(57)【要約】【課題】測定距離にかかわらず、計測値の誤差が小さい超音波距離計および超音波傾斜計を得る。【解決手段】測定対象８に向けて超音波７を送信し、測定対象８によって反射された超音波７を受信する超音波センサ１と、超音波センサ１で受信したときの位相を検出する位相検出部４とを備え、前記位相に応じて測定対象８との距離を測定する超音波距離計であって、前記測定対象８との距離に応じて前記位相に補正を施す補正処理部５を備えた。【選択図】図１
2006162328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサで受信したときの位相を検出する位相検出部とを備え、前記位相に応じて前記測定対象との距離を測定する超音波距離計であって、
前記測定対象との距離に応じて前記位相に補正を施す補正処理部を備えたことを特徴とする超音波距離計。
【請求項２】
測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサで受信したときの遅延時間を検出する遅延時間検出部とを備え、前記遅延時間に応じて前記測定対象との距離を測定する超音波距離計であって、
前記測定対象との距離に応じて前記遅延時間に補正を施す補正処理部を備えたことを特徴とする超音波距離計。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波距離計において、
前記補正処理部は、測定対象との距離と、計測値との関係の逆特性の係数を測定値に乗ずることで補正処理を行う
ことを特徴とする超音波距離計。
【請求項４】
測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する少なくとも２個以上の超音波センサと、これら超音波センサで受信したときの位相をそれぞれ検出する位相検出部と、前記位相の相互の位相差を検出する位相差検出部と、測定対象との距離に応じて前記位相差に補正を施す補正処理部と、前記補正を施した位相差に応じて測定対象との傾斜角度を検出する傾斜角度検出部とを備えた超音波傾斜計。
【請求項５】
測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する少なくとも２個以上の超音波センサと、これら超音波センサで受信したときの遅延時間をそれぞれ検出する遅延時間検出部と、前記遅延時間の相互の遅延時間差を検出する遅延時間差検出部と、測定対象との距離に応じて前記遅延時間差に補正を施す補正処理部と、前記補正を施した遅延時間差に応じて測定対象との傾斜角度を検出する傾斜角度検出部とを備えた超音波傾斜計。
【請求項６】
請求項４または５に記載の超音波傾斜計において、
前記補正処理部は、測定対象との距離と、計測値との関係の逆特性の係数を測定値に乗ずることで補正処理を行う
ことを特徴とする超音波傾斜計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波を用いて測定対象との距離を計測する超音波距離計および測定対象の傾斜を計測する超音波傾斜計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた距離計および傾斜計はよく知られており、この種の超音波を用いた距離計および傾斜計に関するものとして、路面に対する車両の傾斜角度を測定する傾斜角度測定装置がある（例えば、特許文献１参照）。この測定装置は、路面にむけて超音波を送信する送信用超音波センサと、路面によって反射された超音波を受信する２つの受信用超音波センサと、２つの受信用超音波センサによる受信超音波の相互の位相差に応じて、路面に対する車両の傾斜角度を演算する演算制御回路から構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような従来の超音波傾斜計を利用し、測定対象の傾斜あるいは測定対象との距離を計測する場合、超音波センサの指向性が広いために、測定対象での超音波の存在範囲が広がり、測定対象で位相分布を持つことが原因となり、超音波センサと測定対象との距離が小さいときに、計測値の誤差が大きくなるという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、測定距離にかかわらず、計測値の誤差が小さい超音波距離計および超音波傾斜計を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超音波距離計は、測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサで受信したときの位相または遅延時間を検出する位相または遅延時間検出部とを備え、前記位相に応じて前記測定対象との距離を測定する超音波距離計であって、前記測定対象との距離に応じて前記位相または遅延時間に補正を施す補正処理部を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、この発明に係る超音波傾斜計は、測定対象に向けて超音波を送信し、測定対象によって反射された超音波を受信する少なくとも２個以上の超音波センサと、これら超音波センサで受信したときの位相または遅延時間をそれぞれ検出する位相または遅延時間検出部と、前記位相または遅延時間の相互の位相差または遅延時間差を検出する位相差または遅延時間差検出部と、測定対象との距離に応じて前記位相差または遅延時間差に補正を施す補正処理部と、前記補正を施した位相差または遅延時間差に応じて測定対象との傾斜角度を検出する傾斜角度検出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、測定距離にかかわらず、計測値の誤差が小さい超音波距離計および超音波傾斜計を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る超音波距離計の構成を示すブロック図である。図１に示す実施の形態１に係る超音波距離計は、測定対象８に向けて超音波７を送信し、測定対象８によって反射された超音波７を受信する超音波センサ１と、特定の駆動信号を生成して超音波センサ１を駆動する送信回路２と、超音波センサ１で受信された超音波から特定の周波数成分を取り出す受信回路３と、受信回路３で取り出された受信波の位相を検出する位相検出部４と、位相検出部４で検出された位相に対し補正処理を施す補正処理部５と、補正処理を施した位相から距離を求める距離検出部６とから構成されている。
【００１０】
この実施の形態１に係る超音波距離計は、超音波センサ１から測定対象８へ向け超音波７を送信し、測定対象８によって反射された超音波７を再び超音波センサ１で受信することで、受信時の位相から超音波センサ１と測定対象８との距離を求めるものである。
【００１１】
なお、超音波は、人間の耳に聞こえない程度に高い周波数の音波や弾性波を示す言葉として一般的に使用されているが、この発明においては、記載しないかぎり周波数は特に規定しないものとする。すなわち、この発明における「超音波」という文言には、人間の耳で聞こえる周波数の上限よりも高い周波数の音波や弾性波に限らず、この上限よりも低い周波数の音波や弾性波も含めた波という意味を含んでおり、人間の耳で聞こえる周波数の下限よりも低い周波数の音波や弾性波という意味も含むものとする。
【００１２】
次に、この実施の形態１に係る超音波距離計の動作について図面を参照しながら説明する。送信回路２は、特定の駆動信号を生成し、上記駆動信号を超音波センサ１へ供給する。超音波センサ１は、送信回路２で生成された駆動信号が与えられることによって、電気信号を振動エネルギーに変換して、所定の周波数の超音波７を測定対象８に向け送信する。超音波７は、超音波センサ１と測定対象８の間の空気中を伝搬し、測定対象８へと到達したときに反射され、超音波センサ１の方向へ伝搬していく。その後、反射された超音波７は超音波センサ１へと到達し、再び超音波センサ１で受信される。受信された超音波７は、電気信号へと変換され、受信回路３にて、送信に用いた所定の周波数成分だけが取り出された後、位相検出部４に伝送される。位相検出部４では超音波７が超音波センサ１で受信された時の位相が求められ、補正処理部５にて、超音波センサ１と測定対象８間の距離に応じた補正が施される。距離検出部６では、補正が施された上記位相と、超音波７の伝搬速度とから、測定対象８までの距離が検出される。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１に係る超音波距離計における超音波の位相から超音波センサ１と測定対象８との距離を求める方法を説明する図である。図２に示すように、超音波センサ１から鉛直方向に送信された超音波７は、測定対象８で反射され、再び超音波センサ１へと到達する。超音波センサ１と測定対象８間の距離をｌ、超音波７の伝搬速度をｖ、周波数をｆとすると、超音波センサ１で送信された超音波７が測定対象８で反射され、再び超音波センサ１で受信されるまでの位相φは、式（１）で表すことができる。
【００１４】
【数１】
2006162328.tif 000003
【００１５】
よって、位相φを計測することで、超音波７の周波数ｆと伝搬速度ｖから、超音波センサ１と測定対象８との距離ｌを求めることができる。
【００１６】
一般に、超音波センサは指向性を持つため、超音波センサから送信された超音波は、方向性のある広がりを持って伝搬する。また、超音波センサの指向性は広いため、測定対象の反射面において、超音波の存在範囲は広くなってしまう。よって、超音波７の位相は、測定対象８の反射面上に分布する。位相が分布することにより、測定対象８の反射面上では、超音波センサ１と測定対象８間の最短距離に相当する位相の逆相成分も多く存在してしまう。この逆相成分も反射され、超音波センサ１で受信されるため、超音波センサ１で受信される超音波の位相は、最短距離に相当する位相と異なってしまう場合がある。
【００１７】
図３は、超音波センサ１から送信された超音波７の伝搬経路を示す模式図である。図３において、超音波センサ１から送信された超音波７は、超音波センサ１の持つ指向角で広がって伝搬していく。よって、測定対象８の中央部と端部とでは、超音波センサ１から送信された超音波７の伝搬経路長が異なる。超音波センサ１の指向角をθ、超音波センサ１から鉛直方向に位置する測定対象８の中央部までの超音波７の伝搬経路長をｈ、超音波センサ１から測定対象８の端部までの超音波７の伝搬経路長をｒとすると、超音波センサ１から測定対象８の端部までの伝搬経路長ｒは式（２）のようになる。
【００１８】
【数２】
2006162328.tif 000004
【００１９】
したがって、測定対象８の中央部までの伝搬経路長ｈと端部までの伝搬経路長ｒの差Δｒは式（３）となり、測定対象８の端部までの伝搬経路長が測定対象８の中央部までの伝搬経路長より大きなため、測定対象８の端部での位相は、測定対象８の中央部の位相よりも遅れる。上述のように、測定対象８の中央部から端部へ向かうにつれ、超音波センサ１から送信された超音波７の伝搬経路長差が徐々に大きくなる、すなわち、位相が徐々に遅れていく。このため、測定対象８の反射面上において、超音波７の位相は分布することになる。
【００２０】
【数３】
2006162328.tif 000005
【００２１】
測定対象８が同じ大きさであれば、超音波センサ１と測定対象８との間の距離ｈが大きい場合、超音波センサ１と測定対象８の端部を結ぶ線と、超音波センサ１と測定対象８の中央部を結ぶ線がなす角度は、０に近づく。よって、式（３）において、θ→０とすると、Δｒ→０となり、測定対象８の中央部と、測定対象８の端部までの伝搬経路長の差は小さくなり、その位相差も小さくなる。したがって、超音波センサ１と測定対象８との距離が大きいほど、測定対象８の反射面上で位相は分布しなくなる。
【００２２】
上述のように、超音波センサ１と測定対象８との間の距離が小さいほど、超音波７の広がりが大きくなり、測定対象８の反射面上に逆相成分が多く分布することになる。よって、逆相成分が多く反射され、超音波センサ１で受信されるので、距離測定誤差が大きくなり、検出精度が低下する。
【００２３】
図４は、送信用超音波センサと受信用超音波センサを用い、送信用超音波センサで受信したときの位相から求めた超音波センサと測定対象間の距離と測定誤差との関係を示す実験結果である。なお、実際の距離と、位相測定値から求めた距離との差を測定誤差としている。
【００２４】
図４では、超音波センサと測定対象間の距離が小さくなるほど、測定誤差は大きくなる。これは、上述のように、測定対象が同じ大きさであれば、超音波センサと測定対象間の距離が小さくなるほど、測定対象の反射面において位相が分布して、逆相成分が多く反射されることによるものである。
【００２５】
上述のように、超音波センサ１と測定対象８との距離に応じて、測定誤差が変化する。この発明の実施の形態１に係る超音波距離計では、上記測定誤差を低減するために、超音波センサ１と測定対象８との距離に応じて、位相検出部４で検出された位相に、誤差を低減する補正処理を施す補正処理部５を備えている。補正処理部５では、超音波センサ１と測定対象８との距離に応じた補正処理が施される。
【００２６】
例えば、車両と路面間距離を求めるために、この発明の実施の形態１の超音波距離計を用いる場合、車両と路面間距離は、車種によりほぼ一定値となり、上記一定値からの増減を求めることとなる。上記一定値からの増減は小さいため、上記増減に関わらず、同じ補正処理を施せばよい。したがって、補正処理部５で行う補正処理は、上記超音波距離計を設置する車両と路面間距離に応じた補正を設定することによって、計測誤差の低減を十分に行うことができる。上述の通り、通常、この種の超音波距離計は、測定対象との距離が限られた範囲で使用されることが多い。よって、あらかじめ、補正処理部５の測定対象との距離補正処理を決定すればよい。
【００２７】
以上のように、この発明の実施の形態１では、測定対象に向けて送信し、測定対象によって反射された超音波を超音波センサで受信したときの位相から前記測定対象との距離を検出する超音波距離計において、前記測定対象との距離に応じて、前記位相に補正を施すことにより、距離検出誤差を低減できる。
【００２８】
なお、図１では、超音波センサ１は、超音波を送信および受信することができる送受兼用のものとしているが、これに限定されるものではなく、超音波７の送信のみを行う送信センサと受信のみを行う受信センサを１組とした、送信センサと受信センサが別体のものを設けてもよい。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る超音波距離計について図を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態２に係る超音波距離計の構成を示すブロック図である。図５に示す実施の形態２において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図５に示す実施の形態２に係る超音波距離計は、図１に示す実施の形態１に係る構成の位相検出部４の代わりに、受信回路３で取り出された受信波の遅延時間を検出する遅延時間検出部９を備えたもので、補正処理部５は、この遅延時間検出部９で検出された遅延時間に、補正処理を施し、距離検出部６により、補正処理を施した遅延時間から距離を求めるようになされている。
【００３０】
この実施の形態２に係る超音波距離計は、超音波センサ１から測定対象８へ向け超音波７を送信し、測定対象８によって反射された超音波７を再び超音波センサ１で受信することで、受信時の遅延時間から超音波センサ１と測定対象８との距離を求めるものである。
【００３１】
次に、この実施の形態２に係る超音波距離計の動作について図面を参照しながら説明する。送信回路２は、特定の駆動信号を生成し、上記駆動信号を超音波センサ１へ供給する。超音波センサ１は、送信回路２で生成された駆動信号が与えられることによって、電気信号を振動エネルギーに変換して、所定の周波数の超音波７を測定対象８に向け送信する。超音波７は、超音波センサ１と測定対象８の間の空気中を伝搬し、測定対象８へと到達したときに、反射され超音波センサ１の方向へ伝搬していく。その後、反射された超音波７は超音波センサ１へと到達し、再び超音波センサ１で受信される。受信された超音波７は、電気信号へと変換され、受信回路３にて、送信に用いた所定の周波数成分だけが取り出された後、遅延時間検出部９に伝送される。遅延時間検出部９では超音波７が超音波センサ１で受信された時の遅延時間が求められ、補正処理部５にて、超音波センサ１と測定対象８間の距離に応じた補正が施される。距離検出部６では、補正が施された上記位相と、超音波７の伝搬速度とから、測定対象８までの距離が検出される。
【００３２】
図２は、この発明の実施の形態２に係る超音波距離計における超音波の遅延時間から超音波センサと対象物との距離を求める方法をも説明する図である。図２に示すように、超音波センサ１から鉛直方向に送信された超音波７は、測定対象８で反射され、再び超音波センサ１へと到達する。超音波センサ１と測定対象８間の距離をｌ、超音波の伝搬速度をｖ、遅延時間をτとすると、超音波センサ１で送信された超音波７が測定対象８で反射され、再び超音波センサ１で受信されるまでの遅延時間τは、式（４）で表すことができる。
【００３３】
【数４】
2006162328.tif 000006
【００３４】
よって、遅延時間τを計測することで、超音波７の伝搬速度ｖから、超音波センサ１と測定対象８との距離ｌを求めることができる。
【００３５】
遅延時間τと位相φには、式（５）の関係がある。したがって、遅延時間τは、超音波７の周波数から決まる係数が位相φに乗じられたものであるので、遅延時間τを計測することと、位相φを計測することは、本質的に同じである。よって、実施の形態２における動作は、実施の形態１で示した動作と同じであるので、ここでは、省略する。
【００３６】
【数５】
2006162328.tif 000007
【００３７】
この発明の実施の形態２に係る超音波距離計では、測定誤差を低減するために、超音波センサ１と測定対象８との距離に応じて、遅延時間検出部９で検出された遅延時間に、誤差を低減する補正処理を施す補正処理部５を備えている。補正処理部５では、超音波センサ１と測定対象８との距離に応じた補正処理が施される。
【００３８】
通常、この種の超音波距離計は、測定対象との距離が限られた範囲で使用されることが多い。よって、あらかじめ、補正処理部５の測定対象との距離補正処理を決定すればよい。
【００３９】
以上のように、この発明の実施の形態２では、測定対象に向けて送信し、測定対象によって反射された超音波を超音波センサで受信したときの遅延時間から前記測定対象との距離を検出する超音波距離計において、前記測定対象との距離に応じて、前記遅延時間に補正を施すことにより、距離検出誤差を低減できる。
【００４０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る超音波傾斜計について図を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態３に係る超音波傾斜計の構成を示すブロック図である。図６に示す実施の形態３に係る超音波傾斜計は、測定対象８に対し超音波７を送受信する超音波センサ１ａ、１ｂと、特定の駆動信号を生成して超音波センサ１ａ、１ｂを駆動する送信回路２と、超音波センサ１ａ、１ｂで受信された超音波から特定の周波数成分を取り出す受信回路３と、受信回路３で取り出されたそれぞれの受信波の位相を検出する位相検出部４と、位相検出部４で検出された超音波センサ１ａの位相と超音波センサ１ｂの位相の差を検出する位相差検出部１０と、位相差検出部１０で検出された位相差に補正処理を施す補正処理部５と、補正処理を施した位相差から傾斜角度を検出する傾斜角度検出部１１とから構成されている。
【００４１】
この実施の形態３に係る超音波傾斜計は、超音波センサ１ａおよび１ｂから測定対象８へ向け超音波７を送信し、測定対象８によって反射された超音波７を再び超音波センサ１ａおよび１ｂで受信することで、受信時の位相差から超音波センサ１ａ、１ｂと測定対象８との傾斜角度を求めるものである。
【００４２】
次に、この実施の形態３に係る超音波傾斜計の動作について図面を参照しながら説明する。送信回路２は、特定の駆動信号を生成し、上記駆動信号を超音波センサ１ａおよび１ｂへ供給する。超音波センサ１ａおよび１ｂは、送信回路２で生成された駆動信号が与えられることによって、電気信号を振動エネルギーに変換して、所定の周波数の超音波７ａ、７ｂを測定対象８に向け送信する。超音波７ａ、７ｂは、超音波センサ１と測定対象８の間の空気中を伝搬し、測定対象８へと到達したときに反射され、超音波センサ１ａおよび１ｂの方向へ伝搬していく。その後、反射された超音波７ａおよび７ｂは超音波センサ１ａおよび１ｂへと到達し、再び超音波センサ１ａおよび１ｂで受信される。受信された超音波７ａおよび７ｂは、電気信号へと変換され、受信回路３にて、送信に用いた所定の周波数成分だけが取り出された後、位相検出部４に伝送される。位相検出部４では超音波７ａおよび７ｂが超音波センサ１ａおよび１ｂで受信された時の位相が求められた後、位相差検出部１０で超音波７ａと７ｂの位相差が検出される。位相差検出部１０で検出された位相差は、補正処理部５にて、超音波センサ１と測定対象８間の距離に応じた補正が施される。傾斜角度検出部１１では、補正が施された上記位相差から、超音波センサ１ａおよび１ｂと測定対象８との傾斜角度が検出される。
【００４３】
図７は、この発明の実施の形態３に係る超音波傾斜計における超音波の位相差から超音波センサと測定対象との傾斜角度を求める方法を説明する図である。図７に示すように、超音波センサ１ａから鉛直方向に送信された超音波７ａは、角度ψ傾斜した測定対象８で反射され、再び超音波センサ１ａへと到達する。同様に、超音波センサ１ｂからほぼ鉛直方向に送信された超音波７ｂは測定対象物８で反射され、再び超音波センサ１ｂへと到達する。超音波７ａの経路長をＬａ、超音波７ｂの経路長をＬｂとし、超音波７ａおよび７ｂの伝搬速度をｖ、周波数をｆとすると、超音波センサ１ａで送信された超音波が再び超音波センサ１ａで受信されるまでの位相φａは式（６）で表すことができる。
【００４４】
【数６】
2006162328.tif 000008
【００４５】
同様にして、超音波センサ１ｂで送信された超音波が再び超音波センサ１ｂで受信されるまでの時間φｂは式（７）で表すことができる。
【００４６】
【数７】
2006162328.tif 000009
【００４７】
超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂから超音波７ａ、７ｂが同時刻に送信されたとすると、超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂでの位相差Δφは式（８）で表すことができる。
【００４８】
【数８】
2006162328.tif 000010
【００４９】
超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂ間の距離をｗとすると、超音波センサ１、２と測定対象物８との傾斜角度ψは、式（９）で表すことができる。
【００５０】
【数９】
2006162328.tif 000011
【００５１】
したがって、超音波センサ１ａと１ｂの位相差Δφを検出することにより超音波センサと測定対象物の傾斜角度ψを測定することができる。
【００５２】
実施の形態３における超音波傾斜計では、超音波センサ１ａおよび１ｂで送・受信された超音波７ａおよび７ｂの位相を測定し、これらの位相差から傾斜角度を求めている。したがって、前述と同様に、超音波が測定対象の面上にもつ位相分布による測定誤差が問題となる。そこで、この発明の実施の形態３では、超音波センサ１ａおよび１ｂで受信された超音波７ａおよび７ｂの位相差に、測定対象との距離に応じた補正処理を施す補正処理部５を備えることを特徴とする。位相差検出部１０で検出された位相差に補正処理を施すことにより、傾斜角度検出部１１で検出される傾斜角度は、誤差の小さな傾斜角度を検出することができる。
【００５３】
なお、実施の形態３では、位相差検出部１０で超音波７ａ、７ｂの位相差を検出した後、補正処理部５にて補正処理を施しているが、これに限るものではなく、位相検出部４で、超音波７ａ、７ｂそれぞれの位相を検出し、前記それぞれの位相に対して補正処理を施した後、位相差を検出するようにしてもよい。また、超音波センサとして、２つの超音波センサ１ａおよび１ｂを用いたが、２個以上の超音波センサを用いればさらに測定精度が高まる。
【００５４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る超音波傾斜計について図を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態４に係る超音波傾斜計の構成を示すブロック図である。図８に示す実施の形態４において、図６に示す実施の形態３と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図８に示す実施の形態４に係る超音波傾斜計は、図６に示す実施の形態３に係る構成の位相検出部４及び位相差検出部１０の代わりに、受信回路３で取り出された２つの受信波の遅延時間をそれぞれ検出する遅延時間検出部９及び遅延時間相互の遅延時間差を検出する遅延時間検出部１２を備えたもので、補正処理部５は、この遅延時間差検出部１２で検出された遅延時間差に、補正処理を施し、傾斜角度検出部１１により、補正処理を施した遅延時間差から傾斜角度を求めるようになされている。
【００５５】
この実施の形態４に係る超音波傾斜計は、超音波センサ１ａおよび１ｂから測定対象８へ向け超音波７ａ、７ｂを送信し、測定対象８によって反射された超音波７ａ、７ｂを再び超音波センサ１ａおよび１ｂで受信することで、受信時の遅延時間差から超音波センサ１ａ、１ｂと測定対象８との傾斜角度を求めるものである。
【００５６】
次に、この実施の形態４に係る超音波傾斜計の動作について図面を参照しながら説明する。送信回路２は、特定の駆動信号を生成し、上記駆動信号を超音波センサ１ａおよび１ｂへ供給する。超音波センサ１ａおよび１ｂは、送信回路２で生成された駆動信号が与えられることによって、電気信号を振動エネルギーに変換して、所定の周波数の超音波７ａ、７ｂを測定対象８に向け送信する。超音波７ａ、７ｂは、超音波センサ１と測定対象８の間の空気中を伝搬し、測定対象８へと到達したときに反射され、超音波センサ１ａおよび１ｂの方向へ伝搬していく。その後、反射された超音波７ａ、および７ｂは超音波センサ１ａおよび１ｂへと到達し、再び超音波センサ１ａおよび１ｂで受信される。受信された超音波７ａおよび７ｂは、電気信号へと変換され、受信回路３にて、送信に用いた所定の周波数成分だけが取り出された後、遅延時間検出部９に伝送される。遅延時間検出部９では超音波７ａおよび７ｂが超音波センサ１ａおよび１ｂで受信された時の遅延時間が求められた後、遅延時間差検出部１２で超音波７ａと７ｂの遅延時間差が検出される。遅延時間差検出部１２で検出された遅延時間差は、補正処理部５にて、超音波センサ１と測定対象８間の距離に応じた補正が施される。傾斜角度検出部１１では、補正が施された上記遅延時間差から、超音波センサ１ａおよび１ｂと測定対象８との傾斜角度が検出される。
【００５７】
この発明の実施の形態４に係る超音波傾斜計における超音波の遅延時間差から超音波センサと測定対象との傾斜角度を求める方法を説明する図である。図７に示すように、超音波センサ１ａから鉛直方向に送信された超音波７ａは、角度ψ傾斜した測定対象８で反射され、再び超音波センサ１ａへと到達する。同様に、超音波センサ１ｂからほぼ鉛直方向に送信された超音波７ｂは測定対象物８で反射され、再び超音波センサ１ｂへと到達する。超音波７ａの経路長をＬａ、超音波７ｂの経路長をＬｂとし、超音波７ａおよび７ｂの伝搬速度をｖ、周波数をｆとすると、超音波センサ１ａで送信された超音波が再び超音波センサ１ａで受信されるまでの遅延時間τａは式（１０）で表すことができる。
【００５８】
【数１０】
2006162328.tif 000012
【００５９】
同様にして、超音波センサ１ｂで送信された超音波が再び超音波センサ１ｂで受信されるまでの遅延時間τｂは式（１１）で表すことができる。
【００６０】
【数１１】
2006162328.tif 000013
【００６１】
超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂから超音波７ａ、７ｂが同時刻に送信されたとすると、超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂでの遅延時間差Δτは式（１２）で表すことができる。
【００６２】
【数１２】
2006162328.tif 000014
【００６３】
超音波センサ１ａと超音波センサ１ｂ間の距離をｗとすると、超音波センサ１、２と測定対象物８との傾斜角度ψは、式（１３）で表すことができる。
【００６４】
【数１３】
2006162328.tif 000015
【００６５】
したがって、超音波センサ１ａと１ｂの遅延時間差Δτを検出することにより超音波センサと測定対象物の傾斜角度ψを測定することができる。
【００６６】
実施の形態４における超音波傾斜計では、超音波センサ１ａおよび１ｂで送受信された超音波７ａおよび７ｂの遅延時間をそれぞれ測定し、これらの遅延時間差から傾斜角度を求めている。したがって、前述と同様に、超音波が測定対象の面上にもつ位相分布による測定誤差が問題となる。そこで、この発明の実施の形態４では、超音波センサ１ａおよび１ｂで受信された超音波７ａおよび７ｂの遅延時間差に、測定対象との距離に応じた補正処理を施す補正処理部５を備えることを特徴とする。
【００６７】
遅延時間差検出部１２で検出された遅延時間差に補正処理を施すことにより、傾斜角度検出部１１で検出される傾斜角度は、誤差の小さな傾斜角度を検出することができる。
【００６８】
なお、実施の形態４では、遅延時間差検出部１２で超音波７ａ、７ｂの遅延時間差を検出した後、補正処理部５にて補正処理を施しているが、これに限るものではなく、遅延時間検出部９で、超音波７ａ、７ｂそれぞれの遅延時間を検出し、各遅延時間に対して補正処理を施した後、遅延時間差を検出するようにしてもよい。また、超音波センサとして、２つの超音波センサ１ａおよび１ｂを用いたが、２個以上の超音波センサを用いればさらに測定精度が高まる。
【００６９】
実施の形態５．
図９は、超音波センサと測定対象間の実際の距離から求めることができる位相と、位相測定値との関係を示した模式図である。実際の位相をφ０、測定値をφとすると、φ０とφとの関係は、数式１４のような関係にある。ここで、αは超音波センサと測定対象間の距離に依存した関数である。図９中の点線で示している直線は、超音波センサと測定対象間の距離に関わらず、φがφ０と等しい場合であり、数式１５で表すことができる。図９に示すとおり、式（１４）は、φ０が大きくなるにつれ、式（１５）に漸近していく。すなわち、測定距離が大きいほど誤差が小さくなることを示している。
【００７０】
【数１４】
2006162328.tif 000016
【００７１】
【数１５】
2006162328.tif 000017
【００７２】
よって、測定距離に関わらず、計測誤差を小さくするために、すべての距離において、式（１４）のαが１となるように式（１４）の係数の逆特性の係数を計測値に乗ずればよい。
【００７３】
この発明の実施の形態５では、補正処理部５において、計測した位相に実際の距離から求めることができる位相と計測値との関係の逆特性を位相計測値に乗ずることにより、計測誤差を低減することを特徴としている。
【００７４】
実際の距離から求めることができる位相と、位相測定値との関係は、あらかじめ実験等から得ておき、データベース化しておき、補正処理部５に格納する。補正処理部５では、測定対象との距離に応じた係数を呼び出し、位相検出部４で検出された位相に補正処理を施す。距離検出部６では、補正処理を施された位相から距離が検出される。したがって、距離検出部６では、測定距離に関わらず、精度よく測定対象までの距離が検出される。
【００７５】
なお、ここでは、位相に関して説明したが、遅延時間の場合も、本質的に同じであり、位相の場合と同様の効果を得ることができ、実施の形態１乃至４に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波距離計の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る超音波距離計における超音波の位相または遅延時間から超音波センサ１と測定対象８との距離を求める方法を説明する図である。
【図３】超音波センサ１から送信された超音波７の伝搬経路を示す模式図である。
【図４】送信用超音波センサと受信用超音波センサを用い、送信用超音波センサで受信したときの位相から求めた超音波センサと測定対象間の距離と測定誤差との関係を示す実験結果である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る超音波距離計の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る超音波傾斜計の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る超音波傾斜計における超音波の位相差から超音波センサと測定対象との傾斜角度を求める方法を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る超音波傾斜計の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るもので、超音波センサと測定対象間の実際の距離から求めることができる位相と、位相測定値との関係を示した模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ，１ｂ  超音波センサ、２  送信回路、３  受信回路、４  位相検出部、５  補正処理部、６  距離検出部、７  超音波、８  測定対象、９  遅延時間検出部、１０  位相差検出部、１１  傾斜角度検出部、１２  遅延時間差検出部。
【図１】
2006162328.tif 000018
【図２】
2006162328.tif 000019
【図３】
2006162328.tif 000020
【図４】
2006162328.tif 000021
【図５】
2006162328.tif 000022
【図６】
2006162328.tif 000023
【図７】
2006162328.tif 000024
【図８】
2006162328.tif 000025
【図９】
2006162328.tif 000026