１補正値（Δ１＋）より大きい値の第２補正値
として予め設定しである前記入力信号（Ａ）と前記入力
信号（Ｃ）の前記時間差（Δｂ）を出力するように、そ
して、減衰度合いが大であると判断したときには、前記
第２補正値（Δｔｚ）より大きい値の第３補正値として
予め設定しである前記入力信号（Ａ）と前記入力信号（
Ｄ）の前記時間差（Δｔ３）を出力するように構成しで
ある。また、前記第１ないし第３検出手段（９）。

（１０）　、　（１１）及び非減衰検出手段（１２）の
いずれもが検出状態になったときには、音波減衰がなか
った判断すると共に前記第１補正値（Δ１＋）より小さ
い値として予め設定しである第４補正値（Δｔ０）を出
力するように構成しである。前記第４補正値（Δｔ０）
は零として設定しである。

前記距離検出手段（１５）は前記計測手段（１３）によ
る計測時間（ｔ０）または（ｔｌ）または（ｔ３）また
は（ｔ３）、前記補正値出力手段（１４）からの第１補
正値（Δ１＋）または第２補正値（ΔＬｘ）または第３
補正値（Δｔ３）または第４補正値（Δｔ０）、及び、
予め設定しである超音波伝達速度（ｖ）の夫々と次の計
算式とに基いて検出距離（Ｍ）を演算するように構成し
である。

検出距離（Ｍ）＝（計測時間（１）−補正値〕×超音波
伝達速度（ｖ） 例えば入力信号（Ａ）の場合： Ｍ　＝　（ｔ６−Δｔ０）　ｊ　ｙ＝＝１．−　ｖ例え
ば入力信号（Ｃ）の場合： Ｍ　＝　（ｔ、−Δｔ２）　・ｖ 〔別実施例〕 上記実施構成の如く第１基準電圧（ａ）の後半部分と第
４基準電圧（ｄ）との間の電圧を有する基準電圧（ｂ）
及び（ｃ）をも出力され、これらも比較用電圧として減
衰度合の判断をするように２個以上の検出手段（９）　
、　（１０）　、　（１１）を設けると、検出がより精
度よくできて有利であるが、第４図に示すように、２つ
の基準電圧（ａ）及び（ｄ）のみが出力され、音波減衰
の有無のみが判断し、音波減衰の度合いによる補正値調
節が行われない状態に構成して実施してもよい。したが
って、前記第４基準電圧（ｄ）を第２基準電圧（ｄ）と
称し、前記第３補正値（Δｔｚ）を第１補正値（Δｔｚ
）と称し前記第４補正値（Δｔ０）を第２補正値（Δｔ
０）と称する。

補正値として所定の計測時間差（Δｔ０）。

（Δ１＋）、　（Δｔｚ）、（Δｔｉ）に相当する距離
を設定しておき、計測時間（ｔ０）　、　Ｑ＋）’、　
（ｔｚ）　、　（ｔ：＋）に相当する距離を演算した後
にこの算出距離から補正値を除いて検出距離を算出する
演算方法が採用されるように構成して実施してもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る超音波距離センサの実施例を示し、
第１図はブロック図、第２図は入力信号と基準電圧の関
係を説明図、第３図はフローチャート、第４図は別実施
センサの入力信号と基準電圧の関係の説明図である。 （３）・・・・・・超音波受信器、（９）・・・・・・
第１検出手段、（１２）・・・・・・非減衰検出手段、
（１３）・・・・・・計測手段、（１４）・・・・・・
補正値出力手段、（１５）・・・・・・距離検出手段、
（ａ）・・・・・・第１基準電圧、（ｄ）・・・・・・
第２基準電圧、（Ａ）　、　（Ｄ）・・・・・・入力信
号、（Δｔ３）・・・・・・第１補正値、（Δｔ０）・
・・・・・第２補正値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波受信器（３）の入力信号（ＡまたはＤ）の電圧が
   第１基準電圧（ａ）に達したことを検出する第１検出手
   段（９）、前記入力信号（ＡまたはＤ）の電圧が前記第
   １基準電圧（ａ）より高圧の第２基準電圧（ｄ）に達し
   たことを検出する非減衰検出手段（１２）、超音波を発
   信してから前記第１検出手段（９）が検出状態になるま
   でに要した時間（ｔ＿０またはｔ＿３）を計測する計測
   手段（１３）、前記第１検出手段（９）が検出状態にな
   り、かつ、前記非減衰検出手段（１２）が非検出状態で
   あったときに第１補正値（Δｔ＿３）を、かつ、前記第
   １検出手段（９）及び前記非減衰検出手段（１２）が検
   出状態になったときに前記第１補正値（Δｔ＿３）と異
   なる第２補正値（Δｔ＿０）を夫々出力する補正値出力
   手段（１４）、前記計測手段（１３）による計測時間（
   ｔ＿０またはｔ＿３）と前記補正値出力手段（１４）か
   らの前記第１補正値（Δｔ＿３）または前記第２補正値
   （Δｔ＿０）とに基いて検出距離を演算する距離検出手
   段（１５）を設けてある超音波距離センサ。