JPH11142516A - 超音波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ測定期間中に外来ノイズを検出した場
合には、次の距離測定を行わないようにすること、その
直前の距離測定データを出力しないことで、誤った距離
測定の確率を低減して測定精度を高める。 【解決手段】 従来の超音波距離計に加えて、一連のパ
ルス列を発生するパルス発生回路１と、この出力のパル
ス列のパルスとパルスの間を区分し、距離測定の後にノ
イズ測定の期間を設けるノイズ測定期間設定回路１０
と、ノイズを検出するレベル判定回路１１と、ノイズが
あったことを一時記憶するフリップフロップ１２と、そ
の結果によりパルス発生回路１の出力パルスを一時遮断
するＡＮＤ回路１３などによるノイズ測定回路Ａを用い
る。また直前の距離測定データの出力を中止させるデー
タ保持回路を付加する態様もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波信号によっ
て目標物までの距離を測定する超音波距離計に関し、特
に外来ノイズによって誤った距離測定が行われる確率を
低減し、測定精度を高める機能を付加させた超音波距離
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波距離計は、超音波信号を
目標物に発射して目標物からの反射波が戻るまでの時間
を計測して距離の測定を行うものであり、例えばコンベ
アで移送中の物体の検出や物体の高さの判別或いは自動
ドアや侵入警報機における人体の検出など各種の分野で
使用されているが、その一例としては図１で示すブロッ
ク図及び図２で示す図１の各部波形図のように構成され
ている。

【０００３】図１，２において、パルス発生回路１は所
定時間間隔毎に基準パルス１０１を発生し、搬送波発生
回路２は基準パルス１０１が入力される毎に、当該基準
パルス１０１をゲート信号としてパルス幅の期間中だけ
間欠的に超音波の搬送波を送波器３へ出力し、送波器３
を駆動して送波信号１０３を空気中に発射するが、この
搬送周波数は空気中に発射する場合は４０ＫＨz程度で
ある。

【０００４】発射した送波信号１０３は目標物から反射
して受波信号１０４として受波器４に戻り、この受波信
号１０４を増幅回路５で十分なレベルまで増幅した後
に、検波回路６で検波してその包絡線が形成する信号検
出パルス１０５を検出するが、予め設定した一定レベル
ｈ１以上の信号検出パルス１０５が検波回路６の出力と
して検出されると、信号レベル判定回路７ではこれを矩
形波に波形整形した受信パルス１０７を計数回路９に送
る。

【０００５】計数回路９には、信号レベル判定回路７か
らの受信パルス１０７の他に、パルス発生回路１からの
基準パルス１０１と、クロック発生回路８からのクロッ
クパルス１０８が入力されるが、基準パルス１０１の立
ち上がりでクロックパルス１０８のカウントがスタート
し、受信パルス１０７の立ち上がりでカウントがストッ
プするように設定され、これらの入力パルスに基づいて
計数回路９から距離信号１０９が出力される。

【０００６】すなわち、この基準パルス１０１と受信パ
ルス１０７の立ち上がりの時間間隔Ｔは目標物までの距
離に比例するので、カウント終了時に計数回路９から出
力される距離信号１０９（時間間隔Ｔにおけるクロック
パルス１０８のカウント値）によって目標物までの距離
を測定することができ、計数回路９は次の基準パルス１
０１の立ち上がりで前回のカウント値をリセットすると
同時に新たにカウントをスタートし、次の受信パルス１
０７の立ち上がりでカウントをストップすると同時にカ
ウント値をラッチし、次回のカウントがストップするま
で継続して出力するものとする。

【０００７】なお、図２における距離信号１０９の出力
は実際には計測の都度リセットされるものであるが、タ
イミングを明記するためにあえて目標が徐々に遠ざかっ
ていくように変化した状態で表示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成による従来の超音波距離計の場合には、搬送波として
使用している超音波を含んだ外来の超音波ノイズ、例え
ば回転する歯車同志の機械音や大型自動車のエアーブレ
ーキ音などのように４０ＫＨz成分を含んだ超音波を発
生するノイズ源からの影響を受け易く、これらの超音波
ノイズが時系列的に基準パルス１０１と受信パルス１０
７の間に到来すると、受信パルス１０７と見誤って距離
を短めに誤った距離測定してしまう恐れがあるので、本
発明では、外来の超音波ノイズによって誤った距離測定
が行われる確率を低減し、測定精度を高める機能を付加
させた超音波距離計の提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して目的
を達成するために、本発明による第１の超音波距離計で
は、先に説明した従来構造の超音波距離計にノイズ測定
回路を付加し、このノイズ測定回路によって距離測定と
ノイズ測定を交互に繰り返しながら、ノイズ測定期間中
に外来ノイズを検出した場合には、次の距離測定を行わ
ないようにすることで、誤った距離測定の確率を低減し
て測定精度を高めるものである。

【００１０】これを実施する具体的な手段としては、例
えば図３及び図４で示す実施形態のように、一連のパル
ス列を発生するパルス発生回路１と、この出力のパルス
列のパルスとパルスの間を区分し、距離測定の後にノイ
ズ測定の期間を設けるノイズ測定期間設定回路１０と、
ノイズを検出するレベル判定回路１１と、ノイズがあっ
たことを一時記憶するフリップフロップ１２と、その結
果によりパルス発生回路１の出力パルスを一時遮断する
ＡＮＤ回路１３などによるノイズ測定回路Ａを用い、ノ
イズ測定期間にノイズが到来すると、その直後の出力パ
ルスを遮断して距離測定を一時中断することによって達
成できる。

【００１１】また本発明による第２の超音波距離計で
は、上記ノイズ測定回路に加えてデータ保持回路を設
け、このデータ保持回路によって外来ノイズを検出した
直前に測定した距離信号は出力せずにその以前に測定し
た距離信号が維持されるようにすることで、ノイズを検
出した前後の距離測定期間中におけるノイズ混入による
測定誤差を解消して更に測定精度を高めるものである。

【００１２】これを実施する具体的な手段としては、例
えば図５及び図６で示す実施形態のように、パルス発生
回路１に変わる同期パルス発生回路と、フリップフロッ
プ１５とＡＮＤ回路１６及びラッチ回路１７などによる
データ保持回路Ｃを用い、ノイズ測定期間にノイズが到
来すると、その直後の出力パルスを遮断して距離測定を
一時中断すると共に、ＡＮＤ回路とラッチ回路の作用で
直前の距離測定データが出力されないようにして達成で
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の超音波距離計に付
いて添付図面を参照しながら実施の形態を説明するが、
図３は第１の実施形態による超音波距離計のブロック図
を、図４は図３の各部波形図を示し、図５は第２の実施
形態による超音波距離計のブロック図を、図６は図５の
各部波形図を示すものであり、これらの実施形態におい
て上記従来構造と同様の部分については同じ符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００１４】第１の実施形態による超音波距離計は、従
来構造の場合と同様にパルス発生回路１、搬送波発生回
路２、送波器３、受波器４、増幅回路５、検波回路６、
信号レベル判定回路７、クロック発生回路８、計数回路
９を備え、これらに加えてパルス発生回路１と搬送波発
生回路２の間に、ノイズ測定期間設定回路１０と、ノイ
ズレベル判定回路１１と、フリップフロップ１２と、Ａ
ＮＤ回路１３とで構成したノイズ測定回路Ａを設け、距
離測定とノイズ測定を交互に繰り返してノイズ測定期間
中にノイズを検出した場合には、その直後の距離測定期
間中に距離測定を行わないようにしている。

【００１５】ノイズ測定期間設定回路１０は、パルス発
生回路１から出力された基準パルス１０１に同期して所
定幅の期間設定パルス１１０を発生させ、このパルス幅
の期間中を距離測定期間ｔ１として上記した受信パルス
１０５に基づく距離測定が行われるようにすると共に、
その後の期間をノイズ測定期間ｔ２としてノイズ測定を
行うためのものであり、例えば基準パルス１０１をトリ
ガとする単安定マルチバイブレータによって、基準パル
ス１０１の周期の２分の１程度の期間設定パルス１１０
を得るようにパルス幅を設定する。

【００１６】ノイズレベル判定回路１１は、ノイズ測定
期間設定回路１０から送られる期間設定パルス１１０が
ローレベルにあるノイズ測定期間ｔ２中にのみ動作し、
このノイズ測定期間ｔ２中に検波回路６の出力から予め
設定した一定レベルｈ２以上のノイズ検出パルス１０６
を検出すると、これを矩形波に波形整形したノイズパル
ス１１１をフリップフロップ１２に送る。

【００１７】フリップフロップ１２は、ノイズ測定期間
設定回路１０の出力である期間設定パルス１１０の立ち
下がりでハイレベルにリセットされ、ノイズレベル判定
回路１１の出力であるノイズパルス１１１の立ち上がり
でローレベルにセットするように設定され、従ってノイ
ズ測定期間ｔ２中にノイズパルス１１１が入力されない
とフリップフロップ１２のＦ／Ｆ出力パルス１１２は常
時ハイレベルとなり、ノイズパルス１１１が入力される
とＡＮＤ回路１３へローレベルのＦ／Ｆ出力パルス１１
２を送る。

【００１８】ＡＮＤ回路は、パルス発生回路１からの基
準パルス１０１とフリップフロップ１２からのＦ／Ｆ出
力パルス１１２が入力され、その論理積が補正基準パル
ス１１３として搬送波発生回路２及び計数回路９に送ら
れる。

【００１９】従って、ノイズ測定期間設定回路１０によ
る期間設定パルス１１０のノイズ測定期間ｔ２中に、ノ
イズレベル判定回路１１でノイズパルス１１１が検出さ
れずにフリップフロップ１２のＦ／Ｆ出力パルス１１２
がハイレベルの場合には、パルス発生回路１の基準パル
ス１０１がそのまま通過した状態で補正基準パルス１１
３となり、搬送波発生回路２及び計数回路９に送られる
のでその後の動作は図１，２で説明した従来構造の場合
と同様である。

【００２０】またノイズ測定期間ｔ２中にノイズを検出
すると、フリップフロップ１２はローレベルにセットさ
れ、Ｆ／Ｆ出力パルス１１２はノイズ測定期間設定回路
１０の出力１１０の立ち下がりでハイレベルにリセット
されるまでの期間ローレベルになるので、パルス発生回
路１の基準パルス１０１はＡＮＤ回路１３を通過でき
ず、搬送波発生回路２及び計数回路９には駆動するため
の補正基準パルス１１３が送られないので、送波器３か
らは送波信号１０３が発生されずに距離測定は行われな
い。

【００２１】ノイズ測定回路Ａを付加したこの第１の実
施形態の超音波距離計では、一定周期で距離測定とノイ
ズ測定を交互に繰り返しながらノイズ測定期間ｔ２中に
ノイズ検出パルス１０６が検出された場合には、その直
後の補正基準パルス１１３が発生しないようにして、距
離測定に必要な搬送波発生回路２及び計数回路９に対す
る駆動を中止させ、これにより受波信号１０４もないの
で検波回路６の出力として信号検出パルス１０５及びノ
イズ検出パルス１０６は現れず、計数回路９にはスター
トパルスもストップパルスも印加されないため、計数回
路９の距離信号出力１０９には前回の測定値がそのまま
継続して出力されることになる。

【００２２】なお、図４に実線で示す各部波形はノイズ
がある場合の動作を、破線はノイズがない場合の動作を
それぞれ示し、また図４における距離信号１０９の出力
は実際には計測の都度リセットされるものであるが、タ
イミングを明記するためにあえて目標が徐々に遠ざかっ
ていくように変化した状態で表示している。

【００２３】次に、図５，６に基づいて本発明の第２の
実施形態による超音波距離計を説明するが、この実施形
態では図３で示す第１の実施形態におけるパルス発生回
路１に変えて別のパルス発生回路１４を用いると共に、
パルス発生回路１を除く他の構成ブロックは図３で示す
ノイズ測定回路Ａを含む第１の実施形態のものをそのま
ま用い、これらにフリップフロップ１５とＡＮＤ回路１
６及びラッチ回路１７で構成されたデータ保持回路Ｂを
加えたものであり、ノイズ測定期間中にノイズを検出し
た場合には、データ保持回路Ｂによってその直前の距離
測定期間中に測定した距離測定データを出力しないよう
に保持させている。

【００２４】この実施形態の説明では、先に説明した第
１の実施形態と共通な部分に付いては同一の符号を付す
と共に、重複するので詳細な図示と説明は省略するが、
図５で示す共通回路部Ｃはパルス発生回路１を除いて図
３で示す第１の実施形態と同様の構成であると共に、図
６に記載した基準パルス１０１，期間設定パルス１１
０，Ｆ／Ｆ出力パルス１１２，距離信号１０９は、何れ
も図４で示す第１の実施形態と同様のものであって、特
に図６ではノイズ測定期間ｔ２中にノイズがある場合を
示している。

【００２５】同期パルス発生回路１４は、第１の実施形
態のパルス発生回路１に変わるものであり、共通回路部
Ｃ中のノイズ測定期間設定回路１０を作動して期間設定
パルス１１０を発生させると共に、ＡＮＤ回路１３を作
動して補正基準パルス１１３を発生させるための基準パ
ルス１０１と、この基準パルス１０１の直前に起動して
ＡＮＤ回路１６を作動するラッチ起動パルス１１４の２
種類を発生させるが、基準パルス１０１はラッチ起動パ
ルス１１４の立ち下がりで発生するようにして両パルス
１０１，１１４は互いに同期している。

【００２６】フリップフロップ１５は、共通回路部Ｃ中
のノイズ測定期間設定回路１０とフリップフロップ１２
でそれぞれ発生した期間設定パルス１１０とＦ／Ｆ出力
パルス１１２とを受け、期間設定パルス１１０の立ち下
がりでハイレベルにリセットされ、Ｆ／Ｆ出力パルス１
１２の立ち上がりでローレベルにセットするように構成
され、ノイズ測定回路Ａがノイズ信号を検出してフリッ
プフロップ１２からのノイズパルス１１２がローレベル
になった後に再びハイレベルに戻ると、その瞬間にフリ
ップフロップ１５のＦ／Ｆ出力パルス１１５はローレベ
ルになる。

【００２７】ＡＮＤ回路１６は、同期パルス発生回路１
４からのラッチ起動パルス１１４とフリップフロップ１
５からのＦ／Ｆ出力パルス１１５及び、フリップフロッ
プ１２からのノイズパルス１１２がそれぞれ入力され、
Ｆ／Ｆ出力パルス１１２，１１５が共にハイレベル即ち
ノイズ測定回路Ａでノイズが検出されない場合には、ラ
ッチ起動パルス１１４がそのまま通過した状態でラッチ
パルス１１６がラッチ回路１７へ出力され、Ｆ／Ｆ出力
パルス１１２，１１５の少なくとも何れか一方がローレ
ベル即ちノイズ検出されるとラッチパルス１１６は出力
されない。

【００２８】ラッチ回路１７は、共通回路部Ｃ中の計数
回路９から距離信号１０９が入力されると、この距離信
号１０９をＡＮＤ回路１６からのラッチパルス１６によ
って制御して補正距離信号１１７を出力するが、ノイズ
測定回路Ａでノイズが検出されずにＡＮＤ回路１６から
ラッチパルス１１６が入力される場合には、補正を行わ
ずに第１の実施形態の場合と同様にその都度計測された
距離信号１１７が次の距離測定まで維持されるが、ノイ
ズを検出してラッチパルス１１６が入力されない場合に
は、その直前に測定した新たな距離信号は出力されずそ
れ以前に測定した距離信号を維持して出力されると共
に、第１の実施形態と同様に次の距離測定は行われな
い。

【００２９】このように、外来ノイズを検出すると第１
の実施形態では新たな距離測定を一旦中止し、第２の実
施形態ではこれに加えてその直前に測定した距離信号は
出力せずにその以前に測定した距離信号が維持されるよ
うにし、外来ノイズの影響が無くなった時点で再度距離
測定を再開するものであり、これによって外来ノイズに
よる誤った距離測定の確率を低減して測定精度を高める
ことが可能となり、特に第２の実施形態の場合には、ノ
イズを検出した前後の距離測定期間中にもノイズの混入
による測定誤差がある際に有効である。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明した実施形態でも明らかなよ
うに、本発明の超音波距離計では従来の構成にノイズ測
定回路を付加して距離測定とノイズ測定を交互に繰り返
し、ノイズ測定期間中に外来ノイズを検出した場合は次
の距離測定を行わないようにしたので、誤った距離測定
の確率を低減して測定精度を高めることができる。

【００３１】また、上記ノイズ測定回路に加えてデータ
保持回路を設け、外来ノイズを検出した直前に測定した
距離信号は出力せずにその以前に測定した距離信号が維
持されるようにすることで、第１の実施例に加え、外来
ノイズを検出した場合は直前の距離データを出力しない
ようにしたので、ノイズを検出した前後の距離測定期間
中におけるノイズ混入による測定誤差も解消され、更に
測定精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術による超音波距離計の構成を示すブ
ロック図。

【図２】図１の超音波距離計の動作を説明する各部の波
形図。

【図３】本発明による超音波距離計の第１の実施形態の
構成を示すブロック図。

【図４】図３の超音波距離計の動作を説明する各部の波
形図。

【図５】本発明による超音波距離計の第２の実施形態の
構成を示すブロック図。

【図６】図５の超音波距離計の動作を説明する各部の波
形図。

【符号の説明】

１ パルス発生回路 ２ 搬送波発生回路 ３ 送波器 ４ 受波器 ５ 増幅回路 ６ 検波回路 ７ 信号レベル判定回路 ８ クロック発生回路 ９ 計数回路 １０ ノイズ測定期間設定回路 １１ ノイズレベル判定回路 １２ フリップフロップ １３ ＡＮＤ回路 １４ 同期パルス発生回路 １５ フリップフロップ １６ ＡＮＤ回路 １７ ラッチ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間軸上に距離測定期間とノイズ測定期
   間とを設け、距離測定とノイズ測定を交互に繰り返すと
   共に、ノイズ測定期間中にノイズを検出した際に次の距
   離測定期間の距離測定を中止するノイズ測定回路を具備
   したことを特徴とする超音波距離計。
2. 【請求項２】 時間軸上に距離測定期間とノイズ測定期
   間とを設け、距離測定とノイズ測定を交互に繰り返すと
   共に、ノイズ測定期間中にノイズを検出した際に次の距
   離測定期間の距離測定を中止するノイズ測定回路と、ノ
   イズ測定期間中にノイズを検出した際にその直前の距離
   測定データの出力を中止してそれ以前の距離測定データ
   を維持するデータ保持回路を具備したことを特徴とする
   超音波距離計。