JPS644637B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波距離装置、詳しくは妨害反射
や雑音の混入があつても正確に距離の測定ができ
る超音波距離測定装置に関するものである。

第１図は従来から存在する超音波距離測定装置
の一例のブロツクダイアグラム、第２図は各部の
波形のタイムチヤートであり、くり返しパルス発
生装置１は送信パルス発生器２に接続されてお
り、くり返し周期パルスａ（第２図ａ参照）を前
記送信パルス発生器２に送り、この送信パルス発
生器２ではこれと同期した送信パルスｂ（第２図
ｂ参照）を発生して送波RF増巾回路３に送る様
になつていた。そしてこの送波RF増巾回路３は
送波器４に接続されており、送波RF増巾回路３
で増巾された送信パルスｂが送波器４から測定対
象物である標的５に向つて発射される様になつて
いた。又６は受波器であり、受信RF増巾回路７
を介して検波回路８に接続されており、反射して
きた超音波エコーは受信RF増巾回路７で増巾さ
れ受信RF増巾器出力Ｃ（第２図Ｃ参照）となつて
検波回路８に送られ検波回路８で検波される様に
なつていた。更にこの検波回路８はレベル弁別回
路１０に接続されており検波出力ｄ（第２図ｄ参
照）はしきい値設定回路９に設定されたしきい値
９と比較され、レベル弁別され、弁別された信号
はゲート１２に送られる様になつていた。又ゲー
ト１２は送信開始に同期されており、測定距離に
相当する時間だけタイマー１１からタイマー出力
ｅ（第２図ｅ参照）が送られ開く様になつていた。
そしてゲートの出力はフリツプフロツプ１３のセ
ツト端子に送られ、該フリツプフロツプのリセツ
ト端子にはくり返し周期パルス発生器１からくり
返し周期パルスが送られていた。そして、このフ
リツプフロツプ１３で第１反射エコーP₁の立上
りが受信判別され、このフリツプフロツプ１３に
接続された単安定マルチバルブレーター１４で波
形整形され、信号ｆ（第２図ｆ参照）として出力
される様になつていた。そしてこの波形整形され
た信号ｆはランプ波発生回路１６の発生するラン
プ波ｈの傾斜を利用してサンプルホールド回路１
７によつて時間／電圧変換が行われ、アナログ量
に変換され、積分器１８で積分され距離情報ｉと
して出力される様になつていた。

なお、このランプ波発生回路１６はタイマー１
５を介してくり返し周期パルス発生器１に接続さ
れており、タイマー１５から送信波に同期したタ
イマー出力ｇ（第２図ｇ参照）が送られ、その出
力があるときだけランプ波ｈが発生する様になつ
ていた。しかしながら従来のこの超音波距離測定
装置においては標的以外の物体からの一時的な妨
害反射があつた場合や、瞬時間の雑音の混入など
によつて距離情報に誤出力が生ずることは避けら
れなかつた。更に標的の性状によつては標的の移
動時に反射エコーが一時的にとぎれて受信判別不
能時と重なり著しい誤出力が生じる欠点があつ
た。

この発明は従来の超音波距離測定装置のかかる
欠点を除去するものであり、ゲートの開閉を一定
のタイミングで制御することにより妨害反射や雑
音によつて影響されることを防ぎ、正確に距離を
測定することができる様にした超音波距離測定装
置を提供することを目的とするものである。以下
図面に示すこの発明の一実施例に基づいてその構
成を詳細に説明する。

第３図はこの発明に係る超音波距離測定装置の
ブロツクダイアグラム、第４図は回路各部に発生
する信号のタイムチヤートであり、第１図に示し
た従来例と同一回路部分は同一符号を付してい
る。

この発明に係る超音波距離測定装置は前述した
従来の超音波距離測定装置のRF増巾回路の入力
側から受信判別回路の出力側までの系中に新たに
ゲートを挿入し、このゲートを一定のタイミング
により制御する様にしたものであり、既存のゲー
ト１２の後にもう一つ追従用ゲート１９を挿入
し、この追従用ゲート１９には後記するゲート制
御部Ａからゲート開閉信号ｌが入力される様にな
つており、このゲート開閉信号ｌがある間だけ開
放される様になつている。そしてゲート１９の出
力はフリツプフロツプ１３のセツト端子に送られ
る様になつており、一方、該フリツプフロツプの
リセツト端子にはくり返し周期パルス発生器１か
らくり返し周期パルスが送られている。そして、
このフリツプフロツプ１３で第１反射エコーP₁
の立上り受信判別され、このフリツプフロツプ１
３に接続された単安定マルチバルブレーター１４
で波形整形され、信号ｆとして出力される様にな
つている。そしてこの波形整形された信号ｆはラ
ンプ波発生回路１６の発生するランプ波ｈの傾斜
を利用してサンプルホールド回路１７によつて時
間／電圧変換が行われ、アナログ量に変換され、
積分器１８で積分され、距離情報ｉとして出力さ
れる様になつている。

なお、このランプ波発生回路１６はタイマー１
３を介してくり返し周期パルス発生器１に接続さ
れており、送波に同期され、タイマー１５の開放
時間だけランプ波ｈが発生する様になつている。
又、Ａは前記追従用ゲート１９の開閉を制御する
ゲート制御部であり、次の通りの構成を有してい
る。即ち、２０はフリツプフロツプであり、前記
フリツプフロツプ１３の出力によりセツト・リセ
ツトが行われる様になつており、このフリツプフ
ロツプ２０には積分器２１、レベル弁別器２３が
接続されており、この積分器２１、レベル弁別器
２３でON−デレイ、OFFデレイのタイマーが形
成されている。又レベル弁別器２３には積分器２
４が接続されており、この積分器２４の出力は一
対のレベル弁別器２７，２８に送られる様になつ
ている。このレベル弁別器２７，２８は共に４値
を入力してレベル弁別を行うレベル弁別器であ
り、レベル弁別器２７には積分器１８、ランプ波
発生回路１６、しきい値設定回路２５及び前記積
分器２４からそれぞれ信号が送られる様になつて
いる。又もう一方のレベル弁別器２８には積分器
１８、ランプ波発生回路１６、しきい値設定回路
２６及び前記積分回路２８からそれぞれ信号が送
られる様になつている。そして、このレベル弁別
器２７，２８の出力はアンド回路２９に送られる
様になつており、このアンド回路２９の出力は前
記した追従用ゲート１９に送られ、ゲート開閉を
制御する様になつている。又積分器１８には保持
制御回路から信号が送られる様になつており、反
射エコーが受信判別されなくなると積分器１８は
その出力が保持される様になつている。次にその
動作を説明すると、くり返しパルス発生器１で発
生したくり返し周期パルス９に同期して送波パル
ス発生器２で発生したパルスは送波RF増巾回路
３で増巾され送波器入力ｂとなり送波器４に印加
され、測定対象物である標的５に向つて発射され
る。そして標的５で反射した超音波エコーは受波
器６で受波され受信RF増巾回路７で増巾されて
受信RF増巾器出力Ｃとなる検波回路８で検波さ
れ検波出力ｄになりレベル弁別回路１０でしきい
値９と比較され、レベル弁別が行われる。そして
レベル弁別された信号はくり返し周期パルス発生
器１から送られるくり返し周期パルスに同期した
タイマー１１から送られるタイマー出力ｅによつ
てその開閉が制御され、ゲート回路１２を通り追
従用ゲート回路１９に送られる。この追従用ゲー
ト回路１９は以下に詳記する通りゲート制御部Ａ
からの制御信号によつて開閉が行われるものであ
り、この追従用ゲート回路１９を通過した信号は
第１反射エコーの立上りをフリツプフロツプ１３
で受信判別され、単安定マルチバイブレータで波
形整形され、単安定マルチバイブレータ出力ｆと
して出力される。なお、前記ゲート回路１２は送
信開始に同期され、測定距離に相当する時間のみ
タイマー１１により開く様になつている。

そして前記の通り受信判別された信号はランプ
波発生回路１６の傾斜を利用してサンプルホール
ド回路１７により時間／電圧変換が行われる。

なお、このランプ波発生回路１６もくり返し周
期パルス発生器１に同期し、測定距離に相当する
時間のみランプ波ｈを発生する様になつている。
そして時間／電圧変換され、アナログ量になつた
信号は積分器１８で積分され距離情報ｉとして出
力される。一方ゲート制御部Ａでは次の通りの動
作が行われる。

即ち、フリツプフロツプ１３の出力から受信判
別されたパルスによりセツトされ、受信判別され
ないときリセツトされるフリツプフロツプ２０を
経由して積分器２１及びレベル判別器２３にフリ
ツプフロツプ１３の出力信号が送られており、こ
の積分器２１とレベル弁別器２３でON−デレ
イ、OFFデレイのタイマーが形成される。即ち、
長い間受信判断されつづけている場合積分器２１
はチヤージアツプを完了し、レベル弁別器２３に
より一定時間以上受信を持続していると、積分器
２４も同様にチヤージアツプを完了する。そし
て、レベル弁別器２７には積分器２４の出力信
号、積分器１８の出力信号、ランプ波形発生器１
６の出力信号、しきい値設定器２５に設定された
しきい値がそれぞれ送られており、積分器２４の
出力信号を△lo、積分器１８の出力信号をLo、
ランプ波形発生器１６の出力信号をLr、しきい
値２５の出力信号を△l₁とすればレベル弁別器２
７ではこれら４値の比較を次式の演算により行
う。

Lr−Lo−△l₁＋△lo・K₁＞０ （但しK₁は比例定数） 一方レベル弁別器２８では次式の演算を行う。

Lr−Lo＋△l₂−△lo・K₂＜０ （但しK₂は比例定数） そして上記２式が両立したときアンド回路２９
から信号ｌが発せられ追従用ゲート１９を開かせ
る。

このゲート１９は標的が移動すると距離情報出
力Loも変動する為、これに追従してゆく様にな
つている。又妨害反射や雑音がこのゲート外に一
時的に発生してもこれらはこのゲートを通過でき
ない為反射エコーのみが受信判別され出力され
る。そして反射エコーが受信判別されなくなると
積分器２１がデイスチヤージを開始し、一定時間
以上経過するとレベル弁別器２３が出力反転し、
積分器２４の出力もデイスチヤージを開始し、積
分器２４の出力△loが小となりゲート１ａが開き
始める。又、反射エコーが受信され、判別が再度
開始されると保持制御回路３０はリセツトされ
る。更に積分器２１がチヤージを開始し、一定時
間以上経過するとレベル弁別器２３の出力が反転
し、積分器２４の出力はチヤージを開始し、この
出力△ｌが大きくなるとゲート１９は再度閉じて
ゆき、固定したゲート巾となる。

なお、標的の性状によつてはその移動時に一時
的に受信判別できなくなる事態が発生することが
あり、ゲートが開閉しないと標的が再びそのゲー
ト内に入るまでは距離情報が更新されない事態が
考えられるが、この実施例においてはゲートの開
閉によつてこの様な事態は防ぐことができる。

又、電源投入直後は無条件にゲートが開き始め
るようにフリツプフロツプをセツトし、積分器１
８、積分器２４の時定数を早く設定しておく。

この実施例はこの様な動作を行うものであり、
追従用のゲートを設けており、標的以外の所から
の一時的な妨害反射や瞬時間の雑音混入がなく、
又標的の動き、その性状などによつて誤動作をす
るおそれがなく、安定して正確に標的までの距離
を測定することができる効果を有する。

なお、移動標的で接近時と遠ざかる時の速度が
異なる場合には積分器２４のチヤージング時定数
デイスチヤージ時定数を変化させ、更に又、積分
器２４のレベル弁別器２７，２８に印加する出力
を調整することによつて対処することが可能であ
る。

又、この実施例においては１２，１９の２つの
ゲート回路を設けたが、一つのゲート回路を兼用
することも可能であり、又、その挿入位置もこの
実施例の位置に限る必要はなく受波器６の出力ま
での適宜位置に挿入しても良い。

更に前記実施例はアナログ的素子によつて構成
したがそれぞれの素子を同効なデジタル的素子に
おきかえても良いことは、もちろんである。

即ち、この場合には積分器２１，２４をアツプ
ダウンカウンターに、レベル弁別器２３，２７，
２８をそれぞれデジタルコンパレータに、しきい
値設定器２２，２５，２６をデジタルスイツチ
に、タイマー１５及びランプ波形発生器１６をク
ロツク発振器に、時間／電圧変換器１７をカウン
ターに、積分器１８を積算器にそれぞれおきかえ
ることにより同一機能は容易に達成することが可
能である。

この発明は上記の通りの構成を有するものであ
り、標的以外の所からの一時的な妨害反射や雑音
の混入があつても距離情報の誤出力が発生するお
それがなく、常に安定した正確な距離情報を出力
することができるすぐれた効課を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波距離測定装置のブロツク
ダイアグラム、第２図はその各部の波形のタイム
チヤート、第３図はこの発明に係る超音波距離測
定装置のブロツクダイアグラム、第４図はその回
路各部に発生する信号のタイムチヤートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準くり返し周期ごとに送波パルスを発生
   し、RF増巾する送信回路と、この送波パルスを
   超音波に変換し送波器から標的に向けて発射し、
   その発射波を受信パルスに変換する受波器と、受
   波器からの信号をRF増巾し、検波及びレベル弁
   別の後波形整形により受信信号を判別する受信回
   路と、測定対象物である標的までの往復伝播時間
   をアナログ量又はデジタル量に変換し、出力保持
   用の積分回路又は積算回路を経由して距離情報と
   して出力する距離情報演算出力回路と、RF増巾
   回路の入力側から受信判別回路の出力側までの系
   中に挿入されたゲートと、出力される距離情報を
   基準として測定対象物である標的の近づく速度、
   遠ざかる速度に合せて自動的にゲート巾を設定
   し、反射エコーがある一定値以上の場合にはゲー
   ト巾を固定し、ある一定値の割合より多く受信判
   別されない時はそれ以後はあらかじめ設定された
   時定数によつてゲートを開放しかつ積分又は積算
   出力を保持して距離出力が保持される様にし、更
   に標的からの反射エコーが受信判別される割合又
   は時間が再び予め定めた一定値以上に達した場合
   には予め定められた時定数によつてゲートが閉じ
   る様にしたゲート制御部とから構成されたことを
   特徴とする超音波距離測定装置。