JPS6388481A - 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、送信部から超音波を送信した後、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し、この
時間によって対象物との間の距離を測定する超音波測定
装置に関する。

（ｂ）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、超音波の送信時
に比較部における参照電圧レベルをノイズレベルを越え
る大きさに設定する参照電圧設定手段を設けることによ
り、超音波の送信時に発生する振動に起因するノイズを
受信信号と誤って検出することを防止するようにしたも
のである。

（Ｃ１従来の技術 一般に超音波測定装置は送信部に送信用マイクロホンを
、受信部用マイクロホンを備え、送信部から対象物に対
して超音波を送信し、対象物からの反射波を受信部にお
いて受信する。送信用マイクロホンは電気的エネルギを
機械的な振動に換えて超音波とし、これを空気に電波す
る。受信用マイクロホンでは、空気の振動が素子に伝播
し、この素子の機械的な振動を電圧変化として検出する
。受信用マイクロホンを備えた受信部は比較部を含み、
受信信号のノイズ成分をカットするため参Ｙ 照電圧孝比較する。ここで受信信号が参照電圧を越える
までの時間経過によって対象物との間の距離を測定する
。また、装置の取り付けを容易にするため、送信用およ
び受信用のマイクロホンの収納体は接合部材により一体
化されている場合が多い。

（ｄ）発明が解決しようとする問題点 従来の超音波測定装置では、超音波の送信時に電気部品
や配線の電磁気的結合、送信用マイクロホンから受信用
マイクロホンへの振動の機械的な伝播等によって受信用
マイクロホンの出力電圧が変化したり、受信用マイクロ
ホンの素子が反射波以外によって振動し、距離の測定に
誤差を生じる欠点がある。

この発明の目的は、送信部から超音波が送信されている
間に、比較部において受信信号と比較する参照電圧レベ
ルを変えることにより送信時に電磁気的結合や機械振動
によって生じるノイズの誤検出を防止できる超音波測定
装置を提供することにある。

（ｅ１問題点を解決するための手段 この発明の超音波測定装置は、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への受信信
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、 送信部が超音波を測定する間に参照電圧レベルをノイズ
レベルを越える大きさに設定する参照電圧設定手段を設
けたことを特徴とする。

（ＩＩ作用 この発明によれば、送信部において超音波が送信されて
いる間において、受信部が有する比較部の参照電圧レベ
ルはノイズレベルよりも大きい値に設定される。従って
、超音波の送信に発生するノイズ信号は参照電圧を越え
ることがない。

（ａ実施例 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。

ＣＰＵ３に接続されたＲＡＭ５のメモリエリアＭ１〜Ｍ
１３は第２回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、測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Ｍ
３に記憶する。ＣＰＵ３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、測定路ＭＬとしてメモリエリアＭ
４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Ｍ５〜Ｍ１３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Ｍ５〜Ｍ１３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
Ｍ４に記憶されていた測定距離りが過去の測定距離Ｌ１
としてメモリエリアＭ５に記憶され、メモリエリアＭ５
に記憶されていた測定距ＭＬＩは測定距離Ｌ２としてメ
モリエリアＭ６に記憶される。このようにして、ＲＡＭ
、５には距離側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。

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５３ｍｓ毎の計測タ
イミングになると（ｎｌ）、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ｔＱから時間ｔ５まで
が５０ｍ５である。ＣＰＵ３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Ｂ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Ｍ１に記憶している設定値Ｖｓに
設定する（ｎ５）。

メモリエリアＭ１に記憶されている参照電圧レベルの設
定値Ｖｓは時間ｔｓ毎に更新される。このとき、メモリ
エリアＭ４に記憶されている測定距離りおよびメモリエ
リアＭ５〜Ｍ１３に記憶されている過去の測定距離Ｌ１
〜Ｌ９の平均値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Ｍ１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ｔｓの値としては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ＣＢ）に波形４２
で示すように、測定開始時ｔｏ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。

次いで、フラグＦの状態がチェックされる（ｎ１０）。

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（ｎ１１）、設定
値Ｖｓが最小値Ｖｎでない場合には設定値ＶｓＯ値をα
だけ減算しくｎ１２）、反射波の受信をチェックする（
ｎ１３）。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。

反射波の受信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
（ｎ１４）。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進行することから演算できる。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３．３ｍｓ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、ｎ３．ｎ４がこの発明の参照電圧設定手
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〜ｎｌ。

（ｎ１１．ｎ１２）→ｎ１３→ｎ１４→ｎ５の動作を繰
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ｎ１６）、この時のタイマＴの値を読み出
してメモリエリアＭ３に記憶する（ｎｌ？）。次いで受
信時間Ｔから測定距ＥＥＬを求め（ｎ１８）、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
ｌＯ→ｎ１１．ｎ１２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、測定距離の変
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Ｍ５〜Ｍ１３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Ｍ４に記憶されている前回の測定
距離り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。

（ｈ）発明の効果 この発明によれば、参照電圧設定手段により超音波送信
時に受信部の比較部における参照電圧レベルを大きくす
ることができる。このため超音波の送信により発生する
ノイズ信号が参照電圧を越えることがなく、ノイズ信号
を反射波の受信信号と誤検出することがなく、対象物と
の距離の測定を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

壬 置の制御ブロックの一部を構成するＲＡＭの雄部のメモ
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へ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、 送信部が超音波を送信する間に参照電圧レベルをノイズ
   レベルを越える大きさに設定する参照電圧設定手段を設
   けてなる超音波測定装置。