JPS6388477A - 超音波測定装置 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、送信部から送信された超音波が対象物に反
射して受信部に受信されるまでの時間を計時することに
より、対象物までの距離を測定する超音波測定装置に関
する。

山）発明の概要 この発明に係る超音波測定装置は要約すれば、対象物と
の間の距離の測定精度を向上するため、データ記憶手段
に記憶されている前回測定時または前回測定時までの測
定距離データおよび温度特性記憶手段に記憶した受信レ
ベルの温度特性とに基づいて今回測定時の参照電圧レベ
ルを設定することにより、対象物との間の距離および対
象物近傍の温度に適応した参照電圧レベルを設定できる
ｌ ようにしたものである。

（Ｃ１従来の技術 超音波測定装置は一般に送信部から対象物に送信した超
音波の反射波を受信部で受信し、この送信タイミングと
受信タイミングとのタイムラグに基づいて対象物との間
の距離を測定する。゛受信部は受信信号と参照電圧とを
比較する比較部を含み、この比較部において受信信号が
参照電圧を越えた時を受信タイミングとしている。これ
は、受信部が受信する信号のうちノイズ成分をカントす
るためである。ところが、超音波は気中伝播時にロスを
生じ、受信信号の波形は対象物との間の距離が長くなる
程減衰する。従って、常に同一レベルの参照電圧との比
較によって受信信号を検出しようとすると測定可能な距
離の範囲が広くなるに従い測定精度が低下する。

このため、例えば特開昭５９−２１８９７３号公報に開
示されたものでは、コンパレータ（比較部）における参
照電圧のレベルを超音波の伝播距離すなわち、測定時の
時間経過に応じて変化させる手段を設けている。これに
よって、受信信号の振幅が大きい近距離においては高レ
ベルの参［圧と比較し、振幅の小さい遠距離では低レベ
ルの参照電圧と比較するようにし、測定距離範囲が広域
化しても対象物との間の距離を確実に測定できるように
している。

＜ｄ）発明が解決しようとする問題点 超音波測定装置の受信部における受信信号の波形は対象
物との間の距離のみならず、対象物の反射面の状態に影
響される。即ち、対象物の反射面が柔軟であったり、反
射方向が受信部に一敗していない場合には受信部におけ
る受信信号の波形が減衰する。

しかしながら、上記従来の超音波測定装置では、時間経
過に伴う参照電圧レベルの変化が一定であるため、超音
波の伝播距離即ち対象物との間の距離が同一であれば受
信信号と比較される参照電圧も常に一定になる。このた
め対象物の反射率の低下等によって受信信号の波形が減
衰した場合に受信信号が参照電圧を越えず、対象物との
間の距離を測定できない場合がある。

また、受信部における受１３レベルは対象物の近傍の温
度に影響される。このため、従来の超音波測定装置では
温度変化によって受信信号が参照電圧を越えるタイミン
グに誤差を生じ、正確な距離を測定することができない
欠点があった。

この発明の目的は測定距離の前歴に基づいて今回測定時
の参照電圧レベルを設定するとともに、これを対象物近
傍の温度環境に応じて補正するようにし、対象物との距
離の変化のみならず、対象物の反射率の変化および対象
物近傍の温度変化にも対応して参照電圧レベルを設定で
きるようにし、対象物との間の距離を確実に測定するこ
とができる超音波測定装置を提供することにある。

（１１４１問題点を解決するための手段超音波を所定の
周期で対象物に対して送信する送信部と、対象物からの
反射波を受信し、受信信号と参照電圧とを比較する比較
部を含む受信部と、を備え、送信タイミングから受信部
での受信信号が参照電圧を越える時までの時ｊＥＦＪに
基づいて対象物との間の距離を測定する超音波測定装置
において、 前回測定時または前回測定時までの測定距離データを記
憶するデータ記憶手段と、受信レベルの温度特性を記憶
した温度特性記憶手段と、対象物近傍の温度を計測する
温度計測手段と、データ記憶手段に記憶している距離デ
ータに基づいて今回測定時の参照電圧レベルを設定する
参照電圧設定手段と、参照電圧レベルを温度計測手段の
計測値に基づいて温度特性記憶手段に記憶されている温
度特性で補正する参照電圧補正手段と、を設けたことを
特徴とする。

（ｆ）作用 この発明によれば、 ■前回測定時または前回測定時までの測定路＾１データ
がデータ記憶手段に記憶される。

■参照電圧設定手段により記憶手段に記１．ａされてい
る距離データに基づいて今回測定時の参照電圧レベルが
設定される。

■一方、対象物近傍の温度は温度計測手段により計測さ
れる。また、受信レベルの温度特性は温度特性記憶手段
に記憶されている。

■参照電圧設定手段により設定された今回（１す定時に
参照電圧レベルは、参照電圧補正手段によって現在温度
における受信レベルの温度特性で補正される。

（９実薙倒 第１図は、この発明の実施例である超音波測定装置のブ
ロック図である。

ＣＰＵ３からはＩ１０インターフェース６を介して超音
波発生回路７に制御データが出力される。超音波発生回
路７はこの制御データに従って超音波を発生し、この超
音波はアンプ１０により増幅されて送信器１から対象物
２１に送信される。

対象物２１からの反射波は受信器により受信され、アン
プ１２により増幅された後検波回路１１を経てコンパレ
ータ９に入力される。距離測定時にＣＰＵ３はＩ１０イ
ンターフェース６を介してＤ／Ａ変換器８に参照電圧の
データを出力する。Ｄ／Ａ変換器８はこのデータに応じ
た参照電圧をコンパレータ９に入力する。コンパレータ
９は参照電圧と受信信号とを比較し、受信信号が参照電
圧を越えたとき検出データを出力する。また、この発明
の温度測定手段である温度トランスデユーサ１４は対象
物近傍の温度を測定し、その測定データはＡ／Ｄ変換器
１３を経てＣＰＵに入力されるＣＰＵ３に接続されたＲ
ＡＭ５のメモリエリアＭ１〜Ｍ　１４は第２図のメモリ
マツプに示すように参照電圧レベルＶｓ、フラグＦ、受
信時間Ｔ、刷 測定温度ＴＨ，！定距離りおよび過去の測定距離Ｌ１〜
Ｌ９にそれぞれ割り当てられている。ＣＰＵ３は距離測
定時にメモリエリアＭ１に記憶されている参照電圧レベ
ルＶｓを読み出し、このデータをＤ／Ａ変換器８に出力
する。距離測定時に超音波発生回路７に制御データが出
力されると図外のタイマが起動し、コンパレータ９が検
出データを出力するまでの時間を計時する。この間の時
間を受信時間ＴとしてメモリエリアＭ３に記憶する。Ｃ
ＰＵ３に接続されたＲＯＭ４には、受信時間Ｔとこの間
に超音波が伝播する距離の半分の値との関係が記憶され
ており、ＣＰＵ３は受信時間Ｔに対応する距離を読み出
し、測定距離りとしてメモリエリアＭ４に記憶する。ま
た、メモリエリアＭ２に割り当てられたフラグＦは所定
時間内に受信器２が反射波を受信しなかった時にセット
される。

また、ＲＡＭ５のメモリエリアＭ６〜Ｍ１４には過去の
測定距離Ｌ１〜Ｌ９が記憶されている。

このメモリエリアＭ６〜Ｍ１４に記憶される過去の測定
距離は新たな距離が計測されるとそれまでメモリエリア
Ｍ５に記憶されていた測定距ＡＩｆ　Ｌが過去の測定距
離Ｌ１としてメモリエリアＭ６に記憶され、メモリエリ
アＭ６に記憶されていた測定距離Ｌ１は測定距離Ｌ２と
してメモリエリア！ｖｌ　７に記憶される。このように
して、ＲＡＭ５には距離測定時毎に更新されつつ１０の
測定距離が常に記憶されている。さらに、ＲＯＭ４には
、第５図に示す受信レベルの温度特性が記ｉｆ２されて
いる。

ＣＰＵ３は温度トランスデユーサ１４の測定データと受
信レベルの温度特性とに基づいて参照電圧レベルＶｓを
補正する。

第３図は、上記超音波測定装置の動作を示すフローチャ
ートである。

超音波測定装置が動作しＣＰＵ３は５０ｍｓ毎の計測タ
イミングになると（ｎｌＬ超音波発生回路７に制御デー
タを出力し、タイマＴを起動する（ｎ２）。これによっ
て超音波発生回路７は第４図（Ａ）に示す波形の超音波
を出力する。ここにおいて時間ｔｏから時間ｔ５までが
５０　ｍ　ｓである。ＣＰＵ１３から超音波発生回路７
に制御データが一度出力されると７０ｋＨｚのパルス信
号を出力する。また、タイマＴは超音波送信後、反射波
を受信するまでを計時する。この後時間ｔ１が経過する
までコンパレータ９の参照電圧レベルをその最大値Ｖｍ
にしておく　（ｎ３．ｎ４）。この時間ｔ１は超音波の
送信によって生じる振動が収束するために必要な時間で
ありＱ、４ｍｓ程度である。時間ｔ１が経過すると、参
照電圧レベルをメモリエリアＮ・１１に記憶している設
定値Ｖｓに設定する（ｎ５）。

メモリエリアＮｒ　ｉ　：こ記憶されている参照電圧レ
ベルの設定値’１１’　ｓは時間ｔｓ毎に更新されるつ
このとき、メモリエリアＭ４に記憶されている測定部ｉ
ＬおよびメモリエリアＭ５〜Ｍ１３に記憶されている過
去の測定部＃ＬＩ〜Ｌ９の平均ｉ直Ｌｍが演算される（
ｎ８）。ＲＯＭ４には測定距離と参照電圧レベルとの関
係が記憶されており、測定距離の平均値Ｌｍに応じた参
照電圧レベルを読み出し、設定値ＶＳとしてメモリエリ
アＭｌに記憶する（ｎ９）。ここで時間ｔｓ毎に設定値
Ｖｓを更新するのは、参照電圧レベルが頻繁に変化する
のを防止するためであり、時間ｔＳＯ値としてはＩｓ程
度が適当であると思われる。

距離測定時に参照電圧レベルは第４図（Ｂ）に波形４２
で示すように、測定開始時ｔＱから時間ｔ１が経過する
まで最大値Ｖｍにされ、その後設定値Ｖｓにされる。こ
れによって、上音送信時に送信器１から受信器２に直接
伝播するノイズを受信信号と誤検出することを防止でき
る。尚、受信信号はアンプ１２で増幅された後検波回路
１１により検波されるため、コンパレータ９には第４図
（Ｂ）に破線で示す波形の受信信号４３（エンベロープ
信号）が入力される。この後、測定温度データＴＨを読
み出しくｎ１ｏ）、この値に基づいて受信レベルの温度
特性に従い補正値Ｃを演算する（ｎｌｌ）、この補正値
Ｃを参照電圧レベル■Ｓに加算する（ｎ１２）。

次いで、フラグＦの状態がチェックされる（ｎ１３）。

フラグＦがセントされている場合には設定値Ｖｓが最小
値Ｖｎであるか否かのチェックを行い（ｎ１４）、設定
値Ｖｓが最小値Ｖｎでない場合には設定値Ｖｓの値をα
だけ減算しくｎ１５）、反射波の受信をチェックする（
ｎ１６）。尚、フラグＦがリセット状態である場合また
は設定値Ｖｓが最小値Ｖｎである場合には直接反射波の
受信をチェックする。

反射波の受（３のチェックとはコンパレータ９からの検
出データの有無のチェックであり、反射波を受信してい
ない場合には時間ｔ２が経過したか否かのチェックを行
う（ｎ１７）。ここで計時される時間ｔ２は超音波測定
装置が測定し得る最大距離に応じて決定される時間であ
る。即ち、超音波測定装置が測定可能な最大距離の２倍
の距離を超音波が伝播する間に必要な時間であり、超音
波が１ｍｓに３４０ｍｍ進行することから涌算できる。

例えば、測定可能な最大距離が１５０ｃｍである場合に
は、その距離の検出に際し超音波は３ＱＱｃｍ進行しな
ければならず、約８．８ｍｓを必要とする。実際はこれ
に若干の誤差を加え１０ｍ５とするのが適当である。

以上において、ＲＡＭ５のＭ５〜Ｍ１４がこの発明のデ
ータ記憶手段に相当し、ＲＯＭ４が同じく温度特性記憶
手段に相当し、ｎ８およびｎ９が同じく参照電圧設定手
段に相当し、ｎｌＯ〜ｎ１２が同じく参照電圧補正手段
に相当する。以上のようにして、距離の測定開始後時間
ｔ１が経過するとｎ５〜ｎ１３　（ｎ１４．ｎ１５）−
＋ｎ１６→ｎ１７→ｎ５の動作を操り返し行い、設定値
Ｖｓを参照電圧レベルとして反射波の受信をチェックす
る。反射波を受信するとフラグＦをリセットしくｎ１９
）、この時のタイマＴの値を読み出してメモリエリアＭ
３に記憶する（ｎ２０）。次いで受信時間Ｔから測定部
２ｉ１ｔＬを求め（ｎ２１）、次の距離測定の開始を待
機する。

測定開始後反射波を受信せずに時間ｔ２が経過するとフ
ラグＦがセットされる。このため次の距離測定時にはｎ
１３→ｎ１４．ｎ１５に進み参照電圧レベルは第４図（
Ｃ）に示す波形４４のようになる。即ち、前回の測定時
に受信信号を検出しなかった場合には、今回の測定時に
参照電圧レベルの設定値Ｖｓがαだけ減少される。これ
によって、対象物２１の反射率が変化し、測定距高１の
変化を伴わずに受信信号が減衰した場合にも適当な参照
電圧レベルを設定でき、確実に距離の測定を行うことが
できる。

尚、本実施例ではメモリエリアＭ６〜Ｍ１４に過去の測
定距離Ｌ１〜Ｌ９を記憶し、過去１０回の測定距離の平
均Ｌｍをもとに参照電圧レベルの設定値Ｖｓを決定して
いたが、メモリエリアＭ５に記憶されている前回の測定
部ＦＪ　Ｌのみから参照電圧レベルの設定値Ｖｓを設定
するようにしてもよい。

（ｈ１発明の効果 この発明によれば、対象物との間の距離を測定する際に
前回または前回までの測定距離に基セいて参照電圧レベ
ルを設定するとともに、設定した参照電圧レベルを対象
物近傍の温度と受信レベルの温度特性との関係によって
補正することができる。従って、今回測定時の参照電圧
レベルを測定距離および測定環境に対し適性な値にする
ことができ、距離の測定を正確且つ確実に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

耳 置の制御ブロックの一部を構成するＲ　Ａ　Ｍの腰部の
メモリマツプ、第３図は同超音波測定装置の動作を示す
フローチャート、第４図（Ａ）は同超音波測定装置の送
信波の波形を示す図、第４図（Ｂ）および（Ｃ）は同超
音波測定装置の比較部における参照電圧および受信信号
の波形を示す図、第５図は同超音波測定装置の制御部の
一部を構成するＲＯＭに記憶されている受信レベルの温
度特性を示す図である。 １−送信器、２−受信器、 ９−コンパレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波を所定の周期で対象物に対して送信する送
   信部と、対象物からの反射波を受信し、受信信号と参照
   電圧とを比較する比較部を含む受信部と、を備え、送信
   タイミングから受信部での受信信号が参照電圧を越える
   時までの時間に基づいて対象物との間の距離を測定する
   超音波測定装置において、 前回測定時または前回測定時までの測定距離データを記
   憶するデータ記憶手段と、受信レベルの温度特性を記憶
   した温度特性記憶手段と、対象物近傍の温度を計測する
   温度計測手段と、データ記憶手段に記憶している距離デ
   ータに基づいて今回測定時の参照電圧レベルを設定する
   参照電圧設定手段と、参照電圧レベルを温度計測手段の
   計測値に基づいて温度特性記憶手段に記憶されている温
   度特性で補正する参照電圧補正手段と、を設けてなる超
   音波測定装置。