JPH0716185U - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本体部とセンサ部を接続するケーブルに混入
するノイズを除去し、被検知体を適確に検知する超音波
センサを提供する。 【構成】 センサ部１，２の送信部５から送信された超
音波の被検知体５３からの反射波をセンサ部１，２の受
信部７で受信して電気信号に変換し、この電気信号をプ
リアンプ９で一旦増幅してから、ケーブル１１，１３を
介して本体部２０に送信し、本体部２０で受信増幅し、
スライス回路３３で所定レベル以下のノイズを除去し、
このノイズの除去された電気信号に基づいて被検知体の
存在を識別している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波の反射を検知して、人物や物体等の被検知体を検知する超音 波センサに関し、更に詳しくは、超音波を送出するセンサ部を本体部から分離し た分離型の超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の超音波センサは、例えば人物等を検知して、ドアを開閉したり、照明 や表示を行うために広く利用されているが、従来の超音波センサは、超音波を送 出するセンサ部１個に対して本体部を１個必要とするものであり、検知したい箇 所が例えば２箇所ある場合には、センサ部を２個設け、各センサ部に対応して本 体部をそれぞれ別個に設けるとともに、各本体部に設けられている外部同期信号 端子を同期信号ケーブルを介して接続して使用している。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来の超音波センサにおいて、ケーブルを使用して、センサ部を本体部から分 離して設置した場合には、センサ部で検知した検知信号をケーブルを介して本体 部まで送出しなければならないが、このケーブルに外部からノイズが誘起し、こ のノイズがセンサ部からの検知信号と混合して本体部に供給されるため、該ノイ ズにより本体部が誤動作するという問題がある。

【０００４】 更に具体的には、センサ部から送信出力約３０Ｖ_P-P で５〜６メートル先の３ ０cm角の物体を検知した場合、センサ部の受信入力部における信号レベルは、数 ｍＶ_P-P となり、このレベルはケーブルに混入するノイズのレベルとほぼ同じで あるため、このノイズを本体部で除去することができず、誤動作する。

【０００５】 本考案は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、本体部と センサ部を接続するケーブルに混入するノイズを除去し、被検知体を適確に検知 する超音波センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案の超音波センサは、超音波を送出する送信部 、該送信部からの超音波の被検知体による反射波を受信検知して、電気信号に変 換する受信部、および該受信部からの電気信号を増幅するプリアンプ手段を有す る超音波送受信手段と、該超音波送受信手段の前記送信部から超音波を送出すべ く該送信部を駆動する駆動手段、前記超音波送受信手段の前記プリアンプ手段か らの電気信号をケーブルを介して受信し増幅する増幅手段、該増幅手段の出力信 号のうち所定レベル以下の信号を除去するスライス手段、および該スライス手段 の出力信号に基づいて被検知体の存在を識別する識別手段を有し、前記超音波送 受信手段から前記ケーブルを介して分離して設けられる本体部とを有することを 要旨とする。

【０００７】

【作用】

本考案の超音波センサでは、被検知体からの超音波の反射波を超音波送受信手 段の受信部で受信して電気信号に変換し、この電気信号をプリアンプ手段で一旦 増幅してから、ケーブルを介して本体部に送信し、本体部で受信増幅し、スライ ス手段で所定レベル以下のノイズを除去し、このノイズの除去された電気信号に 基づいて被検知体の存在を識別している。

【０００８】

【実施例】

以下、図面を用いて本考案の実施例を説明する。

【０００９】 図１は、本考案の一実施例に係わる超音波センサの概略構成を示すブロック図 である。同図に示す超音波センサは、例えば人物や物体等の被検知体を検知する 複数（本実施例では、２個）のセンサ部１，２および該センサ部１，２に対して それぞれケーブル１１，１３を介して接続されている本体部２０を有する。

【００１０】 各センサ部１，２は、それぞれ本体部２０からケーブル１１，１３を介して駆 動され、超音波を矢印５１で示すように前方に送出する送信部５、該送信部５か ら送出された超音波が前方の例えば約５〜６メートルの所に存在する被検知体５ ３で反射されて、矢印５５で示すように戻ってくる反射波を受信し、電気信号に 変換する受信部７、および該受信部７の出力に接続され、受信部７からの電気信 号を増幅し、ケーブル１１，１３を介して本体部２０に供給するプリアンプ９か ら構成されている。

【００１１】 本体部２０は、図２に詳細に示すように、パルス幅１ｍｓ、周期１００〜２０ ０ｍｓのタイミングパルスを発生するタイミングパルス発生部２１、該タイミン グパルス発生部２１からのタイミングパルスに基づいて周波数４０ｋＨｚ、パル ス幅１ｍｓのパルスを発生する発振部２３、該発振部２３からの出力パルスを受 けて、各センサ部１，２の各送信部５を駆動して超音波を送出させるドライブ部 ２５、各センサ部１，２の各プリアンプ９からの電気信号をそれぞれ後述するよ うに時分割的にスイッチする複数のスイッチ２７，２９、該スイッチ２７，２９ を通った電気信号を増幅するプログラマブルゲインアンプ３１、該プログラマブ ルゲインアンプ３１の出力信号を所定のレベルでスライスして、ノイズを除去す るスライス回路３３、該スライス回路３３からの電気信号に基づいて被検知体ま での距離を算出し、所定の検知範囲内の被検知体であるか否かを比較識別し、検 知範囲内の被検知体を検知する距離比較部３５、該距離比較部３５の検知出力信 号によって駆動されて、点灯する検出ランプ３９、前記タイミングパルス発生部 ２１からのタイミングパルスを受けて、前記距離比較部３５における被検知体ま での距離測定に使用される超音波の送出開始時点の信号を距離比較部３５に供給 するとともに、また超音波送出のチェック機能を有する距離測定信号発生部４１ 、前記スイッチ２７，２９を時分割制御するセレクト信号を発生するセレクト信 号発生部４３、前記プログラマブルゲインアンプ３１のゲイン制御用の２０ｍｓ および２５ｍｓの時間信号を発生する時間信号発生部４５から構成されている。

【００１２】 前記セレクト信号発生部４３は、図３に示すように、第１および第２のセレク ト信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ を交互に発生し、該第１および第２のセレクト信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ によってそれぞれスイッチ２７，２９を駆動し、これにより各スイッチ２７，２ ９を図３に示すように時間的にずらして交互にオンさせ、各センサ部１，２から の電気信号を重ならないように時分割的に交互に本体部２０に取り入れるように している。

【００１３】 また、前記プログラマブルゲインアンプ３１は、本体部２０と各センサ部１， ２との間で距離が長くなって、ケーブル１１，１３の長さが長くなると、これに 従って各センサ部１，２からの電気信号も減衰することになるが、このような電 気信号の減衰を補うために本体部２０とセンサ部１，２との間の距離に応じてゲ インを可変し、これにより両者間の距離が長くなって減衰した電気信号を増幅す るものである。

【００１４】 更に具体的には、本超音波センサにおける各センサ部１，２と本体部２０との 間の距離は、一般に１〜数メートル程度であるが、例えば３．４メートル程度ま ではプログラマブルゲインアンプ３１のゲインはそのままとし、３．４メートル を超えると、センサ部からの電気信号は若干減衰するので、プログラマブルゲイ ンアンプ３１のゲインを例えば５〜６ｄＢ増大し、更に４．２メートルを超える と、電気信号は更に減衰するので、プログラマブルゲインアンプ３１のゲインを 例えば１７〜２０ｄＢ増大するように制御する。

【００１５】 図４は、この様子を示したものである。すなわち、横軸に距離を取り、縦軸に プログラマブルゲインアンプ３１のゲインの変化を取った図である。なお、横軸 で示す距離には、該距離に対応する超音波信号の伝播時間が括弧でくくって示さ れている。同図に示すように、距離が３．４メートルまでの間は、プログラマブ ルゲインアンプ３１のゲインを特に制御せずに、０〜１．０ｄＢとなっているが 、距離が３．４メートルになると、ゲインを５〜６ｄＢに増大し、また４．２メ ートルになると、１７〜２０ｄＢに増大している。

【００１６】 なお、図１，２に示す実施例では、プログラマブルゲインアンプ３１のゲイン の制御を２段階で行っているが、更に多くの段階を設けて、きめ細かくゲイン制 御することもできるし、また段階的に制御するのでなく、連続的に制御すること も可能である。

【００１７】 また、図４に示すように、上述した３．４メートルおよび４．２メートルの距 離は、超音波信号の伝播時間に直すと、それぞれ２０ｍｓおよび２５ｍｓに相当 するので、プログラマブルゲインアンプ３１に対して図２に示すように時間信号 発生部４５から２０ｍｓの時間信号および２５ｍｓの時間信号を供給し、これに より２０ｍｓの時間信号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給されると、プ ログラマブルゲインアンプ３１のゲインを５〜６ｄＢ増大し、更に２５ｍｓの時 間信号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給されると、プログラマブルゲイ ンアンプ３１のゲインを１７〜２０ｄＢ増大している。このようにプログラマブ ルゲインアンプ３１のゲインを可変制御することにより各センサ部と本体部２０ との間の距離の増大による電気信号の減衰を補償している。

【００１８】 次に、上述したように構成される超音波センサの作用を説明する。

【００１９】 図１および図２において、タイミングパルス発生部２１からのタイミングパル スは、発振部２３を介して４０ｋＨｚ，１ｍｓのパルス信号としてドライブ部２ ５に供給され、該ドライブ部２５からケーブル１１，１３を介して各センサ部１ ，２の送信部５を駆動し、該送信部５から超音波を前方に送出するとともに、ま た距離測定信号発生４１、セレクト信号発生部４３、時間信号発生部４５にも供 給される。

【００２０】 距離測定信号発生部４１は、各センサ部１，２から超音波を送出した時刻に相 当する距離測定信号を距離比較部３５に供給する。また、セレクト信号発生部４ ３は、図３に示すような第１のセレクト信号Ｓ₁ をスイッチ２７に供給し、該ス イッチ２７のみオンとする。

【００２１】 この状態において、各センサ部１，２の送信部５から送出された超音波の被検 知体５３からの反射波は、各センサ部１，２の受信部７で受信され、電気信号と してプリアンプ９で一旦増幅され、ケーブル１１，１３を介して本体部２０に供 給される。

【００２２】 このように、センサ部１，２の受信部７からの電気信号をプリアンプ９で一旦 増幅してから、ケーブル１１，１３を介して本体部２０に送出することにより、 プリアンプ９から送出される電気信号のレベルをケーブル１１，１３に外部から 誘起されるノイズのレベルよりも大幅に大きくすることができ、電気信号のレベ ルとノイズのレベルとの間に大きなレベル差を持たせることができ、これにより 電気信号をノイズから確実に識別することができるようになる。例えば、プリア ンプ９からの電気信号の電圧レベルを１〜２Ｖ_P-P とすると、ノイズのレベルで ある数ｍＶに対して大きなレベル差を形成することができる。そして、後述する ように、この大きなレベル差を有する電気信号をスライス回路３３に供給するこ とにより、小さなレベルのノイズを適確に除去し、有効な電気信号のみを取り出 すことができるのである。

【００２３】 上述したように、センサ部１，２のプリアンプ９で一旦増幅され、ケーブル１ １，１３を介して本体部２０に供給された各センサ部１，２の電気信号は、上述 したように、スイッチ２７のみオンとなっているので、このスイッチ２７に対応 するセンサ部１からの電気信号のみがスイッチ２７を通ってプログラマブルゲイ ンアンプ３１に供給されて増幅される。プログラマブルゲインアンプ３１の出力 信号は、スライス回路３３において所定のレベル以下のノイズを除去され、有効 な電気信号のみが距離比較部３５に供給される。

【００２４】 距離比較部３５は、スライス回路３３の出力信号と距離測定信号発生部４１か らの距離測定信号との時間差に基づいて被検知体までの距離を算出し、この距離 が所定の検知範囲内であると比較検知すると、検出ランプ３９を点灯し、被検知 体の存在を報知する。

【００２５】 なお、この場合に、センサ部１と本体部２０との間のケーブル１１の長さが例 えば４メートルであるとすると、図４に示すように、この４メートルの距離は超 音波の伝播時間に対応させると、２０ｍｓ以上であるので、センサ部１からの電 気信号が本体部２０に到達する前に、時間信号発生部４５から２０ｍｓの時間信 号がプログラマブルゲインアンプ３１に供給され、これによりプログラマブルゲ インアンプ３１のゲインは５〜６ｄＢ増大されるため、センサ部１からの電気信 号は４メートルのケーブル１１によって減衰した分をプログラマブルゲインアン プ３１の増大したゲインによって補償されるようになっている。

【００２６】 また、上述したように、セレクト信号発生部４３からの第１のセレクト信号Ｓ₁ によってセンサ部１からの電気信号のみを処理した後、セレクト信号発生部４ ３から第２のセレクト信号Ｓ₂ が出力されると、この第２のセレクト信号Ｓ₂ に よってスイッチ２９がオンとなり、これによりセンサ部２からの電気信号が該ス イッチ２９を通ってプログラマブルゲインアンプ３１以降の回路に供給され、同 様に処理される。

【００２７】 なお、上記実施例では、センサ部からの電気信号を受信する受信側にスイッチ ２７，２９を設けて、受信信号に対する時分割制御を行っているが、この受信側 の時分割制御に加えて、超音波を送出する各センサ部の送信側、すなわち駆動側 も同様に時分割制御するように構成してもよく、このように送受信の両側を時分 割制御することにより、相互干渉を完全に防止し、誤動作を更に確実に防止する ことができるとともに、更に送信出力を一定に保ち、被検知体を安定に検知する ことができる。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、被検知体からの超音波の反射波を超音 波送受信手段の受信部で受信して電気信号に変換し、この電気信号をプリアンプ 手段で一旦増幅することにより、ケーブルに誘起されるノイズに対して有効な電 気信号を明確なレベル差をもって識別でき、このレベル差のあるノイズをスライ ス手段で適確に除去することができるので、ケーブルに誘起されるノイズを確実 に除去し、被検知体を誤動作することなく適確に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係わる超音波センサの概略
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す超音波センサの詳細な回路構成を示
すブロック図である。

【図３】図１，２に示す超音波センサに使用されている
スイッチを制御するセレクト信号発生部からの第１およ
び第２のセレクト信号を示すタイミング図である。

【図４】図１，２に示す超音波センサに使用されている
プログラマブルゲインアンプのゲイン制御を示す説明図
である。

【符号の説明】

１，２ センサ部 ５ 送信部 ７ 受信部 ９ プリアンプ １１，１３ ケーブル ２０ 本体部 ２７，２９ スイッチ ３１ プログラマブルゲインアンプ ３３ スライス回路 ３５ 距離比較部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送出する送信部、該送信部から
   の超音波の被検知体による反射波を受信検知して、電気
   信号に変換する受信部、および該受信部からの電気信号
   を増幅するプリアンプ手段を有する超音波送受信手段
   と、 該超音波送受信手段の前記送信部から超音波を送出すべ
   く該送信部を駆動する駆動手段、前記超音波送受信手段
   の前記プリアンプ手段からの電気信号をケーブルを介し
   て受信し増幅する増幅手段、該増幅手段の出力信号のう
   ち所定レベル以下の信号を除去するスライス手段、およ
   び該スライス手段の出力信号に基づいて被検知体の存在
   を識別する識別手段を有し、前記超音波送受信手段から
   前記ケーブルを介して分離して設けられる本体部とを有
   することを特徴とする超音波センサ。