JPS6361976A

JPS6361976A - 超音波スイツチ

Info

Publication number: JPS6361976A
Application number: JP61207455A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimamoto; 博司島本; Hideyuki Suzaki; 須崎　秀幸; Yukio Yamaguchi; 幸雄山口; Atsushi Kawano; 川野　淳
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1988-03-18
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: EP0258874A3; US5008862A; JPH06100651B2; EP0258874A2

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、超音波スイッチ、特に送・受波に同一の超
音波振動子を用いる一素子反射型の超音波スイッチに関
する。

（ロ）従来の技術一素子反射型の超音波スイッチは、送波ゲート信号と呼
ばれる送波タイミング信号を周期的に送波回路に入力し
、この送波ゲート信号が入力される間、超音波発振器を
動作させ、この発振出力により超音波振動子を駆動させ
て超音波を発射させ、検出物体等より反射して戻ってく
る超音波で超音波振動子が再び振動するのを増幅し、受
波信号として信号処理している。この種の超音波スイフ
チでは、残響が存在するため、残舌内に第１回目の反射
波が戻る近距離に検出物体があると、残響から受波パル
スを識別できず、物体を検出することが出来ない。そこ
で、残響が存在する時間内に第１回目の反射波が戻って
来る程度の近距離の物体を検出するのに、従来は、第２
回目以降の反射波・つまり多重反射波の受渡間隔を検知
する方法や、第２回目の反射波を検知するようにしてい
た。

（ハ）発明が解決しようとする問題点上記従来の多重反射による受波間隔を検知するものは、
例えば残響ａが検出距離にして１０口とし、物体よりの
第１回目の反射波が１２ｃｍで戻る場合と、第１回目の
反射波が５　ｃｍで戻る場合を想定し〔第５図（Ａ）　
（Ｂ）参照〕、第５図（Ａ）の１２ｃｍで得られる第１
回目の受波信号す、と第５図（Ｂ）の１２ｃｆｌｌで得
られる第２回目の受波信号ｂｔとの区別がつかないが、
第５図（八）の第２回目の受波信号ｂ２と第５図ＣＢ）
の第３回目の受渡信号ｂ３まで見ろと、その受波信号の
間隔より区別できるものである。しかし、この区別をな
すために、２０ＩＪの遠距離の物体を検知するには、４
０ｃｍの距離に相当する期間に亘り検知ゲートを開けて
おかねばならない。これではノイズを拾いやすいし、時
間もかかるという問題がある。

また、第２回目の反射波を検知するものでは、例えば第
６図（八）と（Ｂ）に示すように、受波信号ｂ１．ｂ２
が検出距離１５ｃｍの反射波か、物体の距離が３　ｃｍ
である第２の反射であるかの区別がつかず、銘板の表示
が困難となる。

また、第６図（Ａ）で、検知ゲートを例えば１０〜１５
ｃｆｌＩとすれば、検知可能距離は１０〜１５ＣＩ１１
及び５〜７．５ｃｍ　（第２の反射波を使用）となり、
７．５〜１０ｃｍの間が検知不可能となり、検出距離が
不連続となる問題がある。

この発明は、上記に恵み、近距離から遠距離までの検出
を、比較的短期間のゲート開で、ノイズに強い、それで
いて検出距離を連続的に可変とできる超音波スイッチを
提供することを目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用この発明の
超音波スイッチは、超音波振動子と、この超音波振動子
を所定の期間駆動する送波回路と、超音波振動子で受波
される信号を増幅する増幅回路を含む受波回路と、前記
超音波振動子の残響中に第１回目の反射波が受波される
程度の近距離検出の場合に、第２回目の反射波によるパ
ルス信号を受けてゲート出力する第１のゲート手段と、
同第３回目の反射波によるパルス信号を受けてゲート出
力する第２のゲート手段と、前記超音波振動子の残舌後
に第１回目の反射波が受波される程度の遠距離検出の場
合に、第１回目の反射波によるパルス信号を受けてゲー
ト出力する第３のゲート手段と、検出距離に応じて前記
各ゲート手段のゲート期間を設定する設定器とから構成
されている。

この超音波スイッチでは、物体の検出距離に応じた各ゲ
ート手段のゲート期間が設定器で設定される。そして、
検出距離が第１回目の反射波が残響内に戻る程度の近距
離では、第２回目、第３回目の反射波によるパルス信号
が第１ゲート手段、第２ゲート手段より出力され、検出
出力が出される。また、検出距離が第１回目の反射波が
残響終了後に戻る程度の遠距離の場合には、第１回目の
反射波によるパルス信号が第３のゲート手段より出力さ
れ、検出出力が出される。

（ホ）実施例以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す超音波スイッチの
回路ブロック図である。

この超音波スイッチは、送波回路１と、この送波回路１
によって駆動される超音波振動子２と、反射波を受波す
る受波回路３と、この受波回路３の出力を残響期間に相
当する一定期間だけ抑圧する抑圧ゲート回路４と、受波
回路３の出力を受けて、検出のための信号処理を行う信
号処理回路５、物体の検知距離に応じて信号処理回路５
に含まれるゲート回路のゲート期間を設定する設定器６
とから構成されている。

送波回路１は、一定期間で一定幅の送波ゲート信号を出
力する送波ゲート回路１１、この送波ゲート信号がオン
の間のみ動作するキャリア発振回路１２、このキャリア
発振回路１２よりの信号により、超音波振動子２を駆動
する送波ドライブ回路１３とから構成される装置受波回路３は、超音波振動子２よりの振動信号を受けて
増幅する増幅回路３１、増幅回路３１の出力を検波して
パルス成分を出力する検波回路３２及びこの検波回路３
２の出力パルスを波形整形する波形整形回路３３とから
構成されている。

抑圧ゲート回路４は、送波ゲート回路１１よりの送波ゲ
ート信号を受けて立上り、残響が存在する期間ハイとな
る抑圧ゲート信号を出力するようになっており、この抑
圧ゲート信号により、増幅回路３１に禁止がかかる。

次に、信号処理回路５の接続構成について説明する。

遠距離ゲート回路５１及び近距離ゲート回路５２の入力
は、送波ゲート回路１１より送波ゲート信号ａが加えら
れるようになっている。遠距離ゲート回路５１及び近距
離ゲート回路５２は、送波ゲート信号ａの立上りで立上
り、この実施例では５ａｎと１５ｃｍで立上るゲート信
号ｃ、　ｄ　（第２図ｃ、ｄ参照）を出力する。このゲ
ート信号ｃ、ｄと、上記送波ゲート信号ａ、抑圧ゲート
信号すは、ゲート期間が固定である。

遠距離ゲート回路５１の出力端は、ゲート発生器１５３
の入力端に接続され、近距離ゲート回路５２の出力端は
、ゲート発生器１１１５５の入力端に接続されている。

また、ゲート発生器Ｔｌ５４の入力端に抑圧ゲート回路
４の出力が加えられるようになっている。さらに、各ゲ
ート発生器５３．５４．５５には、設定器６より設定信
号が入力されるようになっている。

ゲート発生器５３は、遠距離ゲート回路５１の出力信号
Ｃの立下りで立上り、設定器６で設定される検出距離ｎ
で立下る受波ゲート信号Ｉｅを出力する。ゲート発生器
５４では、抑圧ゲート回路４の出力信号すの立下りで立
上り、設定器６で設定される検出距離をｎとすると、２
ｎで立下る受波ゲート信号１１ｆを出力する。また、ゲ
ート発生器５５は、近距離ゲート回路５２の出力信号ｄ
の立下りで立上り、設定器６で設定される検出距離をｎ
とすると、３ｎで立下る受波ゲート信号Ｉｇを出力する
。従って、受波ゲート信号１ｅ、受波ゲート信号ｆｆｆ
、受波ゲルト信号ｍｇは、それぞれ５ｃｍ、ｌＱｃｍ、
１５ｃｍで立上るが、立下り点はｎ、２ｎ、３ｎ（ただ
しそれぞれ２０ｃｍ、２０■、３０ｃｍ以下）となり、
立下り点は検出距離により可変である。

波形整形回路３３の出力はフリ、ブフロフプ５６．５７
．５８のｃｐ入力端に接続されている。

また、ゲート発生器５３の出力端はフリップフロップ５
６のＤ入力端に接続され、ゲート発生器５４の出力端が
フリップフロップ５６のＤ入力端に接続され、ゲート発
生器５５の出力端がアンドゲート６０の入力の一端に接
続されるとともに、インバータ６４を介して、フリップ
フロップ５９のｃｐ入力端に接続されている。

フリップフロップ５６のζ出力端は、アンドゲート６０
の入力の他端に接続され、このアンドゲート６０の出力
端がフリップフロップ５８のＤ入力端に接続されている
。フリップフロップ５８のζ出力端は、オアゲート６１
の入力の一端に接続され、ζ出力端が禁止ゲート６２の
一端に接続されている。また、この禁止ゲート６２の禁
止入力端には、フリップフロップ５６の互出カ端が接続
されている。さらに、禁止ゲート６２の出力端は、アン
ドゲート６３の入力の一端に接続され、このアンドゲー
ト６３の入力の他端には、フリップフロップ５７のζ出
力端が接続されている。そして、アンドゲート６３の出
力端はオアゲート６１の入力の他端に接続され、オアゲ
ート６１の出力端は、フリップフロップ５９のＤ入力端
に接続されている。

次に、上記実施例超音波スイッチの検出動作を説明する
。以下の説明では、検出距離を８　ｃｒｎ、１５　ｃｍ
、２０ｃｍに設定する場合を例に上げる。

〈検出距離設定８　ａｍ　＞この場合、送波ゲート信号ａ、抑圧ゲート信号ｂ、遠距
離ゲート信号Ｃ１近距離ゲート信号ｄは、それぞれ固定
であり、第２図ａ、ｂ、ｃ、ｄに示す通りである。また
、設定器６による検出距離８ｃｍの設定で、受波ゲート
信号ｒｅは５〜３　ｃｍ、受波ゲート信号Ｉｆｆは１０
〜１５ｃｍ、受波ゲート信号■ｇは１５〜２４ＣＩ！１
で、それぞれハイとなるｑ今、検出物体までの距離を７
ｃｍとすると、第１回目の反射波が戻る時点が、受波ゲ
ート信号１ｅのハイとなる期間であるが、この期間は抑
圧ゲートがハイの期間なので増幅回路３１に禁止がかか
っており、従って波形整形回路３３にパルス信号が出力
されず、フリップフロップ５７のＱ出力端はローのまま
である。

第２回目の反射波が戻る１４ｃｍの時点（第２図ｉ参照
）では、受波ゲート信号■ｆがハイであり、従ってフリ
ップフロップ５６がセットされ、Ｑ出力端はハイとなる
（第２図ｊ）。そして、受波ゲート信号■ｇがハイとな
る１５ｃ＋ｎの時点で、アンドゲート６０の再入力はハ
イとなり、その出力がハイとなる（第２図ｋ）。このア
ンドゲート６０のハイは、受波ゲート信号ｍｇがロー■
に落ちる２４ｃｍ時点まで続く。

第３回目の反射波が戻る２１ｃｍの時点く第２図ｉ）で
は、アンドゲート６０のハイ出力により、フリップフロ
ップ５８がセットされ、Ｑ出力端がハイとなる（第２図
１）、アンドゲート６２の出力は、フリップフロップ５
６がセットされてからフリップフロップ５８がセットさ
れるまでハイ　（第２図ｍ）であるが、受波ゲート信号
ｍｇがローになる２４ＣＩ！１時点ではローに落ちてお
り、この時点ではフリップフロップ５８のＱ出力端のハ
イがオアゲート６１を介して、フリップフロップ５９の
ｃｐ入力端に受波ゲート信号ｍｇの反射信号が加えられ
、フリップフロップ５９がセットされ、Ｑ出力端よりハ
イの信号、つまり検出信号０を出力する。

〈検出距離設定１５ＣＩ１１＞この場合も、ゲート信号ａ、ｂ、ｃ、ｄは第３図に示す
通り固定であり、第２図に示すものと全く変わりはない
。設定器６による検出距離が１５０の設定なので、受波
ゲート信号Ｉｅは５〜１５０、受波ゲート信号Ｉｆは１
０〜２０ｃＩ１１、受波ゲート信号■ｇは１５〜３０ｃ
ｍで、それぞれハイとなる。

今、検出体までの距離を１４ｃｍとすると、第１回目の
反射波が戻る時点が受波ゲート信号１ｅ及び受波ゲート
信号］Ｉｆのハイとなる期間であり、かつ抑圧ゲートが
ハイである期間を経過しているので、その反射波による
パルス信号は波形整形回路３３より出力され、フリップ
フロップ５６．５７のｃｐ入力端に加えられる（第３図
ｉ）、これにより、フリップフロップ５６．５７がセッ
トされ、それぞれＱ出力端がハイとなる。また、受波ゲ
ート信号Ｉｇがハイとなる１５ｃｍの時点でアンドゲー
ト６０の再入力はハイとなり、その出力がハイとなる（
第３図ｋ）。このアンドゲート６０のハイは、受波ゲー
ト信号ｍｇがローに落ちる３０ｃｍ時点まで続く。

第２回目の反射波が戻る２８ｃｍの時点（第３図ｉ）で
は、アンドゲート６０のハイ出力によりフリップフロッ
プ５８がセントされ、そのＱ出力端がハイとなる（第３
図１）。受波ゲート信号ｍｇがローに落ちる３０１の時
点で、フリップフロップ５８のＱ出力端のハイ信号が、
オアゲート６１を通してフリップフロップ５９に読込ま
れ、そのＱ出力端よりやはり検出信号０が出力される。

く検出距離設定２０　ｃｍ　＞この場合も、ゲート信号ａ、ｂ、ｃ、ｄは第４図に示す
通り固定である。しかし、設定器６による検出距離が２
０ｃｍの設定なので、受波ゲート信号１ｅは５〜２０ｃ
ｆｆｌ、受波ゲート信号Ｉｆｆは１０〜２０口、受波ゲ
ート信号ｍｇは１５〜３０ｃＩｎで、それぞれハイとな
る。

今、検出体までの距離を１０ｃｍとすると、第１回目の
反射波が戻る時点は、各受波ゲート信号がいずれもハイ
の状態であり、かつ抑圧ゲートがハイである期間を経過
している。そのため、反射波によるパルス信号は波形整
形回路３３より出力され、フリップフロップ５６．５７
のｃｐ入力端に加えられる（第４図ｉ）。これにより、
フリップフロップ５６．５７がセットされ、それぞれＱ
出力端がハイとなる（第４図ｊ、ｐ）。

アンドゲート６０の再入力は、１９印時点でハイとなり
、この時点より受波ゲート信号ｍｇがローに落ちるので
、その出力がハイを保持する（第４図１）。しかし、こ
の間に受波信号がフリップフロップ５８のｃｐ入力端に
加えられないので、フリ・ノプフロフプ５８のＱ出力端
はローのままである（第４図１）。

一方、第１回目の反射波が入力される１９ｃｍ時点で、
フリップフロップ５６のＱ出力端がローとなると、フリ
ップフロップ５６のＱ出力端がハイであるため、禁止ゲ
ート６２の出力がハイとなり（第４図）、そのため、ア
ンドゲート６３の出力もハイとなる。そして、このハイ
信号がオアゲート６１を通してフリップフロップ５９の
Ｄ入力端に加えられる。そしてこのハイ信号が、受波ゲ
ート信号ｍｇがローに落ちる時点の３０ｃｍの時点で、
フリップフロップ５９に読込まれ、そのＱ出力端より検
出信号Ｏが出力される（第４図Ｏ）。

（へ）発明の効果この発明によれば、近距離検出と遠距離検出が可能であ
り、しかも近距離検出の場合のみ多重反射を使うので、
受波レベルを大きくとれ、ノイズに強いものを得ること
ができる。また、ゲートを開く期間が受波間隔測定方式
より短いので、ノイズの影Ｃを受けにくいという利点が
ある。また、設定器により検出距離を設定することによ
り、検出距離を連続的に変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す超音波スイッチの
回路ブロック図、第２図は、同超音波スイッチにおいて
検出距離設定を８ｃｍとした場合の動作を説明する波形
タイムチャート、第３図は、同超音波スイッチにおいて
検出距離設定を１５ｃｍとした場合の動作を説明する波
形タイムチャート、第４図は、同超音波スイ・ノチにお
いて検出距離設定を２０ｃｍとした場合の動作を説明す
る波形タイムチャート、第５図及び第６０は、従来の超
音波スイッチの問題点を説明するための波形タイムチャ
ートである。１：送波回路、　　２：超音波振動子、３：受波回路、
　　６：設定器、５３・５４・５５：ゲート発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波振動子と、この超音波振動子を所定の期間
駆動する送波回路と、超音波振動子で受波される信号を
増幅する増幅回路を含む受波回路と、前記超音波振動子
の残響中に第１回目の反射波が受波される程度の近距離
検出の場合に、第２回目の反射波によるパルス信号を受
けてゲート出力する第１のゲート手段と、同第３回目の
反射波によるパルス信号を受けてゲート出力する第２の
ゲート手段と、前記超音波振動子の残響終了後に第１回
目の反射波が受波される程度の遠距離検出の場合に、第
１回目の反射波によるパルス信号を受けてゲート出力す
る第３のゲート手段と、検出距離に応じて前記各ゲート
手段のゲート期間を設定する設定器とを備え、前記第１
のゲート手段及びダイ２のゲート手段の出力により近距
離物体の検出を、前記第３のゲート手段の出力により遠
距離物体の検出を行うようにした超音波スイッチ。