KR0119925B1

KR0119925B1 - 초음파를 이용한 거리 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR0119925B1
Application number: KR1019940015651A
Authority: KR
Inventors: 이정일
Original assignee: 김주용; 현대전자산업주식회사
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1997-10-20
Also published as: KR960001717A

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 전체 시스템을 총괄 제어하는 중앙처리장치(1)와 상기 중앙처리장치(1)의 신호에 의하여 발진하고, 초음파를 구동하여 초음파를 송신하는 송신부(2, 3, 4)와 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신센서(5)가 수신하고, 증폭 및 필터링(6, 7)후 잔향음이 존재하는 시간 동안 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과한 잔향음 신호가 비포화 되도록 하는 잔향음 비포화 증폭 회로부(8)를 작동하고, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과하여 노이즈가 여과된 신호를 입력받아 다시 증폭하는 2단 증폭회로부(9)를 동작시키는 수시센서(5)와 상기 잔향음 비포화 증폭회로부(8) 또는 2단 증폭회로부(9)로부터 입력받은 신호를 검파 및 기준신호를 발생하여 중앙처리장치(1)로 출력하는 검파 및 비교부(10)와 이 수신센서로부터 입력받은 신호를 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 디지털 값으로 표시하는 거리표시부(20)를 포함하여 구성하여, 최소 측정거리 한계를 줄이고 최대 탐지거리를 증가시키므로 초음파 거리 측정 장치의 성능 및 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

초음파를 이용한 거리 측정 장치 및 방법

제1도는 본 발명의 전체 구성도.

제2도는 본 발명에서 송신 신호의 타이밍도.

제3(a)도는 본 발명에서 초음파 발지의 잔향음 신호도.

(b)도는 본 발명에서 수신단의 증폭 신호도.

제4도는 본 발명의 처리 순서도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 전체 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중앙처리장치 2 : 발진회로부

3 : 초음파 구동회로부 4 : 초음파 송신센서

5 : 초음파 수신센서 6 : 1단 증폭회로부

7 : 대역 통과 필터부 8 : 잔향음 비포화 증폭회로부

9 : 2단 증폭회로부 10 : 검파 및 비교부

20 : 거리표시부

본 발명은 초음파를 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 초음파 수신 신호의 잔향음을 포화되지 않도록 증폭하고, 비교기의 기준신호를 변조하여 최소 측정거리 한계를 제거하고, 최대 탐지거리를 증가시키는 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 초음파 거리 측정 장치는 초음파를 구동하여 발신할 경우에 물체에 맞고 돌아오는 신호 보다는 초음파 수신센서쪽으로 공기나 다른 매질을 통해 전파되는 초음파 신호가 더 큰 경우가 있으며, 또한 구동이 종료된 이후에도 일정 시간 동안 여진을 계속하면서 발생되는 잔향음을 수신센서가 수신하기 때문에 종래의 일반적인 초음파 거리 측정 장치는 일정 시간 발진하지 않는 방법을 사용하는 경우가 많다.

그러나 상기와 같은 방법은 물체에 맞고 돌아오는 신호가 아닌 노이즈 신호의 수신은 방지하지만, 발진이 종료된 이후의 여진으로 발생하는 잔향음은 방지하지 못하므로, 발진이 종료되는 즉시 수신세서를 구동하지 못하고 잔향음이 발생되는 일정 시간의 경화 후에야 수신센서를 구동하므로, 이 시간만큼 측정이 불가하며, 또한 좀더 먼 거리를 측정하고자 증폭도를 높이면 이러한 측정 불가 시간 영역은 더욱 커지는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잔향음을 포화되지 않도록 증폭하고 비교기의 기준신호를 변조하여 잔향음과 물체에 의해 반사되는 신호를 구별함으로써, 최소 측정 거리의 한계를 제거하고, 최대 탐지 거리를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 전체 구성도로, 전체 시스템을 총괄 제어하는 중앙처리장치(1)와, 상기 중앙처리장치(1)의 신호에 의하여 센서 특성에 일치하는 주파수로 발진하는 발진 회로부(2)와, 상기 발진 회로부(2)의 발진 신호를 입력받아 초음파 송신센서(4)를 구동하는 초음파 구동회로부(3)와, 상기 초음파 구동회로부(3)의 구동으로 초음파를 발신하는 초음파 송신센서(4)와, 물체에 맞고 반사된 초음파를 수시하는 초음파 수신센서(5)와, 상기 초음파 수시센서(5)에 의해 수신된 신호를 증폭하는 1단 증폭회로부(6)와, 증폭된 신호중에서 구동 펄스 주파수 성분만을 통과시키는 대역 통과 필터부(7)와 잔향음이 존재하는 시간 동안은 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과한 잔향음 신호가 비포화 되도록 하는 잔향음 비포화 증폭 회로부(8)와, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과하여 노이즈가 여과된 신호를 입력받아 신호를 검파하고, 잔향음의 검파 파형과 비슷한 파형으로 변조된 기준신호를 발생하여 검파 신호와 기준 신호를 비교하여 상기 비교값을 중앙처리장치로 출력시켜주는 검파 및 비교부(10)와, 상기 검파 및 비교부(10)로부터 입력받은 신호를 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 디지털 값으로 표시하는 거리표시부(20)를 포함하여 구성된다.

즉, 잔향음이 존재하는 시간대에는 상기 검파 및 비교기(10)의 출력 신호는 잔향음의 영향을 받지 않고 일정하게 되며, 만일 물체가 존재하여 수신신호의 진폭이 높아 진다면 검파 및 비교기(10)의 출력은 변화량 만큼 변하게 되고, 이런 변화를 중앙처리장치(1)에서 검사하여 물체의 거리를 거리표시부(20)에 표시하게 된다.

또한, 잔향음이 끝나는 시점에서 중앙처리장치(1)는 잔향음 비포화 증폭회로부(8)의 동작을 중지하고 2단 증폭회로부(9)가 동작되도록 하되, 2단 증폭회로부(9)의 증폭률은 탐지 거리에 따라 조정한다.

일반적으로 초음파 송신센서(4)의 구동 신호는 제2도와 같으며, 송신 신호의 온 타임(t1)은 초음파 송신센서의 최대 송신 효율이 얻어지는 시점까지 하고, 오프 타임(t2)은 측정 거리에 따라 결정한다.

또한 초음파 구동 신호가 초음파 송신센서에 인가되는 시기 및 구동 신호의 오프 시기에는 제3(a)도와 같이 초음파 송신센서에 인가된 신호의 진폭이 지수적으로 감소하며 여진하는 특성이 있으며, 초음파 송신센서의 송신 온 타임(t1) 및 여진에 의해 수신센서에 검출된 신호의 증폭 결과는 제3(b)도와 같다. 여기에서 초음파 송신 온타임(t1) 및 여진에 의해 발생하는 잔향음의 존재 시간이 물체를 검출할 수 없는 최소 탐지 시간이 되고 이것을 거리로 환산한 것이 최소 탐지 거리가 되며, 수신 신호의 증폭률을 높이면 잔향음은 더욱 커져 최소 탐지 거리가 커기고 동시에 수신 효율이 높아지므로 최대 탐지 거리도 높아지게 된다.

제4도는 본 발명의 처리 순서도로, 초기 상태에서 초음파 구동회로를 구동하여 초음파를 송신하는 제1단계(S1)와; 제1단계(S1) 수행후, 수신모드로 전환하여 초음파를 수신하는 제2단계(S2)와; 제2단계(S2) 수행후, 잔향음 존재 시간 내인가의 가/부를 판단하는 제3단계(S3)와; 제3단계(S3) 수행후, 잔향음 존재 시간이 아니면 2단 증폭회로부를 구동하는 제4단계(S4)와; 상기 제3단계(S3) 수행후, 잔향음 존재 시간으로 판단되면 잔향음 비포화 증폭 회로를 구동하는 제5단계(S5)와; 상기 제4단계(S4) 또는 제5단계(S5) 수행후, 검파 및 비교기의 출력펄스에 변화가 없으면 다시 제2단계(S2)로 돌아가는 제6단계(S6)와; 그리고 제6단계(S6) 수행후, 검파 및 비교기의 출력 펄스가 변화하였다고 판단되면 물체의 거리를 계산하여, 거리표시 장치에 거리를 표시하고, 다시 초기 단계로 돌아가는 제7단계(S7)로 구성되어 순차 동작한다.

즉, 본 발명은 크게 송신모드, 수신모드, 거리 계산모드, 거리 표시모드로 나눌 수 있는 바, 제1단계(S1)의 송신모드에서는 초음파 송신센서(3)의 구동을 위해 제2도와 같이 일정 시간(t1)동안 펄스를 출력하고, 이 펄스는 초음파 발진 주파수와 앤드되고 초음파 구동회로(3)에 의해 초음파 송신센서(4)를 구동하게 된다. 송신 펄스의 출력이 끝나면 제2단계(S2)의 수신모드로 전환되고 수신모드에서는 잔향음이 존재하지 않는 시간에는 2단 증폭회로부(9)가 동작하도록 한다.

또한, 잔향음이 존재하지 않는 시간에는 2단 증폭회로부(9)가 동작하도록 한다. 수신모드 동안에 검파 및 비교기(10)의 출력 펄스가 변화하는지를 검사하여 물체가 존재하면 거리 계산 모드로 전환하여 물체와의 거리를 계산하고 거리 표시부(20)에 거리를 표시하게 된다. 그러나 물체가 존재하지 않으면 거리 계산모드를 통과하고 거리 표시장치를 오프(OFF)하고, 다시 송신모드로 전환하여 일정 주기로 반복 루르를 처리한다.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 전체 구성도로, 상기 제1도의 검파 및 비교부(10)에서 검파회로와 비교기의 구성순서를 바꾸되 비교기는 고속 비교기(12)를 사용하고, 검파회로와 중앙처리장치(1)이 사이에 거리 펄스 발생회로(14)를 추가 하였다.

이것은 잔향음 비포화 증폭회로부(8)에 의해 줄어든 감도를 보상하는 구성 방법으로, 거리 펄스 발생회로의 출력은 중앙처리장치(1)의 온 타임 펄스가 시작될 때 하이로 되고, 검파된 비교기의 신호 레벨이 트랜지스터-트랜지스터 논리회로(TTL)의 하이 레벨보다 커질 때 로우로 된다. 그래서 이러한 펄스를 중앙처리장치(1)가 카운트하여 거리를 계산하게 된다. 이러한 방법은 고속비교기(12)를 사용하여야 되고 거리 펄스 발생회로(14)를 추가로 형성하지만 잔향음 시간 동안의 감도를 높일 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명은 초음파 수신 신호의 잔향음을 포화되지 않도록 증폭률을 가변할 수 있도록 하고, 비교기의 기준신호를 변조하여 잔향음과 물체 반사 신호를 구별할 수 있게 하여 최고 탐지거리를 줄이고 최대 탐지거리를 높이므로 초음파 거리 탐지기의 감도가 향상되는 효과가 있다.

Claims

초음파를 이용한 거리 측정 장치에 있어서, 전체 시스템을 총괄 제어하는 중앙처리장치(1)와, 상기 중앙처리장치(1)의 신호에 의하여 센서 특성에 일치하는 주파수로 발진하는 발진 회로부(2)와, 상기 발진 회로부(2)의 발진 신호를 입력받아 초음파 송신센서(4)를 구동하는 초음파 구동회로부(3)와, 상기 초음파 구동회로부(3)의 구동으로 초음파를 발신하는 초음파 송신센서(4)와, 물체에 맞고 반사된 초음파를 수시하는 초음파 수신센서(5)와, 상기 초음파 수시센서(5)에 의해 수신된 신호를 증폭하는 1단 증폭회로부(6)와, 증폭된 신호중에서 구동 펄스 주파수 성분만을 통과시키는 대역 통과 필터부(7)와, 잔향음이 존재하는 시간 동안은 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과한 잔향음 신호가 비포화 되도록 하는 잔향음 비포화 증폭 회로부(8)와, 잔향음이 존재하지 않는 시간대에는 상기 대역 통과 필터부(7)를 통과하여 노이즈가 여과된 신호를 입력받아 다시 증폭ㅎ는 2단 증폭회로부(9)와, 상기 장향음 비포화증폭회로부(8) 또는 2단 증폭회로부(9)로부터 입력받은 신호를 검파하고, 잔향음의 검파 파형과 비슷한 파형으로 변조된 기준신호를 발생하여 검파 신호와 기준 신호를 비교하여 상기 비교값을 중앙처리장치로 출력시켜주는 검파 및 비교부(10)와, 상기 검파 및 비교부(10)로부터 입력받은 신호를 중앙처리장치(1)의 제어에 의하여 디지털 값으로 표시하는 거리표시부(20)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 검파 및 비교기(10)에서 검파회로와 비교기의 구성 순서를 바꾸되 비교기는 고속 비교기(12')를 사용하고, 검파회로와 중앙처리장치(1)의 사이에 거리 펄스 발생회로(14)를 추가하여 이루어진 검파 및 비교부(10')를 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 고속 비교기(12')는 2단 증폭회로부(9)의 출력 또는 잔향음 비포화 회로부(8)의 출력과 신호를 비교하여 검파회로로 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 장치.
초기 상태에서 초음파 구동회로를 구동하여 초음파를 송신하는 제1단계(S1)와; 제1단계(S1) 수행후, 수신모드로 전환하여 초음파를 수신하는 제2단계(S2)와; 제2단계(S2) 수행후, 잔향음 존재 시간 내인가의 가/부를 판단하는 제3단계(S3)와; 제3단계(S3) 수행후, 잔향음 존재 시간이 아니면 2단 증폭회로부를 구동하는 제4단계(S4)와; 상기 제3단계(S3) 수행후, 잔향음 존재 시간으로 판단되면 잔향음 비포화 증폭 회로를 구동하는 제5단계(S5)와; 상기 제4단계(S4) 또는 제5단계(S5) 수행후, 검파 및 비교기의 출력펄스에 변화가 없으면 다시 제2단계(S2)로 돌아가는 제6단계(S6)와; 그리고 제6단계(S6) 수행후, 검파 및 비교기의 출력 펄스가 변화하였다고 판단되면 물체의 거리를 계산하여, 거리표시 장치에 거리를 표시하고, 다시 초기 단계로 돌아가는 제7단계(S7)로 구성되어 순차 동작함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 거리 측정 방법.