JPH0548143Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の分野〕 本考案は近距離から遠距離までの広い範囲の物
体を検知する反射型の超音波スイツチに関するも
のである。

〔従来技術とその問題点〕

（従来技術） 従来超音波スイツチとしては所定間隔毎に一定
方向に超音波を発振し、その反射波を受波するよ
うにした反射型の超音波スイツチが知られてい
る。このような超音波スイツチは超音波を発振し
た後、受信する時間によつて物体検知範囲を規定
するようにしている。

第４図はこのような従来の超音波スイツチの物
体検知範囲を設定するための主要部を示すブロツ
ク図である。本図において送波ゲート発生回路１
より発生する送波ゲート信号は図示しない超音波
素子を駆動するタイミングを定めると共に禁止ゲ
ート発生回路２に与えられる。禁止ゲート発生回
路２は測定開始までの時間幅を定めるものであ
り、その出力は検知ゲート発生回路３に与えられ
る。検知ゲート発生回路３は禁止ゲート発生回路
２の出力信号によつてトリガされ物体検知の時間
を定めるものである。第５図はこれらの動作を示
すタイムチヤートであつて、検知ゲート発生回路
３の出力はゲート回路４に与えられ受信信号との
論理積によつて物体の有無を検出するようにして
いる。

（考案が解決しようとする問題点） しかるにこのような従来の超音波スイツチは送
波後検知ゲートを開放するタイミングによつて物
体を検知する範囲が定まる。そして近距離の物体
を検出しようとすれば送波後比較的短時間のうち
に反射波信号が伝えられるため、その信号を受波
するために超音波振動子の駆動を短時間で停止す
る必要がある。一方遠距離の物体を検出しようと
すれば十分な超音波のパワーが必要となり、又残
響時間は問題とならないため送波時間を長くする
必要がある。従来の超音波スイツチはこのような
超音波素子の駆動時間は一定に定められており、
これを自由に変化させることができなかつた。又
１つの超音波スイツチで遠距離から近距離までの
広い範囲の物体を検知することができないという
問題点があつた。

〔考案の目的〕

本考案はこのような従来の超音波スイツチの問
題点に鑑みてなされたものであつて、物体を検知
できる範囲を広くし近距離から遠距離までの広い
範囲の物体を検出できるようにすることを技術的
課題とする。

〔考案の構成と効果〕

（問題点を解決するための手段） 本考案は超音波送波手段と、超音波送波手段を
駆動して超音波を送波するための長時間及び短時
間の送波ゲート信号を１サイクルの送波信号とし
てそれぞれ発生する送波ゲート発生手段と、検知
物体で反射した反射波を受波し受波信号を出力す
る超音波受送波手段と、超音波受送波手段の出力
を所定閾値と比較し、受波信号の有無の判別信号
を出力する比較手段と、それぞれの送波ゲート信
号の起動時点から所定時間経過後に所定時間幅の
検知ゲート信号をそれぞれ発生する検知ゲート発
生手段と、判別信号とそれぞれの検知ゲート信号
とが入力され、それぞれの検知ゲート信号入力期
間中に判別信号が入力されたか否かの結果により
物体検出信号の出力処理を行う信号処理手段と、
を具備することを特徴とするものである。

（作用） このような特徴を有する本考案によれば、送波
ゲート発生回路は発振毎に交互に時間幅を長時間
及び短時間に切換えた送波ゲート信号を出力し、
超音波送波手段を駆動している。長時間の送波ゲ
ート信号では超音波送波手段が長時間駆動される
ため、そのピークの振幅レベルも大きくなる。又
短時間の駆動では超音波送波手段より送波される
超音波の振幅値も小さくなる。こうして交互に長
時間及び短時間の送波ゲート信号を１サイクルの
送波信号として発生して送波している。そして検
出物体で反射される受波信号を超音波受波手段に
よつて受波し、所定レベルを越える反射波信号を
比較手段によつて検出する。又送波ゲート信号の
起動時点から所定時間経過後に所定時間幅の検知
ゲート信号を検知ゲート発生手段によつて発生し
ている。これらの信号により１サイクルの送波信
号のいずれかで比較手段より判別信号が得られた
ときに物体検知信号を出力するようにしている。

（考案の効果） そのため本考案によれば、超音波スイツチと近
い位置にある物体は短時間超音波送波手段を駆動
した後残響の終了後に反射波信号によつて物体を
検知することができる。又超音波スイツチから離
れた位置になる場合には長時間超音波送波手段を
駆動した後、残響終了後その反射波を検出するこ
とができる。そしてこのような動作を交互に繰り
返しているため、遠距離から近距離までの広い範
囲の物体を検出することができる。

〔実施例の説明〕 第１図は本考案の一実施例による超音波スイツ
チの構成を示すブロツク図である。本図におい
て、送波ゲート発生回路１１は交互に異なつたタ
イミングを有する送波ゲート信号を発生するもの
であつて、その出力は抑圧ゲート発生回路１２、
禁止ゲート発生回路１３、振動子駆動回路１４及
び増幅回路１５に与えられている。振動子駆動回
路１４は送波ゲート信号のタイミングに基づいて
超音波送波手段及び超音波受送波手段となる超音
波素子１６を駆動するものである。超音波素子１
６の一端は又増幅回路１５にも与えられる。増幅
回路１５は送波ゲート発生回路１１より与えられ
る送波のタイミング期間を除いて超音波素子１６
から得られる超音波信号を増幅するものであり、
その出力を検波回路１７に与える。検波回路１７
は受波した超音波を検波して包絡線信号を得るも
のであつて、その出力は比較回路１８に与えられ
ている。比較回路１８は所定閾値レベルを越える
信号を弁別して信号処理回路１９に与えている。
さて抑圧ゲート発生回路１２は送波ゲート信号の
立下がりによつてトリガされ、超音波振動子１６
の残響時間に対応する時間幅の抑圧ゲート信号を
出力するものであつて、その出力は信号処理回路
１９に与えられる。又禁止ゲート発生回路１３は
送波ゲート信号の立上り出力によつてトリガさ
れ、使用者が定める物体検知を開始するまでの期
間の禁止ゲート信号を発生するものであつて、そ
の出力は検知ゲート発生回路２０及び信号処理回
路１９に与えられる。検知ゲート発生回路２０は
使用者が定める検知範囲に対応した時間幅の検知
ゲート信号を出力するものである。

信号処理回路１９は比較回路１８の出力がクロ
ツク入力端に与えられたＤ型フリツプフロツプ２
１と、その出力が入力端に与えられたシフトレジ
スタ２２を有している。Ｄ型フリツプフロツプ２
１の入力端には検知ゲート発生回路２０の出力が
与えられ、又そのクリア入力端には抑圧ゲート発
生回路１２、禁止ゲート発生回路１３の論理和信
号がオア回路２３を介して与えられている。そし
てそのＱ出力はプリセツト入力端に接続され更に
２ビツトのシフトレジスタ２２に与えられる。シ
フトレジスタ２２のクロツク入力端には検知ゲー
ト発生回路２０の検知ゲート信号がインバータ２
４を介して与えられ、そのＱ１及びＱ２の出力が
オア回路２５に与えられる。オア回路２５はこれ
らの出力の論理和信号を出力回路２６に与えてい
る。

さて本考案では送波ゲート発生回路１１は交互
に長時間及び短時間の送波ゲート信号を１サイク
ルとしてを出力する回路として構成される。第２
図は送波ゲート発生回路１１の回路構成を示す図
である。本図に示すように送波ゲート発生回路１
１は非反転入力端に電源電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で
分圧した所定レベルの電圧が与えられた演算増幅
器３１を有している。そして演算増幅器３１の反
転入力端子にはコンデンサＣ１が接続され、更に
出力端と反転入力端子にコンデンサＣ１を充電す
る抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１の
電荷を放電するダイオードＤ２と抵抗Ｒ４、ダイ
オードＤ３と抵抗Ｒ５及びスイツチング用の
FET３２の直列接続体が並列に接続されている。
抵抗Ｒ６は帰還抵抗、抵抗Ｒ７はコンデンサに電
荷を充電するための抵抗である。そして演算増幅
器３１の出力はＤ型フリツプフロツプ３３のクロ
ツク入力端に与えられる。フリツプフロツプ３３
は入力信号の立下りによつて状態を変化させる二
進カウンタであつて、その出力はFET３２のゲ
ートにその制御信号として与えられている。そし
て演算増幅器３１の出力はインバータ３４を介し
て前述した抑圧ゲート発生回路１２等に与えられ
る。

次に本実施例の超音波スイツチの動作について
第３図のタイムチヤートを参照しつつ説明する。
第３図ａは送波ゲート発生回路１１の演算増幅器
３１の出力を示す図であつて、コンデンサＣ１の
端子電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧電圧より低けれ
ば演算増幅器３１は“Ｈ”レベルの信号を出力
し、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１を介してコンデン
サＣ１が徐々に充電される。そして抵抗Ｒ１，Ｒ
２で定まる基準電圧に達するとその出力が反転す
る。そしてフリツプフロツプ３３のＱ出力“Ｈ”
レベルであればタイオードＤ２と抵抗Ｒ４、ダイ
オードＤ２と抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ１が
急速に放電する。又フリツプフロツプ３３のＱ出
力が“Ｌ”レベルであればダイオードＤ２と抵抗
Ｒ４を介して徐々にコンデンサＣ１が放電する。
従つて送波ゲート発生回路１１は第３図ｃに示す
ように交互に“Ｈ”レベルとなる時間の異なる送
波ゲート信号を出力する。そしてこの送波ゲート
信号に基づいて超音波素子１６が駆動される。そ
して超音波素子１６の立上りは遅く振幅レベルが
大きくなるまで時間がかかるため、短時間の駆動
では超音波の振幅の出力レベルが小さく、長時間
の駆動によつて振幅の出力レベルが大きくなる。
一方抑圧ゲート発生回路１２は第３図ｄに示すよ
うにこの信号の立下りによつて一定時間抑圧ゲー
ト信号を信号処理回路１９に与える。又禁止ゲー
ト発生回路１３は第３図ｅに示すようにこの信号
の立上り時間後使用者が定める一定時間禁止ゲー
ト信号を発生し、更に検知ゲート信号発生回路２
０も第３図ｆに示すように検知ゲート信号を出力
している。

さて超音波振動子１６の近傍に物体が存在する
場合には、時刻t₁〜t₂の短時間の超音波素子１６
の駆動後の時刻t₃にその反射波が得られる。第３
図ｈはその反射波信号を増幅回路１５で増幅した
後検波回路１７で検波した波形を示すものであつ
て、その反射波レベルが比較回路１８の閾値レベ
ルより高ければ第３図ｉに示すように比較回路１
８より出力が得られる。この時点ではオア回路２
３の出力は“Ｌ”レベルであり検知ゲート発生回
路２０より出力がＤフリツプフロツプ２１に伝え
られているため、第３図ｊに示すようにＤフリツ
プフロツプ２１のＱ出力は反転してその出力がシ
フトレジスタ２２に伝えられる。シフトレジスタ
２２は第３図ｆに示す検知ゲート信号をクロツク
信号としているため、その立下りの時刻t₄でシフ
トレジスタ２２にこの出力が伝わつて第３図ｋに
示すようにＱ１出力が“Ｌ”レベルとなる。従つ
てオア回路２５を介して出力が出力回路２６に与
えられ、物体検知信号を外部に出力することがで
きる。しかし物体が超音波スイツチの近傍にある
場合に超音波振動子１６を時刻t₅〜t₆間のように
比較的長い時間超音波素子を駆動すると、その反
射波信号は残響に埋もれるためほとんど反射波信
号を識別することができない。そしてシヤフトレ
ジスタ２２の出力は時刻t₇にシフトすることとな
り第３図ｋ，ｌに示すようにそのＱ１出力は
“Ｌ”レベル、Ｑ２出力は“Ｈ”レベルとなる。
しかしオア回路２５によりこれらの論理和信号に
よつて出力回路２６に信号を与えているため、第
３図ｍに示すように連続して物体検知信号を出力
することができる。そして検知ゲート信号の検知
ゲート時間内に物体からの比較出力が与えられる
場合には、出力回路２６より連続して物体検知信
号を出力することができる。

一方時刻t₈以後に示すように時刻t₈〜t₉までの
短期間の送波ゲート信号によつては第３図ｈに示
すように遠距離にある物体は第３図ｈの時刻t₁₀
に示すように反射波レベルが低くこれを検出する
ことができない。しかし時刻t₁₁〜t₁₂に示すよう
に長時間の駆動後には反射波レベルが大きいた
め、比較回路１８の閾値レベルを越える反射波信
号が得られ物体を検出することができる。この場
合にも同様にしてフリツプフロツプ２１がセツト
され長時間及び短時間の駆動の間はシフトレジス
タ２２に順次信号が伝えられて出力が保持される
このように本考案によれば長時間及び短時間の送
波ゲート信号を１つのサイクルとして物体を検出
している。従つて超音波スイツチの近傍から遠距
離までの広い範囲に渡つて物体を検出することが
できる。

尚本実施例は演算増幅器とフリツプフロツプを
用いコンデンサの放電時間を変化させるようにし
て長時間及び短時間のゲート信号を周期的に得る
自励発振回路を形成しているが、他の種々の方法
によつて送波ゲート信号を得るようにすることも
可能である。例えばクロツク発生器に複数のカウ
ンタを設けその出力を切換えることによつて長時
間及び短時間の送波ゲート信号を得るようにする
こともできることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による超音波スイツ
チの全体構成を示すブロツク図、第２図は送波ゲ
ート発生回路の回路構成を示す回路図、第３図は
本実施例の動作を示すタイムチヤート、第４図は
従来の超音波スイツチの主要部を示すブロツク
図、第５図はその動作を示すタイムチヤートであ
る。 １１……送波ゲート発生回路、１３……禁止ゲ
ート発生回路、１６……超音波振動子、１７……
検波回路、１８……比較回路、１９……信号処理
回路、２０……検知ゲート発生回路、２１，３２
……フリツプフロツプ、２２……シフトレジス
タ、２３，２５……オア回路、３１……演算増幅
器、３３……FET、３４……インバータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 超音波送波手段と、 前記超音波送波手段を駆動して超音波を送波
   するための長時間及び短時間の送波ゲート信号
   を１サイクルの送波信号としてそれぞれ発生す
   る送波ゲート発生手段と、 検知物体で反射した反射波を受波し受波信号
   を出力する超音波送波手段と、 前記超音受波送波手段の出力を所定閾値と比
   較し、受波信号の有無の判別信号を出力する比
   較手段と、 前記それぞれの送波ゲート信号の起動時点か
   ら所定時間経過後に所定時間幅の検知ゲート信
   号をそれぞれ発生する検知ゲート発生手段と、 前記判別信号と前記それぞれの検知ゲート信
   号とが入力され、前記それぞれの検知ゲート信
   号入力期間中に前記判別信号が入力された否か
   の結果により物体検出信号の出力処理を行う信
   号処理手段と、を具備することを特徴とする超
   音波スイツチ。 (2) 前記信号処理手段は、検知ゲート信号が入力
   されている間に前記比較手段より判別信号が入
   力されたときにその判別出力を保持する保持手
   段、及び該保持手段の出力を次のサイクルの
   夫々相対応する短時間又は長時間の送波ゲート
   信号により起動される検知ゲート信号の間に前
   記比較手段より判別出力が与えられるまで継続
   する継続手段を有し、該継続手段の出力を物体
   検知信号として出力するものであることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の超
   音波スイツチ。 (3) 前記信号処理手段の保持手段は、前記検知ゲ
   ート信号のタイミングで前記比較手段の出力を
   保持するフリツプフロツプであり、 前記信号処理手段の継続手段は、前記フリツ
   プフロツプの保持出力を検知ゲート信号によつ
   てシフトする２ビツトのシフトレジスタ及び該
   シフトレジスタの各出力の論理和をとるオア回
   路を有するものであることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第２項記載の超音波スイツ
   チ。