JP2760079B2 - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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- JP2760079B2 JP2760079B2 JP1226600A JP22660089A JP2760079B2 JP 2760079 B2 JP2760079 B2 JP 2760079B2 JP 1226600 A JP1226600 A JP 1226600A JP 22660089 A JP22660089 A JP 22660089A JP 2760079 B2 JP2760079 B2 JP 2760079B2
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、周波数変調を施した超音波を送受して対
象物までの距離などを測定する超音波センサに関連し、
事にこの発明は、送波子と受波子とを独立して設けた構
造の超音波センサに関する。
象物までの距離などを測定する超音波センサに関連し、
事にこの発明は、送波子と受波子とを独立して設けた構
造の超音波センサに関する。
<従来の技術> 超音波センサは、超音波を用いて物体までの距離や物
体の有無などを検出するもので、この種センサとして、
先般、FM−CW法によるものが提案された。
体の有無などを検出するもので、この種センサとして、
先般、FM−CW法によるものが提案された。
このFM−CW法による超音波センサは、周波数が連続的
に変化する超音波の送波信号を生成して対象物へ送波す
ると共に、対象物で反射した超音波を受波して、送波信
号と受波信号との周波数差で定義されるビート周波数fc
を求めて、対象物までの距離などを検出するものであ
る。
に変化する超音波の送波信号を生成して対象物へ送波す
ると共に、対象物で反射した超音波を受波して、送波信
号と受波信号との周波数差で定義されるビート周波数fc
を求めて、対象物までの距離などを検出するものであ
る。
このビート周波数fcは、超音波の伝播距離を2R、周波
数変調の繰返し周波数をfm、超音波の伝播速度をv、周
波数変調の周波数変位幅をΔfとすると、つぎの式で
与えられる。
数変調の繰返し周波数をfm、超音波の伝播速度をv、周
波数変調の周波数変位幅をΔfとすると、つぎの式で
与えられる。
fc=(4RfmΔf)/v ‥‥ ここでfm,Δf,vは既知であるから、ビート周波数fcを
測定することにより、超音波の伝播距離2Rが計算でき、
従って対象物までの距離を検出できる。
測定することにより、超音波の伝播距離2Rが計算でき、
従って対象物までの距離を検出できる。
第3図はこのFM−CW法による従来の超音波センサの具
体例を示し、また第4図および第5図はこの従来例のタ
イムチャートである。なおこのタイムチャートでは横軸
の時間tに対して縦軸には電圧Vまたは周波数Fがとっ
てある。
体例を示し、また第4図および第5図はこの従来例のタ
イムチャートである。なおこのタイムチャートでは横軸
の時間tに対して縦軸には電圧Vまたは周波数Fがとっ
てある。
図示例の超音波センサは、超音波を対象物1へ送波す
るための送波子2と、対象物1での反射波を受波するた
めの受波子3とを備え、これら送波子2および受波子3
を、第6図に示すように、ホルダ4上に独立させかつ内
方へ傾けて配備してある。送波子2および受波子3は超
音波振動子であってそれぞれ指向角α,βを有し、図
中、菱形で示す領域Sが検出可能領域となっている。
るための送波子2と、対象物1での反射波を受波するた
めの受波子3とを備え、これら送波子2および受波子3
を、第6図に示すように、ホルダ4上に独立させかつ内
方へ傾けて配備してある。送波子2および受波子3は超
音波振動子であってそれぞれ指向角α,βを有し、図
中、菱形で示す領域Sが検出可能領域となっている。
第3図に戻って、送波子2には信号生成部5が接続さ
れて駆動され、また受波子3には検出回路部6を接続し
て受波信号bが取り込まれる。
れて駆動され、また受波子3には検出回路部6を接続し
て受波信号bが取り込まれる。
信号生成部5は、周波数変調を施した超音波の連続波
を生成する部分であり、基準クロック生成回路7,変換回
路8,駆動回路9などを含んでいる。
を生成する部分であり、基準クロック生成回路7,変換回
路8,駆動回路9などを含んでいる。
基準クロック生成回路7は水晶振動子のような発振源
を含み、その発振出力を適当に分周してクロック信号CK
や後記するゲート信号gを生成する。変換回路8はクロ
ックCKを入力して三角波電圧信号に変換するミラー集積
器や、三角波電圧信号を周波数に変換するV/F変換回路
を含むもので、その出力として振幅が一定でありかつ周
波数が連続的に変化する超音波波信号a(第4図(1)
中、実線で示す)を得る。駆動回路9はこの送波信号a
による送波子2を一定周期で駆動するもので、送波子2
が発する超音波は対象物1で反射して受波子3で受波さ
れる。
を含み、その発振出力を適当に分周してクロック信号CK
や後記するゲート信号gを生成する。変換回路8はクロ
ックCKを入力して三角波電圧信号に変換するミラー集積
器や、三角波電圧信号を周波数に変換するV/F変換回路
を含むもので、その出力として振幅が一定でありかつ周
波数が連続的に変化する超音波波信号a(第4図(1)
中、実線で示す)を得る。駆動回路9はこの送波信号a
による送波子2を一定周期で駆動するもので、送波子2
が発する超音波は対象物1で反射して受波子3で受波さ
れる。
この場合に超音波の空気中での伝播速度をvとし、送
波子2から対象物1を経て受波子3へ至る径路の距離を
2Rとすると、その伝播時間ΔTはつぎの式で与えられ
る。
波子2から対象物1を経て受波子3へ至る径路の距離を
2Rとすると、その伝播時間ΔTはつぎの式で与えられ
る。
ΔT=2R/v ‥‥ 従って送波信号aに対して受波信号b(第4図(1)
中、破線で示す)は伝播時間ΔTだけ遅延することにな
る。なお、第4図(2)は送波信号aの拡大図、また第
4図(3)は受波信号bの信号波形図であって、この受
波信号bには後記するクロストーク成分dがのってい
る。
中、破線で示す)は伝播時間ΔTだけ遅延することにな
る。なお、第4図(2)は送波信号aの拡大図、また第
4図(3)は受波信号bの信号波形図であって、この受
波信号bには後記するクロストーク成分dがのってい
る。
つぎに検出回路部6は、送波子2より送出される送波
信号aと受波子3で受波される受波信号bとの周波数差
に基づき対象物1までの距離を検出するためのもので、
前記基準クロック生成回路7に加えて、増幅回路10,周
波数差検出回路11,ローパスフィルタ12,カウンタ13,D/A
変換器14,増幅器15により構成されている。
信号aと受波子3で受波される受波信号bとの周波数差
に基づき対象物1までの距離を検出するためのもので、
前記基準クロック生成回路7に加えて、増幅回路10,周
波数差検出回路11,ローパスフィルタ12,カウンタ13,D/A
変換器14,増幅器15により構成されている。
前記周波数差検出回路11として例えば乗算器が用いら
れ、送波信号aと受波信号bとを入力して乗算すること
により、両信号a,bの周波数fa,fbの差の信号と和の信号
とを得る。ローパスフィルタ12は差の周波数成分のみを
距離情報として通過させてビート周波数信号c(第5図
(1)に示す)を得る。なおこのビート周波数信号cの
周波数(ビート周波数fc)はつぎの式で与えられる。
れ、送波信号aと受波信号bとを入力して乗算すること
により、両信号a,bの周波数fa,fbの差の信号と和の信号
とを得る。ローパスフィルタ12は差の周波数成分のみを
距離情報として通過させてビート周波数信号c(第5図
(1)に示す)を得る。なおこのビート周波数信号cの
周波数(ビート周波数fc)はつぎの式で与えられる。
fc=|fa−fb| ‥‥ カウンタ13はビート周波数信号cの繰り返し回数を一
定時間Tだけ計数するためのもので、基準クロック発生
回路7からカウンタ13へ計数時間を規定するためのゲー
ト信号g(第5図(2)に示す)が与えられる。D/A変
換器14はカウンタ13による計数データをアナログ量に変
換するもので、このアナログ信号が増幅器15を経て出力
として取り出される。
定時間Tだけ計数するためのもので、基準クロック発生
回路7からカウンタ13へ計数時間を規定するためのゲー
ト信号g(第5図(2)に示す)が与えられる。D/A変
換器14はカウンタ13による計数データをアナログ量に変
換するもので、このアナログ信号が増幅器15を経て出力
として取り出される。
<発明が解決しようとする問題点> 上記構成の超音波センサにおいて、送波子2が送波信
号により駆動されると、この送信動作における送波子2
の機械的振動がホルダ4を介して受波子3へ伝達され
る。この送波子2とホルダ4との共振である機械的振動
(これを「クロストーク」という)は、第4図(3)お
よび第5図(1)に示すように、クロストーク成分dと
して受波信号bやビート周波数信号cに混在する。この
クロストーク成分dは機械的振動に起因するため、周波
数が低く一定周波数の定在波とはならず、ビート周波数
信号cに含まれた形態でローパスフィルタ12を通過して
カウンタ13に入力される。
号により駆動されると、この送信動作における送波子2
の機械的振動がホルダ4を介して受波子3へ伝達され
る。この送波子2とホルダ4との共振である機械的振動
(これを「クロストーク」という)は、第4図(3)お
よび第5図(1)に示すように、クロストーク成分dと
して受波信号bやビート周波数信号cに混在する。この
クロストーク成分dは機械的振動に起因するため、周波
数が低く一定周波数の定在波とはならず、ビート周波数
信号cに含まれた形態でローパスフィルタ12を通過して
カウンタ13に入力される。
このクロストーク成分dのため、ビート周波数信号c
の振幅が部分的に小さくなり、その波高値がカウンタ13
のスレショルドレベルTHを下回るという事態が発生す
る。このためカウンタ13による計数ミスが発生し、正確
な距離測定が困難となる。
の振幅が部分的に小さくなり、その波高値がカウンタ13
のスレショルドレベルTHを下回るという事態が発生す
る。このためカウンタ13による計数ミスが発生し、正確
な距離測定が困難となる。
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、前
記の機械的振動に起因する信号成分を除去することによ
り、正確な距離測定が可能な超音波センサを提供するこ
とを目的とする。
記の機械的振動に起因する信号成分を除去することによ
り、正確な距離測定が可能な超音波センサを提供するこ
とを目的とする。
<問題点を解決するための手段> この発明にかかる超音波センサは、受波信号と送波信
号との周波数差に基づき対象物までの距離などを検出す
るための検出回路部に、受波信号に混在する送波子の機
械的振動に起因する信号成分を除去する第1のフィルタ
回路と、送波信号と受波信号との周波数差の成分のみを
通過させる第2のフィルタ回路とを具備させたものであ
る。
号との周波数差に基づき対象物までの距離などを検出す
るための検出回路部に、受波信号に混在する送波子の機
械的振動に起因する信号成分を除去する第1のフィルタ
回路と、送波信号と受波信号との周波数差の成分のみを
通過させる第2のフィルタ回路とを具備させたものであ
る。
<作用> 送波子の機械的振動に起因する信号成分が受波信号に
混在しても、検出回路部中の第1のフィルタにより、前
記機械的振動に起因する信号成分が除去されるととも
に、第2のフィルタ回路により送波信号と受波信号との
周波数差の成分のみが取り出されるので、正確な距離測
定が可能である。
混在しても、検出回路部中の第1のフィルタにより、前
記機械的振動に起因する信号成分が除去されるととも
に、第2のフィルタ回路により送波信号と受波信号との
周波数差の成分のみが取り出されるので、正確な距離測
定が可能である。
<実施例> 第1図は、この発明の一実施例にかかる超音波センサ
の全体構成を示すもので、送波子2,受波子3,信号生成部
5,検出回路部6より構成されている。
の全体構成を示すもので、送波子2,受波子3,信号生成部
5,検出回路部6より構成されている。
送波子2および受波子3の構成や配置は、第6図に示
した従来例と同様であり、また信号生成部5の回路構成
も、第3図に示した従来例と同様であって、ここでは対
応する構成に同一の符号を付することでその説明を省略
する。
した従来例と同様であり、また信号生成部5の回路構成
も、第3図に示した従来例と同様であって、ここでは対
応する構成に同一の符号を付することでその説明を省略
する。
また検出回路部6は、第3図に示す従来例と同様の回
路構成を含む他、周波数差検出回路11とローパスフィル
タ12との間にハイパスフィルタ16が設けられている。
路構成を含む他、周波数差検出回路11とローパスフィル
タ12との間にハイパスフィルタ16が設けられている。
このハイパスフィルタ16は、受波信号bに混在した第
4図(3)に示すようなクロストーク成分dを減衰させ
て除去するための回路であって、その結果、第2図
(1)に示すような、クロストーク成分dが除去された
ビート周波数信号cを得ている。
4図(3)に示すようなクロストーク成分dを減衰させ
て除去するための回路であって、その結果、第2図
(1)に示すような、クロストーク成分dが除去された
ビート周波数信号cを得ている。
いま例えばビート周波数fcが、第6図に示す近距離地
点で20kHz、遠距離地点で50kHzとなるような送波信号a
が生成されて超音波が送波子2より送波されると、受波
子3により得られる受波信号bには、送波子2とホルダ
4との間の機械的振動に起因するクロストーク成分dが
混在し、その信号波形は第4図(3)に示すようなもの
となる。
点で20kHz、遠距離地点で50kHzとなるような送波信号a
が生成されて超音波が送波子2より送波されると、受波
子3により得られる受波信号bには、送波子2とホルダ
4との間の機械的振動に起因するクロストーク成分dが
混在し、その信号波形は第4図(3)に示すようなもの
となる。
この受波信号bと送波信号aとが検出回路部6の周波
数差検出回路11へ入力されると、距離情報として必要な
両信号a,bの周波数の差の信号の他に、和の信号とクロ
ストーク成分dが周波数差検出回路11より出力される。
数差検出回路11へ入力されると、距離情報として必要な
両信号a,bの周波数の差の信号の他に、和の信号とクロ
ストーク成分dが周波数差検出回路11より出力される。
そこで距離情報として必要な20kHz〜50kHzの差の信号
のみを通過させるために、カットオフ周波数が50kHzの
ローパスフィルタ12と、カットオフ周波数が20kHzのハ
イパスフィルタ16とを用いて検出回路部6を構成する
と、クロストーク成分dが除かれたビート周波数信号c
(第2図(1)に示す)を得ることができる。
のみを通過させるために、カットオフ周波数が50kHzの
ローパスフィルタ12と、カットオフ周波数が20kHzのハ
イパスフィルタ16とを用いて検出回路部6を構成する
と、クロストーク成分dが除かれたビート周波数信号c
(第2図(1)に示す)を得ることができる。
このビート周波数信号cはその振幅がほぼ一定である
ので、波高値がカウンタ13のスレショルドレベルTHを下
回るという事態が発生しない。従ってこのビート周波数
信号cの繰り返し回数をゲート信号g(第2図(2)に
示す)で規定される計数時間Tにつき計数するとき、従
来例のような計数ミスが発生せず、正確な計数データを
得ることができる。
ので、波高値がカウンタ13のスレショルドレベルTHを下
回るという事態が発生しない。従ってこのビート周波数
信号cの繰り返し回数をゲート信号g(第2図(2)に
示す)で規定される計数時間Tにつき計数するとき、従
来例のような計数ミスが発生せず、正確な計数データを
得ることができる。
また上記のローパスフィルタ12とハイパスフィルタ16
との組み合わせで一種のバンドパスフィルタが構成され
るので、耐電磁ノイズ性に優れた超音波センサを得るこ
とができる。
との組み合わせで一種のバンドパスフィルタが構成され
るので、耐電磁ノイズ性に優れた超音波センサを得るこ
とができる。
<発明の効果> この発明は上記の如く、受波信号と送波信号との周波
数差に基づき対象物までの距離などを検出するための検
出回路部に、受波信号に混在する送波子の機械的振動に
起因する信号成分を除去する第1のフィルタ回路と、送
波信号と受波信号との周波数差の成分のみを通過させる
第2のフィルタ回路とを具備させたから、たとえ受波信
号に送波子の機械的振動に起因する信号成分が混在して
も、その信号成分は検出回路部中で除去されるため、正
確な距離測定が可能である。
数差に基づき対象物までの距離などを検出するための検
出回路部に、受波信号に混在する送波子の機械的振動に
起因する信号成分を除去する第1のフィルタ回路と、送
波信号と受波信号との周波数差の成分のみを通過させる
第2のフィルタ回路とを具備させたから、たとえ受波信
号に送波子の機械的振動に起因する信号成分が混在して
も、その信号成分は検出回路部中で除去されるため、正
確な距離測定が可能である。
第1図はこの発明の一実施例にかかる超音波センサの全
体構成を示すブロック図、第2図はビート周波数信号お
よびゲート信号の波形を示す説明図、第3図は従来の超
音波センサの全体構成を示すブロック図、第4図は第3
図の従来例におけるタイムチャート、第5図は従来例に
おけるビート周波数信号およびゲート信号の波形を示す
説明図、第6図は超音波センサの構成を示す側面図であ
る。 2……送波子、3……受波子 5……信号生成部、6……検出回路部 16……ハイパスフィルタ
体構成を示すブロック図、第2図はビート周波数信号お
よびゲート信号の波形を示す説明図、第3図は従来の超
音波センサの全体構成を示すブロック図、第4図は第3
図の従来例におけるタイムチャート、第5図は従来例に
おけるビート周波数信号およびゲート信号の波形を示す
説明図、第6図は超音波センサの構成を示す側面図であ
る。 2……送波子、3……受波子 5……信号生成部、6……検出回路部 16……ハイパスフィルタ
Claims (1)
- 【請求項1】周波数変調を施した超音波の連続波を生成
する信号生成部と、超音波を対象物に連続的に送波する
送波子と、前記超音波に対する対象物からの反射波を連
続的に受波する受波子と、受波信号と送波信号との周波
数差に基づき対象物までの距離などを検出する検出回路
部とを備えた超音波センサにおいて、 前記検出回路部は、 受波信号に混在する送波子の機械的振動に起因する信号
成分を除去する第1のフィルタ回路と、 送波信号と受波信号との周波数差の成分のみを通過させ
る第2のフィルタ回路とを具備して成る超音波センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226600A JP2760079B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1226600A JP2760079B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超音波センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0389189A JPH0389189A (ja) | 1991-04-15 |
JP2760079B2 true JP2760079B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16847736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1226600A Expired - Fee Related JP2760079B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超音波センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2760079B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113010253A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-22 | 维沃移动通信有限公司 | 显示界面调整方法、电子设备和触控笔 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62229087A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波距離計 |
EP0248530A3 (en) * | 1986-05-09 | 1988-12-07 | Leslie Kay | A method and apparatus for inspection or monitoring of a product |
JPS6413487A (en) * | 1987-07-08 | 1989-01-18 | Omron Tateisi Electronics Co | Ultrasonic detector |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1226600A patent/JP2760079B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0389189A (ja) | 1991-04-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |