JPH0261582A

JPH0261582A - 超音波検知器

Info

Publication number: JPH0261582A
Application number: JP63212883A
Authority: JP
Inventors: Mineo Okamoto; 峰雄岡本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-03-01
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2785942B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は音波パルスを用いて、例えば自動扉用人体検知
器や来客報知器等比較的近距離での物標の有無を検知す
る超音波検知器に関する。

〔従来の技術〕

例えば、自動扉の人体検知器としては第４図に示すよう
なものが一般的に知られている。すなわち、図において
、天井Ａと床８間に設置されたドアＣの適当な高さ位置
、すなわち無目りに超音波検知器の送受波器Ｅが取り付
けである。この送受波器Ｅは人間の身長より若干高めに
なる位置に取り付けられおり、出入りする人がドアＣの
前で一旦立ち止まるときに、その頭部Ｆに超音波が照射
されるように斜め下向けに指向されている。

そして、この送受波器Ｅから超音波パルスを繰り返し送
受波することにより、頭部Ｆからの反射波が受波され、
この反射波の存在を検知することによりドアＣを一定時
間だけ開くように制御している。

係る送受波器Ｅによる受波動作は超音波パルスの送波し
た後から開始されるが、最少探知距離性能を上げて外人
等の背の高い人でも検知可能にするには、パルス幅が狭
く、かつ送波終了と同時に受波を開始することが望まし
い。

ところで、送受波器は電力を供給して励振させた場合、
電力供給を中止しても直ちに振動は停止せず、ある時間
だけ漸近的に振動を持続する（残響という）。従って、
送波終了直後に受波を開始すると、この残響が受波信号
内に混入し、検知器の誤動作発生の原因となる。

このために、従来は、早期の受波動作の開始が好ましい
にも拘らず、上記残響がなくなったとみなせる予め定め
た所定の時点から受波動作を開始させて、受波期間内に
残響が含まれないようにしている。

一方、上記残響の持続時間は固定的なものではなく、送
受波器側々の多少のバラツキによる他、特に温度などの
外部条件に大きく影響される。従って、・残響が最も長
く持続する状態での時間を考慮して受波の開始時点を決
定することにより、残響の混入を完全に防ぐことが出来
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この結果、かえって背の高い人の検知が
充分に出来なくなり、またこれを充分に行うためには、
いきおい送受波器を高所に設置すれば良いが、そうする
と送受波電力若しくは受波感度の向上を強いられ経済面
や構成、価格面で問題を生じる。

本発明は残響の持続時間が比較的変動することに着目し
てなされたもので、残響の消滅直後から受波動作を開始
するようにして、近距離の検出も充分行えるようにする
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、超音波送受波器にて音波パルスを繰り返し送
波し、該送波から予め定めた時間経過時にゲートをオン
して受波を行うことにより物標からの反射波の有無を検
知する超音波検知器において、送波直後の残響レベルを
検出し該残響レベルが所定レベルまで低下したことを検
出するレベル検出手段と、該レベル検出手段出力の出力
時に上記ゲートをオンするゲート制御手段とを設けたこ
とを特徴とする超音波検知器を提供するものである。

〔作用〕

本発明によれば、送波直後の残響レベルが所定レベルま
で低下すると同時にゲート制御手段によりゲートがオン
されて受波が開始される。

一方、上記残響レベルが所定レベルまで低下するまでの
時間か送波から予め定めた時間を越える場合はその時間
経過時に強制的にゲートがオンされる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。

図において、１は超音波パルスを送波する超音波送受波
器である。該超音波送受波器１による超音波パルスの送
波は以下の閉回路により行われる。

すなわち、電源回路２は所定電圧で積分回路３に一定電
流を供給し、単安定マルチ４は該積分回路３の出力が所
定レベルに達する毎に一定幅のパルス信号を送出するよ
うになされている。また、この単安定マルチ４は上記パ
ルス信号をゲート信号発生回路５（以下、ゲート５）へ
出力するようになされている。該ゲート５は上記パルス
信号の入力後一定時間経過した時点から、すなわちｔ２
時点からｔ３時点まで持続するパルス信号を送出するよ
うになされている。

スイッチング回路６は上記単安定マルチ４の立ち上がり
若しくは立ち下がりタイミングで信号を出力し、積分回
路３に蓄積されている電荷を放電させて、積分回路３に
よる積分動作が一定周期で繰り返されるようにしている
。

単安定マルチ７は上記単安定マルチ４の立ち上がりタイ
ミング毎に幅ｔｓのパルスを出力し、該幅ｔｓの期間発
振回路８は予め定められた高周波数で発振を持続する。

この発振出力は次段のドライバー９で送受波器１の駆動
用に電力増幅される。

このようにして、幅ｔｓの超音波パルス（第２図ａ）が
送受波器１より所定の指向方向に向けて送波される。

物標で反射した帰来波は、同じく送受波器１で受波され
て（第２図ｂ）、増幅回路１０及び次段検波回路１１で
増幅検波された（第２図ｄ）後、レベル検出回路１２に
送られる。該レベル検出回路１２は送信直後から受波信
号レベルを検出し、該受信信号レベルが予め定めたスレ
ッシュホールドレベルＶｓに達した時点ｔ１でメモリ１
３に検比信号を出力する。すなわち、レベル検出回路１
２は送信直後に含まれる残響（第２図８１　Ｄｌ）がレ
ベルＶｓまで低下する時点を検出するものである。

メモリ１３はレベル検出回路１２からの検出信号が入力
されると同時に信号を出力してゲート５をｔ１時点から
少なくともｔ２時点までオンする。

この結果、ゲート５は送信直後の残響がｔ２時点までに
レベルＶ８に低下した場合は、その低下した時点である
ｔ１時点からｔ３時点までパルスを送出しく第２図Ｃ）
、一方ｔ２時点までにレベルＶ８に低下しない場合には
ｔ２時点からｔ３時点までパルスを送出する（第３図Ｃ
）。すなわち、温度等によって残響の持続時間が長くな
り、ｔ２時点以上となった場合でも、ゲート５は時間ｔ
２で強制的にオンされるようになされている。

積分回路１４は一定幅若しくはレベル以上の受信信号の
みを抽出し、ホワイトノイズその他の雑音を除去して誤
動作を防止するものである。この積分回路１４はゲート
５からのパルス信号（第２図Ｃ１第３図Ｃ）の送出期間
のみ動作するようになされている。

フリップフロップ１５は送信と同期して、若しくは直後
に単安定マルチ７からの信号を受けてリセットされると
ともに、積分回路１４からの出力信号、すなわち物標が
検知された時に出力信号を送出するようになされている
。スイッチング回路１６はフリップフロップ１５が出力
信号を送出する間持続して出力を送出し、自動扉等の他
の負荷を駆動す６リレー１７を動作させる。なお、第１
図の実施例では２回連続して積分回路１４からの出力信
号が検知された場合にリレー１７が動作するようにして
、誤検知の防止を図っている。

以上の回路構成において、次に第２図及び第３図を用い
て受信動作を説明する。なお、第２図は残響がｔ２時点
以内、すなわちｔ１時点からゲート５がオンした場合の
タイムチャートを示し、第３図は残響がｔ２時点以上、
すなわちゲート５がｔ２時点からオンした場合のタイム
チャートを示す。

先ず、第２図において、幅ｔｓの超音波パルスＡ１が送
波さ、れ、その直後から残’５ＦＢ１及び物標信号Ｂ２
が検波回路１１で検波される。そして、レベル検出回路
１２は送信直後から残ｇＤ１のレベルを検出し、そのレ
ベルがＶｓまで低下すると検出信号をメモリ１３に送出
する。従って、メモリ１３は上記検出信号を受けた時点
、すなわちｔ１時点からゲート５をオンさせる。このゲ
ート５からのゲート信号Ｃ１はｔ３時点まで持続し、こ
れにより背の高い人から背の低い人までが検知される。

また、上記時間ｔ３は、例えば子供等の入場が制限され
る場所等の場合には検知範囲外となるようにすることも
出来る。

そして、ゲート信号Ｃ１の発生直後に受波された信号Ｄ
２は積分回路１４で抽出され、スイッチング回路１６で
いわゆる相関処理を施される。そして、積分回路１４か
らの出力が連続２回検知されると物標ありと判断され、
スイッチング回路１６が出力Ｅ１を送出してリレー１７
を作動する。

次に、第３図において、幅ｔｓの超音波パルスＡ１が送
波され、その直後から残響Ｂ１及び物標信号Ｂ２が検波
回路１１で検波される。そして、レベル検出回路１２は
送信直後から残響Ｄ１のレベルを検出する。この場合、
残響が長く、ｔ２時点で、そのレベルがＶｓまで低下し
ていないためレベル検出回路１２は検出信号を出力せず
、従ってゲート５はｔ２時点からゲートをオンさせる。

このゲート５からのゲート信号Ｃ１はｔ３時点まで持続
し、これにより通常の背丈の人は検知される。そして、
ゲート信号Ｃ１の発生直後に受波された信号Ｄ２は積分
回路１４で抽出され、スイッチング回路１６でいわゆる
相関処理を施される。

そして、積分回路１４からの出力が連続２回検知される
と物標ありと判断され、スイッチング回路１６が出力Ｅ
１を送出してリレー１７を作動する。

上記の実施例によれば、送信より一定時間後、すなわち
ｔ２時点の後、強制的にゲートをオンするとともに残響
の持続時間の変動にかかわらず、常に残響が終了した時
点からもゲートをオンして検知可能にし、近距離検知を
可能にしている。

次に、第５図は本発明の第２の実施例を示す回路図であ
る。

本実施例は要約すれば、パルス幅の長い探知パルスと短
い探知パルスとを交互に繰り返し送波するもので、以下
第５図及び第６図のタイムチャートにより説明する。

なお、図中、第１図と同一番号が付されたものは同一物
を示す。

図において、長幅ｔｓ１の送信パルス（第６図Ａ１）は
積分回路３、単安定マルチ４ａ及び単安定マルチ７゜ｔ
によ１）決定される。すなわち、単安定マルチ４ａは積
分回路３の出力が所定レベルに達する毎に一定幅のパル
ス信号を送出するようになされている。単安定マルチ７
ａは上記単安定マルチ４ａの立ち上がりタイミング毎に
幅ｔｓｌのパルスを出力する。そして、該幅ｔｓ１の期
間発振回路８は予め定められた高周波数で発振を持続し
、この発振出力は次段のドライバー９で送受波器１の駆
動用に電力増幅される。このようにして、幅ｔｓｊの超
音波パルスＡ１が送受波器１より所定の指向方向に向け
て送波される。

一方、短幅ｔｓ２の送信パルス（第６図Ａ２）は積分回
路３、単安定マルチ４ｂ及び単安定マルチ７ｂにより決
定される。すなわち、単安定マルチ４ｂは積分回路３の
出力が所定レベルに達する毎に一定幅のパルス信号を送
出するようになされている。単安定マルチ７ｂは上記単
安定マルチ４ｂの立ち上がりタイミング毎に幅ｔｓ２の
パルスを出力する。そして、該幅ｔｓ２の期間発振回路
８は予め定められた高周波数で発振を持続し、この発振
出力は次段のドライバー９で送受波器１の駆動用に電力
増幅される。このようにして、幅ｔｓ２の超行波パルス
Ａ２が送受波器１より所定の指向方向に向けて送波され
る。

スイッチング回路１８は上記の各回路が交互に動作する
ように切り換えて、パルス幅ｔｓｌとｔｓ２の探知パル
スを交互に繰り返し送波させるようにするものである。

また、ゲート５ａと５ｂは各々単安定マルチ４ａと４ｂ
とからのパルス信号を受けて動作するもので、ゲート５
ａは前記ｔ２時点より遅れた時点からｔ３時点までのパ
ルス信号を出力し、一方ゲート５ｂは前記ｔ２時点より
早い時点からｔ３時点までのパルス信号を出力するよう
になされている。

このようにして、送波された探知パルスＡ１Ａ２に基づ
く受波信号＃（第６図ｂ）は増幅回路１０及び次段検波
回路１１で増幅検波された後、レベル検出回路１２に送
入されてレベル検出が行われる。

探知パルスＡ１に基づく受信の場合はパルス幅が長いた
めに残りが所定レベルＶｓに達する時点ｔ１１　は遅く
なる。メモリ１３はこの時送出される検出信号を受けて
ゲー）５ａをオンする信号を出力する。この結果、ゲー
ト５ａはｔ１１時点からｔ３までの間持続するパルス（
第６図０１）を出力し、その間積分回路１４を動作させ
る。

一方、探知パルスＡ２に基づく受信の場合はパルス幅が
短いために残響が所定レベルＶｓに達する時点ｔ１２は
早くなる。メモリ１３はこの時送出される検出信号を受
けてゲート５ａをオンする信号を出力する。この結果、
ゲート５ａはｔ１２時点からｔ３までの間持続するパル
ス（第６図Ｃ２）を出力し、その間積分回路１４を動作
させる。

この第２の実施例によれば、送波エネルギーの大きい長
幅ｔｓ１の送信パルスにより、残響を含む近距離よりも
むしろ子供のように背の低い人までも検知するようにし
、一方送波エネルギーの小さい短幅ｔｓ２の送信パルス
により、残響の持続時間を極力押えて遠距離よりもむし
ろ近距離付近、すなイ〕ち背の高い人を検知するように
し、しかも係る検知を交互に行うことで、両者の欠点を
補いつつ遠近双方の検知が確実に行える。

次に、第７図は本発明の第３の実施例を示す回路図であ
る。

本実施例は要約すれば、連続する２回の送信直後の残響
が含まれる期間内において、検波回路１１出力が所定レ
ベルＶｓまで低下する時点若しくは波形自体に大きな変
化が生じた時は物は有りと判断するようにしたもので、
以下第７図及び第８図により説明する。

図において、探知パルス（第８図ａ）の生成、送波及び
増幅検波は第１図と同様であるので説明は省略する。

ゲート１９は単安定マルチ４の出力信号に基づいて送信
直後の１５時点から残響の持続期間と見なせる時点ｔ０
２までの間パルスを出力するものである。一方、ゲート
５は同じく単安定マルチ４の出力信号に基づいてｔｏ２
時点からｔ３時点までの間パルスを出力するものである
。すなわち、ゲート１９は送信直後の信号状態をチエツ
クするものであり、ゲート５はそれ以後所定距離までの
信号検知を行うものである。

メモリ１３ａはゲート１９の出力信号が送出されている
間、レベル検出回路１２ａからの検出信号を取込み、そ
の時点を計時するようになされている。また、該メモリ
１３ａは前回の検出信号の取込み時点（第８図Ｅ１　　
Ｍ）を記憶しておき、今回の検出信号が取込まれた時点
（第８図Ｅ２、ｔｌｏ）で両取込み時点の計時データを
比較回路２０に出力するようになされている。

比較回路２０は入力される両計時データを比較し、今回
の計時データの方が前回の計時データより予め定めた時
間ｔＫ（ｔｌ“≧ｔＩ＋ｔＫ）以上大きければ、信号を
出力するようになされている。上記ｔには、見掛は上残
響がレベルＶＢに低下するに要する時間が突然大きくな
り、残響内に物標からの信号が混在していると判断出来
る程度の時間に設定される。

単安定マルチ２１は上記比較回路２０からの信号が入力
されると、直ちに自己保持回路２２にパルス信号を出力
するものである。

一方、レベル検出回路１２ａはゲート５により所定期間
（第８図Ｄ１）だけ検波信号を通過させるようになされ
ており、この間に存在する信号も次段自己保持回路２２
に出力されるようになされている。

自己保持回路２２は送信後の受波期間の内、前半（第８
図０１）は単安定マルチ２１からのパルス信号を受付け
、後半（第８図Ｄ１）はレベル検出回路１２ａからの受
信信号を受付けるものであり、この両期間内に少なくと
も一方から信号が人力されると予め定めた時間だけ信号
を出力する。

この時間は物標を検知した場合に、例えば自動扉等の開
状態を保持するに好適な時間が設定される。

スイッチング回路１６は上記自己保持回路２２が出力を
送出する間リレー１７を作動させる。

上記回路構成において、次に第８図のタイムチャートを
用いて動作を説明する。

幅ｔｓの探知パルスＡ１の送波に基づいて受波された反
射波Ｂ１は増幅、検波された後、レベル検出回路１２ａ
に導かれる。この検波信号Ｅ１は、第８図の例では残響
のみである。

レベル検出回路１２ａは、先ず受波期間の前半Ｃ１で残
響レベルを検出し、該レベルがＶｓに低下する時点ｔ１
で検出信号を送出する。メモリ１３ａはこの検出信号を
受けると、検出信号の前回の発生時点と今回の発生時点
のデータを比較回路２０に送入し、その差がｔＫ以上で
あるかど・うかが比較される。ｔＫ以下であれば、比較
回路２０は同等出力を送出しない。そして、送信からｔ
０２時点以後は信号Ｄ２の期間中、物標からの反射波の
検出を行う。第８図の例では物標信号はない。

一定時間後、次周期の探知パルスが送波され、この探知
パルスの送波に基づいて受波された反射波Ｂ２が増幅、
検波されてレベル検出回路１２ａに導かれる。この検波
信号Ｅ２には、第８図の例では残響と物標信号とが混在
している。レベル検出回路１２ａはｔ１’時点で検出信
号を送出し、史に、メモリ１３ａは前回のデータｔ１と
今回のデータｔ１°とを比較回路２０へ送出する。この
場合、ｔ１’はｔｌと比べてｔＫ以上の差があるので、
物標信号ありと判断して出力信号を送出する。この結果
、自己保持回路２２は一定幅の信号を出力してスイッチ
ング回路１６を物標検知直後から動作させ（第８図ｆ）
、その間リレー１７が働らいて自動扉等を開かせる。

なお、この実施例では、レベル検出回路１２ａはレベル
Ｖｓの低下時点のみを検出するものであったが、残響レ
ベル自体を検出するようにして、そのレベルが大きく変
化した場合にも検出するようにしても良い。この場合、
メモリ１３ａは検波出力を高速でサンプリングし、前回
サンプリングデータと今回のものとを比較回路２０でレ
ベル比較するようにする。この比較は、例えば対応する
各サンプリングデータのレベル差を積算して、その値が
所定値以上かどうかで判断するようにしても良い。

この第３の実施例によれば、残響レベル若しくは持続時
間が、残響内に物標信号が混在しているために大きく変
化した場合にも検知可能となる。

次に、第９図は本発明の第４の実施例を示す回路図であ
る。

本実施例は要約すれば、送受波器に反射板を取り付けて
、送受波器と物標間で多重反射を起こさせて物標検知を
行うようにしたものであり、以下第９図乃至第１２図に
より説明する。

第９図において、探知パルス（第１０図ａ）の生成、送
波及び増幅検波は第１図と同様であるので説明は省略す
る。なお、レベル検出回路１２ｂは一定レベル以上の信
号のみ抽出して、低レベルの雑音信号等を除去するもの
である。

第１２図は、この実施例に係る超音波送受波器１を含む
送受波部の構造を示すものである。反射板１ａは送受波
器１を囲むように取り付けられ、音波の集束効率を高め
るために、例えばパラボラ形状に形成されて、いる。無
口取付ブラケット１ｂは送受波部をドアＣの無目位置り
に取り付ける部材である。

第１１図は上記送受波器による超音波の多重反射状態を
示す図である。同図に示すように、送受波器１から送波
された超音波は人の頭部Ｆである物標との間で反射を繰
り返し、この結果送受波器１には同一物標からの受波信
号が一定間隔で複数回受波されることになる（第１０図
す参照）。

上記構成において、以下第１０図のタイムチャートを用
いて動作を説明する。

探知パルスＡ１が送波されると、先ずその直後に残響Ｂ
１が表われ、該残ｕＢ１に引き続°いて物標からの反射
波Ｂ２が得られる。この反射波Ｂ２は更に反射板１ａで
反射され再び物標に向けて送波される。物標はこの２回
目の音波パルスを受けて再度反射を行い、２次エコーＢ
３として受波される。以後この多重反射が繰り返され、
送受波器１の受波感度のレベル内において順次３次エコ
ー８４．４次エコーＢ５のように受波される。この場合
、残ＷＢｔは送信直後しか発生しないため、仮に最初の
反射波Ｂ２が残響内に混在したとしても、２次エコーや
３次エコーは残響持続時間の後に表われる。

検波された残響Ｄ１及び多重エコーＤ２乃至Ｄ４はレベ
ル検出回路１２ｂで抽出されて積分回路１４に導かれる
。積分回路１４はゲート５からのゲートパルスＣ１によ
り、ｔｏ３時点からｔ３時点までの開動作する。従って
、上記ｔ０３時点直後に得られる最初の信号Ｄ３により
フリ・ツブフロップ１５が動作する。この結果、スイッ
チング回路１６は信号ｅを出力してリレー１７を動作さ
せ、自動扉等を開かせる。

この第４の実施例によれば、送受波器に反射板を取り付
けて多重反射を起こさせ、しかもこの多重反射を受波す
ることにより、残響の持続時間内に表われる物標を残響
の影響がない期間で的確に検知することが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、送波直後の残響
レベルが所定レベルまで低下すると同時にゲートをオン
するようにしたので、残響の持続時間が温度等の影響を
受けて比較的変動しても、常に残響の消滅直後から受波
動作が開始出来、近距離の物標検知が充分行える。

また、同時に送波から予め定めた時間経過後はゲートを
強制的にオンするようにしたので、残響の持続時間が大
きく変動しても、検知開始が太きく遅れることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は残響
がｔ２時点以内、すなわちｔ１時点からゲート５がオン
した場合のタイムチャート、第３図は残響が１２時点以
上、すなわちゲート５がｔ２からオンした場合のタイム
チャート、第４図は自動扉の人体検知器の一例を示す図
、第５図は本発明の第２の実施例を示す回路図、第６図
は第５図に示す回路図の動作を説明するタイムチャート
、第７図は本発明の第３の実施例を示す回路図、第８図
は第７図に示す回路図の動作を説明するタイムチャート
、第９図は本発明の第４の実施例を示す回路図、第１０
図は第９図に示す回路図の動作を説明するタイムチャー
ト、第１１図は上記送受波器による超音波の多重反射の
状態を示す図、第１２図は第４の実施例に係る超音波送
受波器１を含む送受波部の構造図である。１・・・超音波送受波器、５・・・ゲート、１２・・・
レベル検出回路、１３・・・メモリ、１４・・・積分回
路、１５・・・フリツブフロップ、１７・・・リレー

Claims

【特許請求の範囲】

１、超音波送受波器にて音波パルスを繰り返し送波し、
該送波から予め定めた時間経過時にゲートをオンして受
波を行うことにより物標からの反射波の有無を検知する
超音波検知器において、送波直後の残響レベルを検出し
該残響レベルが所定レベルまで低下したことを検出する
レベル検出手段と、該レベル検出手段出力の出力時に上
記ゲートをオンするゲート制御手段とを設けたことを特
徴とする超音波検知器。