JPH04273083A - Temperature compensation circuit of ranging device by acoustic wave - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To generate no errors at the time of analog conversion, in a ranging device which measures a distance by using acoustic wave, by converting the output of a temperature-voltage converter into frequency with a VF converter, and putting the output of a flip flop and the output of the VF converter in an AND gate for temperature compensation in a digital processing process. CONSTITUTION:The output of a temperature-voltage converter 5 is converted into frequency with a VF converter 6, and the output of a flip flop 4 which becomes H when acoustic wave comes out from a transmitter 1 and becomes L when a signal is received by the transmitter 2 the output of the VF converter 6 are put in an AND gate T to count up the output of the AND gate 7 by a counter 8 and compute the output of the counter 8 with a computing device.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】この発明は、音波を利用して距離
を測定する測距装置において、温度変化による誤差を補
正する温度補正回路についてのものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature correction circuit for correcting errors caused by temperature changes in a distance measuring device that uses sound waves to measure distance.

【０００２】0002

【従来の技術】次に、音波による測距装置の構成を図４
により説明する。図４の１Ａは超音波振動子、１は送信
器、１Ｂは測定対象物、２は受信器である。超音波振動
子１Ａの音波は送信器１で放射され、測定対象物１Ｂで
反射され、反射波は受信器２で受信される。図４の送信
器１と受信器２は接近して配置される。[Prior Art] Next, the configuration of a distance measuring device using sound waves is shown in FIG.
This is explained by: 1A in FIG. 4 is an ultrasonic transducer, 1 is a transmitter, 1B is an object to be measured, and 2 is a receiver. The sound waves of the ultrasonic transducer 1A are emitted by the transmitter 1, reflected by the measurement object 1B, and the reflected waves are received by the receiver 2. Transmitter 1 and receiver 2 in FIG. 4 are placed in close proximity.

【０００３】次に、図４の測定系統図を図５により説明
する。図５の３は波形整形器、４はフリップフロップ、
１１は積分器、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は演算器であ
り、その他は図４と同じものである。Next, the measurement system diagram shown in FIG. 4 will be explained with reference to FIG. 5. 3 in FIG. 5 is a waveform shaper, 4 is a flip-flop,
11 is an integrator, 12 is an A/D converter, 13 is an arithmetic unit, and the others are the same as in FIG. 4.

【０００４】次に、図５の作用を図６の波形図を参照し
て説明する。図５アの信号２１は送信器１から放射され
た波形であり、信号２２は受信器２で受信された波形で
ある。図６イは波形整形器３の出力波形である。波形整
形器３は図６アの振幅が０でない間パルスを発生する。 図６ウはフリップフロップ４の出力波形である。フリッ
プフロップ４は図６アの信号２１のパルスが発生すると
「Ｈ」になり、信号２２のパルスが発生すると「Ｌ」に
なる。すなわち、図６ウの波形は送信器１から放射され
た音波が受信器２に戻るまでの時間Ｔｓだけ「Ｈ」にな
る。Next, the operation of FIG. 5 will be explained with reference to the waveform diagram of FIG. A signal 21 in FIG. 5A is a waveform emitted from the transmitter 1, and a signal 22 is a waveform received by the receiver 2. FIG. 6A shows the output waveform of the waveform shaper 3. The waveform shaper 3 generates pulses while the amplitude shown in FIG. 6A is not zero. FIG. 6C shows the output waveform of the flip-flop 4. The flip-flop 4 becomes "H" when the pulse of signal 21 in FIG. 6A occurs, and becomes "L" when the pulse of signal 22 occurs. That is, the waveform in FIG.

【０００５】図６ウの波形は積分器１１で積分される。 積分器１１は、測定の繰り返し周期Ｔに対するＴｓの比
に比例したアナログ電圧を出力する。Ｔを固定とすれば
、積分器１１の出力はＴｓに比例する。積分器１１の出
力はＡ／Ｄ変換器１２でディジタル信号に変換され、演
算器１３で演算される。The waveform shown in FIG. 6C is integrated by an integrator 11. The integrator 11 outputs an analog voltage proportional to the ratio of Ts to the measurement repetition period T. If T is fixed, the output of the integrator 11 is proportional to Ts. The output of the integrator 11 is converted into a digital signal by the A/D converter 12, and is calculated by the calculator 13.

【０００６】音速をＶ、求める距離をＤとおけば、距離
Ｄは次の式（１）　により求められる。 Ｄ＝Ｔｓ・Ｖ／２………………（１）If the speed of sound is V and the distance to be determined is D, then the distance D can be determined by the following equation (1). D=Ts・V/2………………(1)

【０００７】一般に音波は伝達する媒体の温度により、
速度が変わるので、演算で求めた距離Ｄには、温度によ
る補正が必要である。大気中の音速Ｖは式（２）　によ
り表される。音速Ｖの単位はｍ／ｓである。 Ｖ＝３３１．４５＋０．６ｔ………………（２）ここに
、ｔは大気温度と基準温度２５゜Ｃとの差である。 基準温度２５°Ｃの音速をＶｏとすると、式（２）は式
（３）になる。 Ｖ＝Ｖｏ（１＋αｔ）…………（３）[0007] In general, sound waves vary depending on the temperature of the medium through which they are transmitted.
Since the speed changes, the calculated distance D needs to be corrected based on temperature. The speed of sound V in the atmosphere is expressed by equation (2). The unit of sound velocity V is m/s. V=331.45+0.6t (2) Here, t is the difference between the atmospheric temperature and the reference temperature of 25°C. When the sound speed at a reference temperature of 25° C. is Vo, equation (2) becomes equation (3). V=Vo(1+αt)…………(3)

【０００８】温度が上昇すると式（２）または式（３）
からわかるように音速Ｖは速くなる。式（１）を式（４
）のように書き直せば、このときＴｓは逆に遅くなるこ
とがわかる。 このため積分回路１１の出力は下がる。 Ｔｓ＝２・Ｄ／Ｖ………………（４）As the temperature rises, equation (2) or equation (3)
As can be seen, the speed of sound V increases. Expression (1) is converted to expression (4
), it can be seen that Ts becomes slower in this case. Therefore, the output of the integrating circuit 11 decreases. Ts=2・D/V………………(4)

【０００９】次に、図５に補正回路１４を追加した系統
図を図７に示し、補正回路１４の構成図を図８により説
明する。図８の２１〜２６は抵抗、２７はサーミスタ、
３１と３２は演算増幅器である。図８の抵抗２１・２２
、サーミスタ２７の各抵抗値をＲａ、Ｒｂ、Ｒｅとし、
式（５）　のようにおけば、演算増幅器３１の利得は−
Ｋ倍である。 Ｋ＝Ｒｅ／（Ｒａ＋Ｒｂ）………（５）Next, a system diagram obtained by adding the correction circuit 14 to FIG. 5 is shown in FIG. 7, and a block diagram of the correction circuit 14 will be explained with reference to FIG. 8. 8, 21 to 26 are resistors, 27 is a thermistor,
31 and 32 are operational amplifiers. Resistors 21 and 22 in Figure 8
, the resistance values of the thermistor 27 are Ra, Rb, and Re,
If formula (5) is used, the gain of the operational amplifier 31 is -
It is K times. K=Re/(Ra+Rb)……(5)

【００１０】こ
こでＫは基準温度２５°Ｃで１になるように調整される
。演算増幅器３２の利得が１になるように抵抗２４、２
５を選び、抵抗２６を調整すれば補正回路１４全体の利
得がＫ倍になる。サーミスタ２７は温度上昇につれて抵
抗値は小さくなるので、抵抗２２とサーミスタ２７の合
成抵抗値も小さくなる。式（５）　からわかるようにこ
のときＫは大きくなる。使用する温度範囲内でＫの変化
が充分な精度で直線的になるように抵抗２１・２２、サ
ーミスタ２７を選べば、Ｋの温度に対する変化は式（６
）のようになる。 Ｋ＝１＋βｔ…………………（６）[0010] Here, K is adjusted to be 1 at a reference temperature of 25°C. The resistors 24 and 2 are connected so that the gain of the operational amplifier 32 is 1.
5 and adjust the resistor 26, the gain of the entire correction circuit 14 will be multiplied by K times. Since the resistance value of the thermistor 27 decreases as the temperature rises, the combined resistance value of the resistor 22 and thermistor 27 also decreases. As can be seen from equation (5), K becomes large at this time. If the resistors 21 and 22 and thermistor 27 are selected so that the change in K is linear with sufficient accuracy within the temperature range used, the change in K with respect to temperature can be expressed by the formula (6
)become that way. K=1+βt………………(6)

【００１１】したがって、演算増幅器３１の出力をＰと
書けば、式（３）から式（６）を組み合わせると、式（
７）が得られる。Therefore, if the output of the operational amplifier 31 is written as P, then by combining equations (3) to (6), we get equation (
7) is obtained.

【００１２】 Ｐ＝２・Ｄ／Ｖｏ・（１＋βｔ）／（１＋αｔ）………
…（７） 式（７）よりβをαに等しくとれば温度変化に関係なく
Ｐは常に基準温度２５°ＣのＴｓに対応した出力に等し
いことがわかる。P=2・D/Vo・(1+βt)/(1+αt)……
(7) From equation (7), it can be seen that if β is taken equal to α, P is always equal to the output corresponding to Ts at the reference temperature of 25°C, regardless of temperature changes.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】図７の補正回路１４で
は、図６ウの信号を積分器１１によりアナログ電圧に変
換して処理しているので、変換時に誤差が生じる。In the correction circuit 14 shown in FIG. 7, the signal shown in FIG.

【００１４】この発明は、温度電圧変換器の出力をＶＦ
変換器で周波数に変換し、フリップフロップ４の出力と
ＶＦ変換器の出力をＡＮＤゲートに入れ、ディジタル処
理の過程で温度補正を加えることにより、アナログ変換
時の誤差をなくした温度補正回路の提供を目的とする。[0014] This invention converts the output of the temperature-voltage converter into VF.
To provide a temperature correction circuit that eliminates errors during analog conversion by converting the frequency into a frequency using a converter, inputting the output of the flip-flop 4 and the output of the VF converter into an AND gate, and adding temperature correction during the digital processing process. With the goal.

【００１５】[0015]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、この発明では、超音波振動子１Ａの音波を放射する送
信器１と、測定対象物１Ｂからの前記音波の反射波を受
信する受信器２と、受信器２の出力を波形整形する波形
整形器３と、波形整形器３の出力を入力とし、前記音波
が送信器１から出ると出力が「Ｈ」になり、受信器２に
受信されと出力が「Ｌ」になるフリップフロップ４とを
もち、前記音波の往復時間で距離を測定する測距装置に
おいて、温度に比例して出力電圧が変化する温度電圧変
換器５と、温度電圧変換器５の出力を周波数に変換する
ＶＦ変換器６と、フリップフロップ４の出力とＶＦ変換
器６の出力を入力とするＡＮＤゲート７と、ＡＮＤゲー
ト７の出力を入力とするカウンタ８と、カウンタ８の出
力を入力とする演算器９とを備える。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the present invention includes a transmitter 1 that emits a sound wave from an ultrasonic transducer 1A, and a receiver that receives reflected waves of the sound wave from an object 1B to be measured. 2, a waveform shaper 3 that shapes the output of the receiver 2, and the output of the waveform shaper 3 as input, and when the sound wave comes out of the transmitter 1, the output becomes "H", and the output goes to the receiver 2. The distance measuring device has a flip-flop 4 whose output becomes "L" when the sound wave is received, and which measures distance based on the round trip time of the sound wave. A VF converter 6 that converts the output of the voltage converter 5 into a frequency, an AND gate 7 that receives the output of the flip-flop 4 and the output of the VF converter 6, and a counter 8 that receives the output of the AND gate 7. , and an arithmetic unit 9 whose input is the output of the counter 8.

【００１６】[0016]

【作用】次に、この発明による測距装置の温度補正回路
の構成を図１により説明する。図１の５は温度電圧変換
器、６はＶＦ変換器、７はＡＮＤゲート、８はカウンタ
、９は演算器であり、その他は図５と同じものである。 すなわち、図１は図５の１１〜１３の代わりに、５〜９
を採用したものである。温度電圧変換器５は基準温度２
５°Ｃのときに、ある設定電圧を発生し、ＶＦ変換器６
は設定電圧に対応する周波数のパルス列を発生する。[Operation] Next, the configuration of the temperature correction circuit of the distance measuring device according to the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 1, 5 is a temperature-voltage converter, 6 is a VF converter, 7 is an AND gate, 8 is a counter, 9 is an arithmetic unit, and the other parts are the same as in FIG. That is, in FIG. 1, instead of 11 to 13 in FIG.
was adopted. Temperature voltage converter 5 has reference temperature 2
At 5°C, a certain set voltage is generated and the VF converter 6
generates a pulse train with a frequency corresponding to the set voltage.

【００１７】次に、図１の作用を図２により説明する。 図２アは図６ウと同じものであり、フリップフロップ４
の出力波形である。図２イはＶＦ変換器６の出力波形で
ある。温度が上がると、温度電圧変換器５の出力電圧は
一定の割合で上昇し、図２イの繰り返し周波数が増加す
る。温度が下がると、逆に周波数は減少する。Next, the operation of FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 2. Figure 2A is the same as Figure 6C, and the flip-flop 4
This is the output waveform of FIG. 2A shows the output waveform of the VF converter 6. As the temperature rises, the output voltage of the temperature-voltage converter 5 rises at a constant rate, and the repetition frequency shown in FIG. 2A increases. Conversely, when the temperature decreases, the frequency decreases.

【００１８】図６ウは、音波の往復時間Ｔｓだけ「Ｈ」
になっている信号である。温度が上ると、Ｔｓは短くな
り、温度が下がるとＴｓは長くなる。図２ウはＡＮＤゲ
ート７の出力波形である。In FIG. 6C, only the round trip time Ts of the sound wave is "H".
This is a signal that is set to . As the temperature increases, Ts becomes shorter, and as the temperature decreases, Ts becomes longer. FIG. 2C shows the output waveform of the AND gate 7.

【００１９】そこで、図２イの温度の上昇で繰返し周波
数が増加する割合とＴｓが短くなる割合が一致するよう
に、温度電圧変換器５の出力を調整すれば、図２ウのパ
ルス数は温度が変化しても一定になる。すなわち、カウ
ンタ８の出力は温度の変化に関係なく一定になる。Therefore, if the output of the temperature-voltage converter 5 is adjusted so that the rate at which the repetition frequency increases due to temperature rise in FIG. 2B matches the rate at which Ts decreases, the number of pulses in FIG. It remains constant even if the temperature changes. That is, the output of the counter 8 remains constant regardless of changes in temperature.

【００２０】[0020]

【実施例】次に、温度電圧変換器５の実施例回路を図３
により説明する。図３の３０は基準電圧であり、その他
は図８と同じものである。図８では、積分器１１の出力
が抵抗２１に接続され、演算増幅器３２の出力はＡ／Ｄ
変換器１２に送られるが、図３では基準電圧３０の出力
電圧が抵抗２１に接続され、演算増幅器３２の出力はＶ
Ｆ変換器６へ送られる。[Example] Next, an example circuit of the temperature-voltage converter 5 is shown in FIG.
This is explained by: 30 in FIG. 3 is a reference voltage, and the others are the same as in FIG. 8. In FIG. 8, the output of the integrator 11 is connected to the resistor 21, and the output of the operational amplifier 32 is connected to the A/D
In FIG. 3, the output voltage of the reference voltage 30 is connected to the resistor 21, and the output of the operational amplifier 32 is V
The signal is sent to the F converter 6.

【００２１】例えばサーミスタ２７として０°Ｃの抵抗
値が　１３．３０ｋΩ、Ｂ定数３３３０のものを使うと
、抵抗２１を１２ｋΩ、抵抗２２を　３．０ｋΩとすれ
ばよい。このときＶＦ変換器６の出力パルスの繰返し周
波数が温度上昇で増加する割合は０．００１７９６とな
る。Ｔｓが短くなる割合、すなわち式（３）　のαは０
．００１８１０なので、誤差は約０．００００１の程度
である。演算増幅器３２は演算増幅器３１の出力を反転
するためのもので、抵抗２４・２５、可変抵抗２６は演
算増幅器３２の利得が１になるように調節される。For example, if the thermistor 27 has a resistance value of 13.30 kΩ at 0°C and a B constant of 3330, then the resistor 21 may have a value of 12 kΩ, and the resistor 22 may have a value of 3.0 kΩ. At this time, the rate at which the repetition frequency of the output pulses of the VF converter 6 increases due to temperature rise is 0.001796. The rate at which Ts becomes shorter, that is, α in equation (3), is 0.
．． 001810, so the error is about 0.00001. The operational amplifier 32 is for inverting the output of the operational amplifier 31, and the resistors 24 and 25 and the variable resistor 26 are adjusted so that the gain of the operational amplifier 32 is 1.

【００２２】[0022]

【発明の効果】この発明によれば、温度電圧変換器の出
力をＶＦ変換器で周波数に変換し、フリップフロップ４
の出力とＶＦ変換器の出力をＡＮＤゲートを通過させ、
ディジタル処理の過程で温度補正を加えているので、ア
ナログ変換時の誤差をなくした温度補正回路を提供する
ことができる。According to the present invention, the output of the temperature-voltage converter is converted into a frequency by the VF converter, and the flip-flop 4
Pass the output of the and the output of the VF converter through an AND gate,
Since temperature correction is added during the digital processing process, it is possible to provide a temperature correction circuit that eliminates errors during analog conversion.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図１】この発明による測距装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a distance measuring device according to the present invention.

【図２】ＶＦ変換器６とＡＮＤゲート７の出力波形図で
ある。FIG. 2 is an output waveform diagram of a VF converter 6 and an AND gate 7.

【図３】温度電圧変換器５の実施例の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment of the temperature-voltage converter 5. FIG.

【図４】音波による測距装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a distance measuring device using sound waves.

【図５】図４の測定系統図である。FIG. 5 is a measurement system diagram of FIG. 4.

【図６】図５の各部の出力信号波形図である。FIG. 6 is an output signal waveform diagram of each part in FIG. 5;

【図７】図５に補正回路を追加した系統図である。FIG. 7 is a system diagram in which a correction circuit is added to FIG. 5;

【図８】図７の補正回路１４の回路図である。8 is a circuit diagram of the correction circuit 14 of FIG. 7. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１　　送信器 １Ａ　　超音波振動子 １Ｂ　　測定対象物 ２　　受信器 ３　　波形整形器 ４　　フリップフロップ ５　　温度電圧変換器 ６　　ＶＦ変換器 ７　　ＡＮＤゲート ８　　カウンタ ９　　演算器 1 Transmitter 1A Ultrasonic transducer 1B Measurement object 2 Receiver 3 Waveform shaper 4 Flip-flop 5 Temperature voltage converter 6 VF converter 7 AND gate 8 Counter 9 Arithmetic unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　超音波振動子（１Ａ）の音波を放射す
る送信器（１）　と、測定対象物（１Ｂ）からの前記音
波の反射波を受信する受信器（２）と、受信器（２）　
の出力を波形整形する波形整形器（３）　と、波形整形
器（３）　の出力を入力とし、前記音波が送信器（１）
　から出ると出力が「Ｈ」になり、受信器（２）　に受
信されると出力が「Ｌ」になるフリップフロップ（４）
　とをもち、前記音波の往復時間で距離を測定する測距
装置において、温度に比例して出力電圧が変化する温度
電圧変換器（５）と、温度電圧変換器（５）　の出力を
周波数に変換するＶＦ変換器（６）　と、フリップフロ
ップ（４）　の出力とＶＦ変換器（６）　の出力を入力
とするＡＮＤゲート（７）　と、ＡＮＤゲート（７）　
の出力を入力とするカウンタ（８）　と、カウンタ（８
）　の出力を入力とする演算器（９）　とを備えること
を特徴とした音波による測距装置の温度補正回路。1. A transmitter (1) that emits a sound wave of an ultrasonic transducer (1A), a receiver (2) that receives a reflected wave of the sound wave from an object to be measured (1B), and a receiver ( 2)
a waveform shaper (3) that shapes the output of the waveform shaper (3);
Flip-flop (4) whose output becomes "H" when it comes out of the circuit, and whose output becomes "L" when it is received by the receiver (2)
In the distance measuring device that measures distance using the round-trip time of the sound wave, the temperature-voltage converter (5) has an output voltage that changes in proportion to the temperature, and the output of the temperature-voltage converter (5) is converted into a frequency. A VF converter (6) to be converted, an AND gate (7) whose inputs are the output of the flip-flop (4) and the output of the VF converter (6), and the AND gate (7).
A counter (8) whose input is the output of
) A temperature correction circuit for a distance measuring device using sound waves, comprising: an arithmetic unit (9) which receives the output of the above as an input.