JPS61272674A - 超音波スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の分野 この発明は、所定音圧を得るための重用ドライバの出力
段に超音波振動子を接続して形成した送波回路を有する
超音波スイッチに関する。

（ロ）発明の前頭 従来、上述例の超音波スイッチを２組部−ト隣接して使
用するときは、相互干渉による誤動作を防止するため、
通常並設距離を最大検出距離の約３倍に設定している。

上述の相互干渉を防止するｋめには、音圧半減角を狭く
して指向性を向上させるか或いは送波周波数を可変する
ことが考えられるが、いずれにしても応答速度を向上す
ることは不可能である。

つまり従来においては多重反射、ボンピング、前頭の影
響等を回避するため、反射波レベル（受波レベル）が充
分小さくなるまでの間は送波することができず、この結
果、応答速度を向上することができない問題点を有して
いた。

このことは超音波スイッチを１組だけ用いる場合におい
ても同様であり、従来の超音波スイッチにおいては現周
期の受波と次周期の受波とを明確に区別することができ
ないため−１一連の如ぎ応答速度の高速化を図ることが
できない問題員を有していた。

（ハ）発明の目的 この発明は、送波音圧を可変することにより、送波を＆
圧変化により識別化することができ、並列距離の短縮お
よび応答速度の向上を図ることができる超音波スイッチ
の提供を目的とづる。

（ニ）発明の要約 この発明ｌｉｔ、所定音圧を得る電１■ドライバの入力
段に送波音圧を可変制御づる音圧制御手段を接続した超
音波スイッチであることを特徴どＪる。

（ホ）発明の効果 この弁明によれば、上述の音圧制御手段にＪ：り送波の
音圧を変化さｕ１送波を識別化づることかできるので、
例えば送波毎に音圧を可変りれば、多種反射、ポンピン
グ、前頭の影響その他により次周期の反則波もしくは隣
設超音波スインＪがらの本来受波号へきて・ない反射波
を受波しても識別化されＩこ）ス波か否かの判別により
、これらによる誤検知を行なうことがなく、送波周期を
短くして応答速度の向上を図ることができ、また並設距
離の短縮を図ることができる効果がある。

つまり’＋：Ａ波＆圧の制御により、送波の識別化がで
きるので、他の送波を受波して５１本来受受波べき自身
の送波の受波ど明確に−［１別りることができる。

（へ）発明の実施例 この発明の一実施例を以下図面に）１づいて詳）ホする
。

図面は超音波スイッチを示し、第１図において、この超
音波スイッチは、超音波を送波り−る送波回路１と、こ
の送波回路１の超音波振動子２から送波される超音波を
同一の振動子２を介しで受波する受波回路３とを備えた
一素子反（ト）形のスイッチである。

上述の送波回路１は、発振回路４の出力段に同調回路５
および音圧制御手段６を介して電ｊ「ドライバ７を接続
し、この電圧ドライバ７の出力段に上述の超音波振動子
２を接続して構成１ノでいる。

上述の電圧ドライバ７は所定音圧を得るための回路で、
この電圧ドライバ７０入力段に接続した音圧制御手段６
は、パルスドライバ８と、パルスカウンタ９と、グー１
ル発生器１０ど、パターン発生器１１と、１ｆｆｉ　Ｉ
ｔ切換回路１２どを備え、上述のパルスドライバ８とパ
ターン発生器１１との間に送波グー］−１３を接続して
いる。

ここで、上述の送波ゲート１３は送波時間ｔ１と送波繰
返し周期を設定Ｊ−る回路で、このグー１〜１３で第２
図に示Ｊ送波グー１〜信号ａ＠得る。

ここで送波ゲート１３の出力段に接続した前述のパルス
ドライバ８は、前段の同調回路５で設定された振動子ド
ライブ周波数たとえば４０旧１１の方形波を送波時間１
１中に出力づ−る回路で、このパルスドライバ８で第２
図に示１例えばパルス数台ｉ−ｔ　４０のドライブパル
スｅ＠得る。

このパルスドライバ８の出力段に接続したパルスカウン
タ９は、パルスドライバ８から出力されるドライブパル
スｅを計数【ノて第１番目のパルス乃至第２５番目のパ
ルスをカウンＩ−リ−る第１カウン１へ出力ど、第２６
番［１のパルス乃〒第４０番目のパルスをカウントする
第２カウント出力どを発生器る。

このパルスカウンタ９の出力段に接続した前述のグー１
ル発生器１０は、電圧切換回路１２の出力電圧を操作づ
−る２つの出力ライン１０ｂ、１０Ｇを備え、一方の出
力ライン１０ｂには第１カウン１−出力中においては１
−１信号を、また第２カウント出力中においては予め設
定されるパターンに基づいてに信号、１］信号を出力し
、この出力ライン１０ｂに第２図に示Ｊ１−ゲート信号
すを得る。

また他方の出力ライン１０ｃに【ま第１カウンＩ〜出力
中においては１−信号を、また第２カウント出力中にお
いては予め設定されるパターンに基づいて１−１信号、
Ｌ信号を出力し、この出力ライン１０Ｇに第２図に示す
ｌ−１ゲーＩ・信号ＣをＩする。

上述のパターンを予め設定りるパターン発生器１１は、
１１ビット出力（第２図参照）をもち、上位３ビツトは
スタート信号として常に］−１信号に設定し、次の下位
２ピツ１へは送波グー］・１３からの送波ゲート信号ａ
印加毎にＬ　ｌ−→ｌ−１１−→１−１１→Ｈｌ−１→
ＬＬの変化を繰返し、残りの他の６ビツ［〜は］−ド化
に設定可能で、この６ビツトの設定は不変になるように
予め設定されている。この実施例では例えばｒ　ｌ−１
１ＨＬ　ＨＩ　Ｊつまり「１０１０１０」の」−ドに設
定している。

このようにして設定されるパターン発生器１１からのパ
ターン出力が前述のゲート発生器１０に印加されること
にＪ−リ、このグー１へ発り一器１０の２つの出力ライ
ン１０ｂ、１（’）ｃから（１，第２図に示Ｊ１グー１
−信号１）と１１ゲ一ト１８月Ｇとを型口切換回路１２
に出力する。

この電圧切換回路１２は、５１０ポルＩ−電源入力を、
１−グーＩ・信号すが［１１１の時に２０ポル１へ出力
に変換し、１１ゲ一１〜信号０がｒ　Ｈｊの鮎に４０ポ
ル１〜出力に変換し、また、イの他の時には０ポル１〜
出力に変換して、次段の雷Ｆ１−ドライバ７を制御する
。

この電Ｆ「ドライバ７は、」一連の電ロー切換回路１２
からの制御電バー〈０ポル］へ、２０ポル（・、４０ボ
ルト）を、前段のパルスドライバ８からのドライブパル
スｅど同期【ノて超音波振動子２に印加するので、第２
図に示Ｊ送波キャリアｄを４３７ることができる。

この送波キトリア（１は超音波振動子２で超音波振動１
ネルギに操出されて空気中に発ｑ４され、前方物体に当
って反射される。

この反射された超音波振動■ネルギは再びト述の超音波
振動子２で電気信号に操出され第３図に示す受波キャリ
アｆとなる。

上述の超音波振動子２の受波側出力段には、受波信号と
しての受波キトリアｆを増幅して半波整流出力と＜ｒ　
’ｌ増幅器１４を介して検波器１５）を接続し、この検
波器１５で半波整流出力を包絡線検波して第３図の検波
出力ｑを得る。

また、上述の検波器１５の出力段には第１比較器１６を
接続し、この第１比較器１６で、予め設定した基準電位
と上述の検波出力ｑどを比較して波形整形出力りを得る
。

上述の増幅器１４の出力段には、サンプラ１７および積
分器１８を介してパルスカウンタ１９を接続し、上）ホ
の９−ンプラ１７で半波整流出力を１ノンブリングして
標本化出力を得“Ｃ１この標本化出力をＲＣ構成の積分
器１８でカラン１へ可能な範囲に積分処理づると共に、
この積分器１８のの高域連断特性（ｌ　ＰＦ作用）にＪ
、り高周波成分ノイズをカッＩ・して次段のパルスカウ
ンタ１９のＣＰ端子に印加する。

このパルスカウンタ１９のＣ１一端子には前）４１の第
１比較器１６の出ノＪを印加し、この第１比較器１６の
出力て・ある波形整形出力りが「１１」の時、り１］ツ
ク入力（上述の標本化出力のこと）有効とし、所定数の
クロックパルス例えば１５パルス以上のパルス入力時に
カウンタ１９出力を［１１１に１−る。つまり第３図の
カウンタ出力ｉを得る。

前述の検波器１５の出力段に接続したアナログスイッチ
２０には、このカウンタ出力ｉを印加４べく構成してい
て、このアナログスイッチ２０は、カウンタ出力ｉがｒ
　ｌ−Ｊの０）にオン状態とｉ！１つて入力電位と出力
電位とが等しくなり、カウンタ出力ｉが１１１」の時に
は出力が零とイ「るように設定している。

このアナログスイッチ２０の出力段には電圧保持回路２
１を接続し、この電圧保持回路２１で、上述のアリログ
スイッチ２０出力の立下りにて電圧保持を行／にい、立
」−りにて出力を零にづる保持出力ｊを得る。。

このＪ：うに設定した電圧保持回路２１の出力段にはア
ンプ２２を接続し、このアンプ２２でパルスカウンタ出
力ｉと同期して上述の保持出力ｊを例えば１．５倍に電
位上背１ノだ増幅出力Ｋを得る。

このアンプ２２の出力段には第２比較器２３を接続し、
この比較器２３に前述の検波出力０と増幅出力、ｊとを
印加すべく構成し、この比軸器２３で、これら両出力ａ
、、ｊを比較し、ｑ＞ｊの時に［］」」となる比較出力
ρを得る。

上述の第２比較器２３の出力段には、シフトレジスタ２
４のＤ端子と、セフｌ−回路２５とを接続している。

このレット回路２５には前述の第１比較器１６の出力′
つまり波形整形出力りをも印加すべく構成していて、波
形整形出力りが「１１」で、かつ第２比較器２３からの
比較出力ρを３パルス（スタートパルスに相当するパル
ス数）入力した峙、このセラ１〜回路２５の出力が［１
１１となり、その後、波形整形出力りが［］−」になる
と、セット回路２５の出力がｒ　Ｌ　Ｊとなるように回
路条件を設定しこの回路２５から第３図に示す［ツ１〜
出力ｍ１ｊ！−ｍるように構成している。

この１？ツ１〜出力ｍとカウンタ出力ｉどを第１アンド
回路２６に印加し、この第１アンド回路２６の論理積出
力と積分器１８出力とを第２アンド回路２７に印加し、
さらに、この第２アンド回路２７の論理積出力を前述の
シフトレジスタ２４のＣＰ端端子印加ずべく構成してい
る。

このシフトレジスタ２４の出力段にはマグニチコードー
］ンパレータにより形成した第３比較器２８を接続し、
この第３比較器２８でシフトレジスタ２４からのパター
ン（上位３ビツトを除く下位８ピツ］〜のパターン）と
パターン発生器１１からのパターン（−上位３ビツトを
除く下位８ピツトのパターン）とを比較して、一致した
時に、この第３比較器２８から上述の８ビツト［Ｉにお
いて第３図の一致信号ｎを出力するように構成している
。

この第３比較器２８の出力段には、上述の一致信号ｎに
より駆動されるフリップフロツノ２９を接続し、送受枝
肉パターンが一致した時、このフリップ７０ツブ２９の
Ｑ端子から受波出力Ｏ（第３図参照）を出力し、後段の
出力回路（図外）を駆動するように構成しでいる。

また上述のノリツブフロップ２９のＲ端子には送波ゲー
ト１３からの送波グー１−信号ａを印加し、送波毎に上
述の受波出力Ｏを−Ｈすセッ１へする」、うに構成して
いる。

このように構成した超音波スイッチの作用を以下に説明
する。

いま発振回路４を例えば１００に１ｌＺＴ″発振させる
と共に、送波ゲート１３を送波操作するど、この発振周
波数は次段の同調回路５で予め設定された振動子ドライ
ブ周波数、例えば、４０に＋１２に同調処理され、パル
スドライバ８からは同一・周波数の方形波パルス（ドラ
イブパルス）ｅが送波時間ｔ１内において連続的に出力
される。

また前述のパターン発生器１１が予め設定したパターン
に基づいてグー］へ発生器１０からは２種類の信８つま
り１−ゲート信号すおよび１１ゲ一ト信号Ｃが出力され
、これらの各ゲート信号す、ｃに基づいて電圧切換回路
１２からの出力電圧が２０ボルトと４０ポルＩ〜とに制
御され、２Ｓらに、この制御電圧に」；り次段の電圧ド
ライバ７が駆動されるので、前述のパターンに対応して
］−ド化された送波キャリア（ｊを得ることができる。

このようにし−Ｃ１］−ド化された送波キャリアｄに基
づいて送波を発射し、前方物体からの反射波（受波）を
受波回路３において送受波のｍｌ−ドが一致した時にの
み受波出力Ｏを出力り−る。

この」；うに前述の音圧制御手段６により送波の音圧を
変化さＵ１送波を識別化することができる。

例えば実施例で示した６ビツトをｒ　Ｈｌ　ｌ−Ｉ　Ｌ
　Ｈｌ−１となした超音波スイッチの隣に並設する別の
超音波スイッチの該当する６ピツトをたとえばｒ　Ｌ　
１１　Ｌ　ｌ−Ｉ　Ｌ　Ｌ　、１とづる等、上述の音圧
制御手段６により送波を識別化することができ、さらに
下位２ビツトの音圧も送波毎にＬＬ→ｌ−Ｉ　Ｌ→［−
１１→Ｌ１１１→ｌ−１−のように順次変化させること
が可能である。

この結果、多種反射、ポンピング、背景の影響その他に
Ｊ、り次周期の反射波や隣設する別の超音波スイッチか
らの本来受波Ｍ−べぎで＜７い反射波を受波しても該当
づる周期の識別化された送波か否かの受渡判別により、
誤検知を防１１Ｊることができる。

したがって、送波周期を短く覆ることができて、応答速
麿の向−［を図ることができ、また複数の超音波スイッ
チを並設して用いる１１．５には、並設距離を短縮する
ことができる効果がある。

なお、実施例で示した如く、送波キ１シリアを用いると
、キャリアカウントによりノイズ判別ができるので、ノ
イズににる誤動作を効果的になくすことができる。

また、上記実施例においては、−素子反射形の回路を例
示したが、自励式透過形、他励式透過形の回路に適用し
てもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、 第１図は超音波スイッチの電気回路構成を示すブロック
図、 第２図は送波側の各部のタイムチャー１・、第３図は受
波側の各部のタイムブド−１・である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定音圧を得る電圧ドライバの出力段に超音波振動
   子を接続した送波回路を備えた超 音波スイッチであって、 上記電圧ドライバの入力段に送波音圧を可 変制御する音圧制御手段を接続した 超音波スイッチ。