JPS6345576A - 超音波による距離測定方法およびその装置 - 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、超音波による距離測定方法およびその装置に
係り、とくに周波数変調法を用いた超音波による距離測
定方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、超音波を用いた距離測定の手法としては、時
間差法８周波数変調（ＦＭ）法等、種々のものが知られ
ている。

この内、周波数変調法にあっては、周波数が一定掃引期
間において時間に対し直線的に変化する超音波を断続的
に対象物体等に送波し、これによる反射波を受波すると
ともに、送信波と受信波とのビードをとるという構成の
もの（以下、これをｒＦＭバースト法」という）が有効
となっている。

そして、このＦＭバースト法では、ビード信号の周波数
が被４υｊ定距離に略比例するという原理に基づいて、
超音波信号を送波する毎に距離演算を行っている。この
ため、対象物体との間の多重反射波等によるノイズ混入
を減少せしめ高精度な計測を行い得るようになっている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述した従来技術において、遠距離まで測定
できるよう計測レンジを拡大するには、送波するＦＭバ
ースト波の周波数変調レンジをその分大きく設定する必
要がある。

しかしながら、電気信号と超音波信号との相互変換を担
う超音波振動子等にあっては、実際的には、使用可能な
周波数レンジにも帯域特性による一定の限界があり、そ
れほど広帯域のものが得られないことから、測定できる
距離にも一定の制約が生じ、これがため計測レンジの遠
距離化が困難であるという問題点があった。

一方、上述の計測レンジ遠距離化のためには、ビードを
とるためのＦＭ波を繰返し出力して行う手法が容易に想
定される。しかし、この手法では、ビードをとるための
ＦＭ波相互間が不連続となり、安定したビード波が得ら
れない計測不安定領域が存在するため、計測が断続的と
なり、計測不能な距離レンジが存在するという不都合が
あった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来技術の有する問題点に鑑みなされ
たもので、ＦＭバースト法による計測レンジの拡大を図
り、より遠距離まで連続的に、しかも一定した測定精度
で測定することのできる超音波による距離測定方法およ
びその装置を提供することを、その目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明では、異なる掃引時間を有し周波数変化
率が同一の周波数変調が各々施されてなる複数の鋸歯状
ＦＭ波を各探知毎に交互に出力可能とするとともに、当
該鋸歯状ＦＭ波の掃引回数を各探知毎に各別に増加させ
ながら出力可能とし、各探知毎に、前記鋸歯状ＦＭ波を
発生せしめるとともに該鋸歯状ＦＭ波の一部を送波用Ｆ
Ｍ波として発生せしめた後、前記送波用ＦＭ波に付勢さ
れこれに対応した超音波信号を対象物体との間で送受せ
しめ、これによって受波した超音波信号に対応する受信
ＦＭ波を形成し、この後、前記受信ＦＭ波の受信タイミ
ングが、前記鋸歯状ＦＭ波の最終掃引波に対する計測安
定領域であり且つ前回探知の計測不安定領域をカバーす
る所定の計測範囲内にあるか否かを判断し、しかる後、
前記受信ＦＭ波の受信タイミングが所定の計測範囲にあ
る場合には、前記鋸歯状ＦＭ波と受信ＦＭ波とによるビ
ード信号を形成し、該ビード信号の有する距離情報及び
計測用ＦＭ波の掃引回数情報に基づいて前記対象物体ま
での距離を演算するとともに、前記受信ＦＭ波の受信タ
イミングが所定の計測範囲内にない場合には、他方の鋸
歯状ＦＭ波を再び発生せしめ、かかる距離探知動作を必
要に応じて所定回数繰り返す等の手法を採用し、これに
よって前記目的を達成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第７図に基づい
て説明する。

第１図において、２はシステム全体の基準となるクロッ
クパルスを出力するクロック発生器を示し、４は周波数
変調が施された鋸歯状ＦＭ波と送波用ＦＭ波（いづれも
電気信号）を出力するＦＭ波発生部を示す。このＦＭ波
発生部４の出力側には、該ＦＭ波発生部４の出力する送
波用ＦＭ波に付勢されて対象物体６との間の超音波（Ｉ
Ｋ号の送受を担う送受信機構８と、該ＦＭ波発生部４の
出力する鋸歯状ＦＭ波の内、その出力毎に、距離計測を
担う範囲（以下、これを「計測範囲」という）のＦＭ波
のみを通過せしめる計測用ゲート部１０とが並設されて
いる。

また、前記送受信機構８と計測用ゲート部１０との出力
段には、各々から出力される信号情報としてのＦＭ波に
基づいて当該送受信機構８と対象物体６との間の距離（
以下、これを「被測定距離」という）を演算するデータ
処理部１４が設けられている。送受信機構８に対しては
、更に、該送受信機構８から超音波信号が放射されてか
ら再び該機構８によってその反射波が受波され、それが
終了するまでの時刻（以下、これを「受波終了時刻」と
いう）に基づいて当該受信が前記計測範囲内でなされた
か否かを判断する受信状況判断部１８が装備されている
。更に、この受信状況判断部１８の判断情報いかんによ
って、前記データ処理部１４に距離演算を行わせ、又は
、後述するように前記ＦＭ波発生部４．送受信機構８．
および計測用ゲート部１０を制御し引き続いて次回の距
離探知動作を行わせる探知制御部２０が装備されている
。

更に、上記探知制御部２０が距離演算を指令した場合に
は、前記ＦＭ波発生部４に所定間隔を置いて次回の測定
動作開始を指令する測定タイミング制御部２２が図示の
如く設けられている。また、２４はデータ処理部１４に
よって演算された距離データを表示する表示部を示す。

次に、上記各構成について更に詳述する。

前記ＦＭ波発生部４は、鋸歯状のランプ電圧を発生する
ランプ電圧発生器２６と、このランプ電圧発生器２６の
出力電圧に付勢されてＦＭ波を形成し出力する周波数変
調器２８と、この周波数変調器２８の出力の通過時間を
制御する送波用ゲート手段３０とを存し、更に、上記ラ
ンプ電圧発生器２６に対して作用する掃引中設定手段３
２と、掃引回数設定手段３４とを０１ｕえて構成されて
いる。

この内、掃引回数設定手段３４は、前記クロック発生器
２から出力されるクロックパルスＰＣＫ（例えば第４図
（１）参照）を計数しつつ前記探知制御部２０および測
定タイミング制御部２２がらの所定の指令信号によって
制御され、所定間隔の方形波状の掃引周期パルスＰｓｓ
（例えば同図（３）参照）を出力するタイミング制御器
３６と、このｔｌ？’引周期パルスｐｓｓと前記クロッ
クパルスｐｃｘとの論理積を演算し所定のカウント用パ
ルスＰｃｔ（例えば同図（４）参照）を出力するＡＮＤ
ゲーＩ・３８とにより構成されている。

また、前記ランプ電圧発生器２６は、上記Ａ　ＮＤゲー
ト３８から出力されるカウント用パルスｐｃｔを計数す
るカウンタ４０と、このカウンタ４０の出力を逐−Ｄ／
Ａ変換するＤ／Ａ変換器４２とにより構成されている。

この内、上記Ｄ／Ａ変換器４２は、ここでは、１４ビツ
ト又はそれ以上のビット数で構成されており、Ｄ／八へ
換されたランプ電圧Ｃ（例えば同図（５）参照）は極め
て良好な直線性を有している。

また、前記周波数変調器２８は、本実施例では、電圧制
御発振器により構成されており、入力するランプ電圧ｅ
に付勢され前記掃引周期パルスｐｓｓの立上がり時間の
間に直線的に増加する鋸歯状ＦＭ波Ｆ　（Ｆ、又はＦ２
　：例えば同図（６）参照）を出力する機能を有してい
る。ここで、鋸歯状ＦＭ波Ｆは、直線的に減少せしめる
波形としてもよい。

更に、前記掃引中設定手段３２は、予め数値設定が可能
なプリセット回路４４を有し、このプリセット回路４４
の出力と前記カウンタ４０のカウンタ出力とを逐一比較
し両者が同一になると論理Ｈレベルの信号を出力するデ
ータ比較器４６と、このデータ比較器４６の出力と前記
探知制御部２０から出力される波形選択パルスＰｓｔ（
例えば同図（２）参照）との論理積を演算し、その結果
を前記カウンタ４０のクリア入力端子に出力するＡＮＤ
ゲート４８とにより構成されている。

ここにおいて、波形選択パルスＰ！Ｌが、論理Ｌレベル
の場合には前記ランプ電圧発生器２６に掃引時間がＴ。

ｌである第１のランプ波ｅ、（例えば第４図（５）参照
）を出力せしめ、一方、論理Ｈレベルの場合には掃引時
間Ｔｏｚ　（Ｔｏｗ＜　ｒｏｍ）の第２のランプ波ｅｚ
　　（例えば第６図（５）参照）を出力せしめるように
成っている。具体的には、前記カウンタ４０の各ビット
が全てｒＯＪ　　（＝ＯＯ・・・・・・００）から全て
ｒｌＪ（＝１１・・・・・・１１）までをカウントした
場合を上記第１のランプ波６．（掃引時間Ｔ０．）とす
る。そうすると、第２のランプ波ｅｘ　　（掃引時間Ｔ
。りの場合には、前記プリセット回路４４を例えばｒＬ
ｌｏｏ・・・・・・００」にプリセットしておけばよい
。即ち、カウンタ４０の出力がｒｌｌｏｏ・・・・・・
００」に達するとＡＮＤゲート４８から論理Ｈレベルの
クリア信号が出力され計数値がクリアされて、掃引時間
のより短い第２のランプ波ｅ２となる。このため、本実
施例では結局、第１．第２のランプ波ｅ１＋　　Ｃ２に
付勢され掃引時間の異なる第１．第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ
、、Ｆ！が必要に応じて周波数変調器２８から所定掃引
回数で出力可能になっている。

更に、前記送波器ゲート手段３０は、前記送受信機構８
によって送波される超音波信号の掃引時間を制限するも
のであり、前記クロックパルスＰｅ１ｔを計数しつつ前
記探知制御部２００制ｉｎｌのちとに送信時間設定用の
タイミングパルスＴＧＩ（第４図ないし第６図の（７）
参照）を出力するタイミング制御器５０と、このタイミ
ングパルスＴＯ１に制御され該パルスＴＧＩの立上がり
時間Ｔ０（Ｔｏ　＜　Ｔｏｗ＜　Ｔｏｍ）に対応した時
間だけゲート開放を行うゲート回路５２とにより構成さ
れている。このゲート回路５２は前記周波数変調器２８
と送受信機構８との間に介挿されている。従って、送波
器ゲート手段３０は、人力する鋸歯状ＦＭ波Ｆｌ、Ｆｚ
Ｏ内、その立上がり時刻からＴ０時間後の時刻ｔ０まで
を通過せしめ、これを送波用ＦＭ波Ｆ、として送受信機
構８に出力する（第４図ないし第６図の（８）参照）。

一方、前記送受信機構８は、送、受信器５４゜５６と、
送、受渡器５８Ａ、５８Ｂを有する超音波送受信部５８
とにより構成されている。このため、入力する前記送波
用ＦＭ波Ｆ、は、送信器５４により増幅され、送波器５
８Ａに出力される。

送、受波器５８Ａ、５８Ｂは超音波信号と電気信号とを
相互に変換するために超音波振動子を有している。そし
て、送波器５８Ａは、入力した電気信号、即ち送波用Ｆ
Ｍ波Ｆ、を対応する超音波信号に変換しこれを被測定距
離したけ離れて位置する対象物体６に向かって送波せし
める。また、対象物体６によって反射された超音波信号
は受波器５８Ｂによって受波され再び対応した電気信号
。

即ちＦＭ波に戻される。このＦＭ波は受信器５６によっ
て増幅され受信ＦＭ波Ｆ８となり（例えば第４図卸参照
）、前記データ処理部１４と受信状況判断部１８とに出
力される。

一方、前記計測用ゲート部１０は、前記ＦＭ波発生部４
とデータ処理部１４との間に介挿されたゲート回路５９
と、このゲート回路５９の開閉を制御するタイミング制
御器６０とにより構成されている。この内、タイミング
制′４１１器６０は、前記クロックパルスＰ。えを計数
しつつ前記受信状況判断部１８の制御のちとに、各探知
毎に、前記計測範囲に対応したタイミングパルスＴＧ２
（例えば第４図（９）参照）をゲート回路５９に出力す
る機能を有する。

上記タイミングパルスＴＧ２の立上がり時間Ｔ８は、各
探知毎に、前記鋸歯状ＦＭ波Ｆｔ又はＦ２の内の最終波
のみを通過せしめ、且つ最大値付近の予め設定された計
測不安定領域Ｐ（例えば第４図（６）参照）を外し計測
安定領域Ｑとなるように設定されている。この計測不安
定領域Ｐはデータ処理部１４において安定なビード信号
が得られない領域である。このため、タイミングパルス
ＴＧ２の立上がり時間ＴＫ、即ち計測安定領域Ｑを前述
した「計測範囲」とし、この間のＦＭ波のみが通過して
ビード用ＦＭ波Ｆｇ　　（例えば第４図０ω参照）とな
る。

更に、前記データ処理部１４は、前記送受信機構８と計
測用ゲート部１０とから出力されるＦＭ波Ｆ、、Ｆ、の
ビードをとる混合器６１と、この混合器６１から出力さ
れるビード信号ＳＲ，（例えば第４図Ｕ参照）のうち所
定のｎｌ？ｉ１Ｍ（ｎ＝１゜２．３．・・・・・・）を
検出しこれに対応したｎ周期パルスＰ。（例えば第４図
０３）参照）を出力するｎ周期パルス検出手段６２とを
備えている。更に、当該データ処理部１４は、上記ｎ周
期パルスＰ０と前記クロックパルスＰＣＫとの論理積を
とるＡ　Ｎ　Ｄゲート６４と、このＡＮＤゲート６４の
出力パルスＰＬを計数するカウンタ６６と、このカウン
タ６６の計数値に基づいて必要に応じて前記ビード信号
Ｓ８の周波数Δｆを演算するビード周波数演算手段６８
と、このビード周波数演算手段６８の演算値に基づいて
前記被測定路１ｉｉ１１Ｌを演算する距離演算手段７０
とを装備して構成されている。

この内、ｎ周期パルス検出手段６２は、電圧比較器７２
と、ビード信号ＳＩｌに対するｎ周期検知器７４とによ
り構成されている。そして、電圧比較器７２の基準入力
端には、比較的低レヘルのノイズ混入を阻止するため、
しきい値電圧Ｖ１が印加され、比較入力端にはビード信
号Ｓ、が印加されるようになっている。また、電圧比較
器７２のイネーブル制御信号は、後述するように受信状
況判断部１８において形成され印加されるようになって
いる。

このため、しきい値電圧■、を越えた安定なビード信号
Ｓ、のみが抽出され次段のｎ周期検知器７４に出力され
る。このｎ周期検知器７４ば図示しないコンパレータ、
ゲート回路、カウンタ、フリツプフロツプ等により構成
され、ビード信号Ｓ、の所定のｎ周期に対応するｎ周期
パルスＰｎ（例えば第４図０ω参照）を出力するように
なっている。このｎ周期パルスＰｆｉの立上がり時間Ｔ
ｎの逆数値は、結局、被測定距離りの値に略比例するも
のである。このため、データ処理部１４では、当該パル
スＰ７の立上がり時間をクロックパルスＰＣＫＯ数で計
数しく例えば同図Ｑ４）参照）、−変時間の逆数である
周波数を演算し、この周波数から距離を演算する。これ
によって計測レスポンスを向上させている。

一方、前記受信状況判断部１８は、電圧比較器７６、単
安定マルチバイブレータ７８．ＡＮＤゲート８０．カウ
ンタ８２．受波終了時刻演算手段８４、計測範囲記憶手
段８６．及び判定手段８８により図示の如く配設され構
成されている。この内、単安定マルチバイブレーク７８
の出力は上記ＡＮＤゲート８０のＬ能動入力端子及び前
記ｎ周期パルス検出手段６２の電圧比較器７２のイネー
ブル端子に至る。また、ＡＮＤゲート８０の一方のＨ能
動入力端子には前記クロックパルスＰＣＫが印加される
ようになっている。また、上記電圧比較器７６の比較入
力端には前記送受信機構８から出力される受信ＦＭ波Ｆ
、が、基準入力端には受信ノイズによって生ずる誤動作
を防止するため、比較的高レベルのしきい値電圧■２が
印加されている。

また、前記計測範囲記憶手段８６は、各探知毎の計測範
囲に対応する計測範囲信号を予め記憶するとともに各探
知毎にこれを出力する機能を有し、判定手段８８は、こ
の計測範囲信号と前記受波終了時刻とを比較判断する機
能を有する。ま１こ、本実施例では、判定手段８８は、
必要に応じて前記距離演算手段７０に、現在何回目の探
知動作を行っているかの情報を出力する。更に、上記計
測範囲信号は、前記計測用ゲート部１０のタイミング制
御器６０の制御にも付されるようになっている。

このため、受信ＦＭ波ＦＲがしきい値電圧■２を越える
と電圧比較器７６の出力が次段の単安定マルチバイブレ
ーク７８を駆動する。これによって、該パイブレーク７
８はそれまでの論理Ｌレベルから所定期間だけ論理Ｈレ
ベルに立上がる。従って、前記ｎ周期パルス検出手段６
２がマルチバイブレーク７８の駆動期間、即ち予め設定
された必要最小限の期間だけ作動状態に入ることができ
、極力ノイズ等の影響を受けないようになっている。

同時に、ＡＮＤゲート８０は、マルチバイブレータ７８
の駆動に伴って、送波時刻から超音波信号ＡＩの受波が
開始されるまでの時刻（以下、これを「受渡開始時刻」
という）までクロックパルスＰＣＫを次段のカウンタ８
２へ出力していたのを、禁止せしめる（例えば第４図α
つ参照）。つまり、単安定マルチバイブレーク７８の立
上がりによっておよその受波開始時刻１Ｒが定められ、
カウンタ８２は受波するまでの時間に対応したクロック
パルスｐｃｘの計数値を受波終了時刻演算手段８４に出
力する。該手段８４ではこの計数値に基づいて受波終了
時刻ｔＲ′を演算し、これを次段の判定手段８８に出力
するようになっている。

更に、前記探知制御部２０は、前記判定手段８８からの
指令に恭づいて、前記ＦＭ波発生部４及び送受信機構８
を制御する探知指令手段９０と、前記データ処理部１４
に距離演算を指令する演算指令手段９２とにより構成さ
れている。具体的には、探知指令手段９０が前記ＦＭ波
発生部４のタイミング制御器３６．５０及びＡＮＤゲー
ト４８を予め定められた手順に基づいて動作せしめるよ
うになっている。また、演算指令手段９２はデータ処理
部１４のビード周波数演算手段６８に演算開始を指令す
るようになっている。

一方、上記演算指令手段９２の指令を受けて、前記ＦＭ
波発生部４のタイミング制御器３６に指令を送り、次回
の測定周期Ｔ　（Ｔ＞ｍ　−Ｔ、、且つＴ＞ｍ−Ｔｏｚ
；ｍ＝１．２，３．−・＝）が到来するまで各ＦＭ波の
出力を停止せしめる測定タイミング制御部２２が図示の
如く設けられている。

ここで、第１図中の点′！ＬｆＡＱで囲む部分の構成は
、具体的にはマイクロ・コンピュータにより構成されて
いる。このため、上述した各作用は、予め組み込むプロ
グラムの所定手順に従って処理される。

次に、第２図を用いて本実施例にかかる測定手法の概要
を説明する。

各回の距離４Ｘ１１定動作は、１回又は複数回の超音波
送受による探知動作によってなされる。また、各回の探
知動作毎に鋸歯状ＦＭ波Ｆ、又はＦ２と送波用ＦＭ波Ｆ
３が形成される。第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ１の掃引時間は
Ｔ。＋（０〜ｔｏ＋）、第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２のそれ
はＴｏｚ　（０〜ｔ　０２）　、送波用ＦＭ波Ｆ、のそ
れはＴｏ　（０〜Ｃｏ；Ｌｏ＜１０２＜１゜ｌ）であり
、各々の周波数変化率はビード処理のため同じに設定さ
れている。

そして、第２図（１）ないしく４）に示す如く、第１回
目の探知動作に際しては第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ１を１個
、第２回目では第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２を２個連続して
、第３回目では第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ、を２個連続して
、第４回目では第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２を３個連続して
、・・・・・・、というように、交互に出力させる。ま
た、各探知毎に、送波用ＦＭ波Ｆ、に対応する超音波信
号Ａ、を対象物に向けて放射させる。

そして、鋸歯状ＦＭ波Ｆ１又はＦ２の内、最終掃引波に
対して前述した計測不安定領域Ｐを外すように計測範囲
ＴＫが設定される。しかも、周期Ｔｏｌ、　Ｔ６２を適
宜な値とし、各回の探知動作では、各々が担う計測範囲
ＴＫが前回の計測不安定領域Ｐをカバーし、且つ遠距離
方向へスライドさせるよう図示の如く設定される。

一方、前記対象物体に反射された反射超音波信号Ａ、は
、ｔ、１時間後には戻ってくる。この受波開始時刻ｔＲ
に受波時間Ｔ０を加えた受波終了時刻ｔＲ′が、上記計
測範囲ＴＫ内にあるか否かが各探知動作毎にチエツクさ
れる。この結果、ｔＲ′がＴＫ内にある場合には、ビー
ド処理によって得られる情報等に基づいて距離演算を行
うとともに、それ以降の探知動作を停止する。反対に、
ｔ　Ｒ，１がＴＫ外にある場合には、被測定距離の値が
まだ遠方にあるとして次回の探知動作を行い、同様の判
断・制御を行う。

更に、一定の測定タイミングをおいて、次回の測定を行
うものである。

次に、本実施例の全体動作を第３図ないし第７図に基づ
いて説明する。

まず、装置を駆動せしめるとクロック発生器２からクロ
ックパルスＰＣＫが出力される（第４図（ｒｌ）。

そして、第１回目の測定が行われる。以下、これを詳述
する。

第１回目の探知動作（第３図５Ｔ１）において、探知制
御部２０の探知指令手段９０は、ＦＭ波波性生部４掃引
中設定手段３２に論理Ｌレベルの波形選択パルスＰ３Ｌ
を出力しく第４図（２１）、掃引回数設定手段３４に「
掃引１回」を指令する。これによって、ＦＭ波波性生部
４らは、前述した如く、掃引時間がＴ。ｌである第１の
鋸歯状ＦＭ波Ｆ１が１個出力される（同図（６））。送
受信機構８では、探知制’４１ｎ部２０の制御のちとに
、鋸歯状ＦＭ波Ｆ、に同期して該波Ｆ、の立上がりから
Ｔ。のｔＭ引待時間有する送波用ＦＭ波Ｆ、を入力しく
同図（８１）、これに対応した超音波信号Ａ、を対象セ
フ体６に向けて送波する。また、送受信機構８は、対象
物体６からの反射波Ａ、を受渡し対応する受信ＦＭ波Ｆ
、を形成する（同図００参照）。

一方、前記第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ、は、探知制御部２０
に制御される計測用ゲート部１０によって当該ＦＭ波Ｆ
１の立上がりから１．（１，＜ｔ　ｏ＋）時間のみが通
過せしめられ、ビード用ＦＭ波Ｆ、としてデータ処理部
１４に出力される（同図ａＯ））。

また、前記受波終了時刻しＲ′は、前述の如く、受信状
況判断部１８において計測される（第３図５Ｔ２）。そ
して、この受波終了時刻１Ｒ／が本探知動作の計測範囲
ＴＫ　（０〜ｔ１）内にあるか否かが直ちに判断され（
同図５Ｔ３）、これによって所定の指令信号が探知制御
１１１部２０に送られる。

そして、探知制御部２０では、受波終了時刻り、ｌ′が
計測範囲ＴＫであるならば、前述の如ベデータ処理部１
４に指令を送り、距離演算を行わせる（同図ＳＴ４，５
Ｔ５）。これと同時に、探知制御部２０によって予め定
めた第２回目の測定タイミングＴが到来するまでＦＭ波
波性生部４対する次回以降の探知中止が指令される。

ここで、第１回目の探知動作に対するデータ処理部１４
における演算処理を説明する。

第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ１の送信周波数ｆは、ベース周波
数ｒ０が時間ｔに比例して増加するとしているので、 ｆ　＝　ｆ、　　（１＋ｋ　ｔ）　　　　　　　・・・
・・・ｆｌ）となる。ｋは増加の比例定数である。そう
すると、ビード周波数Δｆは、 Δｒ＝ｒ−ｒｏ−ｒ。ｋｔ ＝ｆ０ｋ・　（２Ｌ／Ｃ）　　　　・・・・・・（２）
となる。Ｃは伝搬媒質中の超音波の速度、Ｌは被測定距
離である。そこで、Ｌは、第（２）式より、Ｌ＝（Ｃ・
Δｆ）／（２ｋｆＯ）　　−−−−−−＋３１となる。

従って、ｋ、ｆ、、及びＣの値が既知であれば、ビード
周波数Δｆを計測することにより、被測定距離りを演算
でき、この値が表示部２４で表示される。

ところで、上述の場合に、受波終了時刻ｔＲ′が第１回
目の計測範囲ＴＫにない場合には（第２図（１１中の仮
想線のＡ１１及び第５図αＤ参照）、第２回目の探知動
作が指令される（第３図５Ｔ６）。

第２回目の探知動作も上述の第１回目と同様にして行わ
れる。具体的には、探知制御部２０は、波形選択パルス
ｐｓｔを論理Ｉ（レベルとする（第６図（２）参照）。

また、掃引中はＦＭ波波性生部４よってＴＯＺ＋ＴＯ２
で規定されるよう指令される。

これによって、第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２が２個連続して
出力される（同図（６））。この内、１個目の第２の鋸
歯状ＦＭ波Ｆ２の立上がりに同期して、送波用ＦＭ波Ｆ
３が形成され、前回と同様の超音波信号の送受が行われ
る。

また、本第２回目の探知では、探知制御部２０の制御に
より、計測範囲設定部１０が、２個目の第２の鋸歯状Ｆ
Ｍ波Ｆ２の立上がりから所定時刻ｔ２経過するまでのＴ
Ｋ待時間ｔ０２〜ｔＯ２＋。

ｔｚ）を計測範囲として設定する（第６図（９）、θω
）。

ここで、第１回目の探知動作における計測不安定領域（
１＋〜Ｌ　ｏ＋）は第２回目の計測範囲（Ｌ０２〜１０
２＋　１２　：　１．＜　１゜ハによってカバーされる
とともに、これより更に遠方の距ｆｆｉ範囲が探知され
る。

そして、受信状況判断部１８において、受波終了時刻ｔ
Ｒ７が上記計測範囲ＴＫに入るかどうかが判断され（第
３図ＳＴ７，５Ｔ８）　、入る場合（第６図００参照）
にはデータ処理部１４で距離演算が行われるとともに（
同図ｓＴ９，５ｏｌｏ）、探知動作が次回の測定タイミ
ングＴの到来まで停止される。

第２回目の探知における距離演算処理は次のようである
。第１個目の第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２の掃引時間Ｔ０２
に相当する距離１１は、１　＋　＝Ｔｏｔ　・Ｃ／　２
　　　　　　　−・”（４）である。第２個目の第２の
鋸歯状ＦＭ波Ｆ２による距離１２は、第（３）式と同様
に、 １２＝Ｃ・Δｆ／２ｋｒ０　　　　　・・・・・・（５
）である。従って、被測定距離りは、 Ｌ＝１．＋ｘ。

＝　（Ｃ−’ｒｏｚ／２）　＋　（Ｃ−Δｆ／２ｋｆＯ
）・・・・・・（６） より求められる。

上記第２回目の探知動作において、受波終了時刻ｔＲ′
が所定の計測範囲ＴＫに入らない場合には、被測定距離
りは更に遠距離であるとして、第３回目の探知動作が引
き続いて指令される（第３図５ＴＩＩ）。

第３回目の探知動作にあっては、第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ
、を各２個連続送波している。この場合、超音波送信用
の送波用ＦＭ波Ｆ、は前回と同一とするが、計測範囲は
第２個目の第１の鋸歯状ＦＭ波Ｆ、の立上がりからｔ１
経過までの時間ＴＫ（Ｌｏ＋−Ｌｏ＋＋　ｔ＋　）に設
定される。この計測範囲ＴＫは、第２回目の探知動作に
おける計測不安定領域をカバーし、更に遠方まで探知可
能な範囲となっている。

そして、受渡終了時刻ｔ、１′が計測範囲Ｔ０内であれ
ば、前述と同様に距離演算が指令され（第３図５Ｔ１２
ないし１５）、探知動作が所定の測定タイミングＴが到
来するまで中止せしめられる。

この第３回目の探知動作で測定される被測定距離りは、 Ｌ＝　（ｃ−Ｔｏｔ／２）＋　（Ｃ・Δｆ　／　２　ｋ
ｆ　ｏ　）・・・・・・（７） より求められる。

更に、第３回目の探知動作で距離測定ができない場合に
は、引き続いて第４回目の探知動作に入る（同図５Ｔ１
６）。

第４回目の探知動作では、第２の鋸歯状ＦＭ波Ｆ２を３
個連続送波し、上述と同様に行われる。

この場合、前回の計測不安定領域がカバーされ、且つよ
り遠方の距離計測が可能となっている。そして、受波終
了時刻む、１′が計測範囲Ｔ８（２ｔｏｚ）〜（２ｔｏ
ｚ＋　ｔｚ　）　）に入るときは、Ｌ＝〔Ｃ−Ｔ０２〕
＋〔Ｃ・Δｆ／２ｋｆｏ）・・・・・・（８） より距離が求められる（同図５Ｔ１７〜５Ｔ２０）。

以下、必要に応じて、上述と同様の探知動作が予め定め
た回数だけ自動的に繰り返され、第１回目の距離測定が
行われる。

一方、第１回目の測定開始からＴ時間経過すると、前述
と同様の探知動作を繰り返しながら第２回目の測定が行
われる。

この、第２回目の測定においては、既に対象物体迄の距
離が既知であるので、対象物体が静止もしくは遅い移動
速度の場合には、第１回目の如き探知動作を順次繰り返
す必要はなく、直接に所要の距離レンジにおける測定動
作に入ることができる。

ここで、測定間隔Ｔを適宜な値とすることで、前回測定
の最終探知に伴って放射された超音波による多重反射波
等の混入を著しく減少させることができる。

以上の手法による各回の探知動作と被測定距離りとの関
係を示すと、第７図の如（になる。従って、この手法を
用いれば、従来のＦＭバースト法のように比較的狭い周
波数レンジであっても、計測範囲を遠距離方向へ移動さ
せながら、長距離の測定を可能にしている。しかも、各
回の計測範囲は２つの鋸歯状ＦＭ波Ｆ、、Ｆｔを使用し
て相互の計測不安定領域を外し計測安定領域となるよう
適宜設定されていることから、測定レンジが連続的で安
定したものとなる。また、送波する超音波はＦＭバース
ト法に依っていること、並びにデータ処理部１４及び受
信状況判断部１日では遅れて到来する多重反射等のノイ
ズを極力低減せしめるようになっているため、高精度の
測定が可能になっている。更に、鋸歯状ＦＭ波Ｆ、、Ｆ
２の周波数変化率（傾き）が同じに設定されているため
、測定レンジ全域に渡って測定精度が一定になるという
利点がある。

そこで、この手法を例えば路面の凹凸計測に応用し、路
面（即ち、本実施例では対象物体に相当）の横断方向又
は走行方向に沿って走査しながら、所定間隔毎に基準面
までの距離を測定すれば、路面の凹凸差が大きい場合で
も１台の装置で容易に測定し得るという利点が得られる
。

なお、上記実施例においては、信号処理の安定化を図る
ため設けられている計測用ゲート部１０を外し構成の簡
単化を図るとしてもよい。また、鋸歯状ＦＭ波は、必ず
しも２種類に限定されず、３個以上のものを交互に適宜
出力し、第１．第２の鋸歯状ＦＭ波の計測不安定領域が
重複する部分を第３の鋸歯状ＦＭ波でカバーさせるとし
てもよい。更に、鋸歯状ＦＭ波の送波順序は適宜なもの
とし、例えば第１回目の探知動作では、第２のＦＭ波か
ら送波させるとしてもよい。

また、前述した実施例における受信状況判断部１８では
、受波終了時刻ｔ、１′を計測し、この値によって受信
ＦＭ波の受信タイミングが計測用ＦＭ波の計測範囲（計
測安定領域）内にあるか否かを判断するとしたが、本発
明は必ずしもこれに限定されず、受波開始時刻１Ｒが予
め定めた判断領域であるか否かによって上述の判断を行
うとしてもよい。また、この判断は、直接にビード波Ｓ
。

の単位時間当たりの周波数の変動をチエツクする構成に
よっても行うことができる。更に、計測不安定領域Ｐの
巾は許容し得る適宜な値に設定できる。

また、本発明は、対象物体との間で超音波信号を送受せ
しめ該対象物体までの距離を測定する場合について述べ
たが、送波器と受波器とを測定したい距離だけ離間せし
め且つ対抗して配置する構成とし、送、受波器間の距離
計測に本発明を適用することも容易になし得る。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように、異なる掃引時間を有する複数の
鋸歯状ＦＭ波を使用して、１回の測定を、１回又は複数
回の探知動作によって行うものであり、各回毎に一定の
掃引時間で超音波送波を行い、これによる受信状況を各
探知毎にチエツクし、この結果いかんによって、計測範
囲を各探知毎に遠距離方向へスライドさせるとともに、
鋸歯状ＦＭ波の計測不安定領域を相互にカバーしながら
測定を行うという手法を採り、且つこれを実施すること
のできる構成としている。このため、従来のＦＭバース
ト法に比べて測定レンジをより広く設定でき、従って、
近距離から遠距離までを単一の装置で測定することがで
きるとともに、測定レンジ全域に渡って連続的で且つ一
定した測定精度の測定を行うことができるという従来に
ない優れた超音波による距離測定方法およびその装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図（
１）ないしく４）は各々各回の測定に対する測定手法の
概要を示す説明図、第３図は各回の測定における計測シ
ーケンスを示すフローチャート、第４図、第５図の（１
１ないし０５）は各々第１回目の探知動作の一例を示す
タイミングチャート、第６図（１）ないしａωは各々第
２回目の探知動作の一例を示すタイミングチャート、第
７図は各探知動作と被測定距離との関係を示す説明図で
ある。 ４・・・・・・ＦＭ波発生部、６・・・・・・対象物体
、８・・・・・・送受信機構、１４・・・・・・データ
処理部、１８・・・・・・受信状況判断部、２０・・・
・・・探知制御部。 第２図 第３図 第４因 （Ｉ）ピロ１フ′λス　］Ｊｊｌｌｌｌ甲　１　−−　
　　−−−−−−−−−−ｍ−１１１第５図 （１可クシノアｒ”Ｆｔシ；”］　　　　ｌ　　　１−
−−−−　　　　　　　−−　　　１第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、異なる掃引時間を有し周波数変化率が同一の周
   波数変調が各々施されてなる複数の鋸歯状ＦＭ波を各探
   知毎に交互に出力可能とするとともに、当該鋸歯状ＦＭ
   波の掃引回数を各探知毎に各別に増加させながら出力可
   能とし、 各探知毎に、前記鋸歯状ＦＭ波を発生せしめるとともに
   該鋸歯状ＦＭ波の一部を送波用ＦＭ波として発生せしめ
   た後、 前記送波用ＦＭ波に付勢されこれに対応した超音波信号
   を対象物体との間で送受せしめ、これによって受波した
   超音波信号に対応する受信ＦＭ波を形成し、この後、 前記受信ＦＭ波の受信タイミングが、前記鋸歯状ＦＭ波
   の最終掃引波に対する計測安定領域であり且つ前回探知
   の計測不安定領域をカバーする所定の計測範囲内にある
   か否かを判断し、しかる後、前記受信ＦＭ波の受信タイ
   ミングが所定の計測範囲にある場合には、前記鋸歯状Ｆ
   Ｍ波と受信ＦＭ波とによるビード信号を形成し、該ビー
   ド信号の有する距離情報及び計測用ＦＭ波の掃引回数情
   報に基づいて前記対象物体までの距離を演算するととも
   に、 前記受信ＦＭ波の受信タイミングが所定の計測範囲内に
   ない場合には、他方の鋸歯状ＦＭ波を再び発生せしめ、
   かかる距離探知動作を必要に応じて所定回数繰り返すこ
   とを特徴とした超音波による距離測定方法。
2. （２）、各探知毎に、異なる掃引時間を有し周波数変化
   率が同一の周波数変調が各々施された複数の鋸歯状ＦＭ
   波を交互に、且つ、掃引回数を各別に増加させながら出
   力可能とするとともに、前記鋸歯状ＦＭ波の一部を送波
   用ＦＭ波として出力可能なＦＭ波発生部と、 このＦＭ波発生部から出力される送波用ＦＭ波に付勢さ
   れこれに対応した超音波信号を対象物体に向かって送波
   せしめるとともに該対象物体によって反射される超音波
   信号を受波しこれに対応した受信ＦＭ波を出力する送受
   信機構と、 この送受信機構から出力される受信ＦＭ波と前記ＦＭ波
   発生部から出力される鋸歯状ＦＭ波とによりビード信号
   を形成せしめ、該ビード信号の有する距離情報及び計測
   用ＦＭ波の掃引回数情報に基づいて前記送受信機構と対
   象物体との間の距離を演算するデータ処理部とを備え、 前記送受信機構による超音波信号の受信が、各探知毎の
   鋸歯状ＦＭ波の最終掃引波に対する計測安定領域であっ
   て前回探知の計測不安定領域をカバーする所定の計測範
   囲内でなされたか否かを判断する受信状況判断部と、 この受信状況判断部により、当該受信が計測範囲内でな
   されたと判断された場合には、前記データ処理部に距離
   演算を指令し、且つ、当該受信が計測範囲でなされてい
   ないと判断された場合には、引き続いて前記ＦＭ波発生
   部に次回の探知動作を指令する探知制御部とを具備した
   ことを特徴とする超音波による距離測定装置。