JPH05273337A - 超音波距離測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の高い測定値を得る。 【構成】 距離対応時間をクロックパルス数として計測
し、この計測データをクロックパルス数ΔＰの幅をも
ち、クロック数の小さい値より大きい値の順に並べた分
類区間１〜５に分類する。分類は最初のデータを分類区
間３に入れ、以降のデータはパルス数に応じて各分類区
間に入れ、分類区間２のデータの平均値より距離を計算
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて２点間
の距離を測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、超音波送受信器と電波送受信器
を有する超音波距離測定装置を距離Ｌ離して配置し、一
方の装置より超音波と電波を発信し、他方の装置で電波
を受信後超音波を受信までの時間を計測することにより
距離Ｌを測定することができる。この場合、通常ｎ回超
音波と電波を発信して距離Ｌ１，Ｌ２，…Ｌｎを計測
し、その平均値Ｌｍを距離Ｌとしていた。

【０００３】ところで、超音波計測は「ゆらぎ」，「外
乱」の影響を受ける。図３は、この具体例を示す図であ
る。受信側の超音波距離測定装置は、電波による計測開
始指令（ａ）を受信すると同時に時間を計測するカウン
タ（ｆ）の動作を開始する。正常受信波（ｂ）の場合、
そのしきい値Ｈの値を検出した時点でカウンタ（ｆ）の
計数を中止し、距離Ｌを得ることができる。

【０００４】ゆらぎ受信波１（ｃ）の場合、ゆらぎによ
り、受信波形の振幅が小さくなっており、しきい値Ｈに
達するまでに正常受信波（ｂ）の場合よりＬ１だけ多く
カウントした後にカウンタ（ｆ）は停止する。このため
距離をＬ＋Ｌ１として計測してしまう。またゆらぎ受信
波２（ｄ）の場合は、ゆらぎ受信波形の最大振幅がしき
い値Ｈに達せずカウンタ（ｆ）はいつまでも計数を行い
距離計測不能となる。また、外乱が受信波より前に入る
外乱受信波（ｅ）の場合、カウンタは（ｂ）の場合によ
りＬ２前に停止してしまい、距離をＬ−Ｌ２として計測
してしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、このようなゆら
ぎや外乱の影響を除去するために、測定周波数のみ取り
出すフィルタを設け、また同一距離をｎ回計測して平均
値をとる方法が用いられていた。しかしそのようにして
も、測定値のばらつきが大きく実用上問題があった。

【０００６】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、ｎ回計測した計測値より異常データを自動的に
除去して正しい値に近い計測値を得る事のできる超音波
距離測定方法を提供することを目的とする

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、無線送信器と超音波送信器を有する送信装置より電
波と超音波を同時に発信し、無線受信器と超音波受信器
を有する受信装置で前記電波の受信時から前記超音波の
受信までの時間である距離対応時間を求めて前記送信装
置と前記受信装置間の距離を求める超音波距離測定方法
において、前記送信装置と前記受信装置との距離を変え
ないで前記距離対応時間の測定データを複数個計測し、
この測定データを所定時間幅ごとに区切って２ｋ＋１個
の分類区間に分類するものとし、この分類区間を時間の
長さの順に並べて、ｎ−ｋ，ｎ−ｋ＋１，…ｎ−１，
ｎ，ｎ＋１，…ｎ＋ｋとし、最初の測定データをｎ分類
区間に入れ、以降の測定データはその時間長さに応じて
各分類区間に入れ、この分類区間の内予め定めた分類区
間に入った測定データの平均値より距離を算出するよう
にする。

【０００８】また、前記２ｋ＋１のｋを２とし、前記分
類区間を時間の短い区間より長い区間の順に並べ前記予
め定めた分類区間をｎ−１としたものである。

【０００９】

【作用】距離対応時間をクロックパルス数として計測
し、例えば、100 パルスごとにｎ−ｋ，ｎ−ｋ＋１，…
ｎ−１，ｎ，ｎ＋１…，ｎ＋ｋの２ｋ＋１個の分類区間
を設けておく。つまり分類区間ｎ＋１には分類区間ｎよ
り平均100 パルス多い計測データが入り、分類区間ｎ−
１には分類区間ｎより平均100 パルス少ない計測データ
が入ることになる。最初の計測データを分類区間ｎに入
れ、以降の計測データはそのカウント数に応じて各分類
区間に入れる。このようにして計測データを全て分類区
間に入れる。なお、図３（ｄ）に示すようにカウント値
が大きくてこの分類区間に入らぬもの、または（ｅ）に
示すようにカウント値が小さすぎて分類区間に入らぬも
のが生じる。このようなときは、大きなものは全てｎ＋
ｋ分類区間に、小さすぎるものはｎ−ｋ分類区間に入れ
るようにすればよい。このようにして測定データの入っ
た分類区間の内、計測状態により予め定めた分類区間の
計測データの平均値を取り、この平均値より距離を求め
る。

【００１０】このような方法により、図３の（ｄ）に示
すような異常値はｎ＋ｋ分類区間に入り、また（ｅ）に
示すような外乱はｎ−ｋ分類区間に入る確率が高い。予
め定めた区間はこのような両端の分類区間を採用しない
ので、このような分類区間に入った計測データは除去で
きるため、計測値のばらつきが少なくなり、正しい距
離、またはこれに近い距離を得ることができる。

【００１１】この分類区間の個数を２ｋ＋１としてｋ＝
２、つまり５個の分類区間数を用いると、少ない分類区
間個数で異常データ排除を効果的に行うことができる。
このとき計測データの入っている区間としてはｎ−１，
つまりカウント値が小さい方から２番目の分類区間のデ
ータの平均値を用いると正確な距離が得られることが多
い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は距離の計測データを収集する装置図であ
る。計測記録装置１は、主位置測定装置２と従位置測定
装置３よりのデータをアンテナ４より無線送受信回路11
で受信し、これを記録回路12でメモリカード５に記録す
る。ＣＰＵ13は無線送受信回路11、記録回路12を制御
し、電池14は各回路11,12,ＣＰＵ13に電力を供給する。

【００１３】主位置測定装置２は計測記録装置１よりの
計測開始指令の受信を行う無線受信回路21、超音波送信
センサ６より超音波を発信する発信回路22、超音波を超
音波送信センサ６より発信し所定距離（本実施例では１
ｍ）離れた較正用反射板８よりの反射波を超音波受信セ
ンサ７で受信し、音速の校正をする音速較正回路23、お
よびこれらの回路21，22，23を制御するＣＰＵ24、各回
路およびＣＰＵ24に電力を供給する電池25より構成され
る。なお、本実施例では超音波は空気中に発信し、空気
中より受信するものとする。

【００１４】従位置測定装置３は、超音波受信センサ７
より超音波を受信し、距離を計数する受信測距回路31、
この受信データをアンテナ4 より送信するすると共に各
種指示や、計測記録装置１よりの計測開始指令を受信す
る無線送受信回路32、およびこれら回路31、32を制御す
るＣＰＵ33、各回路とＣＰＵ33に電力を供給する電池34
より構成される。

【００１５】次に動作について説明する。まず距離を測
定すべき位置に主位置測定装置２と従位置測定装置３を
設置する。次に超音波の空気中の伝播速度を測定現場の
実態として補正するため、校正用反射板８を主位置測定
装置２の超音波送信センサ６、超音波受信センサ７より
正確に１ｍ離し往復距離が２ｍになるように設置する。
本実施例では、主位置測定装置２と校正用反射板８を１
ｍの部材で一体に結合しているので、１ｍの調整は不用
である。

【００１６】音波の空気中の伝播速度は温度、湿度、気
圧等によって変化するので、このように距離計測現場の
状況が変化する度に音波伝播速度の校正を行う必要があ
る。校正は、発信回路23より超音波送信センサ６を介し
て校正用反射板８に超音波を発信し、音速較正回路24は
反射波を超音波受信センサ７を介して受信し、超音波伝
播速度を得る。計測データはこの校正値を用いて距離に
換算される。

【００１７】次に主位置測定装置２は計測記録装置１よ
り計測開始指令を受信すると同時に、超音波を発信回路
23より超音波送信センサ６を介して送信する。従位置測
定装置３は計測用開始指令を計測記録装置１より無線送
受信回路32で受信すると同時に受信測距回路31はカウン
タの計数を開始する。この状況は図３で示したように行
われる。超音波受信センサ７がしきい値Ｈとなる超音波
を受信するとカウントを停止し、カウント数を無線送受
信回路32より送信する。

【００１８】計測記録装置１はこの送信データを受信
し、ＣＰＵ13で主位置測定装置２と從位置測定装置３間
のカウント数と校正値から両装置２，３間の距離を算出
し、記録回路12を経由し、メモリカード５に記録して出
力する。

【００１９】図２は測定データの解析方法を説明する図
である。まず測定データを区分する分類区間を設定す
る。各分類区間幅を表すカウント数は測定する距離によ
って最適な数とする。例えば、距離が5000カウント程度
とした場合ΔＰ＝50カウントとする。図２では分類区間
は５個とし、カウント数が少ない方から１〜５の付番を
する。分類区間１にはカウント数の少ない測定データを
全て入れるものとし、分類区分５には大きいカウント数
の測定データを全て入れるものとする。

【００２０】メモリカード５よりまず最初の測定値を読
み出し、これを分類区間３にいれる。この最初の測定デ
ータが5000カウントであったとし、ΔＰ＝50とした場
合、測定データのカウント数をｍとするとｍ＜4925の測
定データは分類区間１に、4925≦ｍ＜4975の測定データ
は分類区間２に、4975≦ｍ＜5025の測定データは分類区
間３に、5025≦ｍ＜5075の測定データは分類区間４に、
5075≦ｍの測定データは分類区間５に入れる。そして分
類区間２に入った測定データの平均値を求め、この平均
値から距離を計算する。分類区間１と５には異常データ
が入る確率が高いのでこの分類区間の測定データは採用
しない。

【００２１】分類区間２の測定データを用いる理由は今
まで多くの計測値を解析して得られた経験により決めた
ものであるが、分類区間の幅ΔＰ，分類区間の数などに
より、最適測定データが入っている分類区間は変化す
る。故にこれらの条件ごとに計測データと実際の距離と
の関係を解析して分類区間数やΔＰ、どの分類区分の測
定データを採用するかなどを定める必要がある。しかし
16ｍ以内の距離の測定では分類区間数を５とし、下から
２番目の測定データの入った分類区間の平均値を用いる
とよい結果が得られている。

【００２２】次に、このように得られた平均カウント数
より距離Ｌを求める方法を説明する。本実施例では主位
置測定装置２と従位置測定装置３との距離Ｌはカウンタ
（400 ｋＨz)のカウント数と音速から算出される。本装
置では無線伝送を使用しているため、これらを考慮して
次式により演算を行い、距離Ｌを得る。

【００２３】まず校正用反射板８を用いて音速Ｖを測定
する。 Ｖ＝1000×２×400 ×10³ ／（ＣC −Ｃα) ……（１） ここで1000は校正用反射板８と超音波値送受信センサ
６，７との距離、ＣC は較正用超音波カウント数、αは
超音波送受信センサ６，７に用いる振動子の遅れ相当カ
ウンタ数である。

【００２４】 Ｌ＝Ｖ（Ｃ−Ｃω−Ｃα）／（400 ×10³) ……（２） Ｃは従位置測定装置３が計数したカウント数 Ｃωは無線伝送による遅れ相当カウント数

【００２５】（１）式と（２）式によりＬは次式のよう
になる。 Ｌ＝（Ｃ−Ｃω−Ｃα）・γ・2000／（ＣC −Ｃα） ……（３） ここでγは距離補正係数

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、測定データを所定の区間に分類し、この分類区間の
内、適切な区間の測定データの平均値より測定値を算出
するので、超音波のゆらぎや外乱などによる異常データ
を除去した精度の高い測定値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に示す測定を行う装置図である。

【図２】本発明の実施例を説明する図である。

【図３】超音波のゆらぎや外乱の影響を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 計測記録装置 ２ 主位置測定装置 ３ 従位置測定装置 ４ アンテナ ５ メモリカード ６ 超音波送信センサ ７ 超音波受信センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線送信器と超音波送信器を有する送信
   装置より電波と超音波を同時に発信し、無線受信器と超
   音波受信器を有する受信装置で前記電波の受信時から前
   記超音波の受信までの時間である距離対応時間を求めて
   前記送信装置と前記受信装置間の距離を求める超音波距
   離測定方法において、前記送信装置と前記受信装置との
   距離を変えないで前記距離対応時間の測定データを複数
   個計測し、この測定データを所定時間幅ごとに区切って
   ２ｋ＋１個の分類区間に分類するものとし、この分類区
   間を時間の長さの順に並べて、ｎ−ｋ，ｎ−ｋ＋１，…
   ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，…ｎ＋ｋとし、最初の測定データ
   をｎ分類区間に入れ、以降の測定データはその時間長さ
   に応じて各分類区間に入れ、この分類区間の内予め定め
   た分類区間に入った測定データの平均値より距離を算出
   することを特徴とする超音波距離測定方法。
2. 【請求項２】 前記２ｋ＋１のｋを２とし、前記分類区
   間を時間の短い区間より長い区間の順に並べ前記予め定
   めた分類区間をｎ−１としたことを特徴とする請求項１
   記載の超音波距離測定方法。