JPS603623B2 - 超音波物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は超音波送受波器を一体として、送波器より送波
された超音波の検知領域からの反射波を受波器にて検出
して存在物体を検知する超音波物体検知装置に関するも
のである。 従来この種の超音波物体検知装置は施工時に有効検知領
域を設定する場合、上下限検知距離を測定して各検知距
離に見合った検知ゲート開閉時間を可変抵抗の調整によ
り設定するようになっていたが、この調整にはかなりの
経験が必要である上調整作業が煩らわしく時間がかかる
という欠点をもっていた。 さらに環境変化によって誤報がなされない様にするため
検知領域を設定した後検知領域を若干大きくして検知領
域に隣接して反射物がない位置に施工されているかをチ
ェックする検知領域の設定確認作業を行なう必要がある
が、この設定確認作業も検知領域の設定作業と同様の煩
らわしさを有するものであった。本発明は上記の点に鑑
みて為されたものであり、検知領域の設定を自動的に行
なう機能と検知領域の設定確認機能とを有し、施工がき
わめて容易な超音波物体検知装置を提供することを目的
とするものである。以下本発明の構成について説明する
。第１０図は本発明の構成を示すブロック図であり、一
体化された超音波送受波器４０の送波器４０ａより送波
される超音波の物体による反射波を受波器４０ｂにて受
波し、受波器４０ｂ出力を増中部４１にて増中した受波
信号を検知領域を設定する検知ゲート４２を介して物体
検知部４３に入力し、検知領域内に存在する物体を検知
するようにした超音波物体検知装置において、電源を投
入してから一定期間超音波が受波されないことを確認し
て超音波を送波器４０ａから送波する送波制御部４４を
設けるとともに、残響信号の終了後の受信を開始し固定
物体からの反射波の受波信号が受信される時刻から所定
時間前に受信を終了する検知ゲート４２の開閉時刻を設
定する検知領域自動設定手段４５と、検知領域が自動設
定された状態における増中部４１のゲインを所定量アッ
プして物体検知信号が得られるかどうかをチェックする
設定確認手段４６と、設定確認手段４６にて物体検知信
号が得られたとき検知領域自動設定手段４５を再度作動
させるとともに、物体検知信号が得られなかったとき増
中部４１のゲインを元の状態に引下げて所定の検知状態
で動作させる動作制御手段４７とを設けたものであり、
検知領域の設定が余裕をもって行なわれているかどうか
の設定確認作業が容易になって施工が簡便になるととも
に、検知領域に隣接する反射物による誤動作を確実に防
止できるようにしたものである。以下実施例について図
を用いて説明する。 図は本発明の一実施例を示すもので、図中１４は送波器
３０および受波器３１の信号処理を行なうマイクロプロ
セッサー（以下ＣＰＵと称す）であり、１６〜２３はこ
のＣＰＵ１４内の構成ブロックを表わしており、各ブロ
ックの機能は以下の通りである。１６はＲＯＭでありプ
ログラムが書き込んであり、電源投入後０番地よりスタ
ートする。 このＲＯＭ１６によって、演算処理回路２１で種々演算
・処理を行なう。外部からのデータは入力１８および入
力１９によって取入れられ、演算した結果の必要データ
は、ＲＡＭ１７に記憶し必要に応じて取出す。２２はＹ
レジスタであり、ＲＡＭ１６の番地および出力ラッチ２
０の出力番号を指定するものである。 出力ラッチ２０は演算処理２１により制御される出力回
路であり、ラッチ回路となっている。２３は発振回路で
あり、クロツク発生回路１５の信号によりＣＰＵ１４を
動作させるためのクロック信号を作成するようになって
いる。 第１図および第２図はこのＣＰＵ１４を用いて信号処理
を行なうようにした超音波物体検知装置のブロック回路
図および具体回路図を示しており、１は電気信号を超音
波に変換して空中へ放射し、又受波された超音波を電気
信号に変換する超音波振動子であり、この振動子１には
２個のダイオードを逆列接続した送受切替回路２が接続
されており、振動子１を送波用・受波用に切替えるよう
になっている。すなわち、送波増中回路８から大さな送
波信号が印加されたときには逆並列接続されたダイオー
ドがオンするため超音波振動子１に電圧が印加されるが
、送波信号がオフになると、両ダイオードがオフになっ
て超音波振動子１出力は受波信号として出力される。し
たがって超音波振動子１および切替回路２にて送波器４
０ａ、受波器４０ｂが一体化された送受波器４０が形成
されることになる。切替回路２の出力には微弱な電気信
号を増中する受波前暦アンプ３が接続されており、この
受波前層アンプ３の出力には送波終了時から少しずつゲ
インの大きくなるゲイン時変化アンプ４が接続されてい
る。このゲイン時変化アンプ４はＣＰＵ１４の出力ラツ
チ２０の出力■のリセット信号にてリセットされる電圧
時変化回路９の出力にてゲインを制御されるようになつ
ている。ゲイン時変化アンプ９の出力には、アッテネー
タ５が接続されており、ここではＣＰＵ１４の出力ラッ
チ２０の出力■の信号により減衰度がコントロール（ト
ランジスタがオンすれば減衰は小さくなる）され、アッ
テネ−夕５の出力に接続された同調型アンプ６により、
送波信号と同一の周波数の受波信号が増幅される。 この増幅された受波信号は波形成形回路７のトランジス
タにて検波増中されデジタル信号たるパルス信号に変換
され、パルス信号は信号切替回路１１に入力される。こ
こではＣＰＵ１４の出力ラツチ２０の出力■の信号によ
って遅延ＯＦＦタイマ設定信号と切替え操作をされ、必
要な信号がＣＰＵ１４の入力１９に入力される。すなわ
ち、デイレイオフ時間設定値のＣＰＵ１４への取り込み
と、受波信号の取り込みを切り替えている。前記遅延Ｏ
ＦＦタイマ設定信号は、設定回路１０の４個のスイッチ
にて定数を設定することによりＣＰＵ１４で作られるも
のであり、所望の遅れ時間を設定するようになっている
。２４は同期回路であり、ここにはＣＰＵ１４の出力ラ
ッチ２０の出力■と外部同期端子Ｓが接続されており、
この２つの入力がｕｏ″の時のみ出力が日０″となる回
路である。 この同期出力はＣＰＵ１４の同期入力信号として入力１
８に接続されている。１２は出力回路であり、ＣＰＵ１
４の出力ラツチの出力５の信号によって出力リレ−がオ
ン、オフされる。 １３は表示回路であり、自動設定の設定状態が悪い時に
オンするようになっている。 なお、検知ゲート４２、物体検知部４３、送波制御部４
４、検知領域自動設定手段４５、設定確認手段４６およ
び動作制御手段４７はいずれもＣＰＵ１４を用いた論理
演算手段にて実現されている。以下実施例の動作につい
て説明する。 まず最初にＣＰＵ１４以外の各部の動作について説明す
る。ＣＰＵ１４の出力■から出力される送波信号は、送
波アンプ８へ送られて電力増幅され送受切替回路２を経
て振動子１へ印加される。振動子１は、電気信号を超音
波信号に変換して空中へ送波する。送波が完了すると振
動子１は、受波振動子として働き反射して来る超音波信
号を微弱な電気信号に変換する。この信号は送受切替回
路２を通って受波前層アンプ３に加えられる。ここで増
幅された受波信号はゲイン時変化アンプ４に加えられる
。このゲイン時変化アンプ４は、送波終了後少しずつゲ
インアップするアンプであり、その特性は第９図のよう
に電圧制御型アンプであり、制御用電圧は電圧時変化回
路９によって作られる。この電圧時変化回路９のリセッ
ト信号はＣＰＵ１４の出力■から送波毎に送り出される
もので第８図に示すようになっている。ゲイン時変化ア
ンプ４の出力はアツテネータ５を経て、同調型アンプ６
へ入力される。 アツテネータ５では、ＣＰＵ１４の出力■が”Ｈ″の時
減衰度が小さく出力■が”Ｌ″の時減衰度が大きくなる
ようにされている。このようにする事により、アンプ系
全体のゲインを、ＣＰＵ１４の出力■の信号で２段階で
可変出来ることになる。同調型アンプ６の出力は、波形
成形回路７へ入力され、受波信号が一定のレベル以上に
なった購いＨ″、それ以外はいＬ″となるパルス信号に
変換される。このパルス信号は、信号切替回路１１へ入
力されており、この回路に入力されているもう一つ遅延
オフタィマ設定回路出力とパルス信号とがＣＰＵ１４の
出力■によって切替えられてＣＰＵ１４の入力１９に入
力されるようになっている。つまり出力■がｎＨ″の時
は、遅延オフタィマ設定信号がＣＰＵ１４の入力１９へ
入力され、出力■がいＬ″ になればこのパルス信号が
ＣＰＵ１ ４の入力１９へ入力されるようになっている
。出力回路１２はリレー出力であり、ＣＰＵ１４の出力
■によってオン、オフされる。表示回路１３は、設定不
可表示用であり、ＣＰＵ１４の出力■にて制御され、自
動設定時に次のような状態となった時ＬＥＤをフリッカ
ー表示する。（１） 検知領域設定時において、下限検
知距離があらかじめ設定された最大値をオーバした時（
０） 検知領域設定時において、下限検知距離が上限検
知距離よりも大きくなった時（ｍ） 検知領域設定確認
時において、広くした検知領域内に反射物が存在してい
た時２４は同期回路であり、送波開始タイミングを取る
回路である。 ＣＰＵ１４の出力■は通常いＨ″となっている。この時
は同期回路２４の出力もいＨ″でありＣＰＵ１４の入力
１８はｌｎＨ″が入力されている。送波開始するために
ＣＰＵ１４の出力■がぃＬ″に変われば同期回路２４の
出力もいＬ″になり、ＣＰＵ１４の入力１８はふＬ″入
力となる。ところで第１図に示す回路が複数個ある時は
お互いの同期端子を接続してすべてのＣＰＵ１４出力■
が”Ｌ″になった時にすべてのＣＰＵ１４の入力１８が
”Ｌ″になるように構成されており、同一タイミングで
送波されるようになっている。次にＣＰＵ１４の動作に
ついて第３図〜第６図に示すフローチャートおよび第７
図に示すタイムチャートに塞いて説明する。 超音波物体検知装置を所定の場所に取付けた後、電源２
５を投入すると、ＣＰＵ１４が動作を開始する。第３図
は検知領域設定のフローチャートを示しており、いま電
源をオンしてプログラムがスタートすると〔１〕で受波
音波が一定期間ｔ，受波されない事を確認する。 これは外来雑音などによる受波音波が受波器に入ってい
ないか調べるものであり、詳しいフローチャートは第６
図ａの通りである。まず糊間ちを測定するためにタイマ
ーＣを〔４１〕でリセットする。次に〔４２〕で受波音
波の有無を判断して受波音波が有る時は〔４１〕へ戻り
、受波音波が無ければ〔４８〕の時間判定部へ進みタイ
マーＣがｔ，になったかどうかを判定する。タイマーＣ
がｔ，になっていなければ受波音波が無い事を確認しな
がらｔ，になるまで待機する。タイマーＣ＝ｔ・になれ
ば〔４４〕の送波タイミング判断部へ進む。ここでは同
一音場内に複数の超音波物体検知装置が動作している場
合に各検知装置の同期を取るためのものであり、単体で
動作している時は即、次ステップへ進む。送波タイミン
グがＯＫとなれば第３図の〔２〕送波へ進む。ここでは
送波信号をＣＰＵ１４内で作り、出力ラッチの出力■か
ら送波アンプ８へ信号を送る。送波が完了（時刻Ｔ。）
すると〔３〕で検知ゲート設定用タイマＡをスタートさ
せる。〔４〕でタイマーＡが２のｓｅｃ経過するまで待
機し、２肌ｓｅｃ経過すればタイマーＡと平行させて〔
５〕で近距離余裕時間測定タイマーＢをスタートさせる
。〔６〕では受波音波があるかどうかを調べる。ここで
いう受波音波は、送波終了後の残響信号や検知器近辺の
反射物からの反射波である。これらの受波音波が存在す
る間はカウンターＢを〔７〕でリセットし、〔８〕でタ
イマーＡが最大設定時刻になっていないかを判断して最
大値より小さければ〔５〕へもどりタイマーＢを再スタ
ートさせる。〔６〕で受波音波が無しと判断されれば〔
１０〕で近距離余裕時間を判定する。受波音波が無くな
って１肌ｓｅｃ経過していなければ〔６〕に帰る。一方
１のｓｅｃ経過すれば、この時のタイマーＡの時刻ＴＮ
を検知ゲ−トの開く時刻すなわち検知領域の下限距離と
して第１のメモリ（ＣＰＵ１４内のＲＡＭ１７）に記憶
する。〔８〕のタイマーＡ最大値判断部において、タイ
マーＡ＝最大層となった場合は正常な設定がなされてい
ないことになるので

〔９〕で設定不可表示を行って〔１
〕に戻って再度設定のやり直しを行なう。このようにし
て検知ゲートの開く時刻が設定された後、検知ゲートの
閉じる時刻を設定するために〔１２〕で受波音波の有無
を判断する。受波音波が無い場合はタイマーＡが設定最
大時刻になったかどうかを〔１３〕で判断し、設定最大
時刻以内であれば〔１２〕へ戻る。〔１２〕で受波音波
があるかあるいは〔１３〕でタイマーＡが設定最大時刻
になった場合には〔１４〕で受波音波があったときの時
刻Ｔ，あるいはタイマーＡの設定最大時刻から一定の遠
距離余裕時間ｔｃ２を減算した時刻ＴＦを検知ゲートの
閉じる時刻として第２のメモリ（ＣＰＵ１ ４のＲＡＭ
１７）に記憶する。このようにして得られた検知ゲート
の開閉時刻ＴＮ，ＴＦが正しく設定されているかどうか
を〔１５〕で判断する。検知ゲートの開く時刻ＴＮより
も閉じる時刻ＴＦの方が大きければ正しく設定されてい
ることになるが、もしもＴＮ≧ＴＦとなっているとき、
検知ゲート開閉時刻ＴＮ， ＴＦが正しく設定されてい
ないので、設定不可表示をオンし〔１〕に戻って再度設
定をやり直す。〔１５〕でＴＮ＜ＴＦとなたときは検知
領域の設定が完了したことになり〔１６〕で設定不可表
示をオフして次ステップへ進む。検知領域設定が完了す
ると、第４図に示すように検知領域の設定確認作業を実
施する。 これは検知領域の近くに誤動作要因となる反射物がない
かどうかを調べるものである。〔１７〕は受波音波が一
定期間（ｔ．）存在しない事を確認するものであり、詳
しくは前述の検知領域設定の説明時にも説明した通りで
ある。いま受波音波がｔ，期間存在しなければ、〔１８
〕でゲインアップ信号をセットし、アッテネータ５にお
いて受波器のゲインを通常より大きくして検知領域を若
干広げる。そして〔１９〕で送波信号を作成して出力ラ
ッチの出力■から送波用アンプ８へ送る。送波が完了す
ると〔２０〕でタイマーＡをリセットしてからスタート
させる。そして、タイマーＡの時刻が第１のメモリに記
憶された時刻ＴＮになるまで、〔２１〕で待機する。タ
イマーＡの時刻がＴＮになれば〔２２〕で受波音波が有
るかどうかの判断を開始しながら〔２５〕でタイマーＡ
の時刻が、第２のメモリに記憶された時刻ＴＦになるま
で待つ。もしもタイマーＡの時刻＜ＴＦで受波音波があ
れば広くした検知領域内に反射物があるという事なので
、環響変化により誤動作する可能性がある事になり、検
知装置の取付位置が適当でないので、〔２４〕で設定不
可表示を行ない再度第２図の〔１）に戻って検知領域の
設定をやり直す。〔２５〕でタイマーＡの値＝ＴＦとな
れば、設定した検知ゲートの開閉時刻は正常に設定され
ており、〔２６〕にて設定不可表示をオフし、〔２７〕
でゲインアップ信号をリセットして受波器のゲインを元
に戻しチェック回数判定部〔２８〕へ進む。〔２８〕で
は上記確認作業を何周期くり返して実施したかを調べ、
設定回数でなければ〔１７〕へ帰り確認作業を開始する
。設定回数連続して合格したならば、検知領域の設定確
認作業が完了したことになり次ステップへ進む。検知領
域の設定確認作業が完了すれば、通常の検知動作に入る
。これを第４図に示すフローチャートによって説明する
。〔２９〕は受波音波がｔ，時間存在しない事を確認す
るものである。 これは前周期送波した音波の反射波が受波されるか雑音
が受波されると、タイマーＣがリセットされるようにな
っており、詳しいフローチャートは第５図ａに示してあ
り、動作は前述した通りである。受波音波が一定期間ら
存在しなければ〔３０〕で遅延オフ検査をする。これは
一度オンした出力リレーがオフする時に、検知ゲートが
開いている期間に受波音がなくなってから一定時間遅れ
てリレーをオフさせるものであり、詳しいフローチャー
トを第５図ｂに示す。まず〔４５〕で検知信号がセット
されているかどうかを判断する。もしセットされていれ
ば〔４９〕で遅延時間測定用カウンターＤをｌい０″に
して遅延オフ検査を終了する。〔４５〕で検知信号がリ
セットされている時は、〔４６〕へ進みカウンター○と
、遅延時間設定値の比較を行ない、カウンター○＜設定
値ならば、〔４７〕でカウンターＤを１つカウントアッ
プする。カウンターＤ＝設定値であるならば、〔４８〕
で出力ラツチの出力■から出力回路１２の出力リレーの
オフ信号を出し、〔４９〕でカウンターＤをい○″にリ
セットして遅延オフ検査を終了する。このようにして遅
延オフ検査が終了すると、〔３１〕で送波信号を作成し
出力ラツチの出力■から送波アンプ８へ送る。送波が完
了すると、〔３２〕でタイマーＡをリセットしてからス
タートさせる。そして〔３３〕でタイマーＡが第１のメ
モリに記憶された時刻ＴＮになるまで、待機する。タイ
マーＡの時刻がＴＮになれば、〔３４〕，〔３５〕へ進
み〔３４〕で受波音波があるかどうかを判断し受波音波
が無ければ〔３５〕でタイマーＡが第２のメモリに記憶
された時刻ＴＦになったがどうかを調べる。ここで、タ
イマーＡの時刻がＴＦとなるまで、受波音波がない時に
は、検知信号はリセットされ次の周期へ移るために〔２
９〕へ帰る。タイマーＡの時刻＜ＴＦにて受波音波が存
在していた時は検知ゲートが開いている期間内に受波音
波が有った事になり、〔３７〕へ進む。ここでは、検知
ゲート内に受波音波が、Ｎ周期連続して存在していたか
どうかを調べる。Ｎ周期連続して存在していた時は〔３
９〕で出力リレーをオンし、〔４０〕で検知信号をセッ
トして、次周期へ移る。〔３７〕でＮ周期連続でない場
合には〔３８〕で、検知ゲート内に受波音波が存在して
いたのが何周期目かを記憶して、次周期へ移るために〔
２９〕へ帰る。以上の動作をまとめると、電源をオンす
れば、第２図に示すフローチャートで、検知領域の近く
に、環境変化によって発生する誤動作要因となる反射物
体が存在していないかどうかを調べ、もしも反射物体が
存在していれば設定不可表示を行ない、再設定を行ない
、反射物体が存在していなければ第５図のフローチャー
トへ進み、通常の物体検知動作を行なうものである。 なお実施例にあたってはタイマーＡ〜○、検知ゲート、
メモリをＣＰＵ１４にて形成しているが同一機能を有す
る個別回路にて構成しても良いことは言うまでもない。 本発明は上述のように構成されており、電源を投入して
から一定期間超音波が受波されないことを確認して超音
波を送波器から送波する送波制御部を設けるとともに、
残響信号の終了後に受波信号の受信を開始し固定物体か
らの反射波の受波信号が受信される時刻から所定時間前
に受信を終了する検知ゲートの開閉時刻を設定する検知
領域自動設定手段と、検知領域が自動設定された状態に
おける増中部のゲインを所定量アップして物体検知信号
が得られるかどうかをチェックする設定確認手段と、設
定確認手段にて物体検知信号が得られたとき検知領域自
動設定手段を再度動作させるとともに、物体検知信号が
得られなかったとき増中部のゲインを元の状態に引下げ
て所定の検知状態で動作させる動作制御手段とを設けた
ものであるので、検知領域に隣接して反射物がないかど
うかの確認が自動的に行なわれることになり、検知領域
の設定が余裕をもって行なわれているかどうかの確認作
業が容易になって施工がきわめて簡便になるとともに、
検知領域に隣接する反射物による誤動作が確実に防止で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック回路図、第２図は
同上の具体回路図、第３〜６図は同上のフローチャート
、第７図は同上のタイムチャ−ト、第８図および第９図
は同上の要部、第１０図は本発明の横成を示すブロック
回路図である。 １４はタイマー、検知ゲート、メモリ、減算部および判
断部を形成するＣＰＵ、３０‘ま送波器、３１は受波器
である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一体化された超音波送受波器の送波器より送波され
   る超音波の物体による反射波を受波器にて受波し、受波
   器出力を増巾部にて増巾した受波信号を検知領域を設定
   する検知ゲートを介して物体検知部に入力し、検知領域
   内に存在する物体を検知するようにした超音波物体検知
   装置において、電源を投入してから一定期間超音波が受
   波されないことを確認して超音波を送波器から送波する
   送波制御部を設けるとともに、残響信号の終了後に受波
   信号の受信を開始し固定物体からの反射波の受波信号が
   受信される時刻から所定時間前に受信を終了する検知ゲ
   ートの開閉時刻を設定する検知領域自動設定手段と、検
   知領域が自動設定された状態における増巾部のゲインを
   所定量アツプして物体検知信号が得られるかどうかをチ
   エツクする設定確認手段と、設定確認手段にて物体検知
   信号が得られたとき検知領域自動設定手段を再度作動さ
   せるとともに、物体検知信号が得られなかったとき増巾
   部のゲインを元の状態に引下げて所定の検知状態で動作
   させる動作制御手段とを設けたことを特徴とする超音波
   物体検知装置。