JP2774186B2 - 超音波センサ - Google Patents

超音波センサ

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JP2774186B2 JP19817490A JP19817490A JP2774186B2 JP 2774186 B2 JP2774186 B2 JP 2774186B2 JP 19817490 A JP19817490 A JP 19817490A JP 19817490 A JP19817490 A JP 19817490A JP 2774186 B2 JP2774186 B2 JP 2774186B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超音波を監視空間に発射し、監視空間内の
物体からの反射波を検出することにより、監視空間内の
物体の移動あるいは存在を検知する超音波センサに関す
るものである。
[従来の技術] この種の超音波センサは、超音波振動子を使用して所
定周波数の超音波を監視領域に送波し、物体からの反射
波を超音波振動子によって受波することにより、物体の
移動あるいは存在を検知するものである。ここで、物体
の移動を検知するには、反射波に含まれるドップラー信
号に基づいて侵入物体の移動を検知するものであり、ま
た、物体の存在を検知するには、送波器からパルス列の
超音波を送波して受波器により物体からの反射波を受波
することにより監視空間内の物体の存在を検知するもの
である。
第8図は移動検知のための超音波センサの構成を示し
ている。この従来例では、発振器1から発振された発振
信号は送波回路2を経て超音波送波器3より監視領域に
送波される。移動物体により反射された超音波は超音波
受波器4によって受波され、この受波信号は増幅回路6
により増幅される。この信号はミキサー7により送波信
号とミキシングされ、反射波に含まれる周波数偏移を示
すドップラー信号は、検波回路8により検波された後、
増幅回路9により増幅され、検知回路15に入力される。
検知回路15はドップラー信号を検知したときに、移動検
知信号を出力するものである。
第9図は存在検知のための超音波センサの構成を示し
ている。この従来例では、発振器1から発振された信号
を送波回路2でトーンバースト波に変換する。送波回路
2により作成されたトーンバースト波は、超音波送波器
3からパルス列として送波され、監視領域内の物体で反
射されて超音波受波器4に受波される。この受波信号は
増幅回路11により増幅され、検波回路14により検波され
る。そして、検知回路16ではトーンバースト波の送波後
の一定時間以内に受波信号が検知されれば、存在検知信
号を出力するものである。
[発明が解決しようとする課題] 第8図に示す移動検知方式では、移動物体からの反射
波を受波して、この反射波に含まれる周波数偏移を示す
ドップラー信号に基づいて侵入物体の移動を検知するも
のであるから、超音波センサに対して接近又は離反する
移動物体に対しては検知動作を行うが、侵入物体が静止
している場合には、たとえ監視領域内であっても検知動
作を行わないという問題点があった。また、第9図に示
す存在検知方式では、静止物体を検知しているため、監
視領域を実用上十分な程度に大きくすることができない
という問題点があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、移動検知方式と存在検知方式
の両方式を併用して、物体の侵入、存在、退出を確実に
検知可能とした超音波センサを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第
1図に示すように、発振器1から出力される送波信号に
より駆動されて監視空間に超音波を送波する送波器3
と、前記監視空間内に存在する物体からの反射波を受波
する受波器4とを備える超音波センサにおいて、前記物
体が移動したときにドップラー効果によって受波信号に
生じる周波数偏移成分を検出して侵入物体の移動を検知
する第1の検知方式と、送波器3からパルス列の超音波
を送波して受波器4により物体からの反射波を受波する
ことにより監視空間内の物体の存在を検知する第2の検
知方式とを一定時間毎に交互に切り換える手段を備え、
第1の検知方式の検知信号が得られる前の第2の検知方
式の検知信号を時系列的に記憶する第1の記憶回路17
と、第1の検知方式の検知信号が得られた後の第2の検
知方式の検知信号を時系列的に記憶する第2の記憶回路
18と、第1及び第2の記憶回路17,18の記憶内容を比較
する比較回路19と、比較回路19の比較結果が一致しない
ときに侵入物体が存在すると判断する検知判断回路12と
を備えることを特徴とするものである。
ここで、前記検知判断回路12は、侵入物体が存在する
と判断した後、第1の検知方式の検知信号が得られた場
合において、当該第1の検知方式の検知信号が得られた
後の第2の検知方式の検知信号を時系列的に記憶する前
記第2の記憶回路18の記憶内容と第1の検知方式の検知
信号が最初に得られるよりも前の第2の検知方式の検知
信号を時系列的に記憶している前記第1の記憶回路17の
記憶内容を前記比較回路19により比較した比較結果が一
致するときには、侵入物体が退出したと判断する回路と
することが好ましい。
なお、特許請求の範囲の記載において、「物体」とは
車両や荷物の他、人体等であっても構わない。
[作用] 本発明の超音波センサでは、ドップラー効果を利用し
た移動検知方式と、超音波パルス列の反射の有無検知を
利用した存在検知方式とを交互に切り換えると共に、移
動検知方式により物体の移動が検知される前後に、存在
検知方式による物体からの反射パターンを時系列的にそ
れぞれ記憶し、両反射パターンを比較するようにしたの
で、移動検知後の反射パターンが移動検知前の反射パタ
ーンと一致しないときには物体が監視領域に侵入し且つ
存在していると判定することができる。また、物体が存
在する状態において、移動検知方式により物体の移動が
検知された後、存在検知方式による反射パターンが侵入
前の反射パターンと一致するようになったときには、物
体が存在しなくなったと判定することができる。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例のブロック図である。ま
ず、移動検知方式のための構成について説明する。発振
器1により発振された送波信号は、送波回路2を経て超
音波送波器3より監視空間に送波される。移動物体によ
り反射された超音波は、超音波受波器4によって受波さ
れ、この受波信号は送波別切換回路5を経て増幅回路6
により増幅される。この信号はミキサー7により送波信
号とミキシングされ、反射波に含まれる周波数偏移を示
すドップラー信号は、検波回路8により検波された後、
増幅回路9により増幅され、検知判断回路12に入力され
る。検知判断回路12は、ドップラー信号を検知したとき
に、検知信号を出力するものである。
次に、タイマー回路10により予め定められた時間毎に
以下に示す存在検知方式に切り換える。タイマー回路10
は移動検知方式による動作時間が予め定められた時間に
達すると、存在検知方式に変更するべく、送波方式決定
回路13に信号を送る。送波方式決定回路13は、発振器1
から発振された信号を送波回路2でトーンバースト波に
変更する命令信号を送ると共に、送波別切換回路5に送
波切換が行われたことを示す信号を送る。送波回路2に
より作成されたトーンバースト波は超音波送波器3から
パルス列として送波され、監視領域内の物体により反射
されて超音波受波器4に受波される。この受波信号は送
波別切換回路5を経て増幅回路11により増幅され、検波
回路14により検波される。このとき得られた検波波形の
反射パターンを時系列で記憶回路17あるいは18に記憶さ
せる。そして、記憶回路17,18に記憶された反射パター
ンを比較回路19により時系列的に比較する。その比較結
果信号は検知判断回路12に入力され、比較結果の一致/
不一致に応じて、検知信号が出力される。
動作例1 次に、本実施例の動作を第2図〜第4図により説明す
る。第2図(a)に示すように、トイレ等の個室WC内の
存在センサとして上記の超音波センサSを使用する場合
には、まず、存在検知方式により室内に既に存在する背
景物体(例えば便器BやフロアF)からの反射波の検知
信号(第2図(b)参照)を記憶回路17に時系列的に記
憶させる。この反射パターンには、便器Bからの反射波
RBやフロアFからの反射波RFが含まれている。このとき
の室内への侵入を示す移動検知方式の検知信号(第2図
(c)参照)は無信号状態となる。
次に、第3図(a)に示すように、室内に人体M等が
侵入した場合、まず、移動検知方式の検知信号が第3図
(c)に示すように検出される。この移動検知信号が得
られると、それ以前の存在検知信号(第2図(b)また
は第3図(b)参照)を記憶回路17に固定し、記憶回路
17の記憶内容は更新しない。
その後、第4図(a)に示すように、室内に人体M等
が在室している場合には、存在検知方式により得られた
存在検知信号(第4図(b)参照)が記憶回路18に記憶
される。このときの反射パターンには、便器Bからの反
射波RBやフロアFからの反射波RFのほかに、人体Mから
の反射波RMが含まれている。したがって、記憶回路17に
記憶された反射パターンと記憶回路18に記憶された反射
パターンとを比較回路19により比較照合することによ
り、人体Mからの反射波RMの有無を検出することができ
る。つまり、記憶回路18に記憶された現在の反射パター
ンから記憶回路17に記憶された背景物体の背景パターン
を差し引けば、侵入物体の有無を判定できる。このと
き、移動検知信号は第3図(c)に示す大振幅状態から
第4図(c)に示す小振幅状態に変化しているが、本実
施例では、比較回路19により背景物体以外からの反射波
RMが検知されている間は、室内に人体Mのような侵入物
体が存在すると判定することができる。
以上の動作例1は、侵入検知後の存在検知動作である
が、以下に示す動作例2では、存在検知後の退出検知動
作を説明する。
動作例2 まず、第5図(a)に示すように、室内に既に存在す
る背景物体(便器BやフロアF)について、その反射パ
ターンを存在検知方式の検知信号(第5図(b)参照)
として検出し、記憶回路17に記憶させる。その記憶内容
は一定時間毎に更新する。なお、このときの室内への侵
入を示す移動検知方式の検知信号(第5図(c)参照)
は無信号状態となっている。
次に、第6図(a)に示すように、室内に人体M等が
侵入した場合に、移動検知方式の検知信号(第6図
(c)参照)が得られると、それ以前に存在検知方式に
より得られた反射パターン(第5図(a)参照)を更新
せず記憶回路17に固定しておく。このとき、存在検知方
式の検知信号(第6図(b)参照)は別の記憶回路18に
記憶されて、比較回路19により記憶回路17,18の差分を
求めることにより、人体Mからの反射波RMが検知される
ものである。これは、上述の第4図で説明した状態に対
応している。
次に、第7図(a)に示すように、人体M等が室外に
退出すると、再度、移動検知方式による検知信号(第7
図(c)参照)が大振幅信号として検出される。また、
存在検知方式の検知信号(第7図(b)参照)は、背景
物体(便器BやフロアF)からの反射波RB,RFのみを含
み、侵入物体(人体M)からの反射波RMは含まない。そ
こで、記憶回路18に記憶された現在の反射パターン(第
7図(b)参照)と記憶回路17に記憶された侵入前の反
射パターン(第5図(b)参照)とを比較し、その差分
成分がゼロであれば、つまり、侵入前の反射パターンと
現在の反射パターンとが一致すれば、室内に侵入物体が
存在しない、すなわち退出したと判断し、その検知信号
を出力するものである。
なお、超音波送波器と超音波受波器とは1つの超音波
振動子で兼用しても構わない。
[発明の効果] 請求項1記載の超音波センサにあっては、移動検知信
号が得られる以前の存在検知信号を記憶し、移動検知信
号が得られた後の存在検知信号と比較して、両者が一致
しない場合には、移動物体が存在すると判断するように
したので、監視空間への物体の侵入検知後の存在検知を
確実に行うことができるという効果がある。
請求項2記載の超音波センサにあっては、移動検知信
号が得られる以前の存在検知信号を記憶し、移動検知信
号が得られた後の存在検知信号と比較して、両者が一致
する場合には、移動物体が存在しないと判断するように
したので、監視空間内への物体の侵入検知後の退出検知
を確実に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図乃至第
7図は同上の動作説明図、第8図は従来例のブロック
図、第9図は他の従来例のブロック図である。 1は発振器、2は送波回路、3は超音波送波器、4は超
音波受波器、5は送波別切換回路、6は増幅回路、7は
ミキサー、8は検波回路、9は増幅回路、10はタイマー
回路、11は増幅回路、12は検知判断回路、13は送波方式
決定回路、14は検波回路、17,18は記憶回路、19は比較
回路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 15/04 G01S 15/10 G01S 15/52 G01S 7/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振器から出力される送波信号により駆動
    されて監視空間に超音波を送波する送波器と、前記監視
    空間内に存在する物体からの反射波を受波する受波器と
    を備える超音波センサにおいて、前記物体が移動したと
    きにドップラー効果によって受波信号に生じる周波数偏
    移成分を検出して侵入物体の移動を検知する第1の検知
    方式と、送波器からパルス列の超音波を送波して受波器
    により物体からの反射波を受波することにより監視空間
    内の物体の存在を検知する第2の検知方式とを一定時間
    毎に交互に切り換える手段を備え、第1の検知方式の検
    知信号が得られる前の第2の検知方式の検知信号を時系
    列的に記憶する第1の記憶回路と、第1の検知方式の検
    知信号が得られた後の第2の検知方式の検知信号を時系
    列的に記憶する第2の記憶回路と、第1及び第2の記憶
    回路の記憶内容を比較する比較回路と、比較回路の比較
    結果が一致しないときに侵入物体が存在すると判断する
    検知判断回路とを備えることを特徴とする超音波セン
    サ。
  2. 【請求項2】発振器から出力される送波信号により駆動
    されて監視空間に超音波を送波する送波器と、前記監視
    空間内に存在する物体からの反射波を受波する受波器と
    を備える超音波センサにおいて、前記物体が移動したと
    きにドップラー効果によって受波信号に生じる周波数偏
    移成分を検出して侵入物体の移動を検知する第1の検知
    方式と、送波器からパルス列の超音波を送波して受波器
    により物体からの反射波を受波することにより監視空間
    内の物体の存在を検知する第2の検知方式とを一定時間
    毎に交互に切り換える手段を備え、第1の検知方式の検
    知信号が最初に得られるよりも前の第2の検知方式の検
    知信号を時系列的に記憶する第1の記憶回路と、第1の
    検知方式の検知信号が得られた後の第2の検知方式の検
    知信号を時系列的に記憶する第2の記憶回路と、第1及
    び第2の記憶回路の記憶内容を比較する比較回路と、比
    較回路の比較結果が一致しないときに侵入物体が存在す
    ると判断すると共に、侵入物体が存在すると判断した
    後、第1の検知方式の検知信号が得られた場合におい
    て、当該第1の検知方式の検知信号が得られた後の第2
    の検知方式の検知信号を時系列的に記憶する前記第2の
    記憶回路の記憶内容と第1の検知方式の検知信号が最初
    に得られるよりも前の第2の検知方式の検知信号を時系
    列的に記憶している前記第1の記憶回路の記憶内容を前
    記比較回路により比較した比較結果が一致するときに
    は、侵入物体が退出したと判断する検知判断回路とを備
    えることを特徴とする超音波センサ。
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JP5668806B2 (ja) * 2013-07-22 2015-02-12 沖電気工業株式会社 データ処理装置、動作認識システム、動作判別方法、及びプログラム

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