JP2545029Y2 - Ultrasonic sensor - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この考案は、反射波を直接波とは
区別し、正確な距離測定を可能にした超音波センサに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic sensor which distinguishes a reflected wave from a direct wave and enables accurate distance measurement.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３に示す超音波センサ１は、車両の後
方確認やロボットの位置決めに用いる非接触型の距離セ
ンサである。この超音波センサは、超音波送信素子２か
ら前方に送信した超音波が物体表面で反射して超音波受
信素子３にて受信されるまでの時間から、超音波の伝搬
速度を用いた演算により物体までの距離を計測する構成
とされている。距離計測にさいしては、まず、例えば４
０ｋＨｚ程度で発振する発振回路４が接続された送信回
路５に対し、ＣＰＵ６から図４（Ａ）に示すトリガパル
スを供給する。トリガパルスを受けた送信回路５は、図
４（Ｂ）に示したように、一定時間にわたって４０ｋＨ
ｚで発振する送信波を超音波送信素子２に送り込む。こ
れにより、超音波送信素子２から前方に超音波が送信さ
れる。ＣＰＵ６からのトリガパルスは、一対のナンドゲ
ート回路７ａをたすき掛け接続したＲＳフリップフロッ
プ回路７のセット入力端子にも送り込まれる。その結
果、図４（Ｅ）に示したように、ＲＳフリップフロップ
回路７が一旦セットされ、それと同時に次段の３入力１
出力型のアンドゲート回路８の一入力としてハイレベル
のＱ出力が送り込まれる。2. Description of the Related Art An ultrasonic sensor 1 shown in FIG. 3 is a non-contact type distance sensor used for checking the rear of a vehicle and positioning a robot. This ultrasonic sensor calculates the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmission element 2 forward from the time until the ultrasonic wave is reflected on the object surface and received by the ultrasonic reception element 3 by using the propagation speed of the ultrasonic wave. It is configured to measure the distance to the object. For distance measurement, first, for example, 4
The trigger pulse shown in FIG. 4A is supplied from the CPU 6 to the transmission circuit 5 to which the oscillation circuit 4 oscillating at about 0 kHz is connected. As shown in FIG. 4B, the transmitting circuit 5 that has received the trigger pulse outputs 40 kHz over a certain period of time.
The transmission wave oscillating at z is sent to the ultrasonic transmission element 2. Thereby, the ultrasonic wave is transmitted forward from the ultrasonic transmission element 2. The trigger pulse from the CPU 6 is also sent to a set input terminal of an RS flip-flop circuit 7 in which a pair of NAND gate circuits 7a are cross-connected. As a result, as shown in FIG. 4E, the RS flip-flop circuit 7 is set once, and at the same time, the three-input 1
A high-level Q output is sent as one input of the output type AND gate circuit 8.
【０００３】ただし、アンドゲート回路８は、後述する
一定のマスク期間中は図４（Ｆ）に示すＣＰＵ６のマス
ク出力により強制的にゲートを閉じた状態とされるた
め、マスク期間Ｔｍが経過したあと、クロック発生回路
９が発生するクロックパルスをカウンタ１０のクロック
入力端子に送り込む。However, since the gate of the AND gate circuit 8 is forcibly closed by a mask output of the CPU 6 shown in FIG. 4F during a certain mask period described later, the mask period Tm has elapsed. Then, the clock pulse generated by the clock generation circuit 9 is sent to the clock input terminal of the counter 10.
【０００４】一方、超音波受信素子３が受信する超音波
は、超音波送信素子２からの直接波に物体からの反射波
が重畳した波形を有しており、帯域濾波回路１１により
雑音成分を除去され、増幅回路１２にて増幅されたの
ち、例えば図４（Ｃ）に示す波形としてコンパレータ１
３の非反転入力端子に送り込まれる。ただし、ここでは
直接波に対して反射波が位相的に遅れて受信される場合
を例示してある。コンパレータ１３は、反転入力端子の
入力波形の振幅が非反転入力端子に設定された基準振幅
Ｅｒを越えたときにロウレベルの信号を出力する。そし
て、このコンパレータ１３のロウレベルの出力は、ＲＳ
フリップフロップ回路７のリセット入力端子に送り込ま
れ、その結果ＲＳフリップフロップ回路７のＱ出力はロ
ウレベルに切り替わる。その結果、アンドゲート回路８
は図４（Ｇ）に示したように、ゲートを閉じ、カウンタ
１０に対するクロックパルスの供給は停止する。On the other hand, the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving element 3 has a waveform in which a reflected wave from an object is superimposed on a direct wave from the ultrasonic wave transmitting element 2, and a noise component is reduced by the band-pass filter circuit 11. After being removed and amplified by the amplifier circuit 12, the comparator 1 outputs a waveform as shown in FIG.
3 is sent to the non-inverting input terminal. However, the case where the reflected wave is received with a phase delay with respect to the direct wave is illustrated here. The comparator 13 outputs a low-level signal when the amplitude of the input waveform at the inverting input terminal exceeds the reference amplitude Er set at the non-inverting input terminal. The low-level output of the comparator 13 is RS
The signal is sent to the reset input terminal of the flip-flop circuit 7, and as a result, the Q output of the RS flip-flop circuit 7 switches to a low level. As a result, the AND gate circuit 8
4G, the gate is closed and the supply of the clock pulse to the counter 10 is stopped.
【０００５】マスク期間Ｔｍが経過し、なおかつＲＳフ
リップフロップ回路７のＱ出力がハイレベルを示す期間
において、ＣＰＵ６は、図４（Ｈ）に示すカウンタ１０
の計数出力を監視しており、このときのカウンタ１０の
計数値にクロック周期を乗じて得られる時間Ｔｃに前記
マスク期間Ｔｍを加算し、得られた時間Ｔｃ＋Ｔｍすな
わち超音波が超音波送信素子２と超音波受信素子３の間
を往復するのに要した時間に、超音波の速度を乗算して
得られる値を１／２倍し、超音波を反射する物体までの
距離を割り出す。During a period in which the mask period Tm has elapsed and the Q output of the RS flip-flop circuit 7 is at a high level, the CPU 6 operates the counter 10 shown in FIG.
The masking period Tm is added to a time Tc obtained by multiplying the count value of the counter 10 by the clock cycle at this time, and the obtained time Tc + Tm, that is, the ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic transmitting element 2 The value obtained by multiplying the time required for reciprocating between the ultrasonic wave and the ultrasonic wave receiving element 3 by the speed of the ultrasonic wave is halved, and the distance to the object reflecting the ultrasonic wave is determined.
【０００６】[0006]
【考案が解決しようとする課題】超音波センサ１に限ら
ず、一般に、超音波送信素子２と超音波受信素子３の間
に距離を空けすぎた場合、物体までの距離と超音波の往
復距離の間の誤差が大となって計測誤差が増えるため、
超音波送信素子２と超音波受信素子３を近接配置するこ
とが、計測精度を確保する上での前提条件とされる。し
かし、超音波送信素子２と超音波受信素子３を近接配置
すればするほど、一方でまた超音波送信素子２から超音
波受信素子３に直接伝搬する直接波が反射波の受信によ
り多くの悪影響を及ぼすため、直接波を反射波であると
錯覚しないよう工夫する必要が生ずる。このため、既に
触れたように、上記の超音波センサ１にあっては、超音
波を送信してからあらかじめ定めたマスク期間Ｔｍが経
過するまでは、ＣＰＵ６からアンドゲート回路８に対し
ロウレベルのマスク出力を送り込み、アンドゲート回路
８のゲートを強制的に閉じることで、反射波を無視する
ようにしていた。The present invention is not limited to the ultrasonic sensor 1, but in general, if the distance between the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 is too large, the distance to the object and the reciprocating distance of the ultrasonic wave The measurement error increases due to the large error between
Positioning the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 close to each other is a precondition for ensuring measurement accuracy. However, the closer the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 are arranged, the more the direct wave directly propagating from the ultrasonic transmitting element 2 to the ultrasonic receiving element 3 is more adversely affected by the reception of the reflected wave. Therefore, it is necessary to devise not to give an illusion that a direct wave is a reflected wave. For this reason, as mentioned above, in the above-described ultrasonic sensor 1, the low-level mask is transmitted from the CPU 6 to the AND gate circuit 8 until the predetermined mask period Tm elapses after transmitting the ultrasonic wave. By sending the output and forcibly closing the gate of the AND gate circuit 8, the reflected wave is ignored.
【０００７】従って、上記従来の超音波センサ１は、超
音波を送信してから少なくともマスク期間Ｔｍ中は実質
的に超音波の受信波形を強制的にマスクしてしまうこと
になり、このマスク期間Ｔｍ中に反射波が戻ってくるほ
どの短い距離、すなわち超音波送信素子２と超音波受信
素子３の間隔と同程度しか離れておらず、直接波と反射
波が重なり合ってしまうような短い距離にある物体につ
いては、まったく距離計測できないといった課題を抱え
ていた。Accordingly, the conventional ultrasonic sensor 1 substantially forcibly masks the reception waveform of the ultrasonic wave at least during the masking period Tm after transmitting the ultrasonic wave. A short distance such that the reflected wave returns during Tm, that is, a distance short enough that the distance between the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3 is almost the same, and the direct wave and the reflected wave overlap. Has a problem that the distance cannot be measured at all.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この考案は、上記課題を
解決したものであり、超音波を送信する超音波送信素子
と、前記超音波の直接波と反射波を受信する超音波受信
素子と、前記直接波の波形を記憶させたメモリと、前記
超音波送信素子が前記超音波を送信したときに、前記メ
モリから直接波の波形を読み出し、前記超音波受信素子
の受信波形と波形比較し、反射波が確認されるまでの時
間から反射波の反射地点までの距離を計測する演算手段
を具備することを特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and comprises an ultrasonic transmitting element for transmitting an ultrasonic wave, and an ultrasonic receiving element for receiving a direct wave and a reflected wave of the ultrasonic wave. A memory storing the waveform of the direct wave, and when the ultrasonic transmission element transmits the ultrasonic wave, reads the waveform of the direct wave from the memory and compares the waveform with the reception waveform of the ultrasonic reception element. And calculating means for measuring the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave.
【０００９】[0009]
【作用】この考案は、超音波送信素子から超音波を送信
したときに、超音波受信素子に直接波として伝搬する既
知の超音波の波形をメモリから読み出し、これと超音波
受信素子が実際に受信した超音波の受信波形を波形比較
することで、反射波が確認されるまでの時間から反射波
の反射地点までの距離を計測し、超音波送信素子と超音
波受信素子の間隔と同程度のごく短い距離を計測範囲に
取り込む。According to the present invention, when an ultrasonic wave is transmitted from an ultrasonic transmitting element, a known ultrasonic waveform that propagates as a direct wave to the ultrasonic receiving element is read out from a memory, and this and the ultrasonic receiving element actually By comparing the received waveform of the received ultrasonic wave, the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave is measured, and it is about the same as the interval between the ultrasonic transmitting element and the ultrasonic receiving element Take a very short distance into the measurement range.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、この考案の実施例について、図１，２
を参照して説明する。図１は、この考案の超音波センサ
の一実施例を示す回路構成図、図２は、図１に示した回
路各部の信号波形図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the ultrasonic sensor of the present invention, and FIG. 2 is a signal waveform diagram of each part of the circuit shown in FIG.
【００１１】図１に示す超音波センサ２１は、超音波送
信素子２から直接波として超音波受信素子３に直接伝搬
する超音波の波形、すなわち直接波の波形を記憶させた
メモリ２２を有しており、超音波送信素子２から超音波
を送信したときにメモリ２２から直接波の波形を読み出
し、超音波受信素子３が実際に受信した超音波の受信波
形と波形比較し、反射波が確認されるまでの時間から反
射波の反射地点までの距離を計測する構成としたもので
ある。従って、マスク期間Ｔｍやマスク出力などは一切
必要がなく、このためアンドゲート回路２３としては、
マスク出力を受け入れるための入力端子をもたない２入
力１出力型を用いることができる。なお、超音波受信素
子３に直接伝搬する超音波の波形は、使用する超音波送
信素子２と超音波受信素子３の仕様と互いの配置或は取
り付け構造等が決まった段階で、実験等を通じて正確に
把握することができ、実際の使用条件と同じ条件下で観
測した波形を、ＡＤ変換器（図示せず）を用いてディジ
タルデータに変換し、メモリ２２に格納することができ
る。２４は、メモリ２２に格納された波形データを読み
出すのに必要なアドレスカウンタであり、発振回路２５
の出力を計数して読み出しアドレスを生成する。The ultrasonic sensor 21 shown in FIG. 1 has a memory 22 for storing a waveform of an ultrasonic wave directly propagating as a direct wave from the ultrasonic transmitting element 2 to the ultrasonic receiving element 3, that is, a waveform of the direct wave. When the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmission element 2, the waveform of the direct wave is read from the memory 22 and the ultrasonic reception element 3 compares the waveform with the reception waveform of the ultrasonic wave actually received, and confirms the reflected wave. In this configuration, the distance from the time until the reflected wave to the reflection point of the reflected wave is measured. Therefore, the mask period Tm and the mask output are not required at all, so that the AND gate circuit 23
A two-input, one-output type having no input terminal for receiving a mask output can be used. It should be noted that the waveform of the ultrasonic wave directly propagating to the ultrasonic receiving element 3 may be determined through experiments and the like when the specifications of the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 to be used and their mutual arrangement or mounting structure are determined. The waveform can be accurately grasped, and a waveform observed under the same conditions as actual use conditions can be converted into digital data using an AD converter (not shown) and stored in the memory 22. Reference numeral 24 denotes an address counter required for reading out the waveform data stored in the memory 22.
Are read out to generate a read address.
【００１２】距離計測にさいし、ＣＰＵ６が送信回路５
に対し図２（Ａ）に示すトリガパルスを供給すると、こ
のトリガパルスはＲＳフリップフロップ回路７のセット
入力端子とアドレスカウンタ２４に送り込まれる。その
結果、図２（Ｆ）に示したように、ＲＳフリップフロッ
プ回路は直ちにセットされ、次段のアンドゲート回路２
３の一方の入力端子に対してハイレベルのＱ出力が送り
込まれる。これにより、アンドゲート回路２３の他方の
入力端子に接続されたクロック発生回路９の出力クロッ
クがカウンタ１０のクロック入力端子に送り込まれ、カ
ウンタ１０は計数を開始する。When the distance is measured, the CPU 6 controls the transmission circuit 5
2A, the trigger pulse is sent to the set input terminal of the RS flip-flop circuit 7 and the address counter 24. As a result, the RS flip-flop circuit is immediately set as shown in FIG.
A high-level Q output is sent to one of the input terminals 3. Thereby, the output clock of the clock generation circuit 9 connected to the other input terminal of the AND gate circuit 23 is sent to the clock input terminal of the counter 10, and the counter 10 starts counting.
【００１３】また、カウンタ１０の計数動作と並行し
て、アドレスカウンタ２４からはメモリ２２に対して読
み出しアドレスが送り込まれ、読み出しアドレスに対応
する番地に格納された超音波の直接波の波形が、例えば
８ビットのディジタルデータとして読み出される。読み
出された直接波の波形データは、ＡＤ変換器２６におい
てアナログ信号に変換され、図２（Ｄ）に示す波形とし
て、コンパレータ１３の非反転入力端子に送り込まれ
る。従って、コンパレータ１３の非反転入力端子に与え
られる基準振幅は、従来のようにＥｒに固定されるので
はなく、時間とともに変化することになる。In parallel with the counting operation of the counter 10, a read address is sent from the address counter 24 to the memory 22, and the waveform of the direct ultrasonic wave stored at the address corresponding to the read address is expressed by: For example, it is read as 8-bit digital data. The read-out waveform data of the direct wave is converted into an analog signal in the AD converter 26 and sent to the non-inverting input terminal of the comparator 13 as a waveform shown in FIG. Therefore, the reference amplitude applied to the non-inverting input terminal of the comparator 13 is not fixed to Er as in the related art, but changes with time.
【００１４】一方、超音波受信素子３が受信した超音波
は、帯域濾波回路１１及び増幅回路１２を経由してコン
パレータ１３の反転入力端子に送り込まれる。そして、
コンパレータ１３は、図２（Ｅ）に示したように、反転
入力端子の入力波形の振幅が非反転入力端子の直接波の
振幅を越えたときにロウレベルの信号を出力する。この
ため、図２（Ｃ）に示したように、直接波と反射波が重
なりあって受信された場合でも、直接波自体はコンパレ
ータ１２の非反転入力端子に与えられるメモリ２２の出
力によって相殺されてしまい、直接波に重畳して受信さ
れた反射波や或は直接波から遅れて受信される反射波だ
けが、コンパレータ１２における振幅比較により選別さ
れる。従って、超音波送信素子２と超音波受信素子３の
間の間隔と同程度のごく短い距離にある物体を計測する
場合でも、直接波による影響を考えずに済み、メモリ２
２が記憶する直接波の波形を受信波形が凌駕した時点
で、図２（Ｅ）に示したように、コンパレータ１２がロ
ウレベル信号を出力し、ＲＳフリップフロップ回路７を
リセットする。その結果、ＲＳフリップフロップ回路７
のロウレベルのＱ出力によりアンドゲート回路２３がゲ
ートを閉じ、カウンタ１０に対するクロック供給は停止
する。On the other hand, the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiving element 3 is sent to the inverting input terminal of the comparator 13 via the band pass filter 11 and the amplifier 12. And
The comparator 13 outputs a low-level signal when the amplitude of the input waveform at the inverting input terminal exceeds the amplitude of the direct wave at the non-inverting input terminal, as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 2C, even when the direct wave and the reflected wave overlap and are received, the direct wave itself is canceled by the output of the memory 22 provided to the non-inverting input terminal of the comparator 12. As a result, only the reflected wave superimposed on the direct wave or the reflected wave delayed from the direct wave is selected by the amplitude comparison in the comparator 12. Therefore, even when measuring an object at a very short distance equivalent to the distance between the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3, the influence of the direct wave is not considered, and the memory 2 is used.
When the received waveform exceeds the waveform of the direct wave stored in 2, the comparator 12 outputs a low-level signal and resets the RS flip-flop circuit 7, as shown in FIG. As a result, the RS flip-flop circuit 7
Then, the AND gate circuit 23 closes the gate by the low-level Q output, and the clock supply to the counter 10 stops.
【００１５】ＣＰＵ６は、ＲＳフリップフロップ回路７
のＱ出力がハイレベルをとる期間中、カウンタ１０の計
数出力を監視しており、カウンタ１０の計数出力にクロ
ック周期を乗じて得られる時間、すなわち超音波が超音
波送信素子２と超音波受信素子３の間を往復するのに要
した時間に、超音波の速度を乗算して得られる値を１／
２倍し、超音波を反射する物体までの距離を割り出すこ
とができる。従って、例えばクロック発生回路９が発生
するクロックの周波数が１７ｋＨｚで、超音波の速度を
３４０ｍ／ｓとした場合、カウンタ１０からＣＰＵ６に
出力された計数値が「１」であれば、物体までの距離は
１ｃｍであると計測される。The CPU 6 includes an RS flip-flop circuit 7
During the period when the Q output of the counter 10 is at the high level, the count output of the counter 10 is monitored, and the time obtained by multiplying the count output of the counter 10 by the clock cycle, that is, the ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receive The value obtained by multiplying the time required to reciprocate between the elements 3 by the speed of the ultrasonic wave is 1 /
By doubling the distance, the distance to the object reflecting the ultrasonic wave can be determined. Therefore, for example, when the frequency of the clock generated by the clock generation circuit 9 is 17 kHz and the speed of the ultrasonic wave is 340 m / s, if the count value output from the counter 10 to the CPU 6 is “1”, the distance to the object is The distance is measured to be 1 cm.
【００１６】このように、超音波センサ２１によれば、
超音波送信素子２から超音波を送信したときに、超音波
受信素子３に直接波として伝搬する既知の超音波の波形
をメモリ２２から読み出し、これと超音波受信素子３が
実際に受信した超音波の受信波形を波形比較することに
より、反射波が確認されるまでの時間から反射波の反射
地点までの距離を計測することができる。また、超音波
送信素子２から超音波を送信した直後に超音波受信素子
３に対して直接波が入来しても、メモリ２２に記憶させ
ておいた直接波の波形をもとに、反射波と直接波の分離
判別が可能であり、従って従来のように直接波による妨
害期間中は受信波形をマスクしてしまうといった消極的
な手法や、或は直接波を避けるために計測精度の低下を
覚悟で超音波送信素子２と超音波受信素子３の間隔を空
けるといった構造上の手直しによらず、超音波送信素子
２と超音波受信素子３を近接配置して計測精度を確保し
た上で、直接波による妨害に関係なく反射波を正確に捕
え、これにより短い距離から長い距離まで超音波の到達
範囲内であらゆる距離を正確に計測することができる。As described above, according to the ultrasonic sensor 21,
When an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmitting element 2, a known ultrasonic waveform that propagates as a direct wave to the ultrasonic receiving element 3 is read out from the memory 22, and the ultrasonic wave actually received by the ultrasonic receiving element 3 is read. By comparing the waveforms of the received sound waves, it is possible to measure the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave. Even if a direct wave enters the ultrasonic receiving element 3 immediately after transmitting the ultrasonic wave from the ultrasonic transmitting element 2, the reflected wave is reflected based on the waveform of the direct wave stored in the memory 22. Waves and direct waves can be separated and discriminated.Therefore, passive techniques such as masking the received waveform during the period of direct wave interference as in the past, or reduced measurement accuracy to avoid direct waves Regardless of the structural modification such as increasing the interval between the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 in preparation for the above, the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 are arranged close to each other to secure the measurement accuracy. Thus, the reflected wave can be accurately captured irrespective of the interference by the direct wave, so that any distance can be accurately measured within the range of the ultrasonic wave from a short distance to a long distance.
【００１７】なお、上記実施例では、メモリ２２に格納
しておいた直接波の受信波形と実際の受信波形とをコン
パレータ１２において振幅比較し、直接波の受信波形を
実際の受信波形が凌駕した時点をもって超音波の受信時
点と判断する構成としたが、コンパレータ１２の代わり
に例えば信号相関検出回路（図示せず）を用い、直接波
の波形と実際の受信波形とが一定の相関をもたないこと
を確認した時点をもって直接波の受信時点と判断するこ
とも可能である。また、実施例に示した超音波センサ２
１を、例えば自ら進路を判断して部屋を清掃する自動掃
除ロボット等に適用し、走行路の確認手段とすることも
できる。こうした自動掃除ロボットは、部屋の壁からの
距離を一定に保ったまま直進走行できるかどうかが、掃
除能力を左右する。特に、実際の清掃では壁からの距離
が２ｃｍといった超近距離の距離計測が要求され、それ
だけ直接波による妨害対策が重要になる。従って、直接
波の妨害を排除した超音波センサ２１は、まさしくこの
種の用途に適しており、超音波センサ２１を例えばロボ
ット本体の側面から内側に引っ込ませた状態で組み付
け、壁面からできるだけ離すことで、１ｃｍ内外の距離
を十分な精度をもって計測することもできる。In the above-described embodiment, the amplitude of the received waveform of the direct wave stored in the memory 22 and the actual received waveform are compared by the comparator 12, and the received waveform of the direct wave exceeds the actual received waveform. Although the configuration is such that the time point is determined as the ultrasonic reception time point, for example, a signal correlation detection circuit (not shown) is used instead of the comparator 12, and the waveform of the direct wave and the actual reception waveform have a certain correlation. It is also possible to determine the point in time when it is confirmed that there is no direct wave as the point in time of receiving the direct wave. Further, the ultrasonic sensor 2 shown in the embodiment
1 may be applied to, for example, an automatic cleaning robot or the like that determines a course by itself and cleans a room, and may be used as a traveling path confirmation unit. The ability of such an automatic cleaning robot to travel straight while keeping the distance from the wall of the room constant determines the cleaning ability. Particularly, in actual cleaning, a very short distance measurement such as a distance of 2 cm from the wall is required, and accordingly, countermeasures against disturbance by direct waves are important. Therefore, the ultrasonic sensor 21 which eliminates the interference of the direct wave is suitable for this type of application. Thus, it is possible to measure the distance inside and outside 1 cm with sufficient accuracy.
【００１８】[0018]
【考案の効果】以上説明したように、この考案は、超音
波送信素子から超音波を送信したときに、超音波受信素
子に直接波として伝搬する既知の超音波の波形をメモリ
から読み出し、これと超音波受信素子が実際に受信した
超音波の受信波形を波形比較することにより、反射波が
確認されるまでの時間から反射波の反射地点までの距離
を計測することができ、超音波送信素子から超音波を送
信した直後に超音波受信素子に対して直接波が入来して
も、メモリに記憶させておいた直接波の波形をもとに、
反射波と直接波の分離判別が可能であり、従って従来の
ように直接波による妨害期間中は受信波形をマスクして
しまうといった消極的な手法や、或は直接波を避けるた
めに計測精度の低下を覚悟で超音波送信素子と超音波受
信素子の間隔を空けるといった構造上の手直しによら
ず、超音波送信素子と超音波受信素子を近接配置して計
測精度を確保した上で、直接波の妨害に関係なく反射波
を正確に捕え、これにより短い距離から長い距離まで超
音波の到達範囲内のあらゆる距離を正確に計測すること
ができる等の優れた効果を奏する。As described above, according to the present invention, when an ultrasonic wave is transmitted from an ultrasonic transmitting element, a known ultrasonic waveform that propagates as a direct wave to the ultrasonic receiving element is read from a memory, and By comparing the waveforms of the ultrasonic waves actually received by the ultrasonic receiving element and the ultrasonic receiving element, it is possible to measure the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave, and transmit the ultrasonic wave. Even if a direct wave arrives at the ultrasonic receiving element immediately after transmitting the ultrasonic wave from the element, based on the waveform of the direct wave stored in the memory,
It is possible to separate and distinguish the reflected wave and the direct wave.Therefore, as in the past, the reception waveform is masked during the period of interference by the direct wave, or the measurement accuracy is reduced to avoid the direct wave. Regardless of the structural modification such as increasing the interval between the ultrasonic transmitting element and the ultrasonic receiving element in preparation for the decrease, the ultrasonic wave transmitting element and the ultrasonic receiving element are placed close to each other to ensure the measurement accuracy, and the direct wave This makes it possible to accurately capture reflected waves irrespective of disturbances, thereby achieving an excellent effect such as being able to accurately measure any distance within a range where ultrasonic waves reach from a short distance to a long distance.
【図１】この考案の超音波センサの一実施例を示す回路
構成図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the ultrasonic sensor of the present invention.
【図２】図１に示した回路各部の信号波形図である。FIG. 2 is a signal waveform diagram of each section of the circuit shown in FIG.
【図３】従来の超音波センサの一例を示す回路構成図で
ある。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional ultrasonic sensor.
【図４】図３に示した回路各部の信号波形図である。4 is a signal waveform diagram of each section of the circuit shown in FIG.
２ 超音波送信素子 ３ 超音波受信素子 ６ 演算手段（ＣＰＵ） ７ 演算手段（ＲＳフリップフロップ回路） ９ 演算手段（クロック発生回路） １０ 演算手段（カウンタ） １３ 演算手段（コンパレータ） ２１ 超音波センサ ２２ メモリ ２３ 演算手段（アンドゲート回路） Reference Signs List 2 ultrasonic transmitting element 3 ultrasonic receiving element 6 calculating means (CPU) 7 calculating means (RS flip-flop circuit) 9 calculating means (clock generating circuit) 10 calculating means (counter) 13 calculating means (comparator) 21 ultrasonic sensor 22 Memory 23 arithmetic means (AND gate circuit)
Claims (1)
記超音波の直接波と反射波を受信する超音波受信素子
と、前記直接波の波形を記憶させたメモリと、 前記超音波送信素子が前記超音波を送信したときに、前
記メモリから直接波の波形を読み出し、前記超音波受信
素子の受信波形と波形比較し、反射波が確認されるまで
の時間から反射波の反射地点までの距離を計測する演算
手段を具備することを特徴とする超音波センサ。An ultrasonic transmitting element for transmitting an ultrasonic wave; an ultrasonic receiving element for receiving a direct wave and a reflected wave of the ultrasonic wave; a memory storing a waveform of the direct wave; When the element transmits the ultrasonic wave, it reads the waveform of the direct wave from the memory, compares the waveform with the received waveform of the ultrasonic receiving element, and from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave An ultrasonic sensor comprising a calculating means for measuring a distance of the ultrasonic wave.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7100791U JP2545029Y2 (en) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | Ultrasonic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7100791U JP2545029Y2 (en) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | Ultrasonic sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0514962U JPH0514962U (en) | 1993-02-26 |
| JP2545029Y2 true JP2545029Y2 (en) | 1997-08-25 |
Family
ID=13448018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7100791U Expired - Lifetime JP2545029Y2 (en) | 1991-08-10 | 1991-08-10 | Ultrasonic sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2545029Y2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013088951A1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | 株式会社村田製作所 | Position measurement device |
| KR101992832B1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-06-26 | 고려대학교 산학협력단 | Device and method for detecting a signal injection attack on an ultrasonic sensor |
-
1991
- 1991-08-10 JP JP7100791U patent/JP2545029Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0514962U (en) | 1993-02-26 |
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