JPS6327777A - 超音波距離計 - 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、超音波を用いて距離をＲ１側する距離計に関
する。

（従来技術） 一般に超音波距離計においては、距離３１本体から送出
された超音波が物体により反射されたときに、その反射
波を検出し、超音波送出がら反射波の受信までの時間差
に基づいて物体までの距離を検出するようにしている。

しかるに、通常は物体表面には凹凸があるから、超音波
が乱反射することになり、多重反射などを生じて正確な
Ｙｆ！離が測定できないことがあり、また物体表面で超
音波が一度反射されると超音波が減衰するから、あまり
大きな距離は測定できないという問題がある。

これに対し例えば特開昭６０−１２５５７９号公報に示
されるごとく、上記問題点を補なうために、被測定物体
に着脱自在に取付けられる中継器とベアで測定する装置
が提案されている。しかしながらこの装置においては、
超音波距離計から発射される中継器への超音波は、超音
波距離計の音の出方が正面方向に絞られて出ているため
、中継器の方向を正確に狙わなければならず、使用操作
が容易でなかった。

また、距離計本体と中継器の組合せからなる装置におい
て、距離計本体単独にて使用するときには、超音波の発
射域を絞らないと、本体と被測定物体との間に隣接して
障害物が存在したような場合、障害物の方を検出して本
来の測定したい物体との距離を正確に測定できないこと
がある。

（発明の目的） 本発明は、上記技術課題に対処するもので、距離計本体
と中継器をベアで距離を計測するときは、音波が広がる
ようにし、距離計本体単独で計測するときは、音波の出
方が絞れるようにし、ベア使用では使用しやすく、かつ
単独使用時には正確な測定ができる超音波距離計を促供
することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、物体に着脱自在に取着される中継器と中継器
とは離間して配設される距離計本体とからなり、距離計
本体は中継器に向かって超音波返送信号を送出する送信
手段と、中継器より返送される超音波返送信号を受信す
る受信手段と、前記返送信号を送出してから前記返送信
号を受信するまでの時間差に基づいて中継器までの距離
を算出する演算手段と、演算手段により算出された距離
を表示する距離表示手段とを栴え、中継器は前記返送信
号を受信する受信手段と、前記返送信号が受信されると
前記返送信号を作成して送出する送信手段とを備えた超
音波距離計において、距離計本体の送受信手段の超音波
の広がりを可変自在とする手段を設けたものである。

この構成により、ベア使用時と距離計本体の単独使用時
とで適宜、超音波の広がりを変更することで、測定がス
ムースかつ正確に行なえる。

〈実施例） まず距離計本体と、中継器を使用して距離を計測する原
理構成について第１図〜第６図により説明する。本超音
波距＊ｔ　ｉ＋は、第１図に示すように、基本的には距
離を測定したい物体３の表面に着脱自在に取着される中
継器２と、中継器２とは離間して配設された距離計本体
１とから構成される。

距離計本体１は、第２図に示すように、超音波パルスで
ある返送信号を間欠的に送出する送信手段１０と、返送
信号に括づいて中継器２から返送される超音波パルスで
ある返送信号を受信する受信手段２０と、送信手段１０
から返送信号が送出されてから返送信号が受信手段２０
で受信されるまでの時間差に基づいて中継器２までの距
離を算出する演算手段３０と、演ｎ手段３０により算出
された距離を表示する距離表示手段４０とを備える。

送信手段１０は、超音波パルスの送信間隔を設定する積
分回路１１および第１の単安定マルチバイブレータ（以
下、単安定マルチと略称する）１２と、第１の単安定マ
ルチ１２の出力の立ち上がりをトリガ信号として超音波
パルスのパルスｌ］に相当するパルスを発生する第２の
単安定マルチ１３と、第２の単安定マルチ１３からパル
スが出力されている期間に超音波パルスの振動数に等し
い周波数の高周波を出力する発振回路１４と、発振回路
１４の出力レベルを超音波振動子を駆動できるレベルま
で増巾するドライバ回路１５と、超音波振動子である送
受波器５とから構成される。

これにより、電源を投入すると積分回路１１が所定の時
定数で電源電圧を入力として積分を開始し、積分回路１
１の出力レベルが第１の単安定マルチ１２の入力の閾値
を超えると、第１の単安定マルチ１２から所定１４間山
のパルスが出力される。

積分回路１１は第１の単安定マルチ１２からパルスが出
力されている期間は積分を続は単安定マルチ１２からの
パルスが立ち下がったときに、その立ち下がりによって
リセットされるようになっている。リセットされた後は
再び積分を開始するから、この動作が続けられ、第１の
単安定マルチ１２から所定の周期でパルスが発生するこ
とになり、このパルスの発生周期が超音波パルスの送信
間隔となる。このパルスは、パルスの立ち上がりを検出
して第１の単安定マルチ１２から出力されたパルスより
も十分に短い時間中のパルスを出力する第２の単安定マ
ルチ１３に入力される。

発振回路１４は第２の単安定マルチ１３の出力バル、ス
が送出されている期間にのみ発振出力が得られるように
なっており、したがって、発振回路１４の出力として第
１の単安定マルチ１２の出力パルスに対応した時間間隔
で且つ第２の単安定マルチ１３の出力パルスに対応した
時間巾の高周波パルスが得られる。この高周波パルスの
レベルをドライバ回路１５を介して超音波振動子の駆動
レベルまで引き上げてから送受波器５に印加することに
より、送受波器５から高周波パルスに対応した超音波パ
ルスが送出される。ドライバ回路１５、発振回路１４に
設けられた切替スイッチＳＷ１については後で説明する
。

受信手段２０は、送受波器５と、送受波器５により受信
された受信信号を増巾する増巾回路２１と、増幅回路２
１の出力のうち所定の周波数成分の信号のみを通過させ
る同調増巾回路Ａ２２、同回路８２２′と、同調増巾回
路２２または２２−の出力から高周波成分を除いた包絡
線成分のみを取り出す検波回路２３と、検波回路２３の
出力レベルが所定レベル以上で且つ所定の受信可能期間
内に得られたものであるときに検知信号を出力する判定
回路２４と、第１の単安定マルチ１２の出力に基づいて
判定回路２４の受信可能期間を設定するゲート設定回路
２５とから構成される。ゲート設定回路２５は第１の単
安定マルチ１２の出力に基づいてその立ち上がりから所
定時間遅れて立ち上がり所定時間巾を有したパルスを発
生し、このパルスの出力されている期間が受信可能期間
となり、この期間に反射波が受信されたときにのみ距離
の測定が可能となる。

演算手段３０はカウンタなどで構成された演算回路３１
よりなるものであって、判定回路２４の出力と第２の単
安定マルチ１３の出力とが入力され、第２の単安定マル
チ１３の出力の立ち上がりから判定回路２４より出力さ
れる受信検知信号の立ち上がりまでの時間を計測すると
ともに、その時間差に対応した距離を算出する。すなわ
ち、外気温を摂氏Ｔｈ度とすると、音速ＶＳは（３３１
＋０．６Ｔｈ）で表わされるから、超音波パルスが送信
手段１０より送出されてから受信手段２０で受信される
までの時間をＴｍとすれば、そのときの距！１ｉＤｓは
、 Ｔｍ Ｄｓ　＝　（３３１＋Ｑ、６Ｔｈ）ｘ　−として演算さ
れる。

この演忰回路３１の出力は距離表示手段４０である距離
表示回路４１に入力され、演算回路３１での演算結果が
表示される。なお、外気温についての補正を行なうには
、外気温を測定する温度測定手段を適宜設け、温度測定
手段の出力に基づいて上式の演算を行なえばよい。

一方、中継器２は距離計本体１より送出された返送信号
を受信する受信手段５０と、返送信号が受信されると距
離計本体１に向かって返送信号を送出する送信手段６０
とを備える。

受信手段５０は、超音波振動子である送受波器６と、送
受波器６により受信された受信信号を増巾する増巾回路
５１と、増幅回路５１の出力のうち所定の周波数成分の
信号のみを通過させる同調増巾回路５２と、同調増巾回
路５２の出力から高周波成分を除いた包絡線成分のみを
取り出す検波回路５３と、検波回路５３の出力レベルが
所定レベル以上で且つ所定の受信禁止期間外に得られた
ものであるときに受信信号を通過させる判定回路５４と
、後述する送信手段６０の第１の単安定マルチ６２の出
力に基づいて判定回路５４の受信禁止期間を設定するゲ
ート設定回路５５と、判定回路５４を通過した受信信号
のパルス巾が所定時間。

中以上であるときに検知信号を出力するパルス巾判定回
路５６とから構成される。ゲート設定回路５５は第１の
単安定マルチ６２の出力に基づいて少なくとも第１の単
安定マルチ６２の出力が立ち上がっている期間において
受信信号が判定回路５４を通過するのを禁止する所定時
間巾のパルスを発生し、このゲート設定回路５５からパ
ルスが出力されている期間が受信禁止期間となる。

送信手段６０は、パルス巾判定回路５６の出力により開
閉制御されその出力の波形整形をするスイッチング回路
６１と、スイッチング回路６１の出力の立ち上がりをト
リガ信号として所定時間巾のパルスを発生する単安定マ
ルチ６２と、単安定マルチ６２からパルスが出力されて
いる期間に超音波パルスの振動数に等しい周波数の高周
波を出力する発掘回路６３と、発掘回路６３の出力レベ
ルを超音波振動子を駆動できるレベルまで引き上げるド
ライバ回路６４と、超音波振動子である送受波器６とか
ら構成される。ここで発振回路６３の出力周波数は距離
計本体１の発振回路１４の出力周波数と同周波数に設定
されている。

しかして、距離計本体１より送信された返送信号が受信
手段５０により受信されパルス巾判定回路５６から検知
信号が出力されると、単安定マルチ６２にトリガ信号が
入力され、単安定マルチ６２から短い時間巾のパルスが
出力される。発掘回路６３は単安定マルチ６２の出力パ
ルスが送出されている期間にのみ発振出力が得られるよ
うになっているから、発成回路６３の出力としては、返
送信号が受信された直後に単安定マルチ６２の出力パル
スに対応した時間巾の高周波パルスが得られる。この高
周波パルスをドライバ回路６４を介して送受波器６に印
加することにより、送受波器６から高周波パルスに対応
した超音波パルスである返送信号が送出される。返送信
号が出力されている期間においては、ゲート設定回路５
５から出力パルスが送出されているから、この期間は受
信禁止１１１１間となり、送信手段６０から受信手段５
０への回り込みが防止され、中継器２が自己発振するこ
とはない。

第３図および第４図に示すように、距離計本体１のハウ
ジング７０は箱状であって、その前面には強い指向性を
付与するためのホーン７１を取り付けた送受波器５と、
電源スィッチ７６のスイッチハンドル７２がｇＱ　ｔｔ
られ、またハウジング７０の側面には距離表示回路４１
に接続された発光ダイオードなどでなる表示各７３が設
けられている。

ハウジング７０内には上記回路を実装したプリント基板
７４や電源となる電池７５などが装備されている。

第５図および第６図に示すように、中継器２のハウジン
グ８０は、前後に薄い薄箱状であって、その前面に強い
指向性を付与するためのホーン８１を取り付けた送受波
器６と、電源スィッチ８６のスイッチハンドル８２とが
設けられている。ハウジング８０内部には上記回路を実
装したプリント基板８３と電源となる電池８４などか装
（（晶されている。ハウジング８０の後面には磁石など
の適宜取付手段８５が設けられ、中継器２は距離を測定
するための対象物体３に着脱自在に取着される。

次に、第７図により動作を説明する。第７図において、
８１〜Ｓｔｏは第２図中の対応する記号で示した部分の
信号を示す。まず、電源を投入すると、第７図（ａ）に
示すように、積分回路１１の出力レベルが次第に増加し
て第１の単安定マルチ１２の入力レベルのｇＡＩｉ！Ｉ
レベルを超えると第１の単安定マルチ１２にトリガがか
かり、第７図（ｂ）のように比較的長いｖ１問中のパル
スが出力される。

積分回路１１はこのパルスの立ら下がりによりリセット
され、再び出力レベルが増加するから。所定の周期でパ
ルスが送出されることになる。つまり、積分回路１１と
第１の単安定マルチ１２とにより無安定マルチバイブレ
ータを構成している。

第２の単安定マルチ１３は第１の単安定マルチ１２の出
力の立ら上がりをトリガ信号とし、第７図（Ｃ）のよう
に比較的短い時間巾のパルスを出力する。つまり、第１
の単安定マルチ１２から出力されるパルスの繰り返し周
１！１１で第２の単安定マルチ１３から知い時間１１】
のパルスが出力されることになる。このパルスが出力さ
れている期間に発振回路１４から高周波が出力される。

すなわら、−定周期で間欠的に高周波パルスが得られる
。第７図（ｄ）のようにこの高周波パルスはドライバ回
路１５によりレベルが引き上げられた後、送受波′ＦＡ
５によって電音波パルスに変換されて放出される。以上
のようにして間欠的に発生する超音波パルスが得られ、
これが返送信号として送出される。

このようにして送信手段１０から出力された返送信号は
中継へ２の送受波器６により受信され、増巾回路５１で
増巾され同調増巾回路５２で不要周波数成分が除去され
た後に検波回路５３で検波され、第７図（ｆ）に示すよ
うに、受信信号の包絡線成分が抽出される。検波回路５
３の出力信号が判定回路５４で設定された所定の参照値
Ｖ　ｒｅｆを超えると、判定回路５４を通過し、このパ
ルス巾が所定値以上であると、パルス巾判定回路５６よ
り出力される検知信号に基づいてスイッチング回路６１
が開放され、その立ち上がりが単安定マルチ６２のトリ
ガ信号となり、所定時間巾のパルスが出力される。この
パルスが出力されている期間において発振回路６３から
発振出力が得られ、この発振出力がドライバ回路６４を
介して送受波器６に印加されることによりｍＭ波パルス
に変換されて放出される。このようにして中継器２では
、返送信号が受信されると返送信号としての超音波パル
スを送出する。

中！！器２より返送された返送信号は、距離計本体１の
送受波器５によって受信され、増巾回路２１で増巾され
た襖に同調増巾回路２２で不要周波数成分が除去されて
第７図（ｉ）のような信号が得られる。この信号は検波
回路２３で検波され、判定回路２４に入力される。判定
回路２４には、第７図（ｅ）に示すように、受信可能期
間Ｔ２を設定するパルスがゲート設定回路２５から入力
されており、検波回路２３の出力レベルが所定レベル以
上で且つそのレベルに達したときが受信可能期間中であ
れば、検知信号を出力する。ここでゲート設定回路２５
から出力されるパルスは、第１の単安定マルチ１２の出
力が立も上がってから所定時間Ｔ０ｎ延して立ち上がる
ものであり、その遅延時間Ｔ１およびパルス巾Ｔ２によ
り測定距離の限界が設定される。判定回路２４から第７
図（」）のような検知信号が得られると、演算回路３１
では第２の単安定マルチ１３の出力の立ち上がりと、検
知信号の立ち上がりとの時間差Ｔｍに基づいて上述した
ような演算を行ない、中継器２までの距ｍｏｓを締出し
、この算出された距離は距離表示回路４１に入力され、
表示器７３に表示される。

次に、本発明の特徴とする距Ｎ１計本体１の送受信手段
１０．２０の超音波の広がりを可変自在とする手段の具
体構成および作用を説明する。

第８図は第１実施例の要部構成を示し、第２図と対応す
る部分には同番号を符している。本実施例では、超音波
の広がりを可変自在とする手段として、送受波器５に印
加する馴初電圧の値または周波数を変更し得る構成を有
し、具体的には、ドライバ回路１５の出力コイルと発振
回路１４の発振コイルの各々の一部を短絡し得る連動し
た単独−ペア切替のスイッチＳＷ１を設けている。

このスイッチＳＷ１をペア使用時には間き、単独使用時
には閉じることにより、ベア使用時の方が送受波器５に
高い電圧を印加することができ、発射する音波の強度を
高めている。また、本実施例では、周波数も同時に変わ
る構成となっている。

これにより、距離計本体（親１）の単独使用時における
距離計本体が発する超音波の周波数と、距離計本体と中
継器（子Ｉｆｆ）とのペア使用時における両者が発する
超音波の周波数とが、スイッチＳＷ１の閉と開状態によ
り異なることから、両便用時の区別が明確となる。

なお、単独使用とペア使用とで、周波数が異なるが、単
独使用時には距離計本体１側の同調増１１１回路Ａ２２
が作動し、ペア使用時には距離計本体１の同調増巾回路
８２２′と中継器２の同調増巾回路Ｂ５２が自動的に選
択され作動するようになっている。

第９図は第２実施例を示す。この実施例では超音波の広
がりを可変自在とする手段として、距離針本体１の受信
手段２０における増巾回路２１の増巾率を変更し得る単
独−ペア切替のスイッチＳＷ２を設けている。また、こ
の実施例では上記スイッチＳＷ２と連動して発振回路１
４の発成周波数を変更し得るスイッチをも備えている。

このスイッチＳ　Ｗ　２にてペア使用時に増巾器２１の
増巾率を高め、受信能力を高めている。

第１０図は第３実施例を示す。この実施例では、超音波
の広がりを可変自在とする手段として、距離計本体１の
ハウジング７０に取付けたホーン７１を、ペア使用時と
単独使用時とで、広がりに差のあるものに交換あるいは
脱着し得るようにしている。すなわち、単独用ホーンは
ペア用ホーンに比べ指向性を高めるため音の広がりを狭
く絞り込み得る径寸法φ、長さＱが設定されたものとし
、これらの根本外周にネジを切っており、これらを適宜
、ハウジング７０に螺着して取付けるようにしている。

ホーンの着脱のみでも、つまりホーンを外せば超音波が
広がり、ホーンを取付ければ超音波を絞り込むことがで
きる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、距離計本体の単独使用と
、中継器とのペア使用とで、距離計本体の送受波手段の
超音波の広がりを可変することができ、したがって、単
独使用時には超音波の出方を絞り込むことにより、周辺
部の障害物の影響を受けることをなくし、目的物までの
距離を正確に計測することができるとともに、ペア使用
時には超音波の出方を広げることにより、中継器と本体
からの超音波の発射方向とが多少ずれたとしても、計測
することができ使い易くなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波距離計の基本的構成を示す斜視
図、第２図は同基本構成の回路ブロック図、第３図は距
離計本体の斜視図、第４図はその断面図、第５図は中継
器の斜視図、第６図はその断面図、第７図はその作用を
説明するための波形図、第８図は本発明の第１の具体例
の要部構成図、第９図は第２の具体例の要部構成図、第
１０図は第３の具体例の要部断面図である。 １・・・距離計本体、２・・・中継器、３・・・測定し
たい物体、５・・・送受波器、１０・・・送信手段、１
４・・・発振回路、１５・・・ドライバ回路、２０・・
・受信手段、２１・・・増巾回路、３０・・・演算手段
、４０・・・距離表示手段、５０・・・受信手段、６０
・・・送信手段、７１・・・ホーン、ＳＷ＋　、ＳＷ２
・・・切替スイッチ。 特許出願人　　　　　　松下電工株式会社代　理　人　
　　　　　弁理士　小谷悦司同　　　　　　　　弁理士
　長目１　正向　　　　　　　　弁理士　板谷康夫 第４！ 芙５コ　　　　　　　　　　　　笑６マヌ７、Ｌ 第８図 壇や回蒔２１ 第１０図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．　物体に着脱自在に取着される中継器と中継器とは
   離間して配設される距離計本体とからなり、距離計本体
   は中継器に向かつて超音波伝送信号を送出する送信手段
   と、中継器より返送される超音波返送信号を受信する受
   信手段と、前記伝送信号を送出してから前記返送信号を
   受信するまでの時間差に基づいて中継器までの距離を算
   出する演算手段と、演算手段により算出された距離を表
   示する距離表示手段とを備え、中継器は前記伝送信号を
   受信する受信手段と、前記伝送信号が受信されると前記
   返送信号を作成して送出する送信手段とを備えた超音波
   距離計において、距離計本体の送受信手段の超音波の広
   がりを可変自在とする手段を設けたことを特徴とする超
   音波距離計。
2. ２．　距離計本体の送信手段に印加する駆動電圧値また
   は周波数を変更し得る構成としたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波距離計。
3. ３．　距離計本体の受信手段の回路の増巾率を変更し得
   る構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波距離計。
4. ４．　可変自在とする手段が、距離計本体の送受波手段
   のホーンを脱着あるいは、広がりに差のあるホーンに交
   換自在としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波距離計。