JPH05203743A - 超音波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高速で移動する自動車などに超音波距離測定
装置を搭載して走行中の路面との間の距離を測定する場
合等、移動体が被測定体に対して略平行に高速で移動す
る場合であっても、この移動体に装着された超音波振動
子と被測定体との間の距離を測定できる超音波距離測定
装置を提供する。 【構成】 超音波を送受信し送信のタイミングと受信の
タイミングとの時間差に基づいて距離測定を行なう超音
波距離測定装置において、直線状に互いに近接して配列
された、一端側の１つ１４が送信用、他の複数、１６，
１８，２０，２２が受信用として用いられる複数の超音
波振動子を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して距離
を測定する超音波距離測定装置に関し、特に、相対的に
高速移動する２つの物体の間の距離を測定するのに好適
な超音波距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を超音波振動子から送信して、被
測定体の反射面でこの超音波を反射させ、再び超音波振
動子でこの超音波を受信し、送信したタイミングと受信
したタイミングとの時間差に基づいて超音波振動子と被
測定体の反射面との間の距離を測定する技術が従来より
知られている。

【０００３】この場合に、１つの超音波振動子で超音波
の送信と受信とを行ってもよく、２つの超音波振動子を
それぞれ送信用、受信用として使用してもよい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空気中での
音速は約３４０ｍ／ｓｅｃであるため、超音波距離測定
装置が被測定体に対して略平行に高速で移動している場
合、１つの超音波振動子で超音波の送信と受信とを行う
ときは、被測定体で反射された超音波が超音波振動子の
送信時における位置に到達しても、この反射された超音
波を受信すべき超音波振動子が移動して元の位置にない
ためこの反射波を受信することはできない。また、２つ
の超音波振動子をそれぞれ送信用、受信用として使用す
るときでも、最初に予定した速度とは異なる速度で移動
した場合、被測定体で反射された超音波を受信すべき受
信用超音波振動子が予定した位置とは異なる位置に移動
してしまい、反射された超音波を受信できないことがあ
る。すなわち、超音波が送信された後その反射波が戻っ
て来るまでには時間差があるため、超音波距離測定装置
が被測定体に対して超音波の送受信方向とは異なる方向
に高速で移動しているときは反射波を受信できない場合
があり、この場合超音波振動子と被測定体との間の距離
を測定することができないという問題がある。

【０００５】このように距離測定が不可能となるのは、
例えば高速で移動する自動車などの移動体に超音波距離
測定装置を搭載して、この自動車と路面との間の距離を
測定する場合などがある。本発明は、上記事情に鑑み、
例えば高速で移動する自動車などに超音波距離測定装置
を搭載する場合等、超音波距離測定装置が被測定体に対
して高速に移動する場合であっても、超音波振動子と被
測定体との間の距離を測定できる超音波距離測定装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の超音波距離測定装置は、超音波を送受信し送
信のタイミングと受信のタイミングとの時間差に基づい
て距離測定を行なう超音波距離測定装置において、直線
状に互いに近接して配列された、一端側の１つが送信
用、他の複数が受信用として用いられる複数の超音波振
動子を備えたことを特徴とするものである。

【０００７】また、直線状に互いに近接して配列された
複数の超音波振動子と、該複数の超音波振動子のうちの
一端側もしくは他端側の１つの超音波振動子を切換えて
送信用として用いるとともに他の複数の超音波振動子を
受信用として用いるための切換手段を備えた超音波距離
測定装置とすることが好ましい。さらに、受信用の複数
の超音波振動子のそれぞれで受信された各受信信号を検
波して互いに加算する検波加算回路と、該検波加算回路
の出力信号に基づいて受信のタイミングを検知し、送信
のタイミングと該受信のタイミングとの時間差を求める
時間差演算回路とを上記の超音波距離測定装置に備える
ことが好ましい。

【０００８】ここで上記「一端側」、「他端側」とは、
直線状に配列された複数の超音波振動子のうち最も端に
配置されたものであってもよいが、これに限られず、端
部に近い位置に配置されたものをも指す概念である。

【０００９】

【作用】本発明の超音波距離測定装置は、直線状に互い
に近接して配列された複数の超音波振動子の一端側の１
つを送信用、他の複数を受信用として用いるものである
ため、これら複数の超音波振動子を、上記一端側を移動
方向前方にして移動体に装着することにより、その送信
用超音波振動子から超音波を被測定体に向かって送信し
反射された超音波が受信用超音波振動子に到達するまで
の間に、移動体が被測定体に対して略平行に高速で移動
し、その移動速度が区々変化しても複数の受信用超音波
振動子のうちのいずれか１つ以上の振動子で反射波が受
信され、これにより移動体と被測定体との間の距離を測
定することができることとなる。

【００１０】また、超音波距離測定装置に、直線状に互
いに近接して配列された複数の超音波振動子と、この複
数の超音波振動子のうちの一端側もしくは他端側の１つ
の超音波振動子を切換えて送信用として用いるとともに
他の複数の超音波振動子を受信用として用いるための切
換手段を備えた場合は、この超音波距離測定装置を搭載
した移動体が、この超音波振動子が配列されている直線
状のいずれの向きに高速で移動しても、切換手段によっ
て移動体の進行方向の一端側の１つを送信用超音波振動
子、他の複数の超音波振動子を受信用とすることができ
るため、被測定体と移動体との間の距離を測定すること
ができることとなる。

【００１１】また、複数の超音波振動子のいずれか１つ
以上で受信された場合に、例えば受信信号が最大の超音
波振動子を選んでその受信信号に基づいて演算を行なっ
てもよいが、これでは複数の振動子で受信された場合に
一方の信号を捨てることになってしまう。これに対し、
受信用の複数の超音波振動子のそれぞれで受信された各
受信信号を検波して互いに加算する検波加算回路と、該
検波加算回路の出力信号に基づいて受信のタイミングを
検知し、送信のタイミングと該受信のタイミングとの時
間差を求める時間差演算回路とを上記の超音波距離測定
装置に備えた場合は、どの受信用振動子で受信されたか
の判定も不要であり、また複数の振動子で受信された場
合にそれらの受信信号全てを生かすことができ、したが
ってＳ／Ｎ比のよい測定が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の第１実施例である超音波距
離測定装置に備えられた超音波振動子の配列状態を示す
斜視図、図２は図１に示す超音波振動子が移動した場合
の距離測定の原理を示す説明図である。

【００１３】図１に示す超音波距離測定装置のプローブ
１０には、ケース１２内に５つの超音波振動子１４、１
６、１８、２０、２２が直線状に互いに近接して配列さ
れており、それぞれの振動子１４、１６、１８、２０、
２２には信号ケーブル２４内を通る各信号線が接続さ
れ、これら各信号線の後端側は図示しない本体内部に備
えられた内部回路と電気的に接続されている。超音波振
動子１４は送信用であり、他の超音波振動子１６、１
８、２０、２２は受信用となっており、送信用超音波振
動子１４から送信された超音波は被測定体で反射され受
信用超音波振動子１６、１８、２０、２２のいずれか１
つもしくはこれらのうちの複数で受信される。

【００１４】次に、図２を参照して、図１に示すプロー
ブ１０を備えた超音波距離測定装置が被測定体に対して
略平行に高速で移動している場合の距離測定の原理を説
明する。図２は移動中のプローブと超音波振動子だけを
示し、プローブ１０（実線で示す）の位置において超音
波２６が送信され、プローブ１０Ａ（破線で示す）の位
置において被測定体２８で反射された超音波２６が受信
される場合について説明する。

【００１５】このプローブ１０を備えた超音波距離測定
装置が、図２の右から左に向かって被測定体２８に対し
て略平行に高速で移動する場合において、実線で示すプ
ローブ１０の位置で送信用超音波振動子１４から送信さ
れた超音波は被測定体２８で反射され、送信時とほぼ同
じ経路２６を通って戻ってくるときは、プローブ１０は
破線で示す１０Ａの位置に既に移動しており、したがっ
て送信用超音波振動子１４は破線で示す１４Ａの位置と
なり、また、受信用超音波振動子１６、１８も既に１６
Ａ、１８Ａの位置に移動しているため、この２つの受信
用超音波振動子１６、１８で反射波を受信することはで
きない。しかし、受信用超音波振動子２０が２０Ａの位
置（移動前の送信用超音波振動子１４の位置）に移動し
ているため、この２０Ａの位置にある超音波振動子２０
により反射波が受信される。

【００１６】本実施例では受信用超音波振動子として４
つの振動子を配列したが、プローブ１０がより高速で移
動する場合は２つの受信用超音波振動子２０、２２だけ
では１つの超音波パルスを受信できないときがあり、こ
のときは、受信用超音波振動子２２に近接してさらに多
くの受信用超音波振動子を配列することにより、１つの
超音波パルスを受信できることとなる。

【００１７】次に、受信用超音波振動子が複数配列され
たときのこの受信用超音波振動子の長さと移動速度との
関係の具体例を示す。複数の受信用超音波振動子の長さ
をＬ（ｃｍ）、移動最高速度をＶ（ｋｍ／ｈ）、最大測
定レンジをＤ（ｃｍ）とすると、Ｌ＝１．６×Ｖ×Ｄ×
１０^-3（ｃｍ）となる。例えば、移動速度が時速１００
ｋｍであり、最大測定レンジが５０ｃｍとすると、受信
用超音波振動子の長さは８ｃｍとされる。

【００１８】このように、本実施例の超音波距離測定装
置は、超音波の送受信を行う超音波振動子が被測定体に
対して略平行に高速で移動する場合であっても、受信用
超音波振動子の数を適切に定めることにより、移動最高
速度Ｖ以内の速度で移動する場合にその反射波を受信で
き、この受信した反射波に基づいて被測定体と超音波振
動子との距離を測定することができることとなる。

【００１９】本実施例では、直線状に配列された複数の
超音波振動子のうちの一方の一番端にあるものを送信用
の超音波振動子とし、他の複数の超音波振動子を受信用
超音波振動子としたが、一端側にあるいずれかの超音波
振動子、例えば一端から２番目にある超音波振動子を送
信用の超音波振動子として用いることにより、被測定体
の表面から送信用超音波振動子よりも超音波距離測定装
置移動方向前方に反射された反射波も受信することがで
きるようになる。したがって、被測定体の表面の凹凸等
により超音波距離測定装置を搭載した移動体が傾斜し、
送信用超音波振動子から送信された超音波が、被測定体
の表面からこの送信用超音波振動子よりも超音波距離測
定装置移動方向前方に向かって反射されたときであって
も、被測定体と超音波振動子との間の距離を測定するこ
とができることとなる。

【００２０】次に、本発明の第２実施例について図３を
参照して説明する。図３は、第２実施例の超音波距離測
定装置の回路ブロック図である。この第２実施例に係る
超音波距離測定装置３０のプローブ３２には、複数の超
音波振動子が直線状に互いに近接して配列されている点
では第１実施例のプローブ１０と同じであるが、この直
線状に配列された複数の超音波振動子の一端側または他
端側の１つの超音波振動子を切り換えて送信用とし、他
の複数の超音波振動子を受信用とすることができる切換
回路３４を備えている点で第１実施例の超音波距離測定
装置と異なる。この切換回路３４によって、複数の超音
波振動子の一端側または他端側にあるいずれか１つの超
音波振動子を選択的に送信用超音波振動子として用いる
ことができるため、本実施例に係る超音波距離測定装置
が搭載された移動体が、超音波振動子が配列されている
直線状のいずれの方向に高速で移動しても被測定体との
間の距離を測定することができる。

【００２１】また、反射超音波はその反射面の状態によ
り拡散されて広がるため、複数の振動子で同時に受信さ
れる場合があり、また受信中にも超音波振動子が移動し
ているという状況にある。これに対応するため、本実施
例の超音波距離測定装置３０には、受信用の複数の超音
波振動子のそれぞれで受信された各受信信号を検波して
互いに加算する検波加算回路３６と、この検波加算回路
３６の出力信号に基づいて受信のタイミングを検知し、
送信のタイミングと受信のタイミングとの時間差を求め
る時間差演算回路３８とが備えられている。

【００２２】検波加算回路３６では、プローブ３２内の
複数の受信用超音波振動子で受信された複数の受信波形
を加算すると各受信波形が互いに打ち消しあう場合があ
るため、各受信波形は加算される前に包絡線をとるよう
に変換が行われ、その後、包絡線をとった各受信波形の
加算が行われる。これにより、どの振動子で受信された
かあるいは１つの振動子で受信されたか、複数の振動子
で受信されたかを問わず全てが合計された受信信号を得
ることができる。また時間差演算回路３８では、検波加
算回路３６からの出力信号に基づいて受信のタイミング
の検知が行われ、送信回路４０からの送信タイミングと
この受信タイミングとの時間差の演算が行われる。この
時間差の演算結果は被測定体との距離として、表示部４
２に表示される。さらにこの表示部４２からは距離を表
すＤＣ信号が出力され、外部の、例えばコンピュータ等
にその距離情報を伝えることができる。

【００２３】次に、図４を参照して、図３に示す超音波
距離測定装置３０を自動車に搭載できるようにした実施
例を示す。この超音波距離測定装置５０には、５つの超
音波振動子５２、５４、５６、５８、６０を備えたプロ
ーブ６２と、図３に示した切換回路３４や検波加算回路
３６などが収納された本体部６４とが備えられている。
超音波振動子５２、５４、５６、５８、６０と本体部６
４内の回路とは、ケーブル６６により電気的に接続され
ている。また、この本体部６４内の回路にはカーバッテ
リ６８から電力が供給される。

【００２４】この超音波距離測定装置５０を自動車に搭
載し、プローブ６２を自動車のアンダーボディに装着す
ることにより、この自動車を高速走行させたときの路面
との距離である車高を測定して記録等を行うことができ
る。さらに、この自動車が前後いずれの方向に走行して
も、切換回路により適切に送信用超音波振動子を切り換
えることにより車高を測定することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波距離
測定装置は、直線状に互いに近接して複数配列された超
音波振動子を備え、一端側の１つを送信用、他の複数を
受信用として用いるものであるため、この超音波距離測
定装置が被測定体に対して略平行に高速で移動する場合
であっても、被測定体との間の距離を測定することがで
きることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である超音波距離測定装置
に備えられた超音波振動子の配列状態を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す超音波振動子が移動した場合の距離
測定の原理を示す説明図である。

【図３】本発明の第２実施例の超音波距離測定装置の回
路を示すブロック図である。

【図４】図３に示す超音波距離測定装置を自動車に搭載
できるようにした実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１４ 送信用超音波振動子 １６、１８、２０、２２ 受信用超音波振動子 ３０、５０ 超音波距離測定装置 ３４ 切換回路 ３６ 検波加算回路 ３８ 時間差演算回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受信し送信のタイミングと受
   信のタイミングとの時間差に基づいて距離測定を行なう
   超音波距離測定装置において、 直線状に互いに近接して配列された、一端側の１つが送
   信用、他の複数が受信用として用いられる複数の超音波
   振動子を備えたことを特徴とする超音波距離測定装置。
2. 【請求項２】 超音波を送受信し送信のタイミングと受
   信のタイミングとの時間差に基づいて距離測定を行なう
   超音波距離測定装置において、 直線状に互いに近接して配列された複数の超音波振動子
   と、 該複数の超音波振動子のうちの一端側もしくは他端側の
   １つの超音波振動子を切換えて送信用として用いるとと
   もに他の複数の超音波振動子を受信用として用いるため
   の切換手段を備えたことを特徴とする超音波距離測定装
   置。
3. 【請求項３】 受信用の前記複数の超音波振動子のそれ
   ぞれで受信された各受信信号を検波して互いに加算する
   検波加算回路と、 該検波加算回路の出力信号に基づいて受信のタイミング
   を検知し、送信のタイミングと該受信のタイミングとの
   時間差を求める時間差演算回路とを備えたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の超音波距離測定装置。