KR20070087877A - 초음파 발신 제어 장치의 여진 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방식 초음파 발신 센서의 발신 구동장치에 있어서 발신 종료 후 추가적인 펄스 삽입에 의한 발신 초음파의 여진(또는 잔향)을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 구동 펄스를 발생시키는 드라이버(10)와 초음파 센서(20)를 이용한 여진제거 방법에 있어서, 상기 드라이버(10)가 정상전압으로 제1펄스폭(a) 만큼 펄스를 출력하는 단계; 제 2 펄스폭(b)만큼 출력을 지연시키는 단계; 및

정상전압으로 제3펄스폭(c)만큼 역 펄스를 발생시킴으로써 원하지 않는 초음파 여진 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 초음파 센서는 드라이버에서 인가된 구동신호가 종료된 후에 원하지 않게 발생되는 여진 초음파 신호를 효과적으로 제거하여 근거리 측정 시 발신 후 짧은 시간 내에 피 측정체에서 되돌아오는 신호가 원활히 감지될 수 있어 근거리 측정 성능이 향상되는 효과가 있다.

Description

초음파 발신 제어 장치의 여진 제거 방법{Reverberation eliminating method of the ultrasonic transmitting driver}

도 1a는 종래의 초음파 센서에 의한 원거리 측정 상태도.

도 1b는 종래의 초음파 센서에 의한 원거리 측정 파형도.

도 2a는 종래의 초음파 센서에 의한 근거리 측정 상태도.

도 2b는 종래의 초음파 센서에 의한 근거리 측정 파형도.

도 3a는 종래의 초음파 드라이버 구동 파형도.

도 3b는 종래의 실제 초음파 발신 파형도.

도 4a는 본 발명의 펄스폭 가변 역 펄스 주입에 의한 여진 감쇄 설명도

도 4b는 본 발명의 실제 초음파 발신 파형도

도 5a는 본 발명의 이용된 초음파 센서에 의한 근거리 측정 상태도.

도 5b는 본 발명의 이용된 초음파 센서에 의한 근거리 측정 파형도.

*** 도면 주요 부분의 부호의 설명 ***

10 : 드라이버 20 : 초음파 센서

30 : 피 측정체

본 발명은 방식 초음파 발신 센서의 발신 구동장치에 있어서 발신 종료 후 추가적인 펄스 삽입에 의한 발신 초음파의 여진(또는 잔향)을 제거하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 송신 수신 일체형 단일 초음파 센서를 이용하는 거리측정 장치에 있어서 단거리 거리 측정 성능을 향상시키는데 이용된다.

초음파를 이용한 거리측정 장치는 종래에 많이 사용되어 왔다. 초음파를 이용한 거리 측정은 초음파를 발신한 후 피 측정체(30)를 맞고 되돌아오는 신호를 측정하는데 있어서 발신 초음파 신호와 돌아오는 초음파 신호가 감지되는 시간 간격을 측정하여 음파 전달 속도를 감안한 거리연산으로 초음파 발신 시점과 피 측정체(30)의 거리를 측정할 수 있다.

도 1a는 종래의 초음파 센서에 의한 원거리 측정 상태도이고 도 1b는 종래의 초음파 센서에 의한 원거리 측정 파형도이다.

또한, 도 2a는 종래의 초음파 센서에 의한 근거리 측정 상태도이고 도 2b는 종래의 초음파 센서에 의한 근거리 측정 파형도이다.

도1a, 1b와 도2a, 2b에 도시된 바와 같이, 하나의 초음파 센서(20)를 이용하여 초음파를 발생시키고 피 측정체(30)에서 되돌아오는 신호를 수신, 증폭하여 피 측정체(30)까지의 거리를 측정한다. 초음파 센서(20)는 특정 동작 주파수가 고정되어 있으며 드라이버(10)라는 펄스 발생기에서 동작 펄스를 공급받으면 초음파 를 발생시킨다. 그런데 초음파 센서(20)의 특성상 드라이버(10)의 펄스가 끊어지더라도 물리적인 진동이 남아 있어 초음파 발생을 곧바로 멈추지 않는다. (이를 여진이라 부르기도 하고 잔향이라 부르기도 함.) 이러한 이유로 도 1a,1b와 같이 비교적 원거리 피 측정체(30)의 신호는 발신 여진 신호가 사라진 후 피 측정체(30)에서 되돌아오는 신호가 수신되는데, 도 2a, 2b와 같이 근거리 피 측정체(30)의 신호는 발신 여진 신호가 사라지기 전에 피 측정체(30)에서 되돌아오는 신호가 수신되어 초음파 감지 신호 간격을 계산하기가 불가능하다. 실제 초음파를 이용한 거리 측정 장치에서 발신 신호는 매우 크며 수신 신호는 매우 미약하여 근거리 피 측정체(30)에서 되돌아오는 수신신호는 여진 신호에 묻혀 구분이 되지 못한다.

도 3a는 종래의 초음파 드라이버 구동 파형도와 도 3b는 종래의 실제 초음파 발신 파형도이다.

초음파 발신 여진 문제를 해결하기 위한 방법은 여러 가지가 있다.

첫째, 발신 센서와 수신 센서를 분리 장착하는 방법이다. 이 경우에 근거리 측정이 용이한 것은 확실하나 별도의 센서가 추가되어 가격이 상승하는 문제가 있다.

둘째, 초음파 센서의 구조가 여진이 작게 발생하도록 진동 감쇄 재료(backing material)를 부착시키는 방법이다. 이 경우에는 부착 사용 재료에 따라 여진 감쇄 시간이 단축되는 특성을 가지며 여진 감쇄 시간이 단축될수록 발신 초음파의 세기가 약해지고 수신 초음파에 대한 감도가 낮아지는 문제점을 가진다.

셋째, 드라이버(10)에서 구동신호 주입 후 스위치를 이용한 단자 단락을 통 해 초음파 센서의 진동에너지를 소모시키는 방법이다. 이 방법은 부가적인 회로가 추가되는 단점을 가지며 빠른 여진 제거가 되지 못한다.

따라서 본 발명은, 이상에서 설명한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 송신 수신 일체형 단일 초음파 센서를 이용한 거리측정 장치에 있어서 발신 구동 신호가 끊어진 후에 잔류하는 센서 내부 진동자의 물리적 진동에너지를 제거시켜서 여진 초음파 신호를 제거하여 단거리 측정 성능을 향상시키기는 것에 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명은 구동 펄스를 발생시키는 드라이버(10)와 초음파 센서(20)를 이용한 여진제거 방법에 있어서,

상기 드라이버(10)가 정상전압으로 제1펄스폭(a) 만큼 펄스를 출력하는 단계;

제 2 펄스폭(b)만큼 출력을 지연시키는 단계; 및

정상전압으로 제3펄스폭(c)만큼 역 펄스를 발생시킴으로써 원하지 않는 초음파 여진 신호를 제거하는 것이 바람직하다.

상기 역 펄스 구동 전압 제 2 펄스폭(b) 및 제3펄스폭(c)은 제1펄스폭(a)의10~50%범위로 조정하여 구동시키는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 구성은 통상적인 초음파 거리 측정 장치의 구성과 동일하며 본 발명의 동작은 거리측정 장치에 있어서 초음파 센서(20)에 펄스 신호를 주입하는 드라이버(10)의 펄스 제어 방법을 이용한다.

도 4a는 본 발명의 펄스폭 가변 역 펄스 주입에 의한 여진 감쇄 설명도이고 도 4b는 본 발명의 실제 초음파 발신 파형도이다.

도 4a, 4b에 도시한 바와 같은 전압은 동일하며 펄스폭이 제어되는 역 펄스 발생이 가능한 초음파 드라이버 회로가 이용된다.

도 5a는 본 발명의 이용된 초음파 센서에 의한 근거리 측정 상태도이며 도 5b는 본 발명에 이용된 초음파 센서에 의한 근거리 측정 파형도이다.

도 4a, 4b에 도시된 펄스폭이 제어되는 동일 전압 역 펄스가 이용되는 방법은 도 1a, 도1b 및 도 2a, 2b에 도시된 초음파 거리계 장치에 있어서 초음파 센서(20) 전단에 위치하는 드라이버(10) 내부에 펄스 폭 가변 펄스 발생기를 두고, 정상적인 펄스 발생 때에는 도 4a의 제1펄스폭(a)을 가지는 펄스를 출력하고, 정상 펄스 발생 종료 후 여진 제거의 경우에는 도 4a의 제2펄스폭(b)을 가지는 펄스 및 제3펄스폭(c)을 가지는 펄스를 출력한다. 이 때, 여진 제거의 경우 펄스는 정상 펄스의 위상과 180°차이를 가지며, 제2펄스폭(b) 와 제3펄스폭(c)의 크기는 초음파 센서(20)의 종류에 따라 제1펄스폭(a) 크기의 10%∼50%크기로 조정된다.

도 4a에 도시한 바와 같은 펄스 제어로 여진이 제거되는 원리는 정상 초음파 발생 후 초음파 센서 내부에 잔류하는 진동 에너지를 180°위상차를 가지는 낮은 에너지의 펄스를 주입하여 상쇄시키는 것이다.

도 5b의 파형을 보면 발신파형과 수신파형이 일정한 거리를 두고 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 상기한 도 4a에 도시된 파형과 같이 정상적인 펄스 발생 때에는 도 4a의 제1펄스폭(a)을 가지는 펄스를 출력하고, 정상 펄스 발생 종료 후 여진 제거의 경우에는 도 4a의 제2펄스폭(b) 및 제3펄스폭(c)을 가지는 펄스를 출력한다

따라서 도 5b에 도시된 파형과 같이 발신파형이 발사되고 피 측정체(30)에 반사되어 돌아오는 수신파형을 수신할 때 여진신호를 제거하여 양질의 수신파형을 수신할 수 있게 된다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 사용된 특정한 용어는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 명세서에 기재된 문언적 의미에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면 초음파 센서가 드라이버에서 인가된 구동신호가 종료된 후에 원하지 않게 발생되는 여진 초음파 신호를 효과적으로 제거하여 근거리 측정 시 발신 후 짧은 시간 내에 피 측정체에서 되돌아오는 신호가 원활히 감지될 수 있어 근거리 측정 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 구동 펄스를 발생시키는 드라이버(10)와 초음파 센서(20)를 이용한 여진제거 방법에 있어서,

   상기 드라이버(10)가 정상전압으로 제1펄스폭(a) 만큼 펄스를 출력하는 단계;

   제 2 펄스폭(b)만큼 출력을 지연시키는 단계; 및

   정상전압으로 제3펄스폭(c)만큼 역 펄스를 발생시킴으로써 원하지 않는 초음파 여진 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 초음파 발신 제어장치의 여진제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 역 펄스 구동 전압 제 2 펄스폭(b) 및 제 3 펄스폭(c)은 제 1 펄스폭(a)의10~50%범위로 조정하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 초음파 발신 제어장치의 여진제거 방법.

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