JP2016125987A - 超音波センサ及びバースト信号の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、「残響信号」とは圧電素子に印加するバースト信号がカットされたあとも圧電素子に生じているかまたはそこから出力される圧電素子の共振周波数に近い超音波信号を指す。また、「残響周波数」とは上記「残響信号」の周波数を指す。
(a1)バースト信号発信回路で生成されるバースト信号を構成するバースト波の数を設定するステップ(501)
(b1)バースト波の初期の周波数の大きさを設定するデフォルトバースト周波数設定ステップ(502)
(c1)バースト信号を圧電素子に印加するタイミング及び終了させる、バースト信号発信開始及びバースト信号の圧電素子への印加を終了させるステップ(503,504)
(d1)信号処理回路の一部であるロジック制御部の回路動作を開始させ、残響周波数の検定を開始するステップ(505)
(e1)バースト信号の周期のカウント値と検定区間設定値との大小を比較するステップ(506)
(f1)上記カウント値が検定区間設定値に達した時にロジック制御部の動作を終了させるステップ(507)
(g1)信号処理回路で残響周波数を検定するステップ(508)
(h1)残響周波数検定結果をバースト信号発信回路にフィードバックし、バースト波周波数を調整するステップ(510)。
(a2)バースト信号発信回路で生成されるバースト信号を構成するバースト波の数を設定するステップ(801)
(b2)バースト波の初回の周波数の大きさを設定する初回バースト周波数設定ステップ(802)
(c2)バースト波周波数の可変幅を設定するステップ(803)
(d2)バースト波周波数の可変回数を設定するステップ(804)
(e2)バースト信号を圧電素子に印加した回数をリセットするバースト送信回数リセットステップ(805)
(f2)バースト送信回数と設定されたバースト周波数の可変回数との大小関係を比較するステップ(806)
(g2)バースト送信回数がバースト周波数の可変回数に至るまでの間、バースト信号を送信するステップ(807)
(h2)バースト信号の送信を終えるバースト送信完了ステップ(808)
(i2)対象物から反射されてきた超音波信号の残響する時間を計測するステップ(809)
(j2)検定部で残響時間を所定値と比較するステップ(810)と、残響時間が所定値に達した時に残響時間の計測を停止するステップ(811)
(k2)計測した残響時間を保持するステップ(812)と、保持した残響時間に応じてバースト周波数を調整するステップ(813)
図2は図1に示した回路ブロック図の具体的な回路構成図であり、本発明にかかる第1実施形態を示す。第1実施形態の超音波センサ1000は、図1に示したものとほぼ同様に、送受信処理回路100A、ドライバ回路2、発信部3、圧電素子4、及び受信部5を有する。送受信処理回路100Aは、送信端T1a、受信端T2a、及びバイアス端T3aを有する。第1実施形態の超音波センサ1000は、例えば自動車の車体(図示せず)に搭載され、車両の周辺の対象物、障害物の有無を検知し、また障害物までの距離を計測するために使用される。また、本発明の超音波センサは、車両そのものだけではなく、駐車管理システム、湿度センサ、積雪深計、ベルトコンベアの物体検知、タンク注水時の液量検知、自動ドアや侵入防止の監視などの人体センサ、各種の変位計測など、幅広い各種物体検知装置や各種センサに応用が可能である。
図6は本発明にかかる第2実施形態を示す回路構成図である。本構成の超音波センサ1000Bは、図2に示した第1の実施形態の超音波センサ1000Aとは次の3点で大きく相違する。第1にバースト信号発信回路1Bは、デフォルトバースト周波数設定レジスタ12の代わりに、初回バースト周波数設定レジスタ14、バースト周波数可変幅設定レジスタ15及びバースト周波数可変回数設定レジスタ16を有していることである。第2に信号処理回路7B内の検定部73Bがフィルタ部72の出力と接続していることである。第3に検定部73B内に比較器7m、比較値レジスタ7n、残響時間計測カウンタ7o、メモリ7p、演算処理部7qを有していることである。
2 ドライバ回路
3 送信部
4 圧電素子
4a 送信
5 受信部
5a 受信
6 増幅回路
7,7A,7B 信号処理回路
7b バンドパスフィルタ(BPF)
7c 積分部
7d 演算回路
7f カウンタ
7g レジスタ(検定区間設定)
7h 比較器
7i ロジック制御部
7j 残響周波数検定部
7k 高速OSC
7L レジスタ(残響周波数検定結果保持)
7m 比較器
7n レジスタ(比較値)
7o カウンタ(残響時間計測)
7p メモリ
7q 演算処理部
11 バースト波数設定レジスタ
12 デフォルトバースト周波数設定レジスタ
13 バースト送信開始レジスタ
14 初回バースト波周波数設定レジスタ
15 バースト波周波数可変幅設定レジスタ
16 バースト波周波数可変回数設定レジスタ
71 A/D変換部
72 フィルタ部
73 検定部
74,75 信号線
100,100A,100B 送受信処理回路
1000,1000A,1000B 超音波センサ
Claims (19)
- 超音波信号を送受信する圧電素子と、
前記圧電素子を駆動する送信部と、
前記送信部にバースト信号を伝達するバースト信号発信回路と、
前記圧電素子が受信した受信信号を受け入れる受信部と、
前記受信信号を増幅して増幅信号を出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される増幅信号を検定する信号処理回路とを備え、
前記信号処理回路は前記増幅信号に含まれる残響信号の残響時間または残響周波数を検定し、前記検定した結果を前記バースト信号発信回路にフィードバックし、
前記バースト信号発信回路は前記検定した結果に基づき前記バースト信号の周波数を指すバースト波周波数を調整することを特徴とする超音波センサ。 - 前記バースト信号発信回路は、前記バースト波周波数を前記残響周波数に調整することを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
- 前記バースト信号発信回路は前記バースト波の数が決められたバースト波数設定レジスタと、前記バースト信号の周波数が決められたバースト信号周波数設定レジスタと、前記バースト信号を発信するバースト送信開始レジスタを備えていることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
- 前記バースト信号発信回路はさらに前記バースト周波数を調整するステップ幅を記憶するバースト波周波数可変幅設定レジスタと、前記バースト波周波数を調整するステップ回数を記憶するバースト波周波数可変回数設定レジスタとを有することを特徴とする請求項3に記載の超音波センサ。
- 前記信号処理回路は前記残響信号の所定の周期内に存在するパルス信号の数をカウントして前記残響周波数を検定することを特徴とする請求項2に記載の超音波センサ。
- 前記信号処理回路は前記増幅回路の出力から取り出されるアナログ増幅信号をA/D変換部でデジタル信号に変換し、前記デジタル信号はバンドパスフィルタを介して濾過し、前記濾過した信号を積分する積分部を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波センサ。
- 前記バンドパスフィルタの帯域幅が前記残響周波数の検定結果に基づいて調整されることを特徴とする請求項6に記載の超音波センサ。
- 前記送信部の出力端と前記受信部の入力端及び前記圧電素子の一端が共通に結合されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
- 前記増幅回路には前記受信部を介して前記圧電素子の前記一端に発生している超音波信号が常時印加されていることを特徴とする請求項8に記載の超音波センサ。
- 前記受信部の入力端にはローパスフィルタが結合され、前記増幅回路の入力端には前記ローパスフィルタを介して前記送信部の前記出力端及び前記圧電素子の一端と結合されていることを特徴とする請求項9に記載の超音波センサ。
- 前記送信部と前記バースト信号発信回路との間には前記バースト信号を増幅し、かつ、前記送信部を駆動するドライバ回路が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の超音波センサ。
- 前記ドライバ回路または前記送信部には前記バースト信号を増幅するトランスを含むことを特徴とする請求項11に記載の超音波センサ。
- 前記バースト信号発信回路は、前記増幅信号を積分した積分信号の積分時間を計測して前記積分時間に基づき前記バースト波周波数を調整することを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
- 前記積分部から出力される積分信号の所定の期間内に存在する前記パルス信号の数をカウントして前記残響周波数の残響時間を求めることを特徴とする請求項13に記載の超音波センサ。
- 前記バースト波周波数を所定の範囲で可変して前記パルス信号の数を逐次カウントしてメモリに保存し、前記メモリに保存された中で最も大きなパルス信号の数を示した前記バースト波周波数に前記バースト信号発信回路で生成されるバースト信号の周波数を調整することを特徴とする請求項14に記載の超音波センサ。
- バースト信号発信回路で生成されるバースト信号を構成するバースト波の数を設定するステップ(501)と、
前記バースト波の初期の周波数の大きさを設定するデフォルトバースト周波数設定ステップ(502)と、
前記バースト信号を前記圧電素子に印加を開始し、その後終了させるステップ(503,504)と、
前記信号処理回路の一部であるロジック制御部の回路動作を開始させ、残響周波数の検定を開始するステップ(505)と、
前記バースト信号の周期をカウントしたカウント値とあらかじめ設定された検定区間設定値との大小を比較するステップ(506)と、
前記カウント値が前記検定区間設定値に達した時に前記ロジック制御部の回路動作を終了させるステップ(507)と、
前記信号処理回路で残響周波数を検定するステップ(508)と、
前記残響周波数の検定結果を前記バースト信号発信回路にフィードバックし、前記バースト波周波数を調整するステップ(510)とを備えていることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の超音波センサのバースト信号の制御方法。 - 前記残響周波数を検定するステップ(508)の後に前記残響周波数検定結果を保持するステップ(509)を実行し、その後前記バースト波周波数を調整するステップ(510)に移行することを特徴とする請求項16に記載のバースト信号の制御方法。
- バースト信号発信回路で生成されるバースト信号を構成するバースト波の数を設定するステップ(801)と、前記バースト波の初回の周波数の大きさを設定する初回バースト周波数設定ステップ(802)と、前記バースト周波数の可変幅を設定するステップ(803)と、前記バースト周波数の可変回数を設定するステップ(804)と、前記バースト信号を前記対象物に送信した回数をリセットするバースト送信回数リセットステップ(805)と、前記バースト送信回数と前記設定されたバースト周波数の可変回数との大小関係を比較するステップ(806)とを備え、前記バースト送信回数が前記バースト周波数の可変回数に至るまでの間、前記前記バースト信号を送信するステップ(807)と、前記バースト信号の送信を終えるバースト送信完了ステップ(808)と、前記対象物から反射されてきた超音波信号の残響する時間を計測するステップ(809)と、前記検定部で前記残響時間を所定値と比較するステップ(810)と、前記残響時間が前記所定値に達した時に前記残響時間の計測を停止するステップ(811)と、前記計測した前記残響時間を保持するステップ(812)と、前記保持した前記残響時間に応じて前記バースト周波数を調整するステップ(813)を繰り返して実行することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の超音波センサのバースト信号の制御方法。
- 前記バースト送信回数が前記バースト周波数の可変回数に達した時、前記残響時間を演算処理するステップと、前記残響時間に基づき求めた残響周波数検定結果を保持するステップと、前記残響周波数結果に基づき前記バースト信号のバースト波周波数を調整することを特徴とする請求項18に記載のバースト信号の制御方法。
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