JPH0627236A - 超音波距離測定システム - Google Patents

超音波距離測定システム

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JPH0627236A
JPH0627236A JP3126164A JP12616491A JPH0627236A JP H0627236 A JPH0627236 A JP H0627236A JP 3126164 A JP3126164 A JP 3126164A JP 12616491 A JP12616491 A JP 12616491A JP H0627236 A JPH0627236 A JP H0627236A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地面水準と障害物とを識別可能な距離検出シ
ステムを提供すること。 【構成】 本距離検出システムは、地面やその他の障害
物からのエコー信号を増幅しフィルタしたエコー包絡線
信号を発生する。前縁と後縁の時刻は、エコー信号が最
大エコー振幅値のある一定の割合であるスレショルドＡ
ＭＰＴＨとクロスする時刻として決める。近距離値は、
最小振幅値を上廻る最初のエコーの前縁時刻から導き出
す。遠距離値は、ある一定値ＡＲＥＱを上廻る振幅をも
つ最後のエコー信号の後縁時刻として決める。多重エコ
ーの時刻ｃｔｅｍｅと振幅値ＡＤＲＥＱは、最大振幅エ
コーから導き出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、センサと表面との間の
距離を測定するための超音波システムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両又は機械部品とこれらが
運動するその下の地面との間の距離を測定するために、
種々のシステムが提案されている。このことが要望され
ているのは、作業用工具又は器具の位置を地形や土壌表
面に対して調節するためである。かかる方法の一つは、
オーストラリア小特許抄録ＡＵ−Ａ−７８４４９／８７
号（１９８８年３月１０日公開）に記載されており、そ
れでは、土壌表面に対する距離は、その地壌表面から超
音波信号を反射させることによって測定するようにして
いる。土壌の条件と種類の変化は、その土壌表面が反射
するエコー信号の振幅包絡線の前縁時刻及び後縁時刻を
平均化して、土壌表面に対する距離を導き出すことによ
り、補償している。然しながら、このシステムならびに
その他の類似システムでは、作物やくずが地面上にある
ような条件の下では、正確に機能することは不可能であ
る。従って、作物やくずと土壌表面とを識別することの
可能な距離（又は高さ）検知方法が要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、地面
の水準と地面上にあるようなくずや作物との間の識別を
可能にする距離検知スシテムを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の目的を実現する本
発明は、超音波トランスジューサと、トランシーバ、な
らびにマイクロコントローラに基づく信号処理ユニット
を含む。上記トランスジューサは、２重周波数超音波信
号を周期的に生成して地形の方向に向けるようにする。
地面と（又は）介在する作物やくずからのエコー信号
は、トランスジューサに反射して戻り、そしてこれを信
号処理ユニットが解析する。本システムは、増幅しフィ
ルタしたエコー包絡線信号を生成する。これらの信号の
デジタル的に測定した振幅を、ソフトウェア内の時間依
存利得係数によって調節して、距離に関係したエコー減
衰を補償するようにする。それらエコー信号が最大エコ
ー振幅値の一定の割合のものであるスレショルド値と交
差する時刻から前縁時刻および後縁時刻を決める。近距
離値は、ある最小振幅を上廻る最初のエコーの前縁時刻
から導出する。遠距離値は、ある一定の所要振幅値を上
廻る振幅をもった最後のエコー信号の後縁時刻として決
める。強力な１次エコーがトランスジューサ面から反射
して目標間を２回目に行き来する時に、多数のエコーが
発生する。見積りの多重エコー時刻と振幅値は、最大振
幅のエコーから導き出す。これらの値は、（ある一定振
幅値以下で多重エコー時刻後に発生する）多重エコーが
遠距離値の決定に使用することを防ぐのに使う。この遠
距離値は、地面までの距離を表すものである。くずや作
物からの弱い初期のエコーと、後の多重エコーとは無視
する。スレショルド値、見積りの多重エコー時刻を振幅
値、および所要最小限振幅値は、最大振幅エコーの振幅
と時刻の変化に応じて全て変化する。
【０００５】
【実施例】図１について述べると、距離検知システム１
０は、トランシーバ１２に接続した超音波トランスジュ
ーサＸＭＩ（例：ポラロイド社製の静電超音波トランス
ジューサ部品第６０７２８１号）を備えている。このト
ランスジューサＸＭＩは、超音波音響信号を、距離情報
を希望する地形やその他の表面方向に向けるようになっ
ている。この地形又は表面は、超音波音響エコーを、そ
の目標物とトランスジューサ間の相対的距離に比例する
時間遅れをもってトランスジューサＸＭＩへと反射し戻
す。トランシーバ１２は、図６（Ａ）で最もよく判るよ
うな４５kHzと５５kHz の成分を有する送出駆動信号
と、送出マスク（又はクランプ）信号Ｔｃとによって駆
動するようにしてある。それら信号は両方とも、マイク
ロコントローラ１４が供給するものである。このマイク
ロコントローラは、モトローラ社製のＭＣ６８ＨＣ１１
のような市販チップで、１体のＡ／Ｄ変換器の如きメモ
リ、タイミングおよび入出力のハードウェアを有するマ
イクロプロセッサを含むことが望ましい。トランシーバ
１２は、上記の送出信号をトランスジューサＸＭＩへ与
え、そしてこのトランスジューサは図６（Ｂ）から最も
よく判るように超音波送出パルスを発生するようにす
る。このトランスジューサＸＭＩは、地形からまたこの
地形をおおう作物やくずから反射された超音波エコー信
号を受取ることになる。このトランスジューサＸＭＩか
らのエコー即ち受信信号Ｒは、５０kHzの中心周波数を
有する２次バンドパス・フィルタ１６へ与える。
【０００６】このバンドパス・フィルタ１６は、フィル
タした受信信号Ｒｆを、２５の利得を有する増幅器１８
と多重包絡線検出器／増幅器２０ａへ与える。増幅器１
８の出力は、それと同等の包絡線検出器／増幅器２０ｂ
へ接続するようにしてある。かくして、それら回路１
６，１８，２０ａおよび２０ｂは、１，５，２５，およ
び１２５の利得をそれぞれ有する整流／増幅／フィルタ
した包絡線信号Ｅを、マイクロコントローラ１４の対応
する４つのＡ／Ｄ入力チャネルへ供給するようにする。
図６（Ｃ）には、地面より４３３ミリメートル上方のト
ランスジューサと、地面より８６ミリメートル上方の中
厚のくず層と、そして地面より１９０ミリメートル上方
のわずかなくず層とが生成する典型的な一組のくずエコ
ー信号と地面エコー信号の包絡線について示してある。
【０００７】マイクロコントローラ１４は、それら４つ
の増幅／フィルタした受信信号を受取り、一定のアルゴ
リズムを実行して、地面とトランスジューサＸＭＩとの
間の距離に関する情報を含むシリアル・デジタル信号と
して出力信号Ｓをピン２１に生成する。図１に示すこの
回路に関するより詳細な事柄については、図２〜図５と
素子の表に示した素子例を参照されたい。
【０００８】次に、図４を参照すると、これには、利得
が２５の増幅器１８と、１と５の２重利得をそれぞれ有
する一対の同等の２重包絡線検出器／増幅器回路２０
ａ，２０ｂを示してある。
【０００９】次に図５を参照すると、マイクロコントロ
ーラ１４のモード入力、パワー入力、割込み入力および
Ａ／Ｄ基準入力には、抵抗器／コンデンサ網２２を接続
してある。また、そのマイクロコントローラ１４には、
タイミング水晶回路２４、温度検知回路２６、およびリ
セット回路２８を接続してある。
【００１０】マイクロコントローラ１４は、図７，図８
で表わしたアルゴリズムを実行するようになっている。
このアルゴリズムに関するそれ以上の詳細については、
参考資料として提出のコンピュータプログラムを参照さ
れたい。このコンピュータプログラムのいくつかの部分
は、アセンブリ言語で書き、そして他の部分はＣ言語で
書いてある。また、以下の説明において、”距離補正
形”という表現を幾つかの箇所で使用するが、この表現
は、送出パルスからの時間の関数として増加する時間依
存利得係数によってエコー振幅値をその距離による減衰
について補正する、ある好ましい信号処理方法について
言及するものである。次に、図７について述べると、マ
イクロコントローラ１４が実行するメインループ・アル
ゴリズム１００は、ステップ１０２で、振幅スレショル
ド値ＡＭＰＴＨと、現行のＡ／Ｄ入力チャネル（増幅エ
コー信号ＥＸ１，ＥＸ５，ＥＸ２５又はＥＸ１２５のう
ちの何れを処理するか決める）と、その他のレジスタと
を初期化することから始まる。
【００１１】次に、ステップ１０４で、２重周波数送出
信号Ｔをトランシーバ１２に出力させ、トランスジュー
サＸＭＩに超音波信号（送出パルス）を地形又はその他
の表面に向けて送らせる。次に、その送出パルスの送信
から１ミリ秒後、ステップ１０６〜１１０は、１０ミリ
秒間作動して、上記の選択したＡ／Ｄチャネルが受信し
たエコー信号をサンプリングし（振幅は１００ミリ秒毎
に読取る）、そして振幅スレショルドＡＭＰＴＨを上廻
る距離補正形振幅をもつ全てのエコー信号についてのピ
ーク振幅、前縁時刻、後縁時刻を表わすデータをセーブ
する。それらの前縁と後縁の時刻は、それぞれの距離補
正形エコー信号の前方部分と後方部分とが振幅スレショ
ルドＡＭＰＴＨをクロスする時の時刻である。
【００１２】その後、ステップ１１２では、サブルーチ
ン２００を呼出し、そしてこのサブルーチンは、近距離
値Ｘｎ、遠距離値Ｘｆを計算し、そして必要とあれば、
振幅スレショルド値ＡＭＰＴＨと選択Ａ／Ｄチャネルを
調節して、適当な利得即ち増幅度を有するエコー包絡線
信号がメインループ・アルゴリズムの次のサイクル中に
処理されるようにする。その後、ステップ１１２は、上
記近距離値、遠距離値を出力する。通常の場合、その近
距離値は、地面上に横たわる作物やくずまでの距離に相
当し、他方、遠距離値は、その地面までの距離に相当す
ることになる。最後に、ステップ１１４は、このメイン
ループをステップ１０４へ戻すと共に、メインループが
例えば３２．４ミリ秒毎に一度実行されるようにループ
タイミングを制御する。
【００１３】次に、図８について、これには、メインル
ープ・アルゴリズムのステップ１１２が呼出したサブル
ーチン２００のより詳しくしかも幾分単純化した論理フ
ロー図を示してある。このサブルーチン２００は、エコ
ーを検出したか（ＡＭＰＴＨスレショルドを上廻った
か）について判断するステップから始まる。もし否であ
れば、アルゴリズムは、ステップ２０４に向かい、そし
てここで、選択Ａ／Ｄチャネルを増分して、次の送出パ
ルスを送信した後により高く増幅したエコー信号を処理
するようにする。また、このステップ２０４は、どの旧
距離値も再使用されるようにし、そして次に本アルゴリ
ズムをステップ２１０へ向かわせる。
【００１４】もしＡＭＰＴＨスレショルドを上廻る距離
補正形振幅をもったエコー信号を少なくとも一つ受信し
た場合には、ステップ２０２は、本アルゴリズムをステ
ップ２０６に向かわせ、そしてこのステップ２０６で
は、それらの検出した全てのエコー信号の最大非補正形
振幅ＡＤＭＸを決める。次に、ステップ２０８は、選択
チャネルとＡＭＰＴＨスレショルドをＡＤＭＸの関数と
して調節して、次の送出パルスが発生した後使用できる
ようにする。要するに、Ａ／Ｄ変換器が飽和しないよう
にＡ／Ｄチャネルを調節もしくは選択する。また、ＡＭ
ＰＴＨスレショルドは、ＡＤＭＸの距離補正形値である
ＡＭＸのある一定割合（２５％）に等しくなるようにセ
ットする。従って、このＡＭＰＴＨ値は、変化するエコ
ー信号の強さを補償するように自動的な調節を受けるこ
とになる。
【００１５】次に、本アルゴリズムはステップ２１０へ
進む。このステップ２１０は、上記の新たに受信したエ
コー信号が新たな距離値の計算にとって十分でない（即
ち飽和している）場合には、本アルゴリズムをステップ
２１２へ向かわせ、そして旧距離値を再使用させるよう
にする。そうでない場合には、本アルゴリズムはステッ
プ２１４へ進み、そしてこのステップ２１４で、最小所
要振幅値ＡＲＥＱを計算する。同値は、この場合にはＡ
ＭＸ値の２５％となる。
【００１６】次のステップ２１６は、近距離値Ｘｎを、
その最小所要振幅値ＡＲＥＱを上廻る距離補正形振幅を
もった第１のエコー信号の前縁時刻（距離補正形信号が
ＡＭＰＴＨをクロスする時間）として決定する。従っ
て、弱すぎると判断したエコー信号は、近距離値の決定
には使用しない。これによって、本システムは、送信器
ＸＭＩと地形表面又は主要被覆層との間にくるような植
物や雑草の如き物体からの擬似的な弱いエコーを無視す
ることができる。また、このステップ２１６では、近距
離値は、異なったピーク振幅をもつエコー包絡線信号の
信号立上り時間の変動を補償する補正係数を、前縁時刻
から減ずることによって導き出す。
【００１７】次に、ステップ２１８は、“多重エコー”
（図６（Ｃ）の“２次エコー”を参照されたい）に対す
る予想（又は見積り）時刻（図６（Ｃ）の“ｃｔｅｍ
ｅ”を参照されたい）と振幅値（ＡＤＲＥＱ）を計算す
る。“多重エコー”は、単一の送出パルスの多数の反射
後トランシーバ１２が受信するエコーである。そのデー
タは、先にステップ２０６で確認した最大ピーク振幅を
有するエコーから導き出す。このステップ２１８につい
ては、図９（Ａ）により詳しく示してある。同図では、
ステップ２５０は、最大エコーが検出開始時刻（送出時
刻から１ミリ秒後）の８０マイクロ秒内に発生した場合
に、アルゴリズムをステップ２５４へ向け、ここで、多
重エコーの後縁時刻値ｃｔｅｍｅを０（これは多重エコ
ーがどの時刻にでも発生可能であることを示す）にセッ
トする。そうでない場合には、アルゴリズムはステップ
２５２へ進み、ここでｃｔｅｍｅ値をその最大振幅エコ
ーの後縁時刻の関数として計算する。次に、その最大振
幅値は、ステップ２５６で正規化しスケールして、それ
を最小の利得のチャネルで受取ったとした場合に取るよ
うな値ａｄｍｘｏにする。ステップ２５８では、振幅比
インデックスｍｎａｄｒｉをそのａｄｍｘｏから計算す
る。このインデックスは、記憶した振幅比値のテーブル
からある１つの振幅比値を選択するのに使用するもので
あり、その記憶振幅比値のテーブルは、経験的に求めた
ものであり、またある多重エコー振幅の１次エコー振幅
に対する比がその１次エコーのピーク振幅の関数として
変化するという事実を表わしている。次に、低いｍｎａ
ｄｒｉ（およびａｄｍｘｏ）値について、ステップ２６
０と２６２は、ｍｎａｄｒｉにより選択した振幅比値に
ＡＤＭＸ値を乗ずることによって見積り多重エコー振幅
値ＡＤＲＥＱを導き出す。ｍｎａｄｒｉ（およびａｄｍ
ｘｏ）についてステップ２６０と２６４は、ＡＤＲＥＱ
を可能な最大限のエコー振幅値に等しくセットし、それ
によって、大きな振幅の１次エコーの場合、多重エコー
時刻ｃｔｅｍｅ後に発生するどのエコーも、ステップ２
２０における遠距離値の決定に使用しないようにする。
【００１８】次に、ステップ２２０において、遠距離値
Ｘｆは、ＡＲＥＱを上廻る距離補正形振幅を有すると共
に、エコーが多重エコー時刻後に発生する場合にステッ
プ２１８で決定した多重エコー振幅よりも大きな距離非
補正形振幅を有するような最後のエコー、の後縁時刻と
して決める。図９（Ｂ）は、本アルゴリズム内のステッ
プ２２０が表わす部分を詳示したものである。この図９
（Ｂ）について述べると、ステップ３００は、最後のエ
コーに対し走査インデックス（ｉ）をセットする。次
に、ステップ３０２は、距離補正形最大エコー振幅ＥＡ
（ｉ）を、ステップ２１４で決定した非補正形ＡＤＲＥ
Ｑ値から導き出した距離補正形所要振幅値ＡＲＥＱと比
較する。もしＥＡ（ｉ）がＡＲＥＱより小さければ、そ
の後縁時刻は遠距離値の決定に使用せず、そしてそのイ
ンデックス値をステップ３０８において次に早いエコー
に対して減分し、そして次に本アルゴリズムはステップ
３０２へ復帰してその次に早いエコーを処理するように
する。もしＥＡ（ｉ）がＡＲＥＱを上廻る場合には、ア
ルゴリズムはステップ３０４へ進み、ここで、その最後
のエコーの後縁時刻ＣＴＥ（ｉ）をステップ２１８から
決定した多重エコー時刻ｃｔｅｍｅと比較する。もし後
縁時刻ＣＴＥ（ｉ）が多重エコー時刻よりも先の場合に
は、遠距離値Ｘｆは、ステップ３１０において、このエ
コーの後縁時刻ＣＴＥ（ｉ）から導き出す。また、この
ステップ３１０では、その遠距離値は、エコー信号振幅
の変化による信号減衰時間の変動を補償する一組の値の
内の１つによって補正する。最後に、ステップ３１２で
は、そのＸｆ値をスケールし、そして送出パルスの持続
時間をそれから差し引く。
【００１９】ステップ３０４に戻ると、もし後縁時刻が
多重エコー時刻よりも後の場合、ステップ３０４はアル
ゴリズムをステップ３０６へ向け、そしてこのステップ
３０６は、非補正形最大エコー振幅ＡＤＡＭＰ（ＥＡ
（ｉ），ＣＴＥ（ｉ））が非補正形所要振幅値ＡＤＲＥ
Ｑよりも大きいかあるいはそれに等しいかについて判断
する。もしこの条件が満たされない場合には、このエコ
ーは後縁時刻を決めるためには使用せず、そして本アル
ゴリズムは先に述べたステップ３０８へ進んで３０２に
戻り、次に早いエコーを処理するようにする。もしその
条件が満たされた場合には、アルゴリズムはステップ３
１０と３１２へ進み、ここで遠距離値を先に述べたよう
に決める。
【００２０】最後に、ステップ２２４において、Ｘｎと
Ｘｆの値は、スルーレートを制限し、フィルタし、再ス
ケールしそしてチェックして、計算近距離値ＮＤＩＳと
計算遠距離値ＦＤＩＳを確立し、そして本アルゴリズム
はメインループへ戻る。
【００２１】以下には、図２〜図５に示した電子回路内
で使用することができる素子の表を示す。尚、これらの
素子は、例示にすぎず、本発明の範囲から逸脱せずにそ
の他の素子にするようにすることができる。
【００２２】 素子表 回路記号 説 明 Ｔ１ 変圧器 ４０：１，ポラロイドNo．６０５５４１ Ｘ１ 水晶，８．０MHz Ｕ１，Ｕ２ ＩＣ，カッド・オペアンプ，ＭＣ３３０７４ Ｕ６ ＩＣ，リセット回路，ＭＣ３３０６４Ｐ−５ Ｑ１ トランジスタ，ＭＭＢＴＡ４２，ＳＭＯ Ｑ２ トランジスタ，ダーリントン，ＭＭＢＴＡ１４， ＳＭＯ 回路記号 説 明 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード，１Ｎ４００６ Ｄ３＋４，Ｄ５＋６， ダイオード対，ＳＭＯ ＭＭＢ０４０００ Ｄ７＋８ Ｄ２０ ダイオード，１Ｎ９１４ Ｃ３６ コンデンサ，電解，２２０μＦ，５０ＶＤＣ Ｃ２ コンデンサ，タンタル，１０μＦ，１０％， ５ＶＤＣ Ｃ１ コンデンサ，ポリエステル，０．０２２μＦ， １０％，４００ＶＤＣ Ｃ３，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ１２， コンデンサ，セラミックチップ，０．１μＦ Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２， １０％，５０ＶＤＣ，Ｘ７Ｒ，ＳＭＯ Ｃ２３ Ｃ７，Ｃ８ コンデンサ，セラミックチップ， ０．００１μＦ，１０％，５０ＶＤＣ，Ｘ７Ｒ， ＳＭＯ Ｃ１０ コンデンサ，セラミックチップ，４７０ｐＦ， ５％，５０ＶＤＣ，Ｃ０６，ＳＭＯ Ｃ１１ コンデンサ，セラミックチップ，３９０ｐＦ， ５％，１００ＶＤＣ，Ｃ０６，ＳＭＯ Ｃ５ コンデンサ，セラミックチップ，１００ｐＦ， ５％，１００ＶＤＣ，Ｃ０６，ＳＭＯ Ｃ３３，Ｃ３４ コンデンサ，セラミックチップ，２７ｐＦ， １０％，２００ＶＤＣ，Ｃ０６，ＳＭＯ Ｃ３５ コンデンサ，０．０１μＦ Ｒ２，Ｒ６ 抵抗器，ＳＭＯ，７．５（ｏｈｍｓ），５％， １／４Ｗ Ｒ５４ 抵抗器，ＳＭＯ，４０２，１％，１／８Ｗ Ｒ１１ 抵抗器，ＳＭＯ，７８７，１％，１／８Ｗ Ｒ５２ 抵抗器，ＳＭＯ，１．３３Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ２６ 抵抗器，ＳＭＯ，２．０Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ２５ 抵抗器，ＳＭＯ，２．１０Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ１８ 抵抗器，ＳＭＯ，２．５５Ｋ，１％，１／８Ｗ 回路記号 説 明 Ｒ７８ 抵抗器，ＳＭＯ，２．６１Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ１０ 抵抗器，ＳＭＯ，３．３２Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ５３ 抵抗器，ＳＭＯ，３．２４Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ１７ 抵抗器，ＳＭＯ，５．１１Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ２２ 抵抗器，ＳＭＯ，５．２３Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ８，Ｒ２１，Ｒ７９ 抵抗器，ＳＭＯ，１０Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ１６ 抵抗器，ＳＭＯ，１１Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ１ 抵抗器，ＳＭＯ，１６Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ４，Ｒ７，Ｒ１３， 抵抗器，ＳＭＯ，２０Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ１４，Ｒ１５ Ｒ１９，Ｒ２０ 抵抗器，ＳＭＯ，４０．２Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２７ 抵抗器，ＳＭＯ，５１．１Ｋ，１％，１／８Ｗ Ｒ９ 抵抗器，ＳＭＯ，１００Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ３１ａ，Ｒ３２ａ 抵抗器，ＳＭＯ，４００Ｋ，５％，１／８Ｗ Ｒ７７ 抵抗器，ＳＭＯ，１０Ｋ，５％，１／８Ｗ ＲＴ１ サーミスタ，１０Ｋ，２５０Ｃ 以上に本発明について、特定の実施例で説明したが、理
解されるべきように、当業者には、以上の記述から多く
の代替、変更、変形が明らかなものである。従って、本
発明は、特許請求の範囲の精神及び範囲に入るそのよう
な代替、変更、変形を全て包含するよう意図したもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波距離測定システムの簡単化した
回路ブロック図である。
【図２】図１のトランシーバ部分の詳細回路図である。
【図３】図１のバンドパス・フィルタ部分の詳細回路図
である。
【図４】図１の包絡線検出器／増幅器の詳細回路図であ
る。
【図５】図１のマイクロコントローラに接続した他の回
路を示す詳細回路図である。
【図６】（Ａ）は、マイクロコントローラが生成し、そ
して超音波信号を生成するトランシーバ回路に加える送
出駆動信号Ｔを示す信号タイミング図であり、（Ｂ）
は、本発明のトランスジューサが生成する超音波送出音
圧パルスの信号タイミング図であり、そして（Ｃ）は、
（Ｂ）の送出信号に応答してくずと地面から反射された
典型的な一組のエコー信号の距離補正形検出包絡線を示
す信号タイミング図である。
【図７】図１のマイクロコントローラが実行するメイン
ループ・アルゴリズムの簡単化した論理フロー図であ
る。
【図８】図７のメインループ・アルゴリズムが呼出す距
離計算、スレショルド／利得調節のサブルーチンの簡単
化した論理フロー図である。
【図９】（Ａ）と（Ｂ）は、図８の論理フロー図内のい
くつかの部分の詳細論理フロー図である。
【符号の説明】
１０：距離検知システム、ＸＭ１：トランスジューサ、
１２：トランシーバ、１４：マイクロコントローラ、１
６：バンドパス・フィルタ、１８：増幅器、２０ａ，２
０ｂ：多重包絡線検出器／増幅器、Ｔ：送出駆動信号、
Ｔｃ：送出クランプ信号、Ｒ：エコー受信信号、Ｒｆ：
フィルタした受信信号、Ｅ：包絡線信号、Ｘｎ：近距離
値、Ｘｆ：遠距離値、ＡＭＰＴＨ：スレショルド値。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 距離測定システムであって、 送出時刻に送出パルスを、そこに至るまでの距離を測定
    すべき表面の方向に発生し、そして該表面からまた前記
    送出パルスにさらされる他の表面から反射する複数のエ
    コー信号を受取るトランスジューサと、 各エコー信号の後縁時刻を決める手段であって、前記後
    縁時刻を、エコー信号の振幅が負の勾配をもってあるス
    レショルドとクロスする時刻として規定する、前記の手
    段、 前記送出時刻と、ある最小振幅を上廻る振幅をもった前
    記複数のエコー信号の内の最後のものの前記後縁時刻
    と、から距離値を決める手段と、から成る距離測定シス
    テム。
  2. 【請求項２】 前記最小振幅が、前記エコー信号の最大
    振幅のある一定の割合のものである、請求項１の距離測
    定システム。
  3. 【請求項３】 トランスジューサとある表面との間の距
    離を測定する測定方法であって、 ａ）送出時刻に前記トランスジューサから音響信号を送
    出して、前記トランスジューサが前記表面から反射した
    １つのエコー信号を含む反射エコー信号を受信する段
    階、 ｂ）前記トランスジューサが受信する他の全てのエコー
    信号のピーク振幅よりも大きなピーク振幅を有する最大
    エコー信号に関する振幅と時刻データとを判定する段階
    と、 ｃ）前記最大エコー信号の前記の振幅と時刻データとか
    ら、前記送出パルスの多数の反射から生じ得るエコー信
    号に関して、見積り多重エコー振幅と見積り多重エコー
    時刻とを判定する段階と、 ｄ）ある特定のエコー信号の前記振幅がある一定の最小
    振幅を上廻るかについて判定する段階と、 ｅ）前記特定のエコー信号の前記振幅が前記一定の最小
    振幅を上廻り、かつ前記特定のエコー信号が前記見積り
    多重エコー時刻前に受取ったものである場合、前記送出
    時刻と前記特定エコー信号の時刻とから距離値を決める
    段階と、 ｆ）前記特定エコー信号の前記振幅が前記一定の最小振
    幅を上廻り、かつ前記特定エコー信号が前記多重エコー
    時刻前に受取ったものではなく、かつ前記特定エコー信
    号の前記振幅が前記見積り多重エコー振幅を上廻る場合
    に、前記送出時刻と前記特定エコー信号の時刻とから距
    離値を決める段階と、 より成る測定方法。
  4. 【請求項４】 前記距離値を、前記送出時刻と前記特定
    エコー信号の後縁時刻とから決める、請求項３の測定方
    法。
  5. 【請求項５】 前記多重エコー振幅が前記一定の最小振
    幅と異なる、請求項３の測定方法。
  6. 【請求項６】 前記最小振幅を、前記トランスジューサ
    が受信した全てのエコー信号の内の最大振幅のある一定
    の割合として導き出す、請求項３の測定方法。
  7. 【請求項７】 前記見積り多重エコー振幅を、前記トラ
    ンスジューサが受信した全てのエコー信号の内の最大振
    幅の一定割合として導き出す、請求項３の測定方法。
  8. 【請求項８】 前記特定エコー信号が前記多重エコー時
    刻前に受信したものである場合、もし前記特定エコーが
    ある一定の最小振幅を上廻る距離補正形振幅を有するな
    らば、前記距離値を前記送出時刻と前記特定エコーの後
    縁時刻とから決める、請求項３の測定方法。
  9. 【請求項９】 前記距離値を、前記送出時刻と前記特定
    エコー信号の後縁時刻とから決め、あるエコー信号の前
    記後縁時刻が該エコー信号の距離補正形振幅があるスレ
    ショルド値をクロスする時刻に相当する、請求項３の測
    定方法。
  10. 【請求項１０】 前記距離値を、前記送出時刻と前記特
    定エコー信号の後縁時刻とから決め、あるエコー信号の
    該後縁時刻が該エコー信号の振幅が低下しながらあるス
    レショルド値とクロスする時刻に相当する、請求項３の
    測定方法。
  11. 【請求項１１】 距離測定システムであって、 送出信号を、それに至る距離を測定すべきある表面に向
    けて送り、そして該表面から反射されたエコー信号を受
    信するトランシーバと、 それぞれが前記エコー信号を受取りそして異なる増幅エ
    コー信号を生成する異なった増幅器利得を有する複数の
    増幅器と、 前記複数の増幅器の全てから前記増幅エコー信号を受取
    る信号処理ユニットであって、前記複数の増幅器の内の
    選択した一つからの前記増幅エコー信号から距離値を導
    き出す手段を含む信号処理ユニットと、から成り、前記
    信号処理ユニットが更に、前記選択を前記増幅エコー信
    号の振幅の関数として自動的に変更する自動変更手段を
    備えている、距離測定システム。
  12. 【請求項１２】 前記自動変更手段が、 複数の前記増幅エコー信号の最大振幅を判定する手段
    と、 前記最大振幅を第１の制限値と比較し、そして前者が後
    者を上廻った場合により小さい利得を有するチャネルを
    選択する手段と、 前記最大振幅を第２の制限値と比較し、そして前者が後
    者よりも小さい場合により高い利得を有するチャネルを
    選択する手段と、から成る、請求項１１の距離測定シス
    テム。
  13. 【請求項１３】 更に、 スレショルド値を設定する手段と、 前縁時刻を、距離補正形エコー信号振幅が正の勾配をも
    って前記スレショルド値とクロスする時刻として決める
    手段と、 後縁時刻を、距離補正形エコー信号振幅が負の勾配をも
    って前記スレショルド値とクロスする時刻として決める
    手段と、 距離値を、前記送出信号の送出時刻と前記の前縁時刻お
    よび後縁時刻とから導き出す手段と、を含む、請求項１
    １の距離測定システム。
  14. 【請求項１４】 前記スレショルド値を、前記エコー信
    号の距離補正形最大振幅値の関数として自動的に調節す
    る手段、を更に含む、請求項１１の距離測定システム。
  15. 【請求項１５】 近距離値を、前記増幅エコー信号の距
    離補正形最大振幅の内のある一定の割合部分を上廻る距
    離補正形振幅をもった最初の増幅エコー信号の前記前縁
    時刻から決める、請求項１３の距離測定システム。
  16. 【請求項１６】 遠距離値を、ある一定の最小振幅を上
    廻る距離補正形振幅をもった最後の増幅エコー信号の前
    記後縁時刻から決める、請求項１３の距離測定システ
    ム。
  17. 【請求項１７】 更に、 前記トランスジューサに複数の送出パルスを周期的に生
    成させる手段と、 少なくともある一定数の送出パルスに対する応答までに
    何らのエコー信号も受信しなかった場合に、アラーム信
    号を発生する手段と、を含む、請求項１１の距離測定シ
    ステム。
  18. 【請求項１８】 前記距離値のスルーレート制限する手
    段を更に含む、請求項１７の距離測定システム。
  19. 【請求項１９】 距離測定システムであって、 送出パルスを送出時刻に、それとの間の距離を測定すべ
    きある表面に向けて発生し、そして該表面からまた前記
    送出パルスにさらされるその他の表面から反射された複
    数のエコー信号を受信するトランスジューサと、 その他の全てのエコー信号のピーク振幅よりも大きなピ
    ーク振幅をもった最大エコー信号に関して、振幅および
    時刻データを決める手段と、 前記最大エコー信号の前記振幅および時刻データから、
    前記送出パルスの多数の反射が生じるようなあるエコー
    信号に関する見積り多重エコー振幅と見積り多重エコー
    時刻とを決める手段と、 各エコー信号の後縁時刻を決める手段であって、該後縁
    時刻を、エコー信号の振幅があるスレショルドを負の勾
    配でクロスする時刻として規定する、前記の手段と、 前記送出時刻と、ある最小振幅を上廻った振幅をもった
    前記複数のエコー信号の内の最後のものであって該最後
    のエコー信号が前記見積り多重エコー時刻の後に起きた
    場合に前記見積り多重エコー振幅を上廻る振幅をもった
    前記最後のエコー信号の前記後縁時刻と、から距離値を
    決める手段と、から成る距離測定システム。
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