KR20130034876A - 다중 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하는 발파부와, 상기 발파부에서 발신된 초음파 신호를 수신하여 출력하는 수파부를 구비한 다수의 초음파 센서; 및 상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부에 대하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 제어하고, 각 수파부에서 수신된 초음파반사신호를 수신하여 발신 시간과 수신 시간의 시간차를 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리을 계산하여 출력하는 분석 집적회로를 포함하는 다중 감지 장치 및 그 방법이 제공된다.

Description

다중 감지 장치 및 그 방법{Multi sensing apparatus and method thereof}
본 발명은 다중 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초음파 센서는 초음파를 발신하는 발파부와 발신된 초음파를 수신하는 수파부를 포함하여 초음파 센서가 설치되는 설치체에 설치되어, 발파부에서 초음파가 발신된 시점부터 발파부에서 발신된 초음파가 물체에서 반사되어 수파부에 수신되기까지 소요된 시간을 이용하여 설치체와 물체의 사이 거리를 감지한다.
이러한 초음파센서는 액체가 저장되는 액체저장고의 상부에 설치되어 액체의 수위를 검출하여 액체의 유량을 검출하는 데 이용되거나, 운전자가 육안으로 관찰할 수 없는 차량의 후반부에 설치되어 차량의 후방에 위치되는 장애물을 감지하는 데에 이용되고 있다.
종래에 이와 같은 초음파센서는 일본특허공보 평9-156501호 등에 개시된 바와 같이 설치체에 다수개 장착하여 사용된다.
이처럼 설치체에 다수개의 초음파 센서가 설치되는 경우에, 상기 각각의 센서는 전기적인 펄스 신호를 초음파신호로 바꾸어 탐지구역내에 방사하게 되고 물체에 부딪혀 반사되어온 초음파반사신호는 초음파센서에 각각 수신되어 이들을 분석하는 분석 집적회로에서 분석된다.
이와 같이 종래의 설치체에 다수개의 초음파센서를 장착하여 사용하는 경우에 각각의 초음파센서가 고정된 동일한 초음파 송신주파수를 사용하고, 고정된 동일한 초음파 수신회로의 이득 및 고정된 송신 펄스수를 사용하여 구성되어 동일한 센서 특성을 가지고 있어 각각의 초음파 센서에 대응되는 분석 집적회로가 필요하게 된다.
이처럼 다수의 초음파 센서를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 각각의 초음파 센서에 따른 분석 집적회로가 필요함에 따라 비용이 증가하게 되며, 설치 면적 또한 증가하게 되어 제품의 소형화에 어려움을 가중시키고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다수의 초음파 센서가 서로 다른 송신 주파수를 사용하도록 하여 단일의 분석 집적 회로를 사용할 수 있도록 한 다중 감지 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하는 발파부와, 상기 발파부에서 발신된 초음파 신호를 수신하여 출력하는 수파부를 구비한 다수의 초음파 센서; 및 상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부에 대하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 제어하고, 각 수파부에서 수신된 초음파반사신호를 수신하여 발신 시간과 수신 시간의 시간차를 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리을 계산하여 출력하는 분석 집적회로를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부는, 바닥이 있는 통 형상의 케이스; 상기 케이스 내부의 바닥면에 형성되는 압전 소자; 상기 압전 소자에 전기적으로 접속되는 단자; 및 상기 단자가 고정되는 기판을 포함하며, 상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부의 송신 주파수는 해당 발파부의 케이스의 바닥면의 두께나 직경 또는 압전 소자의 물질상수를 서로 상이하게 하여 서로 다른 송신 주파수를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 다수의 초음파 센서의 각 수파부는, 소정의 물체를 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파수신기; 상기 초음파수신기에서 수신된 주파수중 전압이 최대인 공진 주파수만 통과시키는 대역통과필터; 및 상기 대역통과필터를 통과한 초음파 신호를 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 증폭기를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 다수의 초음파 센서의 각 수파부는, 상기 증폭기를 통과한 신호를 검파하는 검파기; 및 상기 검파기에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 분석 집적회로는, 클럭 신호를 발생시키는 발진기; 상기 클럭 신호를 입력받아 해당 공진 주파수의 단일구동펄스를 발생시키는 복수의 단일펄스 발생기; 상기 복수의 단일펄스 발생기에서 출력되는 단일구동펄스중 어느 하나를 선택하여 출력하는 펄스 선택기; 및 상기 펄스 선택기에서 출력되는 단일구동펄스를 해당 초음파 센서에 인가하는 구동신호 출력기를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 분석 집적회로는, 상기 수파부에서 입력되는 초음파 신호를 입력받아 해당 초음파 센서를 인식하는 센서 인식기; 상기 센서 인식기에서 인식한 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 이용하여 감지된 물체의 거리를 산출하는 신호 처리기; 및 및 상기 펄스 선택기와 구동신호 출력기를 제어하는 제어기를 포함한다.
또한, 본 발명은 (A) 분석 집적회로가 다수의 초음파 센서를 구동하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 순차적으로 출력하는 단계; (B) 다수의 초음파 센서가 발신된 초음파 신호가 반사되어 되돌아 오는 초음파 반사 신호를 수신하여 출력하는 단계; 및 (C) 분석 집적 회로가 다수의 초음파 센서에서 수신된 초음파 신호는 입력받아 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 구별하여 해당 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 이용하여 거리를 산출하여 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 (A) 단계는, (A-1) 상기 분석 집적회로의 제어기가 발진기를 구동하여 클럭 신호를 발생시키는 단계; (A-2) 상기 분석 집적회로의 다수의 단일 펄스 발생기가 클럭 신호를 입력받아 해당하는 공진 주파수를 갖는 펄스를 발생시켜 출력하는 단계; (A-3) 상기 분석 집적회로의 펄스 선택기가 제어기의 제어에 따라 다수의 단일 펄스 발생기에서 출력되는 펄스 신호를 순차적으로 선택하여 출력하는 단계; (A-4) 상기 분석 집적회로의 구동 신호 출력기가 제어기의 제어에 의해 해당 공진 주파수의 펄스 신호를 해당 초음파 센서로 출력하는 단계; 및 (A-5) 해당 초음파 센서의 발파부가 해당 초음파 신호를 생성하여 발신하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 (C) 단계는, (C-1) 상기 분석 집적회로의 센서 인식기가 다수의 초음파 센서에서 초음파 신호가 입력되면 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 인식하여 해당 초음파 센서를 알아내는 단계; 및 (C-2) 상기 분석 집적회로의 신호 처리기는 센서 인식기에서 인식된 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간 및 수신 시간을 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리를 산출하여 출력하는 단계를 포함한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 상기와 같이 다수의 초음파 센서를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로를 사용하여 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 초음파 센서를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로를 사용하여 제품의 소형화가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 발파부의 단면도이다.
도 3은 도 1의 수파부의 내부 블럭 구성도이다.
도 4는 도 1의 분석 집적회로의 내부 블럭 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 방법의 흐름도이다.
도 6은 도 5의 초음파 신호 출력 단계의 상세 구성도이다.
도 7은 도 5의 거리 산출 과정의 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 장치는, 발파부(110)와 수파부(130)를 구비한 다수의 초음파 센서(100) 및 분석 집적 회로(200)로 구성되어 있다.
먼저, 다수의 초음파 센서(100)는 설치체에 고정 설치되며, 다수의 초음파 센서(100)의 각각에 해당하는 발파부(110)는 해당 공진 주파수에 해당하는 송신 주파수의 초음파 신호를 발신한다.
이때, 각 발파부(110)로부터 발신되는 초음파 신호는 그 출력 및 안테나 특성 등을 조절함으로써, 감지 지역의 해당 초음파 신호의 도달 위치나 도달 거리 등이 원하는 정도에 이르도록 설계할 수 있다.
이러한 발파부(110)에 있어서 공진 주파수의 범위에서의 임피던스 변화를 나타내는 도 2를 참조하면, 공진 주파수에서 1KHz만 벗어나도 진폭이 금방 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 공진 주파수가 일예로 48KHz인 발파부(110)에 46KHz의 주파수를 인가시킬 경우에 SPL(Sound pressure level)이 48KHz 대비 3dB 이상 떨어지는데, SPL 특성치에서 3dB는 최고점 대비 절단의 특성치 차이를 나타내는 것으로 분석 집적회로(200)내에서 보통 의미없는 데이터로 처리하게 된다.
이러한 특성을 가지는 발파부(110)에서 공진 주파수를 변화시키는 것은 케이스의 바닥면의 두께나 직경, 압전 소자의 물질 상수등을 조금씩 변화시켜 줘도 쉽게 주파수를 변화시킬 수 있다.
이러한 다수의 초음파 센서(100)의 발파부(110)는 바람직하게 순차적으로 구동되어 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하게 된다. 물론, 상기 다수의 초음파 센서(100)의 발파부(110)는 동시에 구동되어 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 할 수 있다.
그리고, 다수의 초음파 센서(100)의 각 수파부(130)는 해당 초음파 센서(100)의 발파부(110)에서 발신된 초음파 신호를 수신하여 분석 집적회로(200)로 출력한다.
이처럼, 다수의 초음파 센서(100)의 각 수파부(130)가 해당 초음파 센서(100)의 발파부(110)에서 발신된 송신 주파수의 초음파 신호를 수신할 수 있도록 설계하면, 각 수파부(130)는 복수개의 발파부(110)로부터 발신된 초음파 신호를 수신하더라도, 이들 신호의 개별적 특성으로부터 당해 신호를 발신하는 발파부(110)를 구분하여 식별할 수 있다.
한편, 분석 집적회로(200)는 다수의 초음파 센서(100)의 각 발파부(110)에 대하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 제어하고, 각 수파부(130)에서 수신된 초음파반사신호를 수신하여 시간차를 이용하여 해당 물체의 거리 등을 계산하여 출력한다.
이때, 사용되는 공진 주파수가 48KHz의 주변의 주파수인 경우에 1초에 48000번 신호를 입력할 수 있으므로 실제 주파수를 순차적으로 입력하는데 걸리는 시간은 4/48000초 정도인데 분석 집적회로(200)가 각 초음파 센서(100)의 노이즈를 제거하고 원하는 중요 신호를 얻는데 걸리는 시간이 보통 1.2ms이므로 0.08ms는 실제 초음파 센서(100)의 작동에 크게 영향을 미칠만한 수치는 아니다.
이와 같이 구성되는 다중 감지 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 분석 집적회로(200)는 다수의 초음파 센서(100)를 정해진 순서에 따라 순차적으로 구동하여 구동된 초음파 센서(100)의 발파부(110)가 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 한다.
이처럼, 다수의 초음파 센서(100)의 발파부(110)가 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하면, 해당 초음파 신호는 진행 경로에 위치한 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아 오게 되고, 해당 초음파 센서(100)의 수파부(130)는 반사되어 되돌아온 초음파 반사 신호를 수신한다.
이와 같이 해당 초음파 센서(100)의 수파부(130)가 초음파 신호를 수신하여 수신된 초음파 신호를 분석 집적회로(200)로 출력하면, 분석 집적회로(200)는 초음파 신호가 입력된 초음파 센서(100)를 구별하여 인식하고, 인식된 초음파 센서(100)의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 알아낸 후에 시간차를 이용하여 거리를 계산하여 계산된 거리를 출력한다.
이처럼 상기와 같은 다중 감지 장치는 다수의 초음파 센서(100)를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로(200)를 사용하여 감지하도록 함으로 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 감지 장치는 다수의 초음파 센서(100)를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로(200)를 사용하여 감지함으로 제품의 소형화가 가능하도록 한다.
도 2는 도 1의 초음파 센서의 발파부의 블럭 구성도이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 초음파 센서의 발파부는 예를 들면 바닥이 있는 원통 형상의 케이스(112)를 포함한다. 이 케이스(112)는 원판 형상의 바닥면부(112a)와 원통 형상의 측벽(112b)으로 구성된다. 케이스(112)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 형성된다. 케이스(112)의 내측의 공동부(114)는 예를 들면 단면 원 형상이 되도록 형성된다.
한편, 공동부(114)의 형상에 따라, 초음파 센서(100)에서 방사되는 초음파의 퍼짐 방식이 결정되기 때문에, 소망하는 특성에 따라 공동부(114)의 형상은 예를 들면 단면이 대략 타원 형상 등 다른 형상으로 설계 변경되어도 된다.
케이스(112)의 내부에 있어서, 바닥면부(112a)의 내면에는 압전 소자(116)가 부착된다. 압전 소자(116)는 예를 들면 원판 형상의 압전체 기판의 양 주면에 전극을 형성한 것이다. 그리고, 압전 소자(116)의 한쪽 주면측의 전극이 도전성 접착제 등에 의해 바닥면부(112a)에 접착된다.
케이스(112)의 개구부의 단면에는 예를 들면 실리콘 고무로 이루어지는 감쇠재(118)가 부착된다. 감쇠재(118)는 케이스(112)나 압전 소자(116)로부터 외부에의 불필요한 진동의 전파와 외부로부터 케이스(112)나 압전 소자(116)에의 불필요한 진동의 침입을 억제하기 위한 것이다.
감쇠재(118)는 예를 들면 케이스(112)의 외경보다 약간 작지만 케이스(112)의 내경보다 약간 큰 외경을 갖는 원판 형상으로 형성된다. 또한, 감쇠재(118)는 그 한쪽 주면에서의 바깥둘레 부분이 케이스(112)의 개구부의 단면에 대향하면서 동시에 그 중심이 케이스(112)의 중심과 동일 직선상이 되도록 배치된다.
즉, 감쇠재(118)는 케이스(112)의 개구부를 덮도록 형성된다. 감쇠재(118)에는 그 양쪽 주면을 수직으로 관통하면서 동시에 케이스(112)의 공동부(114)에 통하도록 2개의 단자용 구멍(118a, 118b)이 서로 간격을 두고 형성된다.
감쇠재(118)의 다른쪽 주면에는 예를 들면 유리 에폭시 기판을 이용한 원판 형상의 기판(120)이 부착된다. 기판(120)은 감쇠재(118)의 외경과 동일한 외경을 가지며, 그 한쪽 주면이 감쇠재(118)의 다른쪽 주면에 대향하면서 동시에 그 중심이 케이스(112)의 중심 및 감쇠재(118)의 중심과 동일 직선상이 되도록 배치된다.
그로 인해, 감쇠재(118)는 케이스(112)의 개구부의 단면과 기판(120)의 한쪽 주면 사이에 형성된다. 또한, 기판(120)에는 그 양쪽 주면을 수직으로 관통하도록 2개의 단자용 구멍(120a, 120b)이 형성된다. 이들 단자용 구멍(120a, 120b)는 감쇠재(118)에 형성된 단자용 구멍(118a, 118b)에 각각 대응하도록 형성된다.
기판(120)에는 직선 형상의 2개의 핀 단자(122a, 122b)가 단자용 구멍(120a, 120b)에 각각 압입됨으로써 고정된다.
이 경우, 이들 핀 단자(122a, 22b)는 그들의 한쪽끝측 부분이 기판(120)의 한쪽 주면측 즉, 내측에 배치되고, 그들의 다른쪽끝측 부분이 기판(120)의 다른쪽 주면측 즉 외측에 배치된다. 또한, 핀 단자(122a, 122b)의 한쪽끝측부분은 감쇠재(118)에 형성된 단자용 구멍(118a, 118b)에 삽입되고, 그들의 선단부가 케이스(112)의 공동부(114)에 배치된다.
케이스(112)의 측벽(112b)의 내면에는, 접속부재로서 예를 들면 폴리우레탄 구리선으로 이루어지는 한쪽 리드 선(124a)의 한쪽 끝이 솔더링된다. 그로 인해, 이 리드 선(124a)은 케이스(112)를 개재하여 압전 소자(116)의 한쪽 주면측의 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 리드 선(124a)의 다른쪽 끝은 한쪽 핀 단자(122a)의 한쪽끝측 부분의 선단부에 솔더링된다. 따라서, 압전 소자(116)의 한쪽 주면측의 전극은 케이스(112) 및 리드 선(124a)을 개재하여 한쪽 핀 단자(122a)에 전기적으로 접속된다.
또한, 접속부재로서 예를 들면 폴리우레탄 구리선으로 이루어지는 다른쪽 리드 선(124b)의 한쪽 끝이 압전 소자(116)의 다른쪽 주면측의 전극에 솔더링된다. 이 리드 선(124b)의 다른쪽 끝은 다른쪽 핀 단자(122b)의 다른쪽끝측 부분의 선단부에 솔더링된다. 따라서, 압전 소자(116)의 다른쪽 주면측의 전극은 리드 선(124b)을 개재하여, 다른쪽 핀 단자(122b)에 전기적으로 접속된다.
이와 같은 구성을 갖는 초음파 센서(100)는 핀 단자(122a, 122b)에 구동 전압을 인가함으로써 압전 소자(116)가 여진된다. 압전 소자(116)의 진동에 의해 케이스(112)의 바닥면부(112a)도 진동하여 바닥면부(112a)에 직교하는 방향으로 초음파가 방사된다. 초음파 센서(100)로부터 방사된 초음파가 피검출물에서 반사하여 초음파 센서(100)에 도달하면, 압전 소자(116)가 진동하여 전기 신호로 변환되고 핀 단자(122a, 122b)로부터 전기 신호가 출력된다. 따라서, 구동 전압을 인가하고 나서 전기 신호가 출력되기까지의 시간을 측정함으로써 초음파 센서(100)에서 피검출물까지의 거리를 측정할 수 있다.
이 초음파 센서(100)에서 공진 주파수(fsn)는 케이스(112)의 원판 형상의 바닥면부(112a)의 두께(t)와, 원판 형상의 바닥면부(112a)의 직경(D)와, 압전 소자(116)의 물질 상수(kn)에 따라 아래 (수학식 1)과 같이 정해지는데, 이중 어느 하나의 요소를 변화시키면 발신되는 송신 주파수를 변경할 수 있다.
(수학식 1)
fsn=kn(t/D)
따라서, 상기 초음파 센서(100)를 다수개 사용하는 본 발명의 다중 감지 장치의 경우에 상기 초음파 센서(100)의 어느 하나의 구성요소를 변경하여 서로 다른 송신 주파수의 초음파 신호를 생성하여 발신할 수 있다.
도 3은 도 1의 수파부의 내부 블럭 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도 1의 수파부는 소정의 물체를 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파수신기(121), 상기 초음파수신기(121)에서 수신된 주파수중 전압이 최대인 공진 주파수만 통과시키는 대역통과필터(122), 상기 대역통과필터(122)를 통과한 초음파 신호를 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 증폭기(123), 상기 증폭기(123)를 통과한 신호를 검파하는 검파기(124) 및 상기 검파기(124)에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기(125)를 구비하고 있다.
여기에서, 검파기(124)와 비교기(125)는 수파부에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 것으로 필요에 따라 생략할 수 있다.
이와 같이 구성되는 수파부는 소정의 물체를 맞고 반사된 초음파를 초음파수신기(121)에서 수신하게 되고, 상기 초음파수신기(121)에서 수신된 주파수중 전압이 최대인 공진 주파수만을 대역통과필터(122)에서 통과시킨다.
또한, 상기 대역통과필터(122)를 통과한 초음파 신호는 소정 잡음의 크기에
따라 증폭율을 조정하게 되고 증폭기(123)에 의해 조정된 증폭율은 검파기(124)에 의해 초음파 신호를 검파하게 된다.
또한, 상기 검파기(124)에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 비교기(125)에서 디지탈 값으로 변환되어 출력된다.
도 4는 도 1의 분석 집적회로의 내부 블럭 구성도이다.
도 4를 참조하면, 도 1의 분석 집적회로는 발진기(210), 복수의 단일펄스 발생기(220), 펄스 선택기(230), 구동신호 출력기(240), 센서 인식기(250), 신호 처리기(260) 및 제어기(270)를 구비하고 있다.
상기 발진기(210)는 전원 공급장치(미도시)로부터 공급되는 전원을 입력받아 클럭 펄스를 발생시킨다.
그리고, 복수의 단일 펄스 발생기(220)는 클럭펄스를 발생시키는 발진기(210)에서 출력되는 클럭펄스를 이용하여 각각에 해당하는 단발구동펄스를 발생시킨다.
다음으로, 펄스 선택기(230)는 제어기(270)의 제어에 따라 복수의 단일펄스 발생기(220)에서 어느 하나의 출력 신호를 선택하여 구동신호 출력기(240)로 출력한다.
상기 구동신호 출력기(240)는 상기 펄스 선택기(230)에서 선택된 해당 펄스를 해당 초음파 센서의 발파부로 출력한다.
한편, 센서 인식기(250)는 다수의 초음파 센서(100)의 수파부에서 초음파 신호가 입력되면 초음파 신호가 입력된 초음파 센서(100)를 인식하여 해당 초음파 센서(100)를 구별할 수 있는 구별 신호(일예로 식별번호)와 수신 시간을 출력한다.
그리고, 신호 처리기(260)는 센서 인식기(250)에서 출력되는 해당 초음파 센서(100)를 구별할 수 있는 구별 신호(일예로 식별번호)와 수신 시간을 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리를 알아낸다.
이와 같은 분석 집적회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 제어기(270)는 상기 발진기(210)를 구동하여 전원공급장치에서 입력되는 전원을 이용하여 클럭 신호를 발생시킨다.
그리고, 이처럼 발진기(210)에서 의해 발생된 클럭 신호는 다수의 단일 펄스 발생기(220)에 입력되며, 상기 다수의 단일 펄스 발생기(220)는 해당하는 공진 주파수를 갖는 펄스를 발생시켜 출력한다.
이후에, 제어기(270)는 상기 펄스 선택기(230)를 제어하여 상기 다수의 단일 펄스 발생기(220)에서 출력되는 펄스 신호를 순차적으로 선택할 수 있도록 한다.
이때, 펄스 선택기(230)가 선택하는 순서는 미리 정해진 순서에 따라 진행할 수도 있고 또는 임의의 순서에 따라 랜덤하게 선택되도록 할 수도 있다.
이처럼 펄스 선택기(230)에 의해 선택된 펄스 신호는 구동신호 출력기(250)로 출력되며, 구동 신호 출력기(250)는 제어기의 제어에 의해 해당 공진 주파수의 펄스 신호를 해당 초음파 센서로 출력한다.
한편, 센서 인식기(250)는 다수의 초음파 센서(100)의 수파부에서 초음파 신호가 입력되면 초음파 신호가 입력된 초음파 센서(100)를 인식하여 해당 초음파 센서(100)를 알아낸다.
이때, 센서 인식기(250)는 상기 다수의 초음파 센서(100)에서 입력되는 신호가 아날로그 신호인 경우에 공진 주파수를 검출하여 검출된 공진 주파수를 이용하여 해당 초음파 센서(100)를 구별할 수 있다.
이와 달리 상기 다수의 초음파 센서(100)가 디지털 신호를 출력하는 경우에 센서 인식기(250)는 디지털 신호의 입력 라인을 구별하여 초음파 센서(100)를 알아낼 수 있다.
그리고, 신호 처리기(260)는 센서 인식기(250)에서 출력되는 해당 초음파 센서(100)를 구별할 수 있는 구별 신호(일예로 식별번호)와 발신 시간 및 수신 시간을 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리를 알아낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 감지 방법은 먼저, 분석 집적회로(200)가 다수의 초음파 센서(100)를 정해진 순서에 따라 순차적으로 구동하여 다수의 초음파 센서(100)의 발파부(110)가 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 순차적으로 출력하도록 한다(S100).
다음으로, 상기 다수의 초음파 센서(100)의 수파부(130)는 발신된 초음파 신호가 진행 경로에 위치한 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아 오는 초음파 반사 신호를 수신하여 출력한다(S200).
이후에, 분석 집적 회로(200)는 다수의 초음파 센서(100)의 수파부(130)에서 수신된 초음파 신호는 입력받아 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 구별하여 인식하고, 인식된 초음파 센서(100)의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 알아낸 후에 시간차를 이용하여 거리를 계산하여 계산된 거리를 출력한다(S300).
본 발명은 상기와 같이 다수의 초음파 센서를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로를 사용하여 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 초음파 센서를 사용하여 물체를 감지하는 경우에 단일의 분석 집적회로를 사용하여 제품의 소형화가 가능하도록 한다.
도 6은 도 5의 초음파 신호 출력 단계의 상세 구성도이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 초음파 신호 출력 단계는, 먼저 제어기가 발진기를 구동하여 클럭 신호를 발생시키며(S111), 다수의 단일 펄스 발생기는 클럭 신호를 입력받아 해당하는 공진 주파수를 갖는 펄스를 발생시켜 출력한다(S112).
이후에, 펄스 선택기를 제어기의 제어에 따라 다수의 단일 펄스 발생기에서 출력되는 펄스 신호를 미리 정해진 순서에 따라 진행할 수도 있고 또는 임의의 순서에 따라 랜덤하게 선택하여 출력한다(S113).
이처럼 펄스 선택기에 의해 선택된 펄스 신호는 구동신호 출력기로 출력되며, 구동 신호 출력기는 제어기제어기에 의해 해당 공진 주파수의 펄스 신호를 해당 초음파 센서로 출력하여(S114), 해당 초음파 센서의 발파부가 해당 초음파 신호를 생성하여 발신하도록 한다(S115).
도 7은 도 5의 거리 산출 과정의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 도 5의 거리 산출 과정은 먼저 센서 인식기가 다수의 초음파 센서의 수파부에서 초음파 신호가 입력되면 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 인식하여 해당 초음파 센서를 알아낸다(S311).
이때, 센서 인식기는 상기 다수의 초음파 센서에서 입력되는 신호가 아날로그 신호인 경우에 공진 주파수를 검출하여 검출된 공진 주파수를 이용하여 해당 초음파 센서를 구별할 수 있다.
이와 달리 상기 다수의 초음파 센서가 디지털 신호를 출력하는 경우에 센서 인식기는 디지털 신호의 입력 라인을 구별하여 초음파 센서를 알아낼 수 있다..
이후에 신호 처리기는 센서 인식기에서 출력되는 해당 초음파 센서를 구별할 수 있는 구별 신호(일예로 식별번호)와 발신 시간 및 수신 시간을 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리를 알아낸다(S312).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100 : 초음파 센서 110 : 발파부
112 : 케이스 114 : 공동부(空洞部)
116 : 압전 소자 118 : 감쇠재
120 : 기판 121 : 지지부
122a, 122b : 핀 단자 124a, 124b : 리드 선
130 : 수파부 121 : 초음파 수신기
122 : 대역통과필터 123 : 증폭기
124 : 검파기 125 : 비교기
200 : 분석 집적회로 210 : 발진기
220 : 단일펄스 발생기 230 : 펄스 선택기
240 : 구동신호 출력기 250 : 센서 인식기
260 : 신호 처리기 270 : 제어기

Claims (9)

  1. 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하는 발파부와, 상기 발파부에서 발신된 초음파 신호를 수신하여 출력하는 수파부를 구비한 다수의 초음파 센서; 및
    상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부에 대하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 발신하도록 제어하고, 각 수파부에서 수신된 초음파반사신호를 수신하여 발신 시간과 수신 시간의 시간차를 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리을 계산하여 출력하는 분석 집적회로를 포함하는 다중 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부는,
    바닥이 있는 통 형상의 케이스;
    상기 케이스 내부의 바닥면에 형성되는 압전 소자;
    상기 압전 소자에 전기적으로 접속되는 단자; 및
    상기 단자가 고정되는 기판을 포함하며,
    상기 다수의 초음파 센서의 각 발파부의 송신 주파수는 해당 발파부의 케이스의 바닥면의 두께나 직경 또는 압전 소자의 물질상수를 서로 상이하게 하여 서로 다른 송신 주파수를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 다중 감지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 초음파 센서의 각 수파부는,
    소정의 물체를 맞고 반사된 초음파를 수신하는 초음파수신기;
    상기 초음파수신기에서 수신된 주파수중 전압이 최대인 공진 주파수만 통과시키는 대역통과필터; 및
    상기 대역통과필터를 통과한 초음파 신호를 소정 잡음의 크기에 따라 증폭율을 조정하는 증폭기를 포함하는 다중 감지 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수의 초음파 센서의 각 수파부는,
    상기 증폭기를 통과한 신호를 검파하는 검파기; 및
    상기 검파기에서 검파한 신호를 선형 기준신호와 비교하여 디지탈 값으로 변환시키는 비교기를 더 포함하는 다중 감지 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석 집적회로는,
    클럭 신호를 발생시키는 발진기;
    상기 클럭 신호를 입력받아 해당 공진 주파수의 단일구동펄스를 발생시키는 복수의 단일펄스 발생기;
    상기 복수의 단일펄스 발생기에서 출력되는 단일구동펄스중 어느 하나를 선택하여 출력하는 펄스 선택기; 및
    상기 펄스 선택기에서 출력되는 단일구동펄스를 해당 초음파 센서에 인가하는 구동신호 출력기를 포함하는 다중 감지 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분석 집적회로는,
    상기 수파부에서 입력되는 초음파 신호를 입력받아 해당 초음파 센서를 인식하는 센서 인식기;
    상기 센서 인식기에서 인식한 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 이용하여 감지된 물체의 거리를 산출하는 신호 처리기; 및
    및 상기 펄스 선택기와 구동신호 출력기를 제어하는 제어기를 포함하는 다중 감지 장치.
  7. (A) 분석 집적회로가 다수의 초음파 센서를 구동하여 해당 송신 주파수의 초음파 신호를 순차적으로 출력하는 단계;
    (B) 다수의 초음파 센서가 발신된 초음파 신호가 반사되어 되돌아 오는 초음파 반사 신호를 수신하여 출력하는 단계; 및
    (C) 분석 집적 회로가 다수의 초음파 센서에서 수신된 초음파 신호는 입력받아 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 구별하여 해당 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간과 수신 시간을 이용하여 거리를 산출하여 출력하는 단계를 포함하는 다중 감지 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 (A) 단계는,
    (A-1) 상기 분석 집적회로의 제어기가 발진기를 구동하여 클럭 신호를 발생시키는 단계;
    (A-2) 상기 분석 집적회로의 다수의 단일 펄스 발생기가 클럭 신호를 입력받아 해당하는 공진 주파수를 갖는 펄스를 발생시켜 출력하는 단계;
    (A-3) 상기 분석 집적회로의 펄스 선택기가 제어기의 제어에 따라 다수의 단일 펄스 발생기에서 출력되는 펄스 신호를 순차적으로 선택하여 출력하는 단계;
    (A-4) 상기 분석 집적회로의 구동 신호 출력기가 제어기의 제어에 의해 해당 공진 주파수의 펄스 신호를 해당 초음파 센서로 출력하는 단계; 및
    (A-5) 해당 초음파 센서의 발파부가 해당 초음파 신호를 생성하여 발신하는 단계를 포함하는 다중 감지 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 (C) 단계는,
    (C-1) 상기 분석 집적회로의 센서 인식기가 다수의 초음파 센서에서 초음파 신호가 입력되면 초음파 신호가 입력된 초음파 센서를 인식하여 해당 초음파 센서를 알아내는 단계; 및
    (C-2) 상기 분석 집적회로의 신호 처리기는 센서 인식기에서 인식된 초음파 센서의 초음파 신호의 발신 시간 및 수신 시간을 이용하여 해당 초음파 센서가 감지한 물체의 거리를 산출하여 출력하는 단계를 포함하는 다중 감지 방법.
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