JPH0716184U - 超音波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波出力部と超音波受信部との間の
回り込み波の影響を完全に除去し、かつ超音波伝播時間
の温度の影響を簡単な回路構成により温度補正を行なう
超音波検出装置を提供する。 【構成】 コンパレ−タの一方の入力端に接続さ
れている回り込み波確認用の微分回路の放電用抵抗を別
にダイオ−ドを介して分離独立し、他方の入力端子に入
る受信信号との比較抵抗の２つに分け、コンデンサを構
成する定電流回路に温度検出素子であるサ−ミスタを組
み込んだ超音波検出装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

超音波を送信し、検出物体からの反射波により距離を検出する超音波検出装置 で、近距離における超音波の回り込み現象による影響を抑制し、かつ周囲温度の 変動が大きい環境で使用される場合の温度補正の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

超音波によるレベル制御は距離測定と同様、Ｌ＝ＣＴ／２（式−１）（Ｃ：音 速、Ｌ：検出物体迄の距離、Ｔ：超音波を送信してから検出物体に反射して超音 波の送信した位置に戻ってくる迄の時間）で与えられる。超音波検出装置は図１ に示すように送信器１から検出物体２に向けて、超音波を送信し、その反射波を 受信器３で受信し、送信波４の送信時間Ｔ1と受信波５の受信時間Ｔ2の時間差か ら検出物体２から超音波検出装置迄の距離Ｌを検出するように構成されている。 ところが前記受信器３の受信波には、前記受信波５以外に、前記送信波４の一部 を直接受信する、いわゆる回り込み波６が存在する。近距離における超音波の回 り込み現象による影響は、コンパレ−タの入力端に接続される、一定周期のパル ス波形が入力される、抵抗とコンデンサから構成される微分回路の放電電圧値に より回り込み波の影響を除去している。

【０００３】 前記（式−１）における音速が温度によって変動するため、超音波を送信して から、検出物体２に反射して超音波の送信した位置迄戻ってくる迄の時間Ｔも温 度によって変化し、一般にＣ＝３３１.５＋０.６１Ｅ（ｍ／ｓｅｃ）（式−２） （Ｅ：温度）となり温度Ｅが上昇すれば音速Ｃは速くなり、同じ検出物体迄の距 離Ｌでも超音波を送信してから、検出物体２に反射して超音波の送信した位置に 戻ってくる迄の時間Ｔは短くなる。

【０００４】 従来実施されている回り込み波除去の具体的回路を図２に示す。７はタイミン グ回路部及び発振回路部で、タイミング回路部で超音波の送信波の周期を決め、 発振回路部で高周波の発振波形を作成し、超音波出力部８から検出物体２へ一定 周期で超音波を送信する。タイミング回路部及び発振回路部７のタイミング回路 部からダイオ−ドＤ2を通して、図３に示すように送信波の周期と同期するパル ス波をコンデンサＣ1と抵抗Ｒ2の並列回路から構成される微分回路のコンデンサ Ｃ1へ入力される。一方ダイオ−ドＤ2と微分回路の接続部はコンパレ−タ１２の 一方の入力端に接続される。コンデンサＣ1にダイオ−ドＤ2を通して前記パルス 波は即充電されるが、タイミング回路部からの前記パルス波がグランドレベルに なると抵抗Ｒ2を通して放電される。超音波出力部８から送信された超音波が検 出物体２で反射して超音波受信部９で受信され、受信信号増幅部１０で増幅され る。１１は受信信号増幅部１０で増幅された交流信号を直流信号に直す検波回路 部で、検波回路部１１で検波された後、増幅回路部１５で更に増幅し、コンパレ −タ１２の他方の入力端に入力される。コンパレ−タ１２の一方の入力端には図 ３に示すようにコンデンサＣ1の端子電圧の放電波形が印加されており、コンパ レ−タ１２の他方の入力端に入力される回り込み波を含む受信信号と比較し、一 定レベルの電圧を越えたものを本来の受信信号と判断し出力する構成となってい る。実施例ではコンパレ−タ１２の一方の入力端にはコンデンサＣ1と抵抗Ｒ2の 放電電圧がＲ2／（Ｒ1＋Ｒ2）＊１２（Ｖ）迄下がって安定する。

【０００５】 特に近距離の受信においては図３のコンデンサＣ1と抵抗Ｒ2の時定数が大きい 場合、回り込み波の影響によって同一距離の受信信号であるのにもかかわらず、 距離が異なってくるという問題がある。前述の場合、抵抗Ｒ2が放電回路の放電 抵抗とコンパレ−タ１２の他方の入力端への受信信号との比較信号用の両方を兼 ねており、検出物体との距離の大小により、放電回路の抵抗Ｒ2の抵抗値を可変 することが好ましいが、上記のようにコンパレ−タ１２の他方の入力端の入力信 号との比較信号用も兼ねていることから不可能である。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

コンパレ−タの一方の入力端に接続されている回り込み波確認用の微分回路用 抵抗が、前記コンパレ−タの他方の入力端に入る受信信号との比較用と微分回路 の放電用とを兼ねているため、時定数が大きい場合、同一距離の受信信号で回り 込み波の影響で検出距離が異なり、かつ温度の影響で受信時間が異なる欠点があ る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

回り込み波除去回路は従来のコンパレ−タの一方の入力端子と並列に接続され ている回り込み波確認用の微分回路の放電用抵抗を別にダイオ−ドを介して分離 独立し、コンパレ−タの他方の入力端子に入る受信信号との比較用抵抗の２つに 分けることにより、検出物体と超音波受信部との距離の大小による回り込み波の 影響を完全に除去し、コンデンサを構成する定電流回路に温度検出素子であるサ −ミスタを組み込み、温度の変化で抵抗値を可変することにより、一定基準電圧 に設定してあるコンデンサへの充電時間を変えて超音波伝播時間の温度補正を行 なうこととする。

【０００８】

【考案の作用】

超音波出力部と超音波受信部との間の回り込み波の影響を完全に除去し、かつ 超音波伝播時間の温度の影響を簡単な回路構成により温度補正を行ない、従来に 比べて確実でコスト的にも安い超音波検出装置が提供できる。

【０００９】

【実施例】

図４は実施例の超音波検出装置の回路の構成を示すブロック図である。２７は タイミング回路部及び発振回路部で、タイミング回路部で超音波の送信波の周期 を決め、発振回路部で高周波の発振波形を作成し、超音波出力部２８から検出物 体２へ一定周期で超音波を送信する。タイミング回路部及び発振回路部２７のタ イミング回路部からダイオ−ドＤ3を通して、図５に示すように送信波の周期と 同期するパルス波を送る。

【００１０】 次に回り込み波除去回路、温度補正回路について、以下回路構成を説明する。 電源電圧＋１２Ｖに抵抗Ｒ6と抵抗Ｒ7を直列に接続し、抵抗Ｒ7にコンデンサＣ4 を並列に接続し、抵抗Ｒ7とコンデンサＣ4により微分回路を構成する。抵抗Ｒ7 とコンデンサＣ4の一方の接続部はダイオ−ドＤ3とコンパレ−タ２２の一方の入 力端に、おのおの接続される。更に抵抗Ｒ7とコンデンサＣ4の一方の接続部はダ イオ−ドＤ1と抵抗Ｒ3を介してトランジスタＴr1のベ−スへ接続される。但し抵 抗Ｒ3の抵抗値は抵抗Ｒ7に比較して十分小さな値としておく。抵抗Ｒ3とコンデ ンサＣ4で微分回路を構成する。電源電圧＋１２Ｖから一方はツエナ−ダイオ−ド ＺD1を介してトランジスタＴr2のベ−スへ接続され、電源電圧＋１２Ｖから他方 はサ−ミスタＴHと抵抗Ｒ5とトランジスＴr2のエミッタへ接続され、トランジス タＴr2のコレクタはコンデンサＣ2へ接続されている。コンデンサＣ2とトランジ スタＴr2のコレクタの接続部は、トランジスタＴr3のコレクタ側へ接続され、コ ンパレ−タ３０、３１の一方の入力端へ入力される。更に電源電圧＋１２Ｖから 抵抗ＶＲ1と抵抗ＶＲ2を、おのおの介して上下限レベル設定部の設定電圧をコン パレ−タ３０、３１の他方の入力端へ入力されている。コンパレ−タ３０、３１ の各出力は制御出力判定回路部２６へ入力される。トランジスタＴr3のベ−スは タイミング回路部及び発振回路部２７へ接続されている。

【００１１】 超音波出力部２８から送信された超音波が検出物体２で反射して超音波受信部 ２９で受信され、受信信号増幅部２０で増幅される。２１は受信信号増幅部で増 幅された交流信号を直流信号に直す検波回路部で検波回路部２１の出力段はトラ ンジスタＴr1のコレクタ側へ接続されている。検波回路部２１で検波された後、 増幅回路部２５で更に増幅し、コンパレ−タ２２の他方の入力端に入力される。 ２４はラッチ及び検出パルス作成部でコンパレ−タ２２が出力されると図５に示 すようにラッチ動作をし、検出ハ゜ルスを作成し、制御出力判定回路部２６へ入 力される。

【００１２】 本出願の回り込み波除去方法は次のようになる。回路動作について説明すると 、タイミング回路部及び発振回路部２７のタイミング回路部からダイオ−ドＤ3 を通して図５に示すように送信波の周期と同期するパルス波を送ると、抵抗Ｒ3 の抵抗値を抵抗Ｒ7に比較して十分小さな値としておくと、抵抗Ｒ3とコンデンサ Ｃ4から構成される微分回路は時定数はＣ4とＲ3のみでＲ7は、ほとんど関係なく なる。タイミング回路部及び発振回路部２７のタイミング回路部から周期的に発 振されるパルス波形がＯＮのレベルになるとダイオ−ドＤ3は導通となりコンデ ンサＣ4に電源電圧＋１２Ｖが印加され、パルス波がグランドレベルになると今 度はコンデンサＣ4に充電された電荷が放電を開始するが、前述のように抵抗Ｒ3 の抵抗値が抵抗Ｒ7に比較して十分小さな値のため、ダイオ−ドＤ1を通して抵抗 Ｒ3とトランジスタＴr1のベ−ス・エミッタで放電を開始する。超音波受信部２９ から回り込み波を含む受信信号を受信すると検波回路部２１で検波された後、完 全に取り切っていない回り込み波は、ダイオ−ドＤ1を通して抵抗Ｒ3とトランジ スタＴr1のベ−ス・エミッタへ放電している間は、完全に取り除くことが可能で ある。そしてダイオ−ドＤ1の順方向の電圧降下＋トランジスタＴr1のベ−ス・エ ミッタ間の電圧が抵抗Ｒ7とコンデンサＣ4の並列回路の端子電圧以下になると、 ダイオ−ドＤ1とトランジスタＴr1のインピ−ダンスが高くなり、今度はコンデ ンサＣ4と抵抗Ｒ7から構成する微分回路で抵抗Ｒ7を通して放電が行なわれ、最 終的にはＲ7／（Ｒ6＋Ｒ7）＊１２（Ｖ）の電圧となる。図５のコンデンサＣ4の 端子電圧に示すように放電電圧は２段階に分けられ、比較信号用の抵抗はＲ7専 用となり、検出物体２との距離の大小の相違により融通の利く２段階の放電電圧 波形により、コンパレ−タ２２で正確に検出物体受信信号出力を得ることができ る。

【００１３】 次に本考案の温度補正回路について説明をする。図４の回路において、ツェナ −ダイオ−ドＺＤ1により、サ−ミスタＴH、抵抗Ｒ5にかかる電圧は一定であり 、トランジスタＴｒ2がＯＮ状態になれば定電流回路となり、コンデンサＣ2の電 圧はリニア−に上昇していく。タイミング回路部及び発振回路部２７のタイミン グ回路部からパルス波形が送られると、トランジスタＴr3がＯＮとなり、コンデ ンサＣ2の残留電荷は抵抗Ｒ8を通して放電され、それと同時にコンデンサＣ2に サ−ミスタＴHと抵抗Ｒ8を通して電荷が蓄えられる。従って検出距離Ｌまでの反 射時間をＴとすれば、Ｔ＝ＣＶ／Ｉ（Ｃ：コンデンサＣ2の静電容量、Ｖ：時間 ＴまでにコンデンサＣ2に蓄えられる電圧、Ｉ：定電流値）となる。コンデンサ Ｃ2をコンパレ−タ３０、３１の一方の入力端におのおの接続し、ボリュ−ムＶ Ｒ1、ボリュ−ムＶＲ2によって上下限レヘ゛ル設定を行なった各電圧をコンパレ −タ３０、３１のおのおのの他の入力端に接続することにより、コンデンサＣ2 が一定電圧迄、充電され、受信信号を受信したというラッチ部及び検出パルス作 成部２４から検出パルスを送信すると、制御出力判定回路部２６から検出信号を 出力する。

【００１４】 本考案では送信波が超音波出力部２８から送信され超音波受信部２９で受信さ れる迄の時間が周囲温度が高いと早くなり、低いと遅くなるが、その場合の音速 の温度補正をリニア−な関係になる定電流回路のコンデンサＣ2の端子電圧の傾 きによって行なっており、簡単な回路構成を組み込むことにより正確な温度補正 を行なうことができる超音波検出装置を得ることができる。

【００１５】

【考案の効果】 検出物体と超音波受信部との回り込み波の影響をコンパレ −タの入力端に接続される抵抗とコンデンサからなる微分回路の抵抗を比較用と 放電用とに分けることにより完全に除去でき、定電流回路にサ−ミスタを組み込 み、定電流回路内のコンデンサＣ2の端子電圧の一定電圧に至る迄の時間によっ て正確な温度補正を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

以下次のように説明する。

【図１】超音波の波形伝達経路を示す図。

【図２】従来の超音波検出方法を示すブロック図。

【図３】従来の超音波検出方法における各部の波形。

【図４】本考案の超音波検出回路。

【図５】本考案の超音波検出回路における各部の波形。

【符号の説明】

１ 送信器 ２ 検出物体 ３ 受信器 ４ 送信波 ５ 受信波 ６ 回り込み波 ７ タイミング回路部及び発振回路部 ８ 超音波出力部 ９ 超音波受信部 １０ 受信信号増幅回路部 １１ 検波回路部 １２ コンパレ−タ １３ 回り込み除去回路 １４ ラッチ及び検出パルス作成部 １５ 増幅回路部 ２０ 受信信号増幅回路部 ２１ 検波回路部 ２２ コンパレ−タ ２４ ラッチ及び検出パルス作成部 ２５ 増幅回路部 ２６ 制御出力判定回路部 ２７ タイミング回路部及び発振回路部 ２８ 超音波出力部 ２９ 超音波受信部 ３０ コンパレ−タ ３１ コンパレ−タ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送信する超音波出力部と、該
   超音波出力部へ送信用信号を供給するタイミング回路部
   及び発振回路部と、前記超音波の検出物体からの超音波
   受信波を受信する超音波受信部と、前記超音波受信波を
   検波する検波回路部と、前記タイミング回路部及び発振
   回路部から送信用信号を供給されると同時に、パルス信
   号を供給し、該パルス信号を比較信号に変換する抵抗と
   コンデンサから構成している微分回路と、前記検波回路
   部から検波された受信信号を前記比較信号と比較する比
   較回路部と、該比較回路部の出力をラッチすると共に検
   出パルス作成部を有する超音波検出装置において、微分
   回路の前記抵抗にダイオ−ドを介して並列に設けた放電
   回路の抵抗値を前記微分回路の抵抗値より十分小さく設
   定した構成からなる超音波検出装置。
2. 【請求項２】 定電流回路の出力電流によりサ−ミス
   タを介して充電されるコンデンサと、該コンデンサの充
   電電圧を基準電圧とする距離設定用のコンパレ−タとよ
   りなる請求項１記載の超音波検出装置。