JPH0882673A - 超音波式距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定範囲内の最大測定距離までの距離の測定
が正確にでき、しかも超音波の送信時間間隔をできるだ
け短くして、応答速度を高めることができるようにす
る。 【構成】 超音波式距離測定装置は、一定の送信時間間
隔をおいて超音波を送信し、超音波を送信してから所定
のしきい値を越える被測定物からの反射波を受信するま
での時間を測定することにより被測定物までの距離を測
定するものである。反射波に対するしきい値を、次の超
音波を送信中の時点に受信される先の超音波に対する反
射波のレベルに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波式距離測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波式距離測定装置として、一定の送
信時間間隔をおいて超音波を送信し、超音波を送信して
から所定のしきい値を越える被測定物からの反射波を受
信するまでの時間（超音波の往復時間）を測定すること
により被測定物までの距離を測定するものが知られてい
る。

【０００３】図３のタイミングチャートに示すように、
従来の超音波式距離測定装置では、超音波の送信時間間
隔は、測定範囲内の最大測定距離を超音波が往復する時
間（最大測定距離往復時間）より長い値に設定されてい
る。

【０００４】これは、次のような理由による。

【０００５】まず、超音波は伝搬中に減衰し、その減衰
の度合は伝搬距離すなわち往復時間が長くなるほど大き
くなるので、受信した反射波のレベルは、図３の(a) 〜
(d)に示すように、往復時間が長くなるほど小さくな
る。したがって、反射波に対するしきい値をあまり高く
設定すると、最大測定距離を往復した反射波（図３の
(b) 参照）のレベルがしきい値より小さくなって、この
反射波を検知することができなくなる。すなわち、測定
範囲内の最大測定距離の測定ができなくなる。このた
め、しきい値Ｙを最大測定距離往復時間後に受信される
反射波のレベルよりかなり低い値に設定している。とこ
ろが、このようにすると、図３の(c) に示すように、最
大測定距離往復時間が経過した後も、しばらくの間は、
反射波のレベルがしきい値Ｙより大きくなる。したがっ
て、仮に１回目の超音波送信から最大距離往復時間が経
過したときに２回目の超音波を送信するようにしたとす
ると、２回目の超音波送信後に１回目の送信波に対する
図３の(c) のような反射波を検知して、２回目の超音波
送信からの時間に基づいて距離を誤って測定してしま
う。このため、送信時間間隔を最大距離往復時間より十
分に長くして、図３の(d) に示すように、反射波のレベ
ルがしきい値Ｙより十分小さくなる往復時間が経過した
後に次の超音波を送信するようにしている。たとえば、
測定範囲内の最大測定範囲が６ｍの場合、送信時間間隔
を１０ｍの距離を往復する時間に設定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波式距離測
定装置では、上述のように、超音波の送信時間間隔が最
大距離往復時間よりかなり長い値に設定されているの
で、距離の測定間隔が長くなって、応答速度が遅くな
り、とくに測定装置が搭載された物体と被測定物との相
対速度が大きい場合に、正確な距離の測定ができないと
いう問題がある。

【０００７】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
測定範囲内の最大測定距離までの距離の測定が正確にで
き、しかも超音波の送信時間間隔をできるだけ短くし
て、応答速度を高めることができる超音波式距離測定装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明による超音波式
距離測定装置は、一定の送信時間間隔をおいて超音波を
送信し、超音波を送信してから所定のしきい値を越える
被測定物からの反射波を受信するまでの時間を測定する
ことにより被測定物までの距離を測定する超音波式距離
測定装置において、反射波に対するしきい値が、次の超
音波を送信中の時点に受信される先の超音波に対する反
射波のレベルに設定されていることを特徴とするもので
ある。

【０００９】たとえば、距離測定装置は、超音波を送信
するための超音波送信手段、被測定物で反射した反射波
を受信するための超音波受信手段、および超音波送信手
段を制御し超音波を送信してからしきい値を越える反射
波を受信するまでの時間を測定して被測定物までの距離
を求める処理手段を備えている。超音波送信手段は、送
信パルス信号（電気信号）を出力するための送信パルス
発生手段、およびこの送信パルス信号を超音波として送
信するための送波手段を備えている。超音波受信手段
は、反射波を受信してこれを受信信号（電気信号）に変
換するための受波手段を備えている。送信パルス発生手
段としては、公知のパルス発生器を用いることができ
る。送波手段としては、公知の送波器を用いることがで
きる。受波手段としては、公知の受波器を用いることが
できる。また、送波手段および受波手段として、送波と
受波の両方を行う送受波器（超音波センサ）を用いるこ
ともできる。処理手段は、受波手段からの受信信号を処
理してしきい値を越える反射波を受信したことを検知す
るための反射波検知手段、および超音波を送信してから
しきい値を越える反射波を受波するまでの時間をカウン
トするためのカウント手段を備えている。反射波検知手
段には、反射波に対するしきい値を設定するためのしき
い値設定手段が設けられている。しきい値設定手段は、
たとえば、受波手段からの反射波の受信信号の増幅回路
のゲインを調整することにより、反射波に対するしきい
値を相対的に設定する。しきい値は、次の超音波を送信
中の時点に受信される先の超音波に対する反射波のレベ
ルに設定されている。処理手段には、一定の超音波の送
信時間間隔が設定されている。この送信時間間隔は、後
述するように、超音波が測定範囲内の最大測定距離を往
復する最大測定距離往復時間に等しくすることができ
る。処理手段は、送信時間間隔おきに超音波送信手段を
駆動して超音波を送信させ、これと同時に、カウント手
段をリセットしてカウントを開始させる。超音波を送信
してから送信時間間隔が経過するまでにしきい値を越え
る反射波を受信しなかったときは、測定範囲内に被測定
物がないと判断する。あるいは、測定範囲内の最大測定
距離を距離の測定値とする。送信時間間隔が経過するま
でにしきい値を越える反射波を受信したときは、カウン
ト手段によるカウントを停止させ、そのときあるいは送
信時間間隔が経過したときに、カウント手段のカウント
値から被測定物までの距離を求める。なお、処理手段
は、超音波送信中は、反射波の検知、すなわちしきい値
を越える反射波を受信したかどうかの判断は行わない。

【００１０】

【作用】この発明の超音波式距離測定装置においては、
反射波に対するしきい値が、次の超音波を送信中の時点
に受信される先の超音波に対する反射波のレベルに設定
されているので、超音波の送信時間間隔を測定範囲内の
最大測定距離往復時間と等しい値に設定することがで
き、しかもこのようにしても、測定範囲内の最大測定距
離までの距離を正確に測定することができる。

【００１１】反射波の受信信号に対するしきい値は、２
回目の超音波を送信中の時点に受信される１回目の超音
波に対する反射波のレベルに設定されている。したがっ
て、１回目に超音波を送信した後、２回目の超音波を送
信中に受信される１回目の超音波に対する反射波のレベ
ルは、しきい値を越える場合と越えない場合がある。し
かし、超音波送信中は、反射波の検知を行わないので、
２回目の超音波送信中に１回目の超音波に対する反射波
を検知して誤った測定を行うようなことがない。２回目
の超音波送信後に受信される１回目の超音波に対する反
射波のレベルは、２回目の超音波送信中に受信される１
回目の超音波に対する反射波のレベルより減衰している
ので、これより低く、したがって、しきい値より低い。
２回目の超音波送信後は、反射波の検知が行われるが、
このように、２回目の超音波送信後に受信される１回目
の超音波に対する反射波のレベルはしきい値より低いの
で、２回目の超音波送信後に１回目の超音波に対する反
射波を検知して誤った測定を行うようなことがない。２
回目の超音波送信より前に受信される１回目の超音波に
対する反射波のレベルは、２回目の超音波送信中に受信
される１回目の超音波に対する反射波のレベルより減衰
が小さいので、これより高く、したがって、しきい値よ
り高い。このため、１回目の超音波送信から送信時間間
隔すなわち最大距離往復時間が経過するまでに受信され
る反射波のレベルは、しきい値より高く、確実に検知さ
れる。したがって、測定範囲内の最大測定距離までの距
離を正確に測定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【００１３】図１は超音波式距離測定装置の主要部の構
成の１例を示し、図２はその各部の信号波形の１例を示
している。

【００１４】図１において、測定装置は、送信パルス発
生器(1) 、送受波器(2) 、トリガパルス発生器(3) 、増
幅回路(4) 、ゲイン調整回路(5) 、比較器(6) 、カウン
タ回路(7) およびマイコン（マイクロコンピュータ）
(8) を備えている。

【００１５】送信パルス発生器(1) は、後述する制御入
力がオンになるタイミングで一定周波数の送信パルス信
号Ａを一定時間出力するための送信パルス発生手段を構
成しており、公知のパルス発生器によって構成すること
ができる。送受波器(2) は、送信パルス信号Ａを超音波
として送波するための送波手段と、被測定物（図示略）
で反射した反射波を受波してこれを受信信号に変換する
ための受波手段とを構成するものであり、公知の超音波
センサによって構成することができる。送信パルス発生
器(1) と送受波器(2) の送波手段により、超音波を送信
するための超音波送信手段が構成されている。送受波器
(2) の受波手段により、反射波を受信するための超音波
受信手段が構成されている。

【００１６】トリガパルス発生器(3) は、送信パルス信
号Ａが出力されているときに一定時間幅のトリガパルス
信号Ｂを出力する（オンにする）ためのものであり、こ
のトリガパルス信号Ｂは、後に詳しく説明するように、
カウンタ回路(7) に入力する。

【００１７】増幅回路(4) 、ゲイン調整回路(5) および
比較器(6) は、送受波器(2) の受信信号からしきい値を
越える反射波を受信したことを検知するための反射波検
知手段を構成している。送受波器(2) の受信信号が増幅
回路(4) で増幅され、この増幅された受信信号Ｃが比較
器(6) の一方の入力端子に入力する。比較器(6) の他方
の入力端子には、一定のしきい値Ｙが入力する。増幅回
路(4) およびゲイン調整回路(5) はしきい値を設定する
ためのしきい値設定手段を構成しており、ゲイン調整回
路(5) で増幅回路(4) のゲインを調整することにより、
反射波の受信信号Ｃに対するしきい値Ｙが相対的に設定
される。比較器(6) は、受信信号Ｃのレベルがしきい値
Ｙを越えたときに一定時間幅の反射波検知信号Ｄを出力
する（オンにする）。反射波検知信号Ｄは、後に詳しく
説明するように、カウンタ回路(7) に入力する。

【００１８】カウンタ回路(7) は、超音波を送信してか
らしきい値を越える反射波を受波するまでの時間をカウ
ントするためのカウント手段を構成している。トリガパ
ルス発生器(3) からのトリガパルス信号Ｂがカウンタ回
路(7) のリセット端子(R) およびスタート端子(S) に入
力し、カウンタ回路(7) は、トリガパルス信号Ｂがオン
になるタイミングでリセットされ、トリガパルス信号Ｂ
がオンからオフになるタイミングでカウントを開始し、
一定のクロックパルスが入力するたびにそのカウント値
Ｅが１ずつ増加する。また、比較器(6) からの反射波検
知信号Ｄがカウンタ回路(7) のホールド端子(H) に入力
し、カウンタ回路(7) の出力であるカウント値Ｅは反射
波検知信号Ｄがオンになるタイミングでホールドされ
る。カウンタ回路(7) のカウント値Ｅは、マイコン(8)
に入力する。

【００１９】マイコン(8) は、カウンタ回路(7) のカウ
ント値Ｅの読込み、カウント値Ｅの処理および送信パル
ス発生器(1) への起動信号Ｆの出力を行うためのもので
ある。マイコン(8) には、測定装置の測定範囲内の最大
測定距離往復時間と等しい一定の値が、超音波の送信時
間間隔として設定されている。マイコン(8) は、送信時
間間隔おきに、カウント回路(7) のカウント値Ｅを読込
んで、これに基づいて被測定物までの距離を算出し、そ
の直後に超音波を送信するために起動信号Ｆを一定時間
オンにする。

【００２０】送信パルス発生器(1) は、制御入力である
マイコン(8) からの起動信号Ｆがオンになるタイミング
で超音波送信のための送信パルス信号Ａを出力する。

【００２１】トリガパルス発生器(3) 、増幅回路(4) 、
ゲイン調整回路(5) 、比較器(6) 、カウンタ回路(7) お
よびマイコン(8) により、処理手段が構成されている。
処理手段は、送信時間間隔おきに、送信パルス発生器
(1) を制御して超音波を送信させ、超音波を送信してか
らしきい値を越える反射波を受信するまでの時間を測定
して被測定物までの距離を求めるためのものである。な
お、超音波送信中、すなわちトリガパルス信号Ｂがオン
になっている間は、カウンタ回路(7) はリセット状態で
カウントを行っておらず、反射波の検知は行われない。

【００２２】次に、図１および図２のタイミングチャー
トを参照して、上記の測定装置の動作の１例について簡
単に説明する。

【００２３】図２において、送信時間間隔おきに、マイ
コン(8) が起動信号Ｆを一定時間の間オンにし、この起
動信号Ｆがオンになるタイミングで、送信パルス発生器
(1)が駆動されて、一定時間の間、送信パルス信号Ａが
出力され、送受波器(2) より測定範囲内に超音波が送信
される。また、送信パルス信号Ａが出力されている間、
トリガパルス発生器(3) からのトリガパルス信号Ｂがオ
ンになり、トリガパルス信号Ｂがオンになるタイミング
でカウンタ回路(7) がリセットされ、トリガパルス信号
Ｂがオフになるタイミングでカウンタ回路(7) がカウン
トを開始し、時間の経過につれてカウント値Ｅが増加す
る。一方、マイコン(8) は、起動信号Ｆをオンにして１
回目の超音波の送信を行ってから、送信時間間隔が経過
した時点で、カウント回路(6) のカウント値Ｅを読込
み、これに基づいて被測定物までの距離を算出し、その
直後に、２回目の超音波送信のために起動信号Ｆをオン
にする。

【００２４】図２の(a) に示すように、１回目の超音波
送信から送信時間間隔が経過する前、すなわち２回目の
超音波送信の前に、しきい値Ｙを越える反射波が受信さ
れると、比較器(6) の反射波検知信号Ｄが一定時間の間
オンになり、これがオンになるタイミングで、カウンタ
回路(7) がカウントを停止し、送信時間間隔が経過する
まで、カウント値Ｅがホールドされる。このため、マイ
コン(8) により読込まれるカウント値Ｅは、しきい値を
越える反射波を受信したときのままであり、これに基づ
いて被測定物までの距離が正確に算出される。

【００２５】図２の(b) あるいは(c) に示すように、１
回目の超音波送信から２回目の超音波送信までの間に、
しきい値を越える反射波が受信されなかった場合は、比
較器(6) の反射波検知信号Ｄはオフのままであり、送信
時間間隔が経過してマイコン(8) によりカウント値Ｅが
読込まれるまで、カウンタ回路(7) はカウントを行って
いる。したがって、マイコン(8) により読込まれるカウ
ント値Ｅは、最大測定距離往復時間に相当するものであ
り、最大測定距離が距離の測定値として算出される。な
お、送信時間間隔が経過するまでにしきい値を越える反
射波が受信されなかった場合には、距離の算出を行わず
に、測定範囲内に被測定物が存在しないと判断するよう
にすることもできる。

【００２６】上記の測定装置では、反射波に対するしき
い値が、次の超音波を送信中の時点に受信される先の超
音波に対する反射波のレベルに設定されているので、超
音波の送信時間間隔を測定範囲内の最大測定距離往復時
間と等しい値に設定することができ、しかもこのように
しても、測定範囲内の最大測定距離までの距離を正確に
測定することができる。

【００２７】上記の測定装置の場合も、従来例の場合と
同様、受信した反射波のレベルは、図２の(a) 〜(c) に
示すように、往復時間が長くなるほど小さくなる。反射
波に対するしきい値Ｙは、２回目の超音波を送信中の時
点に受信される１回目の超音波に対する反射波のレベル
に設定されているので、図２の(b) に示すように、１回
目に超音波を送信した後、２回目の超音波を送信中に受
信される１回目の超音波に対する反射波のレベルは、し
きい値Ｙを越える場合と越えない場合がある。しかし、
超音波送信中は、反射波の検知を行わないので、２回目
の超音波送信中に１回目の超音波に対する反射波を検知
して誤った測定を行うようなことがない。図２の(c) に
示すように、２回目の超音波送信後に受信される１回目
の超音波に対する反射波のレベルは、２回目の超音波送
信中に受信される１回目の超音波に対する反射波のレベ
ルより減衰しているので、これより低く、したがって、
しきい値Ｙより低い。２回目の超音波送信後は、反射波
の検知が行われるが、このように、２回目の超音波送信
後に受信される１回目の超音波に対する反射波のレベル
はしきい値Ｙより低いので、２回目の超音波送信後に１
回目の超音波に対する反射波を検知して誤った測定を行
うようなことがない。図２の(a) に示すように、２回目
の超音波送信より前に受信される１回目の超音波に対す
る反射波のレベルは、２回目の超音波送信中に受信され
る１回目の超音波に対する反射波のレベルより減衰が小
さいので、これより高く、したがって、しきい値Ｙより
高い。このため、１回目の超音波送信から送信時間間隔
すなわち最大測定距離往復時間が経過するまでに受信さ
れる反射波のレベルは、しきい値Ｙより高く、確実に検
知される。したがって、測定範囲内の最大測定距離まで
の距離を正確に測定することができる。

【００２８】上記実施例では、増幅回路(4) のゲインを
調整することによって反射波に対するしきい値を相対的
に設定しているが、しきい値自体を直接調整して設定す
るようにすることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】この発明の超音波式距離測定装置によれ
ば、上述のように、超音波の送信時間間隔を測定範囲内
の最大測定距離往復時間と等しい値に設定することがで
き、しかもこのようにしても、測定範囲内の最大測定距
離までの距離を正確に測定することができる。そして、
超音波の送信時間間隔を測定範囲内の最大測定距離と等
しい必要最小限の値に設定することができるため、超音
波の送信時間間隔を可能な限り短くして、応答速度を高
めることができる。したがって、測定装置が搭載された
物体と被測定物との相対速度が大きい場合でも、より正
確な距離の測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す超音波式距離測定装置
の概略構成図である。

【図２】図１の超音波式距離測定装置の各部の信号を示
すタイミングチャートである。

【図３】従来の超音波式距離測定装置の各部の信号を示
すタイミングチャートである。

【符号の説明】

(1) 送信パルス発生器 (2) 送受波器 (3) トリガパルス発生器 (4) 増幅回路 (5) ゲイン調整回路 (6) 比較器 (7) カウンタ回路 (8) マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西崎 勝利 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 嘉田 友保 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 小幡 佳史 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の送信時間間隔をおいて超音波を送信
   し、超音波を送信してから所定のしきい値を越える被測
   定物からの反射波を受信するまでの時間を測定すること
   により被測定物までの距離を測定する超音波式距離測定
   装置において、 反射波に対するしきい値が、次の超音波を送信中の時点
   に受信される先の超音波に対する反射波のレベルに設定
   されていることを特徴とする超音波式距離測定装置。
2. 【請求項２】反射波の受信信号の増幅回路のゲインを調
   整することにより、反射波に対するしきい値が設定され
   ていることを特徴とする請求項１の超音波式距離測定装
   置。