KR20190141456A - 초음파를 이용한 거리측정에서 주변 노이즈 필터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 고안은 초음파를 공기중에 생성하는 송신부(10)와; 물체에 반사되어 돌아오는 초음파를 전기적 신호로 변환하는 수신부(20); 수신한 해당 음파의 신호를 증폭 처리하는 증폭부(30)와; 상기 송신부(10)에 초음파 패턴 신호를 제공하고 증폭부(30)를 통해 입력한 수신음파에서 패턴을 추출하여 두 패턴을 비교하고 제어하여 일치된 패턴을 획득하여 측정값으로 변환하는 제어부(40)를 가짐으로 주변 음파노이즈를 효과적으로 필터링하는 초음파 센서 필터링 장치에 관한 것이다.

Description

초음파를 이용한 거리측정에서 주변 노이즈 필터링 장치 및 방법{noise filtering of ultrasonic wave sensor}

본 발명은 초음파 송수신을 이용하여 거리 측정을 기반으로 물체를 감지하는 장치로서 주변 음파 노이즈에 의한 정보의 왜곡을 최소화하여 신뢰도 있는 감지 및 측정 장치를 구성하는 방법을 기술한 것이다.

초음파를 활용하는 것은 사람이 듣지 못하여 소음을 발생하지 않는 것이 기초 배경이 되며, 1초에 340미터의 속도로 공기중에서 전파되어 빛에 비하여 매우 느리지만 근거리를 측정하는 속도로는 충분하고 고속의 프로세서를 사용하지 않기에 구성물의 비용도 저렴할수 있어 산업의 다양한 분야에 활용된다.

초음파을 발생하여 송신한 이 후 물체에 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하여 거리를 측정하고자 하는 동일 시간에 주변에 음파가 없다면 만족스러운 결과를 득할 수 있으나, 대체적 주변 환경에는 원치않는 음파가 많이 발생하며 이로인해 수신부에 원치않는 노이즈로 입력된다.

본 발명은 이러한 주변의 노이즈 음파를 효과적으로 필터링하여 신뢰성있는 측정 결과를 얻는 장치 및 방법을 기술하고자 한다.

상기 주변의 음파 노이즈를 필터링하기 위해 본 발명은 음파를 디지털 패턴의 형태로 송신하고 수신함에 특징을 갖는다.

두 번 이상의 송신과 수신을 하되 시스템 개발자가 결정하는 특정 디지털 패턴으로 송신을 하며([대표도]의 5-bit 예시 참조) 초음파를 실제 송신하는 것을 디지털 펄스의 1로 정의하며 지정된 시간의 구간에 초음파를 송신하지 않는 것을 디지털 펄스의 0으로 정의한다.

이러한 초음파 패턴은 디지털 펄스이 bit와 같이 설명할수 있으며 2-bit 이상이어야 패턴이라는 의미를 가지며 bit 수가 많을수록 노이즈 필터 효과는 뛰어나게 된다.

수신된 패턴이 송신한 패턴과 일치하지 않을 경우 수신된 신호는 모두 버려지게되고 오로지 수신된 패턴이 송신한 패턴과 일치할 경우에만 주변 노이즈가 영향을 주지 않은 유효한 신호로 간주하여 신뢰성있는 측정값을 가지도록 한다.

자동차나 드론 등 신뢰성있는 장애물 감지는 불안정한 오동작을 제거하여 안정되고 유연한 동작을 할수 있으며, 불필요하게 무거운 소프트웨어를 가볍게 하여 전체 시스템의 비용을 절감하게 되며 성능을 향상시킨다.

본 발명은 [도 1]에 도시한 바와 같이, 초음파를 공기중에 생성하는 송신부(10)와; 물체에 반사되어 돌아오는 초음파를 전기적 신호로 변환하는 수신부(20); 수신한 해당 음파의 신호를 증폭 처리하는 증폭부(30)와; 상기 송신부(10)에 초음파 패턴 신호를 제공하고 증폭부(30)를 통해 입력한 수신음파에서 패턴을 추출하여 두 패턴을 비교하고 제어하여 일치된 패턴을 획득하여 측정값으로 변환하는 제어부(40); 상기 제어부(40)의 측정값을 표시하는 표시부(50)로 구성하여 그 실시예를 나타낸다.
[도 2]에서는 상기 실시예의 동작 순서를 보여주고 있으며, 패턴 비교(ST30) 결과 일치하지 않을 시 다시 처음으로 회귀하여 초음파 패턴 송신(ST10)을 다시 하고 재 수신(ST20)된 신호와 다시 비교(ST30)하며, 패턴이 일치할 때까지 이를 반복하여 패턴이 일치된 경우에만 다음 단계인 유효값의 평균값을 추출(ST40)하여 최종 값을 표시(ST50)하게 된다.

상기 주변의 음파 노이즈를 필터링하기 위해 본 발명은 음파를 디지털 패턴의 형태로 송신하고 수신함에 특징을 갖는다.

두 번 이상의 송신과 수신을 하되 시스템 개발자가 결정하는 특정 디지털 패턴으로 송신을 하며([대표도]의 5-bit 예시 참조) 초음파를 실제 송신하는 것을 디지털 펄스의 1로 정의하며 지정된 시간의 구간에 초음파를 송신하지 않는 것을 디지털 펄스의 0으로 정의한다.

[대표도]의 경우를 예를 들어 설명하자면, 이는 10101이라는 5-bit의 패턴이며 주변의 노이즈가 침투하여 수신 결과가 11101으로 나오면 이 데이타는 무효처리하여 버리고 다시 패턴을 송신하도록 한다.

이러한 초음파 패턴은 디지털 펄스이 bit와 같이 설명할수 있으며 2-bit 이상이어야 패턴이라는 의미를 가지며 bit 수가 많을수록 노이즈 필터 효과는 뛰어나게 된다.

수신된 패턴이 송신한 패턴과 일치하지 않을 경우 수신된 신호는 모두 버려지게되고 오로지 수신된 패턴이 송신한 패턴과 일치할 경우에만 주변 노이즈가 영향을 주지 않은 유효한 신호로 간주하여 신뢰성있는 측정값을 가지도록 한다.

본 발명은 [도 1]에 도시한 바와 같이, 초음파를 공기중에 생성하는 송신부(10)와; 물체에 반사되어 돌아오는 초음파를 전기적 신호로 변환하는 수신부(20); 수신한 해당 음파의 신호를 증폭 처리하는 증폭부(30)와; 상기 송신부(10)에 초음파 패턴 신호를 제공하고 증폭부(30)를 통해 입력한 수신음파에서 패턴을 추출하여 두 패턴을 비교하고 제어하여 일치된 패턴을 획득하여 측정값으로 변환하는 제어부(40); 상기 제어부(40)의 측정값을 표시하는 표시부(50)로 구성하여 그 실시예를 나타낸다.

[도 2]에서는 상기 실시예의 동작 순서를 보여주고 있으며, 패턴 비교(ST30) 결과 일치하지 않을 시 다시 처음으로 회귀하여 초음파 패턴 송신(ST10)을 다시 하고 재 수신(ST20)된 신호와 다시 비교(ST30)하며, 패턴이 일치할 때까지 이를 반복하여 패턴이 일치된 경우에만 다음 단계인 유효값의 평균값을 추출(ST40)하여 최종 값을 표시(ST50)하게 된다.

Claims (2)

1. 초음파를 발사하는 초음파 송신부와; 목표물에 맞고 돌아오는 음파를 수신하는 초음파수신부와; 상기 초음파수신부가 수신한 해당 음파의 신호를 증폭 처리하는 증폭부와; 상기 증폭부를 통해 입력한 수신음파를 디지털화하고 유효값만을 추출하여 평균값을 완성하고 결과값에 따른 처리를 수행하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 거리측정용 초음파센서의 노이즈 필터링장치.
   
2. 제1항에 있어서, 미리 정해진 2-bit 이상의 패턴을 송신하는 송신부와 수신부와 증폭부를 통해 수신된 음파신호를 디지털화하여 패턴을 분석하고 미리 정해진 패턴과 일치하는 유효 값만을 추출하여 평균값을 완성하는 제어부를 포함하는 초음파센서의 노이즈 필터링창치.
   

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