JPS6073384A - 超音波式障害物検知装置の故障検出回路 - Google Patents

超音波式障害物検知装置の故障検出回路

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JPS6073384A
JPS6073384A JP18339783A JP18339783A JPS6073384A JP S6073384 A JPS6073384 A JP S6073384A JP 18339783 A JP18339783 A JP 18339783A JP 18339783 A JP18339783 A JP 18339783A JP S6073384 A JPS6073384 A JP S6073384A
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diagnostic
section
ultrasonic
receiver
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JP18339783A
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Yasuyuki Akama
赤間 康之
Toshio Yamamoto
敏夫 山本
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004Means for monitoring or calibrating

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は超音波の受波によって物体を検知する超音波
式障害物検知装置の故障検出回路に係シ、とくに超音波
受波器自体の故障検出が可能な故障検出回路に関するも
のである。
〔従来技術〕
超音波式障害物検知装置は、自動ドアや自動車の後方監
視装置に応用されており、その原理は非常に時間の短い
超音波を発射して障害物による反射波を受波し、この超
音波の発射時点から反射波の受渡時点までの経過時間を
基に、障害物までの距離を判断するものであシ、これに
よシ自動ドアではドアの開閉、自動車の後方監視装置で
は管報の表示などを行っている。
、第1図はこのような従来の超1¥波式障害物検知装置
1゛τ、を示すイ[クモ略171(成田、第2図(し)
〜(r)はその動作を説、明するタイミングチャートで
ちり、以下これらの図面に基いてこの従来の超音波式障
害物検知装置について説明を行う。
第1図において、1は所定周期TI 、パルス幅T2の
光学時刻を示すパルス信号である出力s1を出力する公
知の発振回路などで17ff成された基準時刻発生部、
2はセラミック4g %Il子などからなる超音波送波
器(以下送波器という)、3は基準時刻発生部1の出力
S】を受けて送波器2を駆動し、超音波を発射さぜる送
波器駆動部であシ、周波数がたとえば40 K)1zの
矩形波発振部3a、アンドゲート3b1 ドライバ3c
からなシ、アンドグー)3bは矩形波発振部3Aの出力
と基準時刻発生部1の出力S1との論理積をとり、この
アンドグー)3bの出力をドライバ3cで増幅する。し
たがって、送波器駆動部3の出力は第2図(b)の83
のようになる。4,5はそれぞれセラミック振動子から
なる超音波受波器(以下受波器という)であり、障害物
6の検知範囲を拡げるために、このように2個設けられ
ておシ、これら受波器4,5は送波器2から発射される
超音波の周波数と同一の共振周波数を有し、障害物6に
よる反射波6Aを受波すすることによシ共振々動を生じ
る。9は受波器4,5の各出力を加算する加n部、1o
は加算部9の出力を増幅する受波用増幅部、11は受波
用増幅部10の出方を積分する受波用積分部、12は受
波用増幅部11の出力を所定基準値Vriと比較する受
波用比較部である013は測距部であシ、受波用比較部
12の出力S12と基準時刻発生部1の出力S1とから
障害物6までの距離を測定する。
との測距部13は距離信号発生タイマー13aと7リツ
プフロツプ(以下F、F、という)13bによって41
・〒成され、距離信号発生タイマー13aは基準時刻発
生部1の出力s1を受け、この出力s1の立ち上がシ時
刻から所定時間T3の間、第2図(f)にて示す出力5
138を論理「l」に設定する。F。
F。131)はデータ大刀端子D1クロックパルス人力
)“rll”1子CI(、出力端子Qおよびり士ット端
子Rを有し、データ入力端子りに距離信号発生タイマー
13aの出力513aが、クロックパルス入力端子CK
には受波用比較部12の出力812が、リセット端子R
には基準時刻発生部1の出力s1がそれぞれ接続され、
クロックパルス入力端子cKの入力信号の立ち上がりエ
ツジによシ、その時のデータ入力端子りの入力信号の状
態をラッチして出力端子Qに設定し、リセット端子Rの
入力信号の立ち上がシエツジによって出力端子Qの出力
を論理「0」に設定する。14は障害物表示部であシ、
ランプ14a、)ランラスタ14b、レジスタ14cで
構成され、測距部13の出力を入力し、この出力が論理
rlJのときランプ16が点灯するようになっている。
従来の超音波式障害物検知装置は以上のように構成され
ておシ、障害物6を以下のような動作で検知している。
送波器2は送波器駆動部3によって第2図(b)の83
に示した出力波形で駆動され、周波数40 KHzの超
音波を周期T+(たとえば100+n5ac )ごとに
時間T2(たとえば1m5ec)の間発射する。この超
音波の発射波2aは障害物6にょシ反射されて反射波6
11となシ、受波器4まだは5によって受波され、受波
器4,5の出力は加算部9で加算されて第2図(e)の
S9のよう々信号となる。この加算部9の出力S9は受
波用増幅部10で増幅し、受波用債分部11で積分する
ことによシ、第2図(d)に示した出力Sllが得られ
、この出力811は受波用比較部12で所定基準値Vr
lと比較され、第2図(e)に示すパルス状の出力S1
2が発生する。この出力S12の立ち上がシ時刻と超音
波の発射時刻でちる基準時刻発生部1の出力S1の立ち
上がシ時刻との時間を測定すれば障害物61での距I’
ll(を容易に知ることはできるが、ここでは超音波の
発射後、予め定めた障害物6までの距離に対応する時間
1゛3の間に反射波6aを受波すると、この距h「以内
に障害物6が存在するとしてランプ14aを点灯するよ
うにしている。すなわち、超音波の発射後、時間T3の
間、距離信号発生タイマー13aによってF、F、 1
3bのデ〜り入力9114子りは論理「1」に設定され
、時間T3の間に反射波6Aが受波されることによって
生じる受波用比較部12の出力S12の立ち上がシエツ
ジによってF、F、13bの出力端子Qには論理「1」
が設定されるから、ランプ14几は点灯することになる
。このランプ1は点灯後、周期1゛1で発生する基準時
刻発生部1の出力S1の立ち上がシエツジでF、F、1
3bがリセットされることによシ一時消灯し、つぎの周
期の反射波6aの受波によシ再び点灯し、以後これをく
シ返すが、消灯している時間は点灯している時間に比べ
て非常に短いので、人間の目には常時点灯しているよう
に見える。障害物6が前記の予め定めた距離以内に存在
しガい場合は、もちろんランプ14ILは全く点灯しな
い。
このようにして、予め定めた距肖[C以内に障害物6が
存在するか否かを検知し、ランプ14aで表示すること
ができる。
さて、このような従来の超音波式障害物検知装置にあっ
ては、送波器2と受波器4,5は超音波の発射、受波を
行うので外気に直接触れる場所に設置する必要がある。
それゆえ、空気中のゴミなどの異物が付着したシ、ある
区は寒冷時に凍結したシして正常に動作しなくなること
がある。ところが、使用者は障害物6が予め定めた距離
以内に存在しないのでランプ14aが点灯しないのか、
送波器2、受波器4,5の前述のような故障により点灯
しないのかを区別することができず、非常に不都合であ
る。
〔発明の概要〕
この発明は従来技術の不都合な点を改善するため、受波
器の劣化や故障などを装置自体が自動的に検出するとい
う故障検出回路を提供することを目的としている。すな
わち、故障の診断をするだめの診断パルスを受波器に印
加し、このパルスに対する受波器の応答信号を調べるこ
とによシ故障状態を検出しようとするものである。
〔発明の実施例〕
つぎに、この発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。
第3図はこの発明の第1実施例を示す概略構成(?1で
あシ、1〜14の符号で示した要素は第1図の要素に同
一まだは相当するものである。15は基準時刻発生部1
の出力S1を受けて受波器4に診断パルスを印加する診
断パルス、E43加手段、16は同じく受波器5に対す
る診断パルス印加手段でアシ、各診断パルス印加手段1
5.16の各出力815 、816はそれぞれ第4図(
e) t (f)の815.S16に示す如く、基準時
刻発生部1の出力S1の立ち上がシ時刻toからそれぞ
れ時間T4.Ts後にパルスを出力する。前記診断パル
スカS受波器4,5に印加されると、これら受波器4,
5の故障時には正常な共振々動を生じないので、受波器
4,5の出力を調べれば正常時と故障時の区別が可能と
゛なる。19・は受波器」、5のうち故障の診断を受け
ている側、つまシ診断パルス印加手段15.18のいず
れか一方によって診断パルスを印加されている側の受波
器の出力だけが加算部9に入力するように受波器4,5
の出力を選択して加算部9に入力させる受波器出力選択
手段であり、スイッチ部19&、19bとこのスイッチ
部’+98,19bを制御する制御部19eにより構成
される。スイッチ部19a、19bは通常は閉成状態を
保持している。制御部19cは基準時刻発生部1の出力
S1を受け、第4図(、)の19bに示す如く、受波器
4に診断パルス印加手段15が出力815を与えた後、
所定時間T6の間スイッチ部19bを閉成し、受波器4
の出力だけが加3′?部9に入力するように制御し、ま
た受波器5に診断パルス印加手段16が出力S16を力
えた後、同様に所定時間T6の間スイッチ部19aを閉
成し、受波器5の出力だけが加算部9に入力するように
制御する。これによシ、一方の受波器(たとえば受波器
4)を診断中に外部で発生した超音波の雑音を他方の受
波器(たとえば受波−器5)が受波することなどによシ
、前記の診断中の受渡器4が故障している場合にも、加
算部9の出力に他方の受渡器5の出力が現われるのを禁
止することができる。20は受波器4,5の超音波の受
波による受波信号と診断パルス印加手段15゜16によ
る診断パルス応答信号とを識別する識別手段であり、ス
イッチ部20aと制波部20bとで構成される。これに
よシ、加算部9の出力S9が第4図(i)に示す如く、
受波信号89aと診断パルス応答信号S9b 、 S 
9c との両方を含み、この出力S9がそのまま受波用
増幅部10、受波用積分部11、受波用比較部12を通
ると、障害物6が存在17ない場合でも、診断パルス応
答信号S9b、S9cにより測距部13が誤って障害物
6が存在すると判断してしまうのを防ぐことができ、超
音波が発射された時刻、つまり基準時刻発生部1の出力
S1の立ち上がシ時刻toから最初の診断パルスS15
が受波器4に印加される時刻(t o4’l’ 4 )
までの時間以内で距離信号発生タイマー13aが論理「
1」を出力している時間13以上の間(簡単のためにこ
れを時間T3とする)、スイッチ部20aの接点は図示
A側に切シ換えられ、それ以外は図示B側に切シ換えら
れるよう制御部20bによって制御される。したがって
、加算部9の出力S9はこの識別手段20によって時間
的に分けられ、接点A側には従来通シ第4図0)に示し
た受波信号S9aだけが接点B側には診断パルス応答信
号S9b 、S9eだけが現われることになる021は
加算部9の出力S9のうち識別手段20によって分けら
れた診断パルス応答信号S9b、89cを増幅する診断
用増幅手段、22はこの診断用増幅手段21の出力を積
分する診断用積分手段、23は第4図(k)の822に
て示したこの診断用積分手段22の出力を所定基準値V
r2と比較する診断用比較手段であシ、この出力823
は第4図(力の823のようになる。24はこの診断用
比較手段23の出力823に基づき受波器4.5の故障
状態を判別する故障判別手段であシ、たとえば−周期T
ごとに診断用比較部23が出力するパルス数を計数する
ことによル、故障の判別を行う。すなわち、受波器4,
5のうちいずれか一方でも故障すると、1周期TIに発
生する診断用比較部23のパルス数は2個に滴だないか
ら、このとき故障表示部25のランプ25aが点灯する
ように、またそれ以外では消灯しているように出力S2
4を設定すればよい。なお、この故障判別手段24の言
i数は基準時刻発生部1の出力S1を入力することでゼ
ロクリアーされる。故障表示部25は障害物表示部14
と同様の構成からなシ、ランプ25aの点灯で故障を表
示するものである。
この発明の第1売施例は以上のように構成されておシ、
以下にその動作を詳述する。送波器2から発射される超
音波の障害物6による反射波を受波器4,5が受波する
ことによって障害物6を検知する動作については、第1
図に示した従来の超音波式障害物検知装置と同様である
。すなわち、障害物6を検知する動作をするときには、
受波器出力選択手段19のスイッチ部19a、19bは
ともに閉成され、識別手段20のスイッチ部20aは接
点A側に設定されているので、第1図と同様の動作が行
なわれるのである。
さて、距離信号発生タイマー13aの出力513aが論
理「0」で次の周期において障害物検知動作となるまで
の時間(T1−Ts)の間に、受波器4,5の故障検出
動作が行われる。まず、基準時刻発生部1の出力S1が
立ち上がってから適当な時間T4(ただしT 3<T 
4<T I )後において、受渡器4に診断パルス印加
手段15が診断パルスを印加する。
受波器4は、正常であればこの診断パルスによって共振
周波数にて自由振動をする。このときの波形は第4図(
d)の519aaに示すような減衰振動をする波形とな
る。またこのとき時間T6の間、スイッチ部19bは閉
成され、加算部9には受波器4の出力だけが入力する。
加算部9を経た受波器4の応答信号は識別手段2oによ
って接点B側へ流れ、診断用増幅手段21、診断用積分
手段22を通ることによって、第4図(k)の 822
のような信号波形となる。この出力822が診断用比較
手段23の所定基準111 V r 2と比較され、第
4図(イ)の 823のようなパルスが出力する。
もし、受波器4が故障したシ、劣化したシしていると、
診断パルスが印加されても共振々動が生じないので、診
断用積分手段22の出力S22は診断用比較手段23の
所定基準値Vrzに達せず、診断用比較手段23の出力
S23は論理「o」を保持することになる。
受波器4の診断が終了すると、引き続き受波器5の診断
が行われる。前述のように、受波器出力選択手段19が
受波器4の診断のときにスイッチ部19bを閉成し、こ
の診断が終了して再びスイッチ部19bを閉成した後、
すなわち基準時刻発生部10出力S1が立ち上がってか
ら時間(T4+T6)後の所定の時刻(to−1−Ts
)において、診断パルス印加手段16が受波器5に診断
パルスを印加する。
受波器5は、正常でめれはこの診断パルスによって共振
周波数で自由振動をする。このときの波形は、第4図(
f)の 519bb に示すような減衰振動波形となる
。前記時間T6の間、スイッチ部19aは閉成し、加算
部9には受波器5の出力だけが入力する。加算部9を経
た受波器5の応答信号は、前述の受波器4の診断時と同
様にして、識別手段20、診断用増幅手段21、診断用
積分手段22を経て、第4図(k)の 822に示すよ
うな信号波形となシ、さらに診断用比較手段23によシ
、同図(/りの823のようなパルスが出力する。受波
器5の故障などに関する動作は前述の受波器4に関する
ものと同様である。
以上説明したように、受波器4,5が正常に動作してい
る間は、1周期T1の間に診断用比較手段23がパルス
信号を第4図(イ)の823のように2回出力する。故
障判別手段24はこのパルス信号を計数し、1周期T1
の間の計数値が2であれば、出力を論理「0」に保持し
、少なくとも一方の受波器4,5が故障し、診断用比較
手段23の出力するパルス数が1以下になったとき、出
力824を論理「1」に設定する。したがって、このと
き故11示部25のトランジスタ25bがオンし、ラン
プ25aが点灯することで、受波器5の故障を表示する
ことができる。
第5図は、この発明の第2実施例を示す回路図であシ、
1〜25の符号で示した要素は第3図の要素に同一また
は相当するものである。ζこで、診断パルス印加手段1
5はレジスタ15a、15bトパルス発生部26からな
シ、パルス発生部26は第4図(e)のS ]、 9 
bと同じタイミングで切り換え時に論理「1」となるパ
ルスを出力する。このパルスは第41問(c)(D S
 1.5に示したようなインパルス状のものではないが
、これをレジスタ15a、15bを介して受波器4に印
加すると、等測的に第4図(c)の815に示したイン
パルス状のパルスを印加したのと同等の作用となる。パ
ルス発生部26は、トランジスタ1911 レジスタ1
9abとともに受波器出力選択手段19を抱成し、トラ
ンジスタ19baをオンにすることによシ、受波器5の
出力が加算部9に入力するのを禁止している。受波器5
を診断するための診断パルス印加手段16は、前述の受
波器4を診断するための診断パルス印加手段15と同様
の構成となっており、パルス発生部21の出力が論理「
1」に設定されるのは、第4図(d)の819aと同様
、時刻to+’J’sにおいてである。また、パルス発
生部21の出力は、受波器出力選択手段19のトランジ
スタ19aaをオンし受波器4の出力が加算部9に入力
するのを禁止している。
この実施例においても、加算部90出カs9は第4図0
)の89と同様のものが得られる。加算部9の出力 S
9は第3図のような識別手段2oを経ずに受波用増幅部
1oに入力し、さらに受波信号の信号伝達経路と同様に
受波用積分部11、受渡用比較部12を経由する。これ
基、受波器4,5の反射波6tLによる受波信号と、診
断パルス印加手段15.16による診断パルス応答信号
の大きさが同程度である場合に有効な手段であり、これ
によシ、回路構成が簡単になることは言うまでもない。
したがって、受波用増幅部11の出力811、受渡用比
較部12の出力812はそれぞれ第6図(d)。
(e)の811.S12のようになる。この受波用比較
部12の出力812け識別手段2Bによって識別され、
jlll距部13と故障判別手段24に損り分けられる
この識別手段28は、アンドゲート28M、28b。
インバータ28eによって図示のように構成され、距離
信号発生タイマー13aの出力513aが論理「1」の
ときには、受波用比較部12の出力S12は測距部13
だけに入力し、同じく論理「0」のときには、故障判別
手段24だけに入力する。故障判別手段24は、2進カ
ウンタ24aとナントゲート24b、インバータ24c
s 24a、F、F、24eから4′1!成され、2進
カウンタ24aは端子によシ入力さiするパルス数を計
数することにより、出力A、Bを設定し、端子Rより入
力されるパルスの立ち上がりで計数をゼロクリアーする
。計数値が2であると、出力Aは論理「0」、出力Bは
論理「1」となシ、ナントゲート24bの出力は論理「
0」となる。このナントゲート24bの出力をF、F、
24eがデータ端子りに入力し、クロック端子CKの立
ち上がシハルスでラッチして出力Qを設定するので、ラ
ンプ25mは点灯しない。計数値が1以下であると、F
’ 、 F 、246の出力Qは論理「1」になシ、ラ
ンプ25aが点灯して受波器の故障を表示する。
第7図はこの発明の第3実施例を示し、2〜25の符号
で示す要素は第5図の要素に同一または相当するもので
ある。この実施例では、第3図または第5図に示す実施
例において、時間の制御に関する論理演算の機能をマイ
クロコンピュータ29により行わせるものであシ、回路
を構成する部品点数を大幅に低減することができる。
また、加算部9以後の41ツ或は、受波信号と診断パル
ス応答信号の大きさに応じ、第8図に示したように構成
してもよい。
さらに、受波器4.5の故障をランプ25aの点灯によ
シ表示するようにしたが、故障の表示に限らず、故障を
検出することによって故障時のために備えた予備の受波
器に切シ替えるようにすることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、超音波式障害
物検知装置に、診断パルス印加手段、受波器出力選択手
段、診断用増幅手段、診断用積分手段、故障判別手段、
識別手段からなる故障検出Ij11 VMSを具備した
ので、受波器の故障を検出することができ、装置の信頼
性を向上させる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波式障害物検知装置を示す1’iT
略4゛ユ成図、第2図(^)〜(r)は第1図の動作を
説明するタイミングチャート、第3図はこの発明の第1
実施例を示す概略イ費成田、第4図(a)〜(力は第3
図の動作を説明するタイミングチャート、第5図はこの
発明の第2実施例を示す回路図、第6図(、)へ(e)
は第5図の動作を説明するタイミングチャート、第7図
はこの発明の第3実施例を示す概略構成図、第8図はこ
の発明の他の実施例を示す部分説明図である。 1・・・・基準時刻発生部、2・・・・送波器、3・・
・・送波器、駆動部、4,5・・・・受渡器、9・・・
・加算部、10・・・・受波用増幅部、11・・・・受
波用積分部、12・・・・受波用比較部、13・・・・
測距部、14・・・・障害物表示部、15,16・・・
・診断ノ(ルス印加手39.29φ・・・マイクロコン
ピュータ、19・・・・受波器出力選択手段、20.2
8・・・・識別手段、21・・・・診断用増幅手段、2
2拳・Φ・診断用積分手段、23・・拳・診断用比較手
段、24・・・・故障判別手段、25・・・・故障表示
部、26.27・・・・)くルス発生部。 代理人 大岩増雄 \0 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定周期を有し基準時刻を示すパルス信号を発す
    る基準時刻発生部と、この基準時刻発生部の出力を受け
    て少なくとも1個の超音波送波器を駆−動し超音波を発
    射させる送波器枢動部と、上記超音波の障害物による反
    射波を受波する複数の超音波受波器と、この各超音波受
    波器の出力を加算する加算部と、この加算部の出力を増
    幅する受波用増幅部と、この受波用増幅部の出力を積分
    する受波用積分部と、この受波用積分部の出力を所定基
    準値と比較する受波用比較部と、この受波用比較部の出
    力と上記基準時刻発生部の出力とから障害物捷での距r
    illを6!II定する測距部とからなる超音波式障?
    、T物検知装置において、上記各超音波受波器に上記へ
    lイ時刻発生部の出力を基にしてインパルス信号をIl
    j’1次印加する診断パルス印加手段と、上記各超音波
    受波器のうち故障の診断を受けている超音波受波器以外
    の超音波受波器の出力が上記加算部に入力されないよう
    にする受波器選択手段と、上記診断パルス印加手段の出
    力により上記超音波受波器に生じた応答信号を増幅する
    よう加算部の出力を増幅する診断用増幅手段と、この診
    断用増幅手段の出力を積分する診断用積分手段と、この
    診断用積分手段の出力を所定基準値と比較する診断用比
    較手段と、この診断用比較手段の出力によシ上記超音波
    受波器の故障状態を判別する故障判別手段と、上記超音
    波受波器の受波信号と上記診断パルス印加手段の出力に
    よシ上記超音波受波器に生じた応答信号とを区別する識
    別手段とから措成されたことを特徴とする超音波式障害
    物検知装置の故障検出回路。
  2. (2)少なくとも上記受波用増幅部が上記診断用増6手
    段を、または上記受波用積分部が上記診断用積分手段を
    、または上記受波用比較部が上記診断用比較手段を兼用
    している特許請求の範囲第1項記載の超音波式障害物検
    知装置の故障検出製置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08166823A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自走式掃除機
KR20170046158A (ko) * 2014-08-22 2017-04-28 심플 어프로치 시스템스 인코포레이티드 다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키기 위한 장치, 시스템, 및 방법

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JPH08166823A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自走式掃除機
KR20170046158A (ko) * 2014-08-22 2017-04-28 심플 어프로치 시스템스 인코포레이티드 다양한 소스 산업 폐기물을 에너지로 전환시키기 위한 장치, 시스템, 및 방법

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