JPH03162691A - 超音波検知器 - 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〕 本発明は超音波検知器に係り、特に複数の超音波周波数
を利用して物体を検知する超音波検知器に関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波検知器は超音波パルスを送波するとともに
、物体からの反射波を受波し、この送受波の時間差から
物体までの距離等を検知するようにしている。すなわち
、第６図に示すように、発振回路２２は周期発振回路２
１からのタイミングパルスを受けて該タイミングパルス
の発生期間中、一定周波数のキャリアの発振を行う（第
７図、波形ｒ）。この発振回路２２からの発振出力は送
波増幅回路２３により増幅され、送受波器２４により超
音波パルスに変換されて送波される。

そして、この超音波パルスが物体で反射され、その反射
波が送受波器２４により受波されると、受波増幅回路２
５により増幅され（第７図、波形ｕ）、検波回路２６に
て包絡線検波された後、一定レベル以上の信号が物体信
号としてコンパレータ２７から出力される（第７図、波
形Ｗ）。一方、検知ゲート回路２８から検知ゲートパル
スが検知処理回路２９に出力される（第７図、波形Ｓ）
。

そして、この検知ゲートパルスＳの入力期間中に得られ
た物体信号Ｗ１により、検知処理回路２９で上記物体信
号Ｗ１と送波タイミングの時間差に基づいて物体までの
距離が計算され、その信号が出力回路３０に出力されて
物体の有無および物体までの距離等が表示等される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の送波器は超音波パルスを間欠的に送波
するため、第７図の波形Ｕｏに示すように、送波終了後
に送受波器２４への電力供給を停止しても漸減的に振動
をＴｏ期間持続する残響が発生し、送受波器２４からの
送波がある時間持続し、この残響が受波側に混入する。

従って、上記Ｔσ期間経過後に検知ゲートパルスを生成
しなければならないため、近距離の物体を検知すること
ができなかった。一方、近距離の物体をできるだけ検知
可躯にする目的でゲートパルスを送波時点に近づけると
、残響Ｕｏが検知ゲートパルス内まで残り、誤検知する
虞れが生じていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、周波数が
変化する連続波の超音波を送波させて物体までの距離を
確実に検出する超音波検知器を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、超音波を連続的
に送波するとともに、物体からの反射波を受波する超音
波検知器であって、上記送波する超音波の周波数を変化
させる周波数変更手段と、上記送波する超音波の周波数
に応じた電圧を発生する第ｌのＦ−Ｖ変換手段と、上記
受波した反射波の周波数に応じた電圧を発生する第２の
Ｆ−Ｖ変換手段と、上記第１のＦ−Ｖ変換手段と上記第
２のＦ−Ｖ変換手段の出力から位相差を求める位相差検
知手段と、上記求めた位相差から上記物体までの距離を
算出する距離算出手段とを備えたものである。

〔作用〕

上記構成の超音波検知器によれば、連続的に周波数の変
化する超音波が送波され、送波された超音波の周波数に
応じた電圧信号と受波された反射波の周波数に応じた電
圧信号との位相差が求めら？、上記求めた位相差から物
体までの距離が算出される。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る超音波検知器の全体回路図である
。

発振回路１はキャリア信号の発振周波数を周波数ｆ■か
ら周波数ｆ２まで、いわゆるチャープ状に連続変化させ
る動作を一定周期で繰り返すものである（第２図、波形
ａ）。該発振回路１からの発振信号は送波増幅回路２お
よびＦ−Ｖ変換回路７に出力される。送波増幅回路２は
発振回路１からの発振出力を増幅して送波器３を励振さ
せるものである。送波器３は超音波振動子等からなり、
送波増幅回路２からの励振信号を超音波に変換して送波
するものである。受渡器４は超音波振動子等からなり、
物体からの反射波を受波して受波増幅回路５に出力する
ものである。

受波増幅回路５は受波器４で受波された微弱信号をＦ−
Ｖ変換回路６にて処理可能なレベルまで増幅し、Ｆ−Ｖ
変換回路６に出力するものである。

？−Ｖ変換回路６は受波信号の周波数に応じた、例えば
鋸歯状の電圧を発生して減算回路８に出力するものであ
る（第２図、波形Ｃ）。また、Ｆ−■変換回路７は発振
回路１からの発振信号の周波数に応じた、例えば鋸歯状
の電圧を発生して減算回路８に出力するものである（第
２図、波形ｂ）。

減算回路８はＦ−Ｖ変換回路７の出力電圧信号ｂからＦ
−■変換回路６の出力電圧信号Ｃを減算し（第２図、波
形ｄ）、この減算結果を距離検出回路９に出力するもの
である。すなわち、第２図の波形ｄに示すように、減算
回路８はＦ−Ｖ変換回路７の出力電圧信号ｂがＦ−Ｖ変
換回路６の出力電圧信号Ｃよりも高い期間でハイレベル
を出力し、逆にＦ−Ｖ変換回路７の出力電圧信号ｂがＦ
−Ｖ変挽回路６の出力電圧信号Ｃよりも低い期間Ｔ■で
ローレベルを出力するものである。

距離検出回路９は上記減算回路８のローレベル出力期間
Ｔ１　（第２図、波形ｄ）に基づいて物体までの距離を
算出し、この距離信号を出力回路１０に出力するもので
ある。出力回路１０は上記算出された距離信号を出力す
るものである。

なお、上記構威では送波および受波をそれぞれ送波器３
および受波器４で行うようにしたが、送波器３および受
波器４に代えて１個の送受波器で送波および受波を行う
ようにしてもよい。

次に、第１実施例の動作について第２図を用いて説明す
る。

発振回路１が発振を開始すると、発振出力ａが送波増幅
回路２で増幅されて送波器３から超音波の送波が開始さ
れる。この送波された超音波は、上述したように周波数
ｆｌから周波数ｆ２までの連続変化を一定周期で繰り返
す連続波である。

そして、この連続波が物体で反射し、その反射波が受波
器４で受波されると、受波増幅回路５で増幅された後、
Ｆ−Ｖ変換回路６から鋸歯状の電圧信号Ｃが出力される
。一方、Ｆ−Ｖ変換回路７からは上記発振出力ａに応じ
た鋸歯状の電圧信号ｂが出力される。上記Ｆ−Ｖ変換回
路６の電圧信号ＣとＦ−Ｖ変換回路７の電圧信号ｂは送
波器３および受波器４と物体までの距離に応じた位相差
を有する。減算回路８の出力は、第２図の波形ｄに示す
ように、上記位相差に応じたＴ，期間ローレベルになる
。そして、この減算回路８のローレベル出力期間Ｔ０の
データに基づいて距離検出回路９で物体までの距離が算
出され、出力回路１０に距離信号が出力される。

この第１実施例では、連続変化する超音波（送波）およ
び反射波（受波）の周波数をＦ−Ｖ変換回路７，６でそ
れぞれ電圧に変換し、これらの鋸歯状の電圧信号波形の
位相差から物体までの距離を算出するようにしたので、
例えば、連続的に発生する一定周波数のノイズが重畳さ
れても鋸歯状の電圧信号波形は変わらず、該ノイズの影
響を除去することができる。

なお、第１実施例における送波器３から送波される超音
波を周波数ｆ２から周波数ｆ１までチャプ状に連続変化
する動作を一定周期で繰り返し行うようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施例について第３図を用いて説明
する。なお、第２実施例の全体回路図は？１実施例の全
体回路図と同様の構成をなす。

第２実施例では、発振回路１は、第３図の波形ｅに示す
ように、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２（＞ｆエ
）の発振信号を一定周期で変化させて出力するようにな
されている。従って、第３図の波形ｇに示すように、Ｆ
−Ｖ変換回路７からの出力電圧信号ｇは発振回路１から
第１の周波数ｆ１の発振信号が出力されている期間、■
■電圧になり、一方、第２の周波数ｆ２が出力されてい
る期間、Ｖ２電圧（＞Ｖｌ）になる。

一方、第３図の波形ｈに示すように、Ｆ−Ｖ変換回路６
の出力電圧信号ｈは送波器３および受波器４から物体ま
での距離に応じた、例えばＴ２期間の位相差を有する。

このため、第３図の波形ｉに示すように、減算回路８の
出力は第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２に変化さ
れたときに上記Ｔ２期間の正極性パルスを出力するとと
もに、第２の周波数ｆ２から第１の周波数ｆ１に変化さ
れたときにＴ２期間の負極性パルスを出力する。

そして、この減算回路８からの出力パルス幅Ｔ２のデー
タに基づいて距離検出回路９で物体までの距離が算出さ
れ、出力回路１０に距離信号が出力される。

この第２実施例では、発振回路１が２種類の周波数ｆ１
＋　　ｆ２を一定周期で変化させて出力するので、発振
回路１は２種類の周波数を発振可能に構成するだけでよ
く、回路構成を第１実施例よりも簡単にすることができ
る。また、特定周波数による位相差のみ抽出するので、
周波数の変動するノイズの影響を除去することができる
。

次に、本発明の第３実施例について第４図を用いて説明
する。なお、第３実施例の全体回路図は第１実施例の全
体回路図と同様の構成をなす。

第３実施例では、発振回路１は、第４図の波形ｊに示す
ように、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２　（＞ｆ
１）の発振信号を不定の周期（ランダム周期）で変化さ
せて出力するようになされている。従って、第４図の波
形ｋに示すように、Ｆ一■変換回路７の出力電゛圧信号
ｋはｖ１電圧の出力期間、およびｖ２電圧（＞Ｖｌ）の
出力期間がそれぞれ不定になる。

一方、第４図の波形ｌに示すように、Ｆ−Ｖ変換回路６
の出力電圧信号ｌは送波器３および受波器４から物体ま
での距離に応じた、例えばＴ３期間の位相差を有する。

このため、第３図の波形ｊに示すように、減算回路８か
ら上記Ｔ３期間の正極性パルスと負極性パルスが第ｔの
周波数ｆエおよび第２の周波数ｆ２の変化タイミング毎
に交互に出力される。そして、この減算回路８からの出
力パルス幅Ｔ３のデータに基づいて距離検出回路９で物
体までの距離が算出され、出力回路１０に距離信号が出
力される。

この第３実施例では、ランダム周期で第１の周波数ｆエ
および第２の周波数ｆ２を変化させるので、周期的に発
生するノイズの影響を除去することができる。

次に、本発明の第４実施例について第５図を用いて説明
する。なお、第４実施例の全体回路図は第１実施例の全
体回路図と同様の構成をなす。

第４実施例では、発振回路１は、第５図の波形？に示す
ように、例えば周波数ｆ１〜ｆ３　（ｆｌくｆ２〈ｆ３
）からなる３種類の周波数を一定周期Ｔ４毎にランダム
に出力（変化）するようになされている。従って、第５
図の波形０に示すように、Ｆ−Ｖ変換回路７の出力電圧
信号０は一定期間Ｔ４毎に変化する。

一方、第５図の波形ｐに示すように、Ｆ−Ｖ変換回路６
の出力電圧信号ｐは送波器３および受波器４から物体ま
での距離に応じた、例えばＴ５期間の位相差を有する。

このため、第５図の波形ｑに示すように、減算回路８は
周波数ｆ■〜ｆ３の変化タイミング毎に上記Ｔ５期間の
正極性パルスあるいは負極性パルスを出力する。そして
、この減算回路８からの出力パルス幅Ｔ５のデータに基
づいて距離検出回路９で物体までの距離が算出され、出
力回路１０に距離信号が出力される。

この第４実施例では、３種類の周波数信号を一定周期Ｔ
４毎にランダムに変化させて出力するので、第３実施例
と同様に周期的に発生するノイズの影響を除去すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は、送波する超音波に連続波を用いるので、送波
後の送受波器への電力供給停止による残響の発生が防止
でき、残響による誤検知を防止することができる。また
、送波する超音波および受波した反射波の周波数に応じ
た電圧に変換し、これらの電圧信号の位相差により物体
までの距離を検知するため、従来のような検知ゲートパ
ルスが必要でないとともに、近距離の物体を確実に検知
することができる。

さらに、上記電圧信号は比較的周波数が低いため、信号
処理が容易になる。また、低周波数で信号処理を行うた
め、ノイズの識別が容易になり、ＳＮ比の向上が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波検知器の全体回路図、第２
図は本超音波検知器の動作の第１実施例を示す波形図、
第３図は本超音波検知器の動作の第２実施例を示す波形
図、第４図は本超音波検知器の動作の第３実施例を示す
波形図、第５図は本超音波検知器の動作の第４実施例を
示す波形図、第６図は従来の超音波検知器の全体回路図
、第７図は従来の超音波検知器の動作を示す波形図であ
る。 １・・・発振回路、２・・・送波増幅回路、３・・・送
波器、４・・・受波器、５・・・受波増幅回路、６，７
・・・Ｆ−Ｖ変換回路、８・・・減算回路、９・・・距
離検出回路、１０・・・出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超音波を連続的に送波するとともに、物体からの反
   射波を受波する超音波検知器であって、上記送波する超
   音波の周波数を変化させる周波数変更手段と、上記送波
   する超音波の周波数に応じた電圧を発生する第１のＦ−
   Ｖ変換手段と、上記受波した反射波の周波数に応じた電
   圧を発生する第２のＦ−Ｖ変換手段と、上記第１のＦ−
   Ｖ変換手段と上記第２のＦ−Ｖ変換手段の出力から位相
   差を求める位相差検知手段と、上記求めた位相差から上
   記物体までの距離を算出する距離算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする超音波検知器。