JPS62269080A - 計測器用ノイズ評価方法および評価回路 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パルス状の送信波の送信と検出目標物からの
反射波の受信との時間間隔を計測する計測器におけるノ
イズ評価方法および回路に関する。

［従来の技術］ 接岸速度計、超音波レーダー、超音波レベル計等の計測
器は、パルス状送信波の送信と検出目標物からの反射波
受信との時間間隔を計測し、この時間情報から目的とす
る情報を得る構成となっている。この種の計測器では、
本来の受信波の前後に、障害物、媒質の密度変化、多重
反射等によるノイズを受信することが頻繁に起きる。

その−例として、超音波測距計等において受信される信
号波形を第９図ａに示す、同図において、■の波形は送
信漏れ信号力を示し、■、■はノイズ信号力を示し、■
は当該超音波測距計等でで目標とする測定対象物からの
反射エコー信号力を示し、■は多重反射エコー分を示す
。

同図に示すように、目的とする反射エコー信号■の前に
ノイズ信号力■が存在すると、超音波測距装置等の計測
器は、該ノイズ信号力■を目的とする反射エコー信号と
誤認し、誤計測する。

こうした誤計測を防止するため、ａ音波測距等の計測器
では、計測の初期の時点で、目的とする反射エコー信号
を一度捕捉した後、ノイズ信号力を除去するため、上記
第９図すに示すような送信マスク信号によるマスクゲー
トをかけることがある。

このマスクゲートは、目的とする反射エコー信号の予測
される受信時の直前で開き、以後の信号成分を受信可能
とするよう作用する。第９図Ｃは、この場合に得られる
信号波形を示す。

また、このマスク信号は、目的とする反射エコー信号の
予測到来時間の間のみマスクゲートを開き、その後再び
閉じるように制御されるようにすることもある。この例
を、第９図すにおいて破線で示す、この場合、同図Ｃに
示す■、■の信号力はなくなる。

上記したマスク信号は、目標とする反射エコー信号の移
動（到来時間の移動）に同期して移動するように制御さ
れるため、トラッキングゲートと称され、常に、目標と
する反射エコー信号の到来直前で開くように制御される
。

超音波測距装置等の計測器では、目標とする反射エコー
信号の前に存在するノイズ分のみが誤計測の原因となる
ため、上記第９図すに示すようなマスク信号によるマス
クゲートをかけることにより、同図Ｃに示すような信号
波形が得られ、極めて安定に計測を行なえることが期待
できる。

第８図に示す回路は、このような機能を有する従来の計
測器用ノイズ除去回路である。このノイズ除去回路は、
入力信号を増幅する増幅器ｌと、マスク信号を形成する
マスク信号発生回路２と、該マスク信号を制御信号とし
て開閉するアナログスイッチ３とを備えて構成される。

このアナログスイッチ３は、上記第９図すに示すマスク
信号がハイレベルとなっているマスク信号発生期間に開
となり、入力信号の出力を阻止する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のノイズ除去回路は、上記したように、ノイズ除去
について一応の効果が期待できるが、計測の状態によっ
ては、次のような点に問題がある。

即ち、計測の目標物が急激に変位する等の原因で、第９
図ａにおいて波形■として示す反射エコー信号が、同図
ｄに示すように、ｂのマスク信号の内側（近距離側）に
入ってしまうと、同図ｅに示すように、出力信号波形が
Ｏ５即ち、目標とする反射エコー信号を捕捉できないこ
とになる。のみならず、多重エコー信号■または次のノ
イズ信号分■を捕捉し、誤計測する不都合が生ずる。

このような不都合を回避するため、従来のマスク信号を
使用した超音波測距装置では、一定周期毎に、または、
一定の計測回数毎に、第９図ｆに示すようにマスクゲー
トを全開し、常に、目的とする反射エコー信号を捕捉し
ているか否かをチェックする必要を生ずる。もっとも、
このマスクゲートを全開する場合には、送信漏れ信号を
通さないように制御されることは勿論である。

しかしながら、マスクゲートを全開すると、反射エコー
信号■の前に存在するノイズ分■を捕捉する可能性がで
てくるという矛盾が生ずる。

また、マスクゲート設定時であっても、反射エコー信号
の直前に入るノイズによる誤計測を起こすという問題も
ある。

これに対して、本発明者は、入力信号波形を適当なレベ
ルにおいてスライスして、尖頭値力このレベルを越えな
いものをノイズとして除去することにより、上記した問
題点を解決できること見出した。この場合、入力信号波
形をスライスするレベルをどのように設定するかが問題
となる。即ち、種々雑多なレベルで入力するノイズのレ
ベルを評価することが必要となる。

本発明は、入力するノイズのレベルを計測の度毎に評価
できて、その評価を次の計測時に活用でき、目標とする
反射エコー信号の前に存在するノイズ分の除去ないし低
減を可能として、計測器のＳ／Ｎを改善し、マスクゲー
ト全開時でも誤計測を起さないようにすることを可能と
する、計測器用ノイズ評価方法および評価回路を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本願第１発明は、パルス状の送信波の送信と検出目標物
からの反射波の受信との時間間隔を計測する計測器にお
けるノイズ評価方法であって、送信波の送信後、受信波
の予測到来時間領域、■−り前に、ノイズレベルの判定
を行なうノイズレベル判定時間領域を設定し、 上記ノイズレベル判定時間領域内に入力する信号のうち
、尖頭値が基準値を越えるものがあるか否か監視し、基
準値を越える尖頭値を持つ入力信号があると、高ノイズ
レベル判定信号を出力する構成としたことを特徴とする
。

また、本願第２発明は、パルス状の送信波の送信と検出
目標物からの反射波の受信との時間藺隔を計測する計測
器に設けられるノイズ評価回路であって、 送信波の送信後、受信波の予測到来時間領域より前に、
ノイズレベル判定のためのノイズレベル判定時間領域を
設定するノイズレベル判定用ゲート信号形成手段と、 入力信号の尖頭値を予め設定した基準値と比較して、尖
頭値が基準値を越える入力信号があると、高ノイズレベ
ル判定信号を出力するノイズレベル判定手段と。

上記ノイズレベル判定用ゲート信号により開閉制御され
、上記ノイズレベル判定時間領域内のみ高ノイズレベル
判定信号を出力可能とするノイズレベル判定用ゲートと
を備えて構成することを特徴とする。

上記第１、第２発明において、ノイズレベル判定時間領
域を設定する基準として、例えば、送信漏れ、送信残響
等の送信系の信号混入による誤受信を防ぐための送信マ
スクゲートを設定するマスクゲート信号と、予測した到
来時間領域に入力する信号のみを受信波として受信する
ためのトラッキングゲートを設定するトラッキングゲー
ト信号とを使用することができる。

［作用］ 上記第１、第２発明の問題点解決手段では、ノイズレベ
ル判定時間領域を、送信波の送信後、受信波の予測到来
時間領域より前に設定することにより、本来の受信信号
到来前に入力するノイズのレベルを評価する。

また、評価は、上記ノイズレベル判定時間領域内に入力
する信号のうち、尖頭値が基準値を越えるものがあるか
否か監視し、基準値を越える尖頭値を持つ入力信号があ
ると、高ノイズレベル判定信号を出力することにより、
尖頭値が一定レベルを越えるノイズが入力信号中に含ま
れているか否かをにより行なう。

この評価により、次の計測時に、入力信号波形について
スライスすべきレベルを設定でき、比較的高いレベルの
尖頭値を有するノイズ波形を、確実に除去ないし低減す
ることが可能となる。また、スライスレベルを変えずに
、入力信号を、可変利得増幅器等により、上記評価に対
応する増幅率で増幅することにより、ノイズ波形に対す
るスライスレベルを相対的に変化させて、同じ効果を得
ることができる。

このようにして、ノイズレベルの評価と、それに対応し
て入力信号波形スライスレベルの変更を繰返すことによ
り、その計測器の使用環境において極めて稀にしか発生
しないような高レベルノイズを除いて、大半のノイズは
除去される。

［実施例］ 本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

く第１実施例の構成〉 第１図に、本願第１発明であるノイズ評価方法を実施す
るための回路であり、かつ、本願第２発明の第１実施例
であるノイズ評価回路の構成を示す。

同図にしめすノイズ評価回路３０は、入力電圧を基準電
源ＥＲの基準電圧Ｅｒと比較するコンパレータ３１と、
ノイズレベル判定ゲート信号作成回路３２と、ノイズレ
ベル判定ゲート３３と、判定結果を保持するフリップフ
ロップ回路３４とを備えて構成される。

ノイズレベル判定ゲート信号作成回路３２には、送信マ
スク信号およびトラッキングゲート信号が入力される。

また、ノイズレベル判定ゲート３３は、アンドゲート回
路からなり、ノイズレベル判定ゲート信号と上記コンパ
レータの比較出力との論理績をとり、ノイズレベル判定
ゲート内において入力電圧が基準電源Ｅｒを越えたとき
、高ノイズレベル判定信号を出力する。フリップフロッ
プ回路３４は、この高ノイズレベル判定信号によりセッ
トされ、該論理績を保持する。

く第１実施例の作用〉 」二足のように構成される本実施例の作用について、本
実施例の回路を第２図に示すノイズ除去回路に適用した
場合を例として説明する。

作用の説明に先立ち、第２図に示すノイズ除去回路の構
成について説明する。

同図に示すノイズ除去回路は、超音波測距装置に適用さ
れるもので、可変利得増幅器１０と、信号レベルスライ
ス回路２０と、本実施例のノイズ評価回路３０ど、利得
制御信号発生回路４０と、増幅器５０とを備えて構成さ
れる。

可変利得増幅器１０は、例えば、演算ｋｓ幅鼻からなり
、後述する利得制御信号発生回路４０からの利得制御信
号により指示される増幅利得で、入力信号を増幅する。

この入力信号は、本実施例の場合１図示しない超音波受
波器にて受波されたバースト波である。もっとも、これ
を検波して得られるパルス信号であってもよい６ 信号レベルスライス回路２０は、第３図に示すように、
入力回路を形成する抵抗Ｒ１およびＲ２と、帰還回路を
形成する抵抗Ｒ３とを反転入力端子に接続して、加算器
を構成する演算増幅器２１を備え、かつ、該演算増幅器
２１の出力側に、ゼロライフ以下の出力電圧の出力を遮
断するするダイオードＤとを備えている。該演算増幅器
２１には、上記可変利得増幅器ｌＯの出力が抵抗Ｒ１を
介して入力信号として入力される。また、出力電圧のゼ
ロラインを引き上げてスライスレベルどするためのバイ
アス電源Ｅ８からのバイアス電圧＋Ｅｂが抵抗Ｒ２を介
して入力される。

利得制御信号発生回路４０は、上記可変利得増幅器１０
について、標準的利得の設定を行なうと共に、上記高ノ
イズレベル判定信号を受けて該標準利得の変更を行なう
利得設定・変更機能と、設定された利得をアナログの利
得制御信号に変換する機能とを有する。

次に、上記のように構成されるノイズ除去回路における
第１実施例の作用について、ｆ記各図および第４Ａ、４
Ｂ図を参照して説明する。

第３図において、可変利得増幅器１０にて増幅された入
力信号は、信号レベルスライス回路２ｏと、ノイズ評価
回路３０とに送られる。この入力信号には、通常、第４
Ａ図ａに示すように、反射エコー信号■と、その前にあ
るノイズ信号分■と、多重反射エコー■およびノイズ信
号分■とが含まれる。

また、同図において、波形■は、送信パルスであるが、
説明の便宜上示すものであって、実際の入力信号には含
まれず、また、その漏れ分も、送信マスクゲートにより
除かれる。

この送信マスクゲートは、本実施例では図示していない
が、例えば、第２図に示す増幅器１ｏの前段にゲート回
路を設けて構成することができる。

マスクゲートの開閉は、第４Ａ図Ｃに示すように、送信
指令パルスをトリガとして形成される送信マスク信号に
より設定され、この期間の受信を遮断することにより、
ｍれ送信パルスのＲ＠を防いで、誤計測を防止している
。

また、このノイズ除去回路を使用する超音波測距装置に
は、上記従来例においても述べたように、送信パルス送
信後、反射エコー受信迄の間に入射するノイズ信号分を
除去する目的で、マスクゲートが設定される。このマス
クゲートは、通常、゛目標とする反射エコー信号の移動
に追尾して、そのゲートの開く位置を変化させるように
するため、特に、トラッキングゲートと称される。

このトラッキングゲートは、本実施例では、図示してい
ないが、増＠器５０の後段に、ゲート回路を設けて設定
される。このトラッキングゲートの開閉は、トラッキン
グゲート信号により行なわれる。このトラッキングゲー
ト信号は、通常、前回の反射エコー信号の受信位置を基
準として設定される。

従って、本実施例の適用される超音波Ｊｌｌｌ距′！Ｊ
：δでは１通常は、上記トラッキングゲートが作用する
ため１反射エコー信号の受信直前までに入力したノイズ
信号分は阻止される。そこで、以ドｒ゛は、このトラッ
キングゲートが開放状態であるときについて説明する。

入力信号が送られる信号レベルスライス回路２゜は、入
力信号から一定レベルの電圧を減じて出力するように機
能する回路である７即ち、演算増幅器２１の反転入力端
子に、次式で示される範囲のバイアス電圧Ｅｂを印加す
ることで、ノイズ上除去する。

ここで、上記Ｅ「は、後述するノイズ評価回路３Ｇの基
＊電源ＥＲの基準電圧である。また、Ｖｆは、信号レベ
ルスライス回路２０のダイオードＤの順方向電圧を示す
。

さて、信号レベルスライス回路２０−５の入力信号が、
第４Ｂ図ａに示すように、尖頭値Ｅｅが上記基＊電圧Ｅ
ｒより大きい反射エコー信号■と、尖頭値Ｅ１１が該基
準電圧Ｅｒより小さいノイズ信号分■とを含む場合、こ
れらの信号は、演算増幅器２１の出力側では、ダイオー
ドＤが接続されていないとすれば、同図すに示すように
なる。即ち、反射エコー信号■の尖頭値Ｅｅは、Ｅ、・
Ｒ３／Ｒ１となり、ノイズ信号分■の尖頭値Ｅｎは、Ｅ
ｎ’Ｒ３／ＲＩとなる。この場合には、Ｅ、は、第４３
図すに示すゼロラインを越え、また、Ｅｎは、ゼロライ
ン以下となる。

ところで、実際の回路では、第３図に示すように、演算
増幅器２１の出力側にはダイオードＤが接続されている
ので、第４Ｂ図Ｃに示すように、ゼロライン以下（正確
には、ざらに−Ｖｒ分下）の信号電圧の出力が阻止され
て、本来の反射エコー信号のみが出力される。

ここで、上記ノイズ信号分■に、尖頭値Ｅ、がｈ肥大準
電圧Ｅ「より大きいものが含まれているとすると（図示
せず）、その場合には、当該ノイズ信号の尖頭値のうち
、ゼロラインを越える分が、出力されることになる。こ
のような場合に備えて、ノイズ評価回路３０によりノイ
ズレベルの監視を行なっている。

ノイズ評価回路３０では、このノイズレベル監視期間を
設定するため、ノイズレベル判定ゲート信°号作成回路
３２において、第４Ａ図ｃ　−ｅに示すように、上述し
た送信マスク信号の立ち下りと、トラッキングゲート信
号のケち下りとからノイズ）。

ベル判定ゲート信号を作成する。このノイズレベル判定
ゲート信号は、ｔｎの期間中、ノイズレベル判定ゲート
３３を開く、なお、ノイズレベル判定ゲート信号作成回
路３２は、同じノイズレベル判定ゲ−１＝信号を形成で
きるのであれば、必ずしも送信マスク信号とトラッキン
グゲート信号とを入力させる必要はない。

コンパレータ３１は、入力電圧を基準電圧Ｅｒと比較し
て、該基準電圧Ｅｒを越える入力電圧があると、ハイレ
ベル信号を出力する。即ち、第４Ａ図ａに示す入力信号
があると、同図ｆに示すような、二値化した信号■°、
■゛、■゛を第１図Ａ点に出力する。

これらの二値化された信号は、ノイズレベル判定ゲート
３３にて論理積がとられ、その内、ｔｏの期間中に出力
されたものについて、該ゲート３３から高ノイズレベル
判定信号として“１”が出力される。第４Ａ図ｇに、第
１図Ｂ点における該信号波形を示す。

この判定信号は、フリップフロップ回路３４の端子に入
力され、該フリップフロブ回路３４をセット状態とする
。その結果、この判定信号は、該フリップフロップ回路
３４にて保持されると共に、そのＱ端子から高ノイズレ
ベル判定信号として出力される。第４ＡＶｇＪｈに、第
１図に示す０点に出力される高ノイズレベル判定信号を
示す、なお、フリップフロップ回路３４は、送信指令パ
ルス信号により、リセットされる。

利得制御信号発生回路４０は、設定された利得制御信号
を出力しつつ、ノイズレベル判定出力が“１′か“ＯＮ
かを監視し、“１″の場合、可変利得増幅器１０の利得
を一定量下げるように、利得制御信号を変更し、一方、
“０”の場合、現状の利得をそのまま維持する。

即ち、利得制御信号発生回路４０は、第４Ｂ図ａに示す
ように、ノイズ信号分■の尖頭値が基準電圧Ｅｒより小
さい時には、利得制御信号をそのまま維持する。一方、
第４Ａ図ａに示すように、ノイズ信号分■の尖頭値が基
準電圧Ｅ「より大きい時には、設定値を変更し、対応す
る利得制御信号として出力する。

可変利得増幅器１０は、この利得制御信号により指示さ
れる利得で入力信号を増幅する。

今、利得が下げられたとして、前回と同じレベルのノイ
ズ信号が入力すると、その出力レベルは、前回より小さ
くなる。その結果、尖頭値が基準電圧Ｅｒより小さくな
れば、信号レベルスライス回路２０において、このノイ
ズ信号は除去される。

また、ノイズ評価回路３０においては、高レベル判定信
号が出力されず、可変利得増幅器ＩＯの増幅利得はその
まま維持される。

一方、尖頭値が基準電圧Ｅｒより大さいノイズ信号が入
力するときは、上記したと同様の作用を繰返して、可変
利得増幅器１０の増幅利得をさらに一定量下げる。

このようにして、本実施例によれば、入力するノイズ信
号のレベルを評価することができ、この評価により、次
の計測時に人力するノイズ信号の尖頭値より大きい電圧
で入力信号をスライスすることにより１反射エコー信号
の前に存在するノイズ信号を除去して、誤計測を防止し
ている。

なお、上記スライスにより、本来の反射エコー信号も波
形が小さくなる。しかし、これは、後段の増幅器５０で
増幅することにより補償することができる。しかも、ノ
イズが除去されているので、増幅された信号のＳ／Ｎが
格段に改善される。

くその他の実施例〉 本発明は、上記第１実施例に限らず、各構成要素毎に種
々の態様が可能である０次に、その例をいくつか示す。

第５図に示すノイズ評価回路３０は、ノイズレベル判定
ゲート信号として、トラッキング信号を使用した例であ
る。

第６図に示すノイズ評価回路３０は、ノイズレベル判定
ゲートを、ノイズレベル判定ゲート信号により開閉する
スイッチ３５にて構成すると共に、該スイッチ３５をコ
ンパレータ３１の入力側に設けて、入力信号の入力をノ
イズレベル判定期間内のみコンパレータ３１に入力させ
る。

第７図には、上記各実施例において使用する／イズレベ
ル判定ゲート信号を作成する回路の例を示す、この回路
は、Ｄフリップフロップ回路３６を使用して構成した例
であって、インバータ３７で反転した送信マスク信号を
クロック信号とし、インバータ３８で反転したトラッキ
ングゲート信号をクリヤ信号として、ノイズレベル判定
ゲート信号を得る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、入力するノイズのレベル
を計測の度毎に評価できて、その評価を次の計゛側時に
活用でき、目標とする反射エコー信号の前゛に存在する
ノイズ分の除去ないし低減を可能として、計測器のＳ／
Ｎを改善し、マスクゲート全開時でも誤計測を起さない
ようにすることを可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明計測器用ノイズ評価方法および評価回路
の第１実施例の構成を示す回路図、第２図は本発明ノイ
ズ評価回路を組み込んだノイズ除去回路を一例を示すブ
ロック図、第３図は上記ノイズ除去回路に使用される信
号レベルスライス回路の一例を示す回路図、第４Ａ図お
よび第４Ｂ図は上記第１実施例の作用を説明するための
波形図、第５図および第６図は各々本発明計測器用ノイ
ズ評価方法および評価回路の第２、第３実施例の構成を
示す回路図、第７図は本発明の上記各実施例に使用し得
るノイズレベルゲート信号作成回路の例を示す回路図、
第８図は従来の計測器用ノイズ除去回路を示すブロック
図、第９図は従来の計測器用ノイズ除去回路の作用を示
す波形図である。 １０・・・可変利得増幅回路 ２０・・・信号レベルスライス回路 ２１・・・演算増幅器 ３０・・・ノイズ評価回路 ３１・・・コンパレータ ３２・・・ノイズレベル判定ゲート信号作成回路３３・
・・ノイズレベル判定ゲート ３４・・・フリップフロップ回路 ４０・・・利得制御信号発生回路 ４１・・・プリセットカウンタ ４２・・・デコーダ ５０・・・増幅器 Ｒ１−Ｒ３・・・抵抗 Ｄ・・・ダイオード Ｅｅ・・・バイアス電源 ＥＲ・・・基準電源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス状の送信波の送信と検出目標物からの反射
   波の受信との時間間隔を計測する計測器におけるノイズ
   評価方法であって、 送信波の送信後、受信波の予測到来時間領域より前に、
   ノイズレベルの判定を行なうノイズレベル判定時間領域
   を設定し、 上記ノイズレベル判定時間領域内に入力する信号のうち
   、尖頭値が基準値を越えるものがあるか否か監視し、基
   準値を越える尖頭値を持つ入力信号があると、高ノイズ
   レベル判定信号を出力する構成としたことを特徴とする
   計測器用ノイズ評価方法。
2. （２）送信漏れ、送信残響等の送信系の信号混入による
   誤受信を防ぐための送信マスクゲートを設定するマスク
   ゲート信号と、予測した到来時間領域に入力する信号の
   みを受信波として受信するためのトラッキングゲートを
   設定するトラッキングゲート信号とから上記ノイズレベ
   ル判定時間領域を設定する特許請求の範囲第１項記載の
   計測器用ノイズ評価方法。
3. （３）パルス状の送信波の送信と検出目標物からの反射
   波の受信との時間間隔を計測する計測器に設けられるノ
   イズ評価回路であって、 送信波の送信後、受信波の予測到来時間領域より前に、
   ノイズレベル判定のためのノイズレベル判定時間領域を
   設定するノイズレベル判定用ゲート信号形成手段と、 入力信号の尖頭値を予め設定した基準値と比較して、尖
   頭値が基準値を越える入力信号があると、高ノイズレベ
   ル判定信号を出力するノイズレベル判定手段と、 上記ノイズレベル判定用ゲート信号により開閉制御され
   、上記ノイズレベル判定時間領域内のみ高ノイズレベル
   判定信号を出力可能とするノイズレベル判定用ゲートと
   を備えて構成することを特徴とする計測器用ノイズ評価
   回路。
4. （４）送信漏れ、送信残響等の送信系の信号混入による
   誤受信を防ぐための送信マスクゲートを設定するマスク
   ゲート信号と、予測した到来時間領域に入力する信号の
   みを受信波として受信するためのトラッキングゲートを
   設定するトラッキングゲート信号とからノイズレベルを
   判定する時間領域を設定する構成としたノイズレベル判
   定用ゲート信号形成手段を備える特許請求の範囲第３項
   記載の計測器用ノイズ評価回路。