JPH0472590A - 超音波による距離測定器 - 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］ この発明は、超音波を用いた距離測定器に関する。

［発明の概要］ この発明は、超音波トランスデユーサより超音波反射面
を有する被測定物に対して超音波信号の送受信を行なう
ことによって得られる時間情報がら超音波トランスデユ
ーサと被測定物の間の距離を算出する超音波による距離
測定器において、超音波トランスデユーサからあらかじ
め定められた一定の距離（以下、距離１という）に配置
され且つ超音波トランスデユーサより送信された超音波
の一部を超音波トランスデユーサの方向に反射する超音
波反射手段と、 超音波トランスデユーサより送信された超音波が前記超
音波反射手段により反射して超音波トランスデユーサに
受信されるまでの時間（以下、時間１という）と被測定
物の超音波反射面により反射して超音波トランスデユー
サに受信されるまでの時間（以下、時間２という）を計
数する時間計数手段と、 前記距離１と前記時間計数手段で計数された前記時間１
及び前記時間２より被測定物と超音波トランスデユーサ
の間の距離を算出する演算手段を有することにより、伝
搬媒質の種類の変化、温度変化等による伝搬媒質の物理
的な状態の変化及び前記の二つの変化の組合せによって
生じる測定距離の誤差を的確に補正し、測定精度の向上
を計ることを目的としている。

［従来の技術］ 従来、超音波による距離測定器として、時間差法、周波
数変調法など種々の測定方法を用いたものが知られてい
るが、例として時間差法にかかる場合を示す。

第５図において、超音波トランスデユーサ１は電気信号
をこれに対応する超音波信号に変換し、また逆に超音波
信号をこれに対応する電気信号に変換する。被測定物９
は超音波トランスデユーサ１から被測定距離Ｌ１だけ離
れて位置する。

制御手段７は、後述の信号発生手段２及び時間計Ｖ手段
５に測定の開始のタイミングを与える信号（以下、測定
開始信号という）を出力する。

信号発生手段２は、制御手段７からの測定開始信号によ
って、ある一定時間幅のパルス信号からなるバースト状
の信号を発生し、送受信手段３を介して、送信信号Ｐ。

とじて超音波トランスデューサ１に伝送する。

超音波トランスデユーサ１は、送受信手段３からの送信
信号Ｐ。を超音波Ｓ０に変換して被測定物９に対して送
信を行ない、超音波Ｓ。の被測定物９による反射波Ｓ１
を受信信号Ｐ１に変換して送受信手段３に出力する。

送受信手段３は、また、超音波トランスデューサ１から
の受信信号Ｐ１を増幅検波手段４に出力する。

増幅検波手段４は送受信手段３からの超音波受信信号Ｐ
、を増幅して包絡線検波を行なった後、立ち上がりを検
出してタイミング信号ｐ１を時間計数手段５へ出力する
。

時間計数手段５では、制御手段７からの測定開始信号の
入力から、増幅検波手段４より出力されるタイミング信
号ｐ１の入力までの時間℃１を計数する。

演算手段６では、時間計数手段５で得られた時間て、と
、測定を行なっている環境の超音波の伝搬速度νから、 １−、＝ν・τ１／２ により、被測定距離Ｌ１を算出して表示手段８へ出力す
る。

表示手段８は演算手段６で得られた被測定距離り、を表
示する。

［発明が解決しようとする課題１ しかし、従来の超音波による距離測定器では、超音波の
伝搬速度を一定値として演算しているため、伝搬媒質の
種類の変化や温度変化等にょる伝搬媒質の物理的な状態
の変化によって伝搬速度が変化した場合、実際の距離と
測定距離との間に誤差が生し、精度の高い距離の測定が
できないという課題があった。そこで、この発明の目的
は、従来のこのような課題を解決するため、測定距離に
対して伝搬媒質の種類の変化や伝搬媒質の物理的な状態
の変化で生じる誤差分を補正し、精度の高い超音波によ
る距離測定器を得ることとしている。

［課題を解決するための手段１ 上記課題を解決するために、この発明では、超音波トラ
ンスデユーサよりあらかじめ定められた一定の距離に配
置され且つ超音波トランスデュづより送信された超音波
の一部を超音波トランスデユーサの方向に反射する超音
波反射手段と、超音波トランスデユーサより送信された
超音波が前記超音波反射手段により反射して超音波トラ
ンスデユーサに受信されるまでの時間と被測定物の超音
波反射面により反射し超音波トランスデューサに受信さ
れるまでの時間を計数する時間計数手段と 前記距１ｉｉｆ１と前記時間計数手段で計数された前記
時間１及び前記時間２より被７Ｕ１１定物と超音波トラ
ンスデユーサの間の距離を算出する演算手段を有する構
成とし、伝搬媒質の種類の変化や温度変化等による伝搬
媒質の物理的な状態の変化によって生しる測定距離の誤
差を補正して測定精度の向上が図れるようにした。

［作用１ 上記のように構成された超音波による距離測定器におい
ては、伝搬媒質の種類の変化や温度変化等による伝搬媒
質の物理的な状態の変化により超音波トランスデユーサ
と被測定物での超音波の往復時間が任意の割合で変化し
ても、超音波トランスデユーサと既知距離に配置された
反射手段の間での超音波の往復時間も同様の割合で変化
するので、前記時間ｌと前記時間２と既知距離とを用い
て演算することにより、被測定物までの測定距離が的確
に補正されることになる。

［実施例］ 以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、超音波反射手段９は超音波トランスデ
ユーサ１よりあらかしぬ定められた一定の距離Ｌ１だけ
離れて位置し、且つ超音波トランスデュ〜す１より送信
される超音波の一部を超音波トランスデユーサｌの方向
に反射する。被測定物１０は超音波トランスデユーサ１
がら被測定距離Ｌ２だけ離れて位置する。制御手段７は
、後述の信号発生手段２及び時間計数手段５に測定の開
始のタイミングを与える信号（以下、測定開始信号とい
う）を出力する。

信号発生手段２は、制御手段７からの測定開始信号によ
って、ある一定時間幅のパルス信号からなるバースト状
の信号を発生し、送受信手段３を介して、送信信号Ｐ。

とじて超音波トランスデユーサ１に伝送する。

超音波トランスデユーサｌは、送受信子３ｉ３からの送
信信号Ｐ。を変換して超音波Ｓ。の送信を行なう、この
超音ｔｉＳ０の一部は、超音波反射手段９によって超音
波Ｓ１として反射され、残りは被測定物１０により超音
波Ｓ２として反射される０反射された超音波Ｓ１及び超
音波ｓ２は各々超音波トランスデユーサ１で受信信号Ｐ
１及び受信信号Ｐ２に変換され、この順序で送受信手段
３に出力される。

送受信手段３では、超音波トランスデユーサｌからの受
信信号Ｐ１及び受信信号Ｐ２を増幅検波手段４に出力す
る。

増幅検波手段４は、送受信手段３からの受信信号Ｐ１及
び受信信号Ｐ２を増幅して包絡線検波を行なった後、そ
れぞれの信号の立ち上がりを検出し、タイミング信号Ｐ
１及びタイミング信号Ｐ２を発生させる。

時間計数手段５では、制御手段７からの測定開始信号の
入力から増幅検波手段４で生じたタイミング信号ｐ１の
入力までの時間で、と、制御手段７からの測定開始信号
の入力から、増幅検波手段４で生じたタイミング信号ｐ
２の入力までの時間て、を計数する。

演算手段６ては、時間計数手段５で得られた時間τ１と
時間τ２及び超音波トランスデユーサ１と超音波反射手
段９の間の距離Ｌ１がら、被測定距離Ｌ２を り、＝Ｉ−，・て２／１： の演算をすることによって算出する。

表示手段８により演算手段６で得られた被測定距離Ｌ２
を表示する。

超音波反射手段９の実施例としては、第２図（ａ）に示
した板状の反射手段の他（二超音波トランスデユーサ１
との固定が単純となる第２図（ｂ）に示した棒状の反射
手段、超音波の指向性が高く超音波の広がりによる被測
定物の位置のばらつきが小さくできる第３図（ａ）に示
したドーナツ状の穴の開いた板状の反射手段２２３、取
り付け位置の調整が単純になる第３図（ｂ）に示した網
状の反射手段２２４を使うことができる。

以上述べたことにより、伝搬媒質の種類の変化や温度変
化等による伝搬媒質の物理的な状態の変化によって生し
る測定距離の誤差の補正が的確に行なえるようになる。

また、超音波反射手段９と被測定物１０との間、超音波
反射手段９と超音波トランスデユーサｌの取り付け面と
の間で、超音波信号の反射が繰り返されて干渉する場合
、超音波反射手段９の被測定物１０側または超音波トラ
ンスデユーサ１の取り付け面に超音波吸収手段を付加す
ることにより、超音波信号の干渉が防止され、伝搬媒質
の種類の変化や温度変化等による伝搬媒質の物理的な状
態の変化によって生じる測定距離の誤差の補正が的確に
行なえるようになる。

第４図（ａ）は、反射手段９の被測定物２３側の面に超
音波吸収手段２２５１を用いた実施例を示す。

第４図（ｂ）は、更に、超音波トランスデューサ２１の
取り付け面に超音波吸収手段２２６１を用いた実施例で
ある。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したように超音波トランスデユー
サからあらかしめ定められた一定の距離に配置され超音
波トランスデユーサの発信した超音波の一部を反射する
超音波反射手段と、送信された超音波が、前記超音波反
射手段に反射して戻るまでの時間（以下、時間１という
）と被測定物により反射して戻るまでの時間（以下、時
間２という）を計数する時間計数手段と、前記時間１及
び前記時間２と既知距離より測定距離を算出する演算手
段を用いることにより、伝搬媒質の種類の変化、温度変
化等による伝搬媒質の物理的な状態の変化及び前記二つ
の変化の組合せによって生じる測定距離の誤差を的確に
補正し、測定距離の精度を向上できるという効果がある
６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波による距離測定器のブロック図
、 第２図及び第３図は一定の距離に配置された超音波反射
手段の実施例、 第４図は超音波反射手段及び超音波トランスデユーサの
取り付け面に超音波吸収手段を付加した実施例、 第５図は従来の超音波による距離測定器のブロック図で
ある。 ・・信号発生手段 送受信手段 増幅検波手段 時間計数手段 演算手段 ・・制御手段 表示手段 ・・超音波反射手段 以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波トランスデューサより超音波反射面を有す
   る被測定物に対して超音波信号の送受信を行なうことに
   よって得られる時間情報から超音波トランスデューサと
   被測定物の間の距離を算出する超音波による距離測定器
   において、 超音波トランスデューサよりあらかじめ定められた一定
   の距離に配置され且つ超音波トランスデューサより送信
   された超音波の一部を超音波トランスデューサの方向に
   反射させる超音波反射手段と、 超音波トランスデューサより送信された超音波が前記超
   音波反射手段により反射して超音波トランスデューサに
   受信されるまでの時間と被測定物の超音波反射面により
   反射して超音波トランスデューサに受信されるまでの時
   間を計数する時間計数手段と、 前記超音波トランスデューサと超音波反射手段の間のあ
   らかじめ定められた一定の距離と前記時間計数手段で計
   数された前記超音波トランスデューサより送信された超
   音波が超音波反射手段より反射して超音波トランスデュ
   ーサに受信されるまでの時間、および、被測定物より反
   射して超音波トランスデューサに受信されるまでの時間
   を用いて、被測定物と超音波トランスデューサの間の距
   離を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離
   測定器。
2. （２）請求項１記載における超音波トランスデューサよ
   りあらかじめ定められた一定の距離に配置された超音波
   反射手段の被測定物側の面に超音波吸収手段を付加した
   距離測定器。
3. （３）請求項２記載において、超音波トランスデューサ
   の取り付け面を超音波吸収手段で被覆した距離測定器。