JPH0514962U - Ultrasonic sensor - Google Patents
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- JPH0514962U JPH0514962U JP7100791U JP7100791U JPH0514962U JP H0514962 U JPH0514962 U JP H0514962U JP 7100791 U JP7100791 U JP 7100791U JP 7100791 U JP7100791 U JP 7100791U JP H0514962 U JPH0514962 U JP H0514962U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反射波を直接波と区別して正確に受信する。
【構成】 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コンパレ
ータ１３にて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
し、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。
(57) [Summary] [Purpose] To accurately receive reflected waves by distinguishing them from direct waves. [Structure] When an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitting element 2, a known waveform of an ultrasonic wave propagating as a direct wave to the ultrasonic wave receiving element 3 is read from the memory 22, and this and the ultrasonic wave receiving element 3 are actually By comparing the received waveform of the received ultrasonic wave with the comparator 13, the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave is measured, and the reflected wave is detected regardless of the interference of the direct wave. It accurately captures and thereby accurately measures all distances within the reach of ultrasonic waves from short distances to long distances.
Description
【０００１】[0001]
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。 The present invention relates to an ultrasonic sensor that distinguishes reflected waves from direct waves and enables accurate distance measurement.
【０００２】[0002]
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４０ｋＨｚ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４０ｋＨｚ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。ＣＰ Ｕ６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。 The ultrasonic sensor 1 shown in FIG. 3 is a non-contact type distance sensor used for rearward confirmation of a vehicle and positioning of a robot. This ultrasonic sensor calculates the ultrasonic wave forward from the ultrasonic wave transmitting element 2 until the ultrasonic wave is reflected by the object surface and received by the ultrasonic wave receiving element 3 by calculation using the ultrasonic wave propagation velocity. It is configured to measure the distance to an object. In the distance measurement, first, the CPU 6 supplies the trigger pulse shown in FIG. 4A to the transmission circuit 5 to which the oscillation circuit 4 that oscillates at about 40 kHz is connected. Upon receiving the trigger pulse, the transmission circuit 5 sends a transmission wave oscillating at 40 kHz to the ultrasonic transmission element 2 for a certain period of time, as shown in FIG. As a result, ultrasonic waves are transmitted forward from the ultrasonic transmission element 2. The trigger pulse from CPU 6 is also sent to the set input terminal of the RS flip-flop circuit 7 in which a pair of NAND gate circuits 7a are connected by being connected. As a result, as shown in FIG. 4 (E), the RS flip-flop circuit 7 is once set, and at the same time, a high-level Q output is input as one input of the next-stage 3-input 1-output AND gate circuit 8. Sent in.
【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 AND gate circuit 8 is forced to close the gate by the mask output of the CPU 6 shown in FIG. 4F during a certain mask period described later, the mask period Tm elapses. After that, 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１３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 the reflected wave from the object is superimposed on the direct wave from the ultrasonic wave transmitting element 2, and the noise component is filtered by the bandpass filter circuit 11. After being removed and amplified by the amplifier circuit 12, it is sent to the non-inverting input terminal of the comparator 13 as a waveform shown in FIG. 4C, for example. However, here, the case where the reflected wave is received with a phase delay with respect to the direct wave is illustrated. 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. Then, the low level output of the comparator 13 is sent to the reset input terminal of the RS flip-flop circuit 7, and as a result, the Q output of the RS flip-flop circuit 7 switches to the low level. As a result, the AND gate circuit 8 closes the gate and stops the supply of the clock pulse to the counter 10, as shown in FIG.
【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 the period when the mask period Tm elapses and the Q output of the RS flip-flop circuit 7 shows a high level, the CPU 6 monitors the count output of the counter 10 shown in FIG. At this time, the mask period Tm is added to the time Tc obtained by multiplying the count value of the counter 10 by the clock cycle, and the obtained time Tc + Tm, that is, the ultrasonic wave is generated between the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3. Calculate the distance to the object that reflects the ultrasonic waves by multiplying the value obtained by multiplying the speed of the ultrasonic waves by the time required to travel back and forth.
【０００６】[0006]
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。 Not only the ultrasonic sensor 1, but generally, when the distance between the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 is too large, the error between the distance to the object and the round-trip distance of the ultrasonic wave becomes large. Since the measurement error increases, placing the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3 in close proximity is a prerequisite for ensuring the measurement accuracy. However, the closer the ultrasonic transmitting element 2 and the ultrasonic receiving element 3 are arranged, the more the direct wave that propagates directly from the ultrasonic transmitting element 2 to the ultrasonic receiving element 3 increases due to the reception of the reflected wave. Since it has an adverse effect, it is necessary to devise so that the direct wave is not illusion of being a reflected wave. Therefore, as already mentioned, in the ultrasonic sensor 1 described above, until the mask period Tm that is set in advance has elapsed after the ultrasonic wave is transmitted, the low-level mask is transmitted from the CPU 6 to the AND gate circuit 8. By sending the output and forcibly closing the gate of the AND gate circuit 8, the reflected wave was 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。Therefore, the conventional ultrasonic sensor 1 substantially forcibly masks the received waveform of the ultrasonic wave at least during the mask period Tm after transmitting the ultrasonic wave. The distance is so short that the reflected wave returns during the mask period Tm, that is, the distance is almost the same as the distance between the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3, and the direct wave and the reflected wave overlap each other. For objects at such a short distance, there was a problem that the distance could not be measured at all.
【０００８】[0008]
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。 This invention solves the above problems, and stores an ultrasonic wave transmitting element that transmits an ultrasonic wave, an ultrasonic wave receiving element that receives the direct wave and a reflected wave of the ultrasonic wave, and a waveform of the direct wave. When the ultrasonic transmitter transmits the ultrasonic wave to the memory, the waveform of the direct wave is read from the memory, and the waveform is compared with the received waveform of the ultrasonic receiver to confirm the reflected wave. It is characterized by comprising a calculating means for measuring the distance from the time until the reflection point of the reflected wave.
【０００９】[0009]
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。 This device reads the waveform of a known ultrasonic wave that propagates as a direct wave to the ultrasonic receiving element from the memory when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmitting element, and the ultrasonic wave actually received by the ultrasonic receiving element. By comparing the waveforms of the received waves of the sound waves, the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave is measured, and the distance is almost the same as the distance between the ultrasonic transmitter element and the ultrasonic receiver element. Take a short distance into the measurement range.
【００１０】[0010]
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。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit configuration 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 in which a waveform of an ultrasonic wave directly propagating from the ultrasonic wave transmitting element 2 to the ultrasonic wave receiving element 3 as a direct wave, that is, a waveform of the direct wave is stored. When the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitting element 2, the waveform of the direct wave is read from the memory 22, and the waveform is compared with the received waveform of the ultrasonic wave actually received by the ultrasonic wave receiving element 3, and the reflected wave is obtained. It is configured to measure the distance from the time it is confirmed to the reflection point of the reflected wave. Therefore, the mask period Tm and the mask output are not necessary at all, and therefore, the AND gate circuit 23 can be a 2-input 1-output type having no input terminal for receiving the mask output. The waveform of the ultrasonic wave directly propagating to the ultrasonic wave receiving element 3 is determined through experiments and the like when the specifications of the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3 to be used and the mutual arrangement or mounting structure are determined. It can be accurately grasped, and the waveform observed under the same condition as the actual use condition can be converted into digital data by using an AD converter (not shown) and stored in the memory 22. Reference numeral 24 is an address counter required for reading the waveform data stored in the memory 22, and counts the output of the oscillation circuit 25 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 ２３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 CPU 6 supplies the trigger pulse shown in FIG. 2A to the transmitting circuit 5 during the distance measurement, this trigger pulse is sent to the set input terminal of the RS flip-flop circuit 7 and the address counter 24. As a result, as shown in FIG. 2 (F), the RS flip-flop circuit is immediately set and the high-level Q output is sent to one input terminal of the AND gate circuit 23 in the next stage. As a result, 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。Further, in parallel with the counting operation of the counter 10, the read address is sent from the address counter 24 to the memory 22, and the waveform of the direct ultrasonic wave stored in the address corresponding to the read address is obtained. Is read out as, for example, 8-bit digital data. The waveform data of the read direct wave is converted into an analog signal by the AD converter 26, and is sent to the non-inverting input terminal of the comparator 13 as the waveform shown in FIG. Therefore, the reference amplitude given to the non-inverting input terminal of the comparator 13 is not fixed to Er as in the conventional case, 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２２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 bandpass filter circuit 11 and the amplifier circuit 12. Then, as shown in FIG. 2E, 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. For this reason, as shown in FIG. 2C, even when the direct wave and the reflected wave are received in an overlapping manner, the direct wave itself is canceled by the output of the memory 22 given to the non-inverting input terminal of the comparator 12. Only the reflected wave received by being superimposed on the direct wave or the reflected wave received after being delayed from the direct wave is selected by the amplitude comparison in the comparator 12. Therefore, even when measuring an object at a distance as short as 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 direct memory stored in the memory 22 is not necessary. When the received waveform exceeds the waveform of the wave, the comparator 12 outputs a low level signal and resets the RS flip-flop circuit 7, as shown in FIG. 2 (E). As a result, the low-level Q output of the RS flip-flop circuit 7 closes the gate of the AND gate circuit 23, and the clock supply to the counter 10 is stopped.
【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 monitors the count output of the counter 10 while the Q output of the RS flip-flop circuit 7 is at a high level, and the time obtained by multiplying the count output of the counter 10 by the clock cycle, that is, An object that reflects the ultrasonic wave by multiplying the time required for the acoustic wave to travel back and forth between the ultrasonic wave transmitting element 2 and the ultrasonic wave receiving element 3 by 1/2 the value obtained by multiplying the speed of the ultrasonic wave. You can figure out the distance to. Therefore, for example, if the frequency of the clock generated by the clock generation circuit 9 is 17 kHz and the ultrasonic velocity is 340 m / s, if the count value output from the counter 10 to the CPU 6 is "1", 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 the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitting element 2, the waveform of the known ultrasonic wave propagating to the ultrasonic wave receiving element 3 as a direct wave is stored in the memory 22. By measuring the distance from the time until the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave by comparing the received waveform of the ultrasonic wave actually read by the ultrasonic receiving element 3 with this waveform. You can Even if a direct wave enters the ultrasonic receiving element 3 immediately after the ultrasonic wave is transmitted 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, as in the past, passive methods such as masking the received waveform during the interference period due to direct waves, or measurement accuracy in order to avoid direct waves The measurement accuracy was secured by disposing the ultrasonic transmitter element 2 and the ultrasonic receiver element 3 close to each other, without relying on the structural modification such that the ultrasonic transmitter element 2 and the ultrasonic receiver element 3 are spaced apart from each other in preparation for deterioration. In the above, the reflected wave can be accurately captured regardless of the interference by the direct wave, and thus any distance from the short range to the long range can be accurately measured within the reach of ultrasonic waves.
【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２１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 embodiment, the received waveform of the direct wave stored in the memory 22 and the actual received waveform are compared in amplitude by the comparator 12, and the received waveform of the direct wave is surpassed by the actual received waveform. Although the time point is determined to be the reception time point of the ultrasonic wave, for example, a signal correlation detection circuit (not shown) is used instead of the comparator 12, and the direct wave waveform and the actual reception waveform have a certain correlation. It is also possible to judge the time when the direct wave is received by confirming that there is no such wave. Further, the ultrasonic sensor 21 shown in the embodiment may be applied to, for example, an automatic cleaning robot or the like that determines the course by itself and cleans the room, and can also be used as a means for checking the traveling path. The cleaning ability of such automatic cleaning robots depends on whether or not they can run straight while keeping a constant distance from the wall of the room. In actual cleaning, in particular, it is necessary to measure the distance from the wall at an extremely short distance such as 2 cm, and it is therefore important to take measures against interference by direct waves. Therefore, the ultrasonic sensor 21 that eliminates the interference of direct waves is exactly suitable for this kind of application. For example, the ultrasonic sensor 21 is assembled in a state where it is retracted inward from the side surface of the robot body, and is separated from the wall surface as much as possible. Therefore, it is possible to measure the distance within and outside 1 cm with sufficient accuracy.
【００１８】[0018]
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, the present invention reads the waveform of a known ultrasonic wave that propagates as a direct wave to the ultrasonic receiving element from the memory when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmitting element, and By comparing the waveforms of the ultrasonic waves actually received by the 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. Even if a direct wave enters the ultrasonic receiving element immediately after transmitting the ultrasonic wave, it is possible to separate the reflected wave from the direct wave based on the waveform of the direct wave stored in the memory. Therefore, as in the past, passive methods such as masking the received waveform during the disturbance period due to direct waves as in the past, or with ultrasonic transmission elements prepared to reduce measurement accuracy in order to avoid direct waves When separating the ultrasonic receiving element In addition to the structural modification, the ultrasonic transmitting element and the ultrasonic receiving element are placed close to each other to ensure the measurement accuracy, and the reflected wave is accurately captured regardless of the interference of the direct wave, which enables the distance from a short distance. It has an excellent effect that it can accurately measure all distances within the reach of ultrasonic waves up 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 configuration diagram showing an embodiment of an 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 part 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 configuration 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。FIG. 4 is a signal waveform diagram of each part 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） 2 Ultrasonic wave transmitting element 3 Ultrasonic wave receiving element 6 Computing means (CPU) 7 Computing means (RS flip-flop circuit) 9 Computing means (clock generation circuit) 10 Computing means (counter) 13 Computing 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。1. An ultrasonic wave transmitting element for transmitting an ultrasonic wave, an ultrasonic wave receiving element for receiving a direct wave and a reflected wave of the ultrasonic wave, a memory for storing the waveform of the direct wave, and the ultrasonic wave transmission. When the element transmits the ultrasonic wave, the waveform of the direct wave is read from the memory, the waveform is compared with the received waveform of the ultrasonic receiving element, and the time from the time when the reflected wave is confirmed to the reflection point of the reflected wave An ultrasonic sensor, comprising an arithmetic means for measuring the distance of the ultrasonic sensor.
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 true JPH0514962U (en) | 1993-02-26 |
| JP2545029Y2 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) |
Cited By (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 |
| KR20190009868A (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-30 | 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
Cited By (4)
| 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 |
| JPWO2013088951A1 (en) * | 2011-12-12 | 2015-04-27 | 株式会社村田製作所 | Position measuring device |
| US9494684B2 (en) | 2011-12-12 | 2016-11-15 | Murata Manufacturing Co., Inc. | Position measurement device |
| KR20190009868A (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-30 | 고려대학교 산학협력단 | Device and method for detecting a signal injection attack on an ultrasonic sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2545029Y2 (en) | 1997-08-25 |
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