KR19980074950A - 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 소정 물체에 맞고 반사된 초음파는 초음파 수신센서부(10)에서 수신하여 구동 펄스 주파수만 통과시키고 MR측정회로부(20)에서 기계적 공진을 측정하여 다중 증폭회로부(30)에서 주파수를 증폭시키며 검파회로부(40)에 의해 주파수는 검파되고, 상기 비교기(50)에 의해 디지탈 값으로 변환하여 중앙처리장치(60)를 통과한 송신신호는 ER 및 온도계수 측정회로부(70)로 인해 구동되며 초음파 송신 센서부(80)에 의해 초음파를 발산함으로써 센서의 온도를 일정하게 유지시켜, 센서의 동작 주파수의 변동을 방지하고 거리 탐지능력을 향상시킴과 동시에 어떠한 온도 조건에서도 정상동작을 보장함으로써, 초음파 거리 측정장치의 신뢰도 및 감도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법

본 발명은 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 센서의 온도에 따라 선형적으로 변하는 센서의 온도 파라미터를 이용하여 센서의 온도를 항상 일정하게 보상함으로써 온도에 따른 센서의 오동작 제거 및 장치의 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.

종래의 초음파 센서의 거리 측정 장치는 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부(1)와; 상기 초음파 수신센서부(1)에서 수신된 주파수중 공통된 최대주파수인 공진 주파수만 통과시키는 고정BPF(BAND PASS FILTER)회로부(2)와; 상기 고정BPF회로부(2)를 통과한 초음파 신호는 중앙처리장치(6)에 의해 소정 잡음 크기에 따라 증폭율을 조정하는 다중 증폭회로부(3)와; 상기 다중 증폭회로부(3)와; 상기 다중 증폭회로부(3)를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부(4)와; 상기 검파회로부(4)에서 검파한 신호를 선형 기준 신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기(5)와; 상기 초음파 거리측정 시스템의 동작을 전체적으로 총괄하는 중앙처리장치(6)와; 상기 중앙처리장치(6)에서 출력되는 초음파 신호를 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor:이하 FET라 칭함)를 이용하여 구동하는 초음파 구동회로부(7)와; 상기 초음파 구동회로부(7)의 구동으로 소정의 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부(8)와; 상기 중앙처리장치(6)에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부(9)로 구성되었다.

이러한 종래 장치는 소정의 물체에 맞고 반사된 초음파를 초음파 수신센서부(1)에서 수신하게 되고 수신된 주파수를 고정BPF회로부(2)를 통해 통과시키며, 통과된 초음파 신호는 상기 중앙처리장치(6)에 의해 잡음의 크기에 따라 증폭율을 다중 증폭회로부(3)에서 증가시키며, 또한 상기 검파회로부(4)를 통해 통과한 신호를 검파한 후 비교기(5)를 통해 선형기준신호와 비교하여 디지탈값으로 변환하게 된다.

또한, 중앙처리장치(6)에서는 초음파 구동회로부(7)를 통해 출력되는 초음파신호를 이용하여 초음파 수신센서부(8)에 의해 초음파를 발산하게 되며, 상기 중앙처리장치(6)에 의해 계산된 거리 및 경보를 거리표시 및 경보장치부(9)에서 소정의 정보가 출력되도록 동작되었다.

그러나, 상기와 같은 종래 초음파 센서의 거리측정 장치는 초음파 특성상 중심 동작 주파수가 온도에 따라 변하는데 반하여 대역 통과 필터의 중심 통과주파수는 고정되어 있으므로, 특정한 온도 영역에서는 장치의 성능이 저하될 수 있으며, 특히 기온이 낮은 환경에서는 센서의 동결로 인하여 정상 동작을 하지 않고 탐지 거리에 대한 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 소정 센서의 온도는 온도 파라미터를 이용하여 온도를 항상 일정하게 제어하고 소정 온도 측정에 있어서는 항상 최고의 검지력을 가지도록 하여 장치의 성능을 향상시키며 센서의 온도를 직접 제어함으로써 낮은 온도에서 초음파 센서가 동결되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치는, 소정 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부와; 상기 초음파 수신센서부에 의해 수신된 초음파 신호를 구동펄스 주파수만 통과시키고 출력되는 수신호의 여진을 측정하는 기계적 공진(Mechanical Resonance:이하 MR이라 칭함)을 측정하는 MR측정회로부와; 중앙처리장치에 의해 제어된 잡음의 크기에 따라 증폭율이 조정되는 다중 증폭회로부와; 상기 다중 증폭회로부를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부와; 상기 검파회로부에 의해 검파된 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈값으로 변환시키는 비교기와; 상기 시스템을 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에 의해 제어된 송신신호를 구동하고 주파수 여진에 따라 신호를 측정하는 전기적 공진(Electric Resonance:이하 ER이라 칭함) 및 온도계수를 측정하는 ER 및 온도계수 측정회로부와; 상기 ER 및 온도계수 측정회로부의 구동으로 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부와; 상기 중앙처리장치에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부를 포함하여 구성됨을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

한편, 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 및 그 제어방법은, 초기 상태에서 변수를 초기화시키는 변수초기화단계와; 변수를 초기화시킨 후 ER 및 온도계수를 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 따른 온도를 보상해주는 ER 및 온도계수 측정 및 온도보상단계와; 상기 ER 및 온도계수 측정 및 온도보상단계 수행후 MR을 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 따른 온도를 보상해 주는 MR측정 온도보상단계와; 상기 MR측정 및 온도보상단계의 수행후 거리 측정모드로 전환하여 초음파를 송수신하는 거리 측정단계와; 상기 거리 측정단계의 수행후 거리 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터로 변환시키는 거리 계산단계와; 상기 거리 계산단계의 수행후 거리표시 모드 및 경보모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리 표시부로 전송하고 MR측정 및 온도보상단계로 전환하여 순차 동작을 하는 거리표시 및 경보단계를 포함하여 구성됨을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이러한 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법은 온도에 따라 초음파 센서의 온도 파라미터의 특성이 변하는 특징을 이용하여 센서의 온도를 제어하도록 동작되어 초음파 센서는 온도에 따라 공진주파수를 변화시키고 낮은 온도에서 센서가 동결되는 것을 방지하도록 동작되는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 초음파 센서 온도측정장치의 구성을 나타낸 기능 블럭도,

도 2는 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치의 구성을 나타낸 기능 블럭도,

도 3은 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 제어방법의 중앙처리장치 동작상태를 나타낸 제어 흐름도,

도 4는 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법의 구동신호 및 송/수신 신호의 상태를 나타낸 막대 그래프,

도 5는 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법의 온도에 따른 변화상태를 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,10:초음파 수신센서부2,:고정 BPF회로

3,30:다중증폭회로부4,40:검파회로부

5,50:비교기6,60:중앙처리장치

7:초음파 구동회로부8,80:초음파 송신센서부

9,90:거리표시 및 경보장치부20:MR 측정회로부

70:ER 및 온도계수 측정회로부

이하, 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 들어 그 구성 및 동작을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

먼저, 소정 물체에 맞고 반사된 초음파는 초음파 수신센서부(10)에 의해 상기 초음파를 수신하게 되고, MR측정회로부(20)에서 수신된 초음파 신호를 구동펄스 주파수만 통과시켜 출력되는 수신호의 여진을 측정하고 기계적 공진을 측정하게 된다.

또한, 상기 MR 측정부(20)에서 측정된 기계적 공진은 중앙처리장치(60)에서 잡음의 크기에 따라 제어되고, 다중증폭부(30)에서는 증폭율이 조정되어 상기 다중증폭부(30)를 통과한 신호는 검파회로부(40)에서 증폭된 신호를 검파하게 된다.

또한, 상기 검파회로부(40)에 의해 검파된 신호는 비교기(50)에 의해 선형기준신호와 비교하여 디지탈값으로 변화시키고, 상기 모든 시스템의 제어는 중앙처리장치(60)에 의해 제어된다.

또한, 상기 중앙처리장치(60)의 동작을 제어흐름도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 비교기(50)에 의해 디지탈값으로 변화된 신호를 초기화시키고(100), 전기적 공진 및 온도계수를 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 다른 온도를 보상해주게 된다(200).

또한, 소정의 기계적 공진을 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 따른 온도를 보상해주고(300), 거리 측정모드로 전환하여 초음파를 송신하게 된다(400).

또한, 상기 중앙처리장치(60)에 의해 송신된 초음파를 거리 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터로 변환시켜(500) 거리표시 모드 및 경보 모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리 표시부로 전송하고 MR 및 온도계수 및 온도보상 단계로 전환하여 순차 동작(600)을 하게 된다.

이에 따라, 상기 중앙처리장치(60)에 의해 제어된 송신 신호는 ER 및 온도계수 측정회로부(70)에 의해 구동되고 주파수 여진에 따라 신호를 측정하게 되며 상기 ER 및 온도계수 측정회로부(70)의 구동으로 초음파를 발산하게 된다.

또한, 상기 중앙처리장치(60)에 의해 계산된 거리 및 경보는 거리 표시 및 경보장치부(90)에 표시된다.

또한, 초음파 거리 측정 장치의 송신센서 구동신호는 도 4(a)와 같이 나타나고, 일반적으로 초음파 송신신호의 동작시간은 송신 센서의 최대 송신 효율이 얻어지는 시점까지가 되고, 오프될 때는 도 4(b)와 같이 송신 센서에 인가된 신호의 진폭이 지수적으로 감소하며 여진하는 특성이 있다.

또한, 상기 송신 센서의 송신 동작 시간과 여진에 의해 수신센서에 검출된 신호의 증폭결과는 도 4(c)와 같으며, 송신 동작 시간과 여진에 의한 잡음이 포화되어 있어 시간이 물체를 검출할 수 없는 최소 시간이 탐지하여, 거리로 환산된 것이 최소 탐지거리가 된다.

또한, 최대 탐지 거리를 크게 하기 위해 수신신호의 증폭율을 높이면 잡음은 더욱 커져 최소 탐지거리가 커지며, 초음파 센서를 사용하는 시스템에서는 최소 탐지거리와 최대 탐지거리가 비례하게 된다.

또한, 도 5에서 도시하는 바와 같이 온도에 따라 선형적으로 변하는 센서의 온도 파라미터는 온도 특성을 이용하여, 실제 송수신 센서의 온도 파라미터를 측정하며, 센서의 온도를 항상 일정하게 유지시켜, 온도에 따른 센서의 오동작 제거 및 장치의 신뢰성을 향상시켰다.

따라서, 낮은 온도 조건에서 센서가 동결되는 것을 방지함으로써, 어떤 온도 조건에서도 장치의 정상동작을 보장할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치 및 그 제어방법은, 특히, 기온이 낮은 환경에서는 센서의 동결로 인하여 정상 동작을 하지 못할 경우가 발생할 수 있는데 센서의 온도에 따라 중심 동작 주파수가 변함으로써 장치의 오동작 및 탐지거리에 대한 신뢰성이 높아지게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 소정 물체에 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신센서부와; 상기 초음파 수신센서부에 의해 수신된 초음파 신호를 구동펄스 주파수만 통과시키고 출력되는 수신호의 여진을 측정하는 기계적 공진을 측정하는 MR측정회로부와; 이후에 설명할 중앙처리장치에 의해 제어된 잡음의 크기에 따라 증폭율이 조정되는 다중 증폭회로부와; 상기 다중 증폭회로부를 통과한 신호를 검파하는 검파회로부와; 상기 검파회로부에 의해 검파된 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈값으로 변환시키는 비교기와; 상기 시스템을 총괄하는 중앙처리장치와; 상기 중앙처리장치에 의해 제어된 송신신호를 구동하고 주파수 여진에 따라 신호를 측정하는 전기적 공진 및 온도계수를 측정하는 ER 및 온도계수 측정회로부와; 상기 ER 및 온도계수 측정회로부의 구동으로 초음파를 발산하는 초음파 송신센서부와; 상기 중앙처리장치에 의해 계산된 거리 및 경보를 표시해주는 거리표시 및 경보장치부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 초음파 수신센서는, 송신 센서의 송신 동작시간과 여진에 의해 수신 센서에 검출된 신호는 증폭되고, 동작시간과 여진에 의한 잡음이 포화되어 있는 시간의 물체를 검출할 수 없는 최소 시간이 되며, 거리로 환산한 것이 최소 탐지거리가 되는 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 초음파 송신센서는, 초음파 송신 신호의 동작시간과 송신 센서에서 최대 동작시간 값은 송신 센서의 최대 송신 효율이 얻어지는 시점까지로 하는 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정 장치.
4. 초기 상태에서 변수를 초기화시키는 변수초기화단계와; 변수를 초기화시킨 후 ER 및 온도계수를 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 따른 온도를 보상해주는 ER 및 온도계수 측정 및 온도보상단계와; 상기 ER 및 온도계수 보상 단계를 수행후 MR을 측정하여 그 값을 기준값과 비교하여 그에 따른 온도를 보상해 주는 MR측정 온도보상단계와; 상기 MR측정 및 온도보상단계의 수행후 거리 측정모드로 전환하여 초음파를 송수신하는 거리 측정단계와; 상기 거리 측정단계의 수행후 거리 모드로 전환하여 시간 데이터를 거리 데이터로 변환시키는 거리 계산단계와; 상기 거리 계산 단계의 수행후 거리표시 모드 및 경보모드로 전환하여 거리 데이터 및 경보 조건을 거리 표시부로 전송하고 MR측정 및 온도보상단계로 전환하여 순차 동작을 하는 거리표시 및 경보단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정장치의 제어방법.
5. 제4항에 있어서, 온도를 보상해주는 단계는, 온도에 따라 선형적으로 변하는 온도 파라미터의 특성을 이용하여, 실제 송수신 센서의 온도 파라미터를 측정하며 센서의 온도를 항상 일정하게 유지시키는 초음파 센서의 온도 파라미터를 이용한 거리측정의 제어방법.