JPH0333675A - 超音波変換装置、超音波探知装置、これらを備えた移動体および超音波探知方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数の超音波１〜ランスデユーサな用いた超
音波変換装置、超音波探知装置、これらを備えた移動体
および超音波探知方法に関する。

［従来の技術］ 従来の超音波送受波装置としては、例えば第１２図の概
略配、置図および第１３図の回路図に示すようなものが
ある。

すなわち、アレイセンサか、複数（ｎ個）の同一のトラ
ンスデユーサを、並列に接続して、成っている（第１２
図参照〉。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の超音波送受波装置ては、超音波トラン
スデユーサのインピーダンスを２、超音波受信時の出力
電圧をＶ、超音波受、信器の入力インピータンスを２．
８１音波トランスデユーサの音圧電圧変換比をα、超音
波トランスデユーサに受波される音圧をＰ１〜Ｐｎとす
る（第１３図参照）と、 Ｖ　　＝　　　　　　　　　　　　　　　（Ｐ、＋ｌ）
２＋Ｐ３＋　・　＋ｐｎ　）ｎ　＋ となる。

しかしなから、この従来の超音波変換装置は、各超音波
トランスデユーサの受信感度か低いため、未た出力電圧
の大きさが十分てはないという問題点がある。

これに対して、トランスデユーサを直列に接続すること
か考えられる。しかし、この場合、そのうちの１個かシ
ョートしたたけて、超音波の送受波か不可能となってし
まうという間朋点かある。

本発明は、このような従来の技術か有する問題点に着目
してなされたものて、受信感度か大きく、かつ、一部の
トランスデユーサかショートしても、送受波を可能にす
る超音波送波装置、超音波送受波装置、超音波探知装置
、これらを備えた移動体および超音波探知方法を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段ｌ かかる目的を遠戚するため、木穎第１の発明の、超音波
の送波および／または受波を行なう超音波変換装置は、
複数の超音波トランスデユーサを直列に接続した超音波
トランスデユーサ群の複数群を、並列に接続して構成さ
れるものである。

また、本願第２の発明の超音波の送波および／または受
波を行なう超音波変換装置は、複数の超音波トランスデ
ユーサを直列に接続した超音波トランスデユーサ群の１
群または複数群、および単一の超音波トランスデユーサ
の１個または複数個を、並列に接続して′成ることを特
徴とするものである。

なお、超音波変換装置には、超音波送波装置、超音波受
波装置、超音波送受波装置を含むものである。

また、本願第３の発明の超音波の送波を行なう超音波変
換装置は、複数の超音波トランスデユーサを直列に接続
した超音波トランスデユーサ群を、両側に配置して、そ
の間に、前記複数の超音波トランスデユーサより少数の
超音波トランスデユーサを直列に接続した超音波トラン
スデユーサ群の１群もしくは複数群、および／または、
単一の超音波トランスデユーサの１個もしくは複数個を
、並列に接続して成ることを特徴とするものである。

また、本願第４の発明の超音波の受波を行なう超音波変
換装置は、複数の超音波トランスデユーサを直列に接続
した超音波トランスデユーサ群の両側に、前記複数の超
音波トランスデユーサより少数の超音波トランスデユー
サを直列に接続した超音波トランスデユーサ群の１群も
しくは複数群、および／または、単一の超音波トランス
デエーサの１個もしくは複数個を、並列に接続して成る
ことを特徴とするものである。

前記超音波トランスデユーサは、１列または２列に配置
されているものであってもよい。

前記超音波トランスデユーサは、２列に配置され、一方
の列の超音波送波方向か他方の列の超音波送波方向と異
なるものであってもよい。

本願第５の発明の超音波探知装置は、上記の超音波変換
装置と、 超音波の往復時間を測定する時間差検出回路と、 前記時間差検出回路の出力か予め定めた基準値より小さ
い場合に、探知信号を出力する比較器と、 を具備することを特徴とするものである。

超音波探知装置は、探知信号を受けて、警報を発する警
報機（ツザー）を有してもよい。

また、探知信号を入力するとき、ブレーキを自動的に作
動させて、作業車を停止させる停止回路を有してもよい
。

本願第６の発明の移動体または作業車は、上記の超音波
変換装置を前部および／または後部に取り付けたことを
特徴とするものである。

本願第７の発明の移動体または作業車は、上記の超音波
探知装置を有することを特徴とするものである。

本願第８の発明の超音波探知方法は、両外側と中央部の
、少なくとも３つに分れる超音波トランスデユーサ群を
有し、前記両外側の超音波トランスデユーサから送波さ
れる超音波より強度の強い超音波を、前記中央部の超音
波トランスデユーサから送波し、物体から返波された超
音波を、前記超音波トランスデユーサ群の超音波トラン
スデユーサで受信し、超音波の往復時間を測定して該物
体との距離を求め、該距離か所定の距離内にあるとき、
該物体の探知信号を出力することを特徴とする。

本願第９の発明の超音波探知方法は、両外側と中央部の
、少なくとも３つに分れる超音波トランスデユーサ群を
有し、該超音波トランスデユーサ群の超音波トランスデ
ユーサから超音波を送波し、物体から返波された超音波
を、前記中央部の超音波トランスデユーサで前記両外側
の超音波トランスデユーサより強い感度で受信し、超音
波の往復時間を測定して該物体との距離を求め、該距離
か所定の距離内にあるとき、該物体の探知信号を出力す
ることを特徴とするものである。

上記発明において、移動体とは、道路工事に用いられる
ロートローラやパワーシャベルなどの作業車、作業用ロ
ボット、無人搬送車、盲人用先導ロボット、トラックや
高級自動車などの車両等のあらゆる移動体を含むもので
ある。また、上記発明の適用される車両は、軌条を有す
るものであってもよく、さらに、浮上して移動するもの
であってもよい。

本発明の超音波変換装置は、アレイセンサとして好適に
適用される。

また、本発明の超音波変換装置、超音波送受波装置、超
音波探知装置、これらの装置を備えた移動体および超音
波探知方法は、交通システムに取り入れることかできる
。

また、本発明において、物体とは、作業や移動の障害物
や目的物などの物体のほか、超音波を反射するすべての
物体、例えば、人間や動物、植物などを含むものである
。また、物体は、超音波を単に反射する物体のほか、ト
ランスポンダを有するものであってもよい。

［作用１ 超音波変換装置または超音波探知装置は、各超音波トラ
ンスデユーサ群でトランスデユーサが直列に接続されて
いるため、並列接続のみの装置１ に比べて、受信感度か大きい。

また、超音波トランスデユーサ群は並列に接続されてい
るため、一部のトランスデユーサかショートしても、他
のトランスデユーサは超音波の送受波か可能てあり、装
置の信頼性をＩｉ＋１　」ニさせることかできるもので
ある。

１実施例１ 以下、図面に基づき本発明の各種実施例を説明する。な
お、各種実施例につき同種の部位には同一符号を付し重
複した説明を省略する。

第１図〜第５図は、本発明の第１実施例を示している。

第１図および第２図に示すように、超音波送受波装置１
０が、互いに並列に接続された３個の第１、第２および
第３超音波トランスデユーサ群７．８．９並びに受信イ
ンピーダンス１１から戒っている。

超音波トランスデユーサ群７は、直列に接続された２個
の同一の超音波トランスデユーサ１．２から威り、超音
波トランスデユーサ群８は、同様　２ に２個の超音波トランスデユーサ３，４から成り、超音
波トランスデユーサ群９は、超音波トランスデユーサ５
．６から戒っている。

第３図は、超音波送受波装置の拡大斜視図である。

超音波トランスデユーサ１，２，３，４，５゜６は、例
えば、横の長さａか１２０ｍｍ、縦の長さｂが６０ｍｍ
、奥行Ｃが１４０　ｍ　ｍの箱体からなっている。

その開口部には四角錐形状のホーン１３がその底面部を
開口部として設けられている。ホーン１３は、発泡スチ
ロールから成っている。各トランスデユーサ２の開口部
は、ホーン１３の開口部と一致している。

ホーン１３の頂点側には、超音波センサ１４が配置され
ている。超音波センサ１４は、開口部と対面する壁に設
けられている。超音波センサ１４は、直径か、２５ｍｍ
の圧電センサである。

第４図に示すように、超音波送受波装置１０は、ロード
ローラ作業車２１の前部に、超音波トランスデユーサ１
．２，３，４，５．６が水平方向１列となるように、取
付けられている。また、超音波送受波装置ｌＯは、作業
車２１の後部にも取付けられている。

第５図は、上記超音波送受波装置１０を利用した超音波
探知装置の回路のブロック図である。

送信側で、主同期回路４４が、順に、パルス発生器４３
、変調器４２、電力増幅器４１、超音波送受波装置１０
に接続されている。変調器４２は、発振器４５にも接続
されている。

一方、受信側では、超音波送受波装置１０は、順に、受
信インピーダンス１１、大信号除去器５１、受信増幅器
５２、信号比較器５３、測時ゲート発生器（時間差検出
回路）５４、変調器５５、カウンタ５７、時間差判定器
（比較回路）５８、パルス発生器５９、ブザー６０に接
続されている。

変調器５５は、また、測時用クロックパルス発振器５６
にも接続されている。測時ゲート発生器５４は、パルス
発生器４３にも接続されている。

次に作用を説明する。

超音波トランスデユーサのインピーダンスを２、超音波
受信時の出力電圧をＶ、超音波受信器の入力インピータ
ンスをＺ、超ぎ波１〜ランスデューサの音圧電圧変換比
をα、超音波トランスデユーサに受波される音圧をＰ１
〜Ｐｎ、超音波トランスデユーサ群７，８．９を流れる
電流を’＋　＋　　”２＋　　１：＋とする（第２図参
照）と、■−αＰ、＋αＰ２−２ｚｉ。

＝（！Ｐ３＋（ＸＰ４−２ｚｉ２ ＝αＰ５＋αＰ６−２ｚｉ：＋ ゆえに、 α Ｖ　＝　　　（Ｐ　１＋　Ｐ　２　　＋　Ｐ　３＋　Ｐ
　＜　　＋　Ｐ　５＋　Ｐ　６）−ｚ　　（ｉ　　、　
　＋　　ｉ　　２　　＋　　ｉ　３　　）さらに、 　５ ｖ　−−（ｐ。

＋ｐ２　＋Ｐ３　＋Ｐ４　　＋Ｐ５　　＋Ｐ６） ｚＶ 　Ｚ 従って、 　Ｚ となる。

一方、従来例において、Ｚ）ｚの条件下て、６個の超音
波トランスデユーサをすべて並列に接続したときの電圧
Ｖ′は、 α Ｖ　″　＝　　　　　　　　　　　　　　　　（ＰＩ＋
Ｐ２”Ｐ３”Ｐ４”ＰＳ＋Ｐ６　　）６　＋　□ となる。

このように、本実施例の超音波送受波装置１０ては、ト
ランスを使用しなくとも、従来例に比較して約２倍の大
きさの電圧を得ることかてきる。

また、各超音波トランスデユーサ１，２，３゜　６ ４．５．６にかかる電圧は、超音波送受波装置ｌＯに印
加される電圧の半分となるため、装置１０に印加する電
圧レベルを大きくすることかてきる。

さらに、例えば、第１超音波トランスデユーサ群７のう
ちの１個の超音波トランスデユーサｌかショートしても
、他の超音波トランスデユーサ２かショートしない限り
、装置１０に印加される電圧Ｖかゼロになることはなく
、装置の信頼性が向上するものである。

第５図において、主同期回路４４からパルス発生器４３
にクロック信号を出力して、パルス発生器４３から変調
器４２に同期したパルス信号を出力する。

発振器４５からは、連続波の励振パルスを変調器４２に
出力する。これにより、変調器４２は、バーストパルス
を電力増幅器４１に出力する。

電力増幅器４１は、このパルスを増幅して超音波送受波
装置ｌＯに印加する。

超音波送受波装置ｌＯでは、すべてのトランスデユーサ
１，２，３，４，５．６か同相で駆動されて、−斉に超
音波を送信する。

超音波は、物体から返波された後、超音波送受波装置ｌ
Ｏにより受信される。

探知される物体は、超音波を反射する物体のほか、１−
ランスボンダな有するものてあってもよい。

受信した超音波は、大信号除去器（リミッタ）５１に入
力され、受信増幅器５２を介して信号比較器５３に入力
される。

信号比較器５３は、受信増幅器５２からの信号を検波し
てスレシホールトレベルを越えた振幅を有する信号が入
力されたときにその時間分たけパルスを出力する。信号
比較器５３からのパルスは、温時ゲート発生器５４に入
力される。

温時ゲート発生器５４は、超音波の往復時間を測定する
時間差検出回路として機能する。すなわち、温時ゲート
発生器５４は、パルス発生器４３が、超音波送受波装置
１０を駆動させるためのパルスを出力してから、信号比
較器５３か受信信号を出力するまての間、パルスを変調
器５５に出力する。この１１１力期間か、庇音波のイー
１復時間に相判する。

変調器５５からの出力は、カウンタ５７を介して時間差
判定器５８に入力される。

時間差判定器５８は、比較回路として機能し、カウンタ
５７の数値か所定の数値以内のとき、オンして、信号を
パルス発生器５９に出力する。

パルス発生器５９は、フサ−６０を作動させる。

これにより、ブザー６０は、近距離音場３２の基準距離
内の物体を探知したことを警報により、知らせる。

第６図は、本発明の第２実施例を示している。

本実施例ては、超音波送受波装置１０は、互いに並列に
接続された２個の超音波トランスデユーサ群７１．７２
および受信インピーダンス１１から成っている。

超音波送受波装置１０は、ロードローラ作業車の前部に
、超音波１ヘランスデューサ１，２，３゜　９ ４．５．６が水平方向１列となるように、取付けられて
いる。

超音波トランスデユーサ群７１は、直列に接続された３
個の同一のトランスデユーサ１，２．３から威り、超音
波トランスデユーサ群７２は、同様に３個のトランスデ
ユーサ４，５．６から戒っている。

本実施例では、超音波受信時の出力電圧Ｖは、α 　Ｚ となる。

第７図は、本発明の第３実施例を示している。

本実施例では、超音波送受波装置ｌＯは、互いに並列に
接続された６個の超音波トランスデユーサ群８１，８２
，８３，８４，８５．８６および受信インピータンス１
１から成っている。

超音波トランスデユーサ群８１，８２，８３゜８４．８
５．８６は、直列に接続された２個の同　０ −の超音波トランスデユーサから成っている。

超音波トランスデユーサ群８１，８３，８４゜８６は−
に列に取付けられ、超音波トランスデユーサ群８２．８
５は下列に取付けられている。

超音波トランスデユーサ１，２，３，４，５゜６．８７
．８８は、水平方向て上列１列となり、超音波トランス
デユーサ８９，９０，９６．９７は水平方向て下列１列
となるように、配置されている。

下列の超音波トランスデユーサ群８２．８５の計４個の
超音波トランスデユーサ８９，９０゜９６．９７は、上
列の超音波トランスデユーサ群８１．８３，８４．８６
の計８個の超音波トランスデユーサ１，２，３，４，５
，６，８７．８８の送波方向に対して、４５度の角度た
け下方向を向いている。

このため、本実施例ては、近距離ての探知漏れをなくず
ことかてきる。

本実施例ては、超音波受信時の出力電圧Ｖは、　Ｚ となる。

第８図は、本発明の第４実施例を示している。

本実施例では、超音波送受波装置１０は、互いに並列に
接続された５個の超音波トランスデユーサ群９１，９２
．９３，９４．９５および受信インピータンス１１から
戊っている。

超音波トランスデユーサ群９１．９５は、直列に接続さ
れた３個の超音波トランスデユーサから成り、両側に配
置されているが、超音波トランスデユーサ群９２，９３
．９４は、直列に接続された２個の同一のトランスデユ
ーサから戒ってＪ超音波トランスデユーサ群９１．９５
の間に配置されている。

超音波送受波装置１０は、Ｍ音波１〜ランスデューサか
上下２列に配置されている。超音波トランスデユーサ群
９１．９５のうちのそれぞれ１個の超音波トランスデユ
ーサおよび超音波トランスデユーサ群９２，９３．９４
は、水平方向で上列１列に取付けられ、超音波トランス
デユーサ群９１．９５のうちのそれぞれ残りの２個の超
音波トランスデユーサは、水平方向て下列１列に取付け
られている。

本実施例ては、超音波受信時の出力電圧Ｖは、α Ｚ となる。

第１１図は、本実施例の超音波送受波装置による中心軸
上の超音波の、距離に対する相対音圧を示すグラフであ
る。

本実施例ては、超音波送受波装置１０の上列中央部ての
超音波送信レベルか、上夕１の両側および下列からの送
信レベルより大きくなる。

本実施例では、近距離ての０点をなくすことかできる。

第９図は、本発明の第５実施例を示してい　３ る。

本実施例ては、超音波送受波装置ｌＯは、２個の超音波
トランスデユーサを直列に接続した超音波トランスデユ
ーサ群７３および７４を両側に配置して、その間に、２
個の超音波トランスデユーサ３，４を、並列に接続して
成っている。

超音波送受波装置ｌＯは、ロードローラ作業小の前部に
、超音波トランスデユーサ１，２，３゜４．５．６か水
平方向１列となるように、取付けられている。

本実施例ては、超音波送受波装置ｌＯの中央部での超音
波送信レベルか、その両側からの送信レベルより大きく
なる。

超音波送受波装置１０の超音波トランスデユーサ１，２
，３，４，５．６は、ロードローラ作業車２１の前部に
、水平方向で１列または２列となるように配列されてい
るか、用途に応じて、垂直方向、あるいは、斜め方向て
、１列または２列となるように配列されてもよく、また
、２列以上の複数列となるように配列されてもよい。

４ 上記実施例ては、超音波送受波装置の例を示したか、本
発明は、送波装置または受波装置とじてもよい。

第１２図は、本発明の第６実施例を示している。

本実施例では、超音波送受波装置ｌＯは、２個の超音波
トランスデユーサを直列に接続した超音波トランスデユ
ーサ群７５および７６の両側に、２個の超音波トランス
デユーサ１．６を配置し、これらを並列に接続して成っ
ている。

超音波送受波装置１０は、ロードローラ作業車の前部に
、超音波トランスデユーサ１，２，３゜４．５．６か水
平方向１列となるように、取付けられている。

本実施例では、超音波送受波装置１０の中央部での超音
波受信感度が、その両側での受信感度より大きくなる。

第９図に示す第５実施例を超音波送波装置として専用に
用い、第１２図に示す第６実施例を超音波受波装置とし
て専用に用いれば、ロートローラ作業車の中央部ての超
音波送信レベルを、その両側からの送信レベルより大き
くするとともに、中央部での超音波受信感度を、その両
側での受信感度より大きくすることがてきる。

このように構成することにより、ロードローラ作業車の
車幅からはみ出した物体に対して過剰に感応することな
く、作業車の進行方向の物体をより遠くまで探知するこ
とかてきる。

［発明の効果］ 本発明に係る超音波送波装置、超音波送受波装置、超音
波探知装置によれば、各超音波トランスデユーサの受信
感度を大きくすることができる。

また、一部のトランスデユーサがショートしても、他の
トランスデユーサは超音波の送受波が可能てあり、装置
の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図は本発明の実施例を示しており、第
１図は第１実施例の超音波送受波装置の概略配置図、第
２図は第１図の装置の回路図、第３図は超音波送受波装
置の拡大斜視図、第４図は本発明の超音波送受波装置を
備えた作業車の斜視図、第５図は超音波探知装置の回路
のブロック図、第６図は第２実施例の超音波送受波装置
の概略配置図、第７図は第３実施例の超音波送受波装置
の概略配置図、第８図は第４実施例の超音波送受波装置
の概略配置図、第９図は第５実施例の超音波送受波装置
の概略配置図、第１Ｏ図は第３実施例の超音波送受波装
置による超音波の距離に対する相対音圧を示すグラフ、
第１１図は第４実施例の超音波送受波装置による超音波
の距離に対する相対音圧を示すグラフ、第１２図は第６
実施例の超音波送受波装置の概略配置図、第１３図およ
び第１４図は従来例を示しており、第１３図は従来例の
超音波送受波装置の概略配置図、第１４図は第１３図の
装置の回路図である。 ｌ、２．〜１２・・・超音波トランスデユーサ７．８．
９・・・超音波トランスデユーサ群１０・・・超音波送
受波装置 ７ １１・・・インピータンス ２１・・・作業車 ５４・・・温時ゲート発生器 ５８・・・時間差判定器 ６０・・・ブザー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の超音波トランスデューサを直列に接続した超
   音波トランスデューサ群の複数群を、並列に接続して構
   成され、超音波の送波および／または受波を行なう超音
   波変換装置。 ２、複数の超音波トランスデューサを直列に接続した超
   音波トランスデューサ群の１群または複数群、および、
   単一の超音波トランスデューサの１個または複数個を、
   並列に接続して構成され、超音波の送波および／または
   受波を行なう超音波変換装置。 ３、複数の超音波トランスデューサを直列に接続した超
   音波トランスデューサ群を、両側に配置して、その間に
   、前記複数の超音波トランスデューサより少数の超音波
   トランスデューサを直列に接続した超音波トランスデュ
   ーサ群の１群もしくは複数群、および／または、単一の
   超音波トランスデューサの１個もしくは複数個を、並列
   に接続して構成され、超音波の送波を行なう超音波変換
   装置。 ４、複数の超音波トランスデューサを直列に接続した超
   音波トランスデューサ群の両側に、前記複数の超音波ト
   ランスデューサより少数の超音波トランスデューサを直
   列に接続した超音波トランスデューサ群の１群もしくは
   複数群、および／または、単一の超音波トランスデュー
   サの１個もしくは複数個を、並列に接続して構成され、
   超音波の受波を行なう超音波変換装置。 ５、前記超音波トランスデューサは、１列または２列に
   配置されていることを特徴とする請求項１、２、３また
   は４記載の超音波変換装置。 ６、前記超音波トランスデューサは、２列に配置され、
   一方の列の超音波送波方向が他方の列の超音波送波方向
   と異なることを特徴とする請求項１、２、３、４または
   ５記載の超音波変換装置。 ７、請求項１、２、３、４、５または６記載の超音波変
   換装置と、 超音波の往復時間を測定する時間差検出回路と、 前記時間差検出回路の出力が予め定めた基準値より小さ
   い場合に、探知信号を出力する比較器と、 を具備することを特徴とする超音波探知装 置。 ８、請求項１、２、３、４、５または６記載の超音波変
   換装置を前部および／または後部に取り付けた移動体ま
   たは作業車。 ９、請求項７記載の超音波探知装置を有する移動体また
   は作業車。 １０、両外側と中央部の、少なくとも３つに分れる超音
   波トランスデューサ群を有し、前記両外側の超音波トラ
   ンスデューサから送波される超音波より強度の強い超音
   波を、前記中央部の超音波トランスデューサから送波し
   、物体から返波された超音波を、前記超音波トランスデ
   ューサ群の超音波トランスデューサで受信し、超音波の
   往復時間を測定して該物体との距離を求め、該距離が所
   定の距離内にあるとき、該物体の探知信号を出力するこ
   とを特徴とする超音波探知方法。 １１、両外側と中央部の、少なくとも３つに分れる超音
   波トランスデューサ群を有し、該超音波トランスデュー
   サ群の超音波トランスデューサから超音波を送波し、物
   体から返波された超音波を、前記中央部の超音波トラン
   スデューサで前記両外側の超音波トランスデューサより
   強い感度で受信し、超音波の往復時間を測定して該物体
   との距離を求め、該距離が所定の距離内にあるとき、該
   物体の探知信号を出力することを特徴とする超音波探知
   方法。