(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに情報のやり取りができる制御部及び計測部を有する計測部分離型超音波距離計測装置において、
前記計測部は、
前記制御部からの送信命令信号を獲得する送信命令信号獲得手段、
発振回路を有する温度測定手段であって、温度を測定し、測定した前記温度に応じて前記発振回路の出力信号の周波数を変化させる温度測定手段、
前記送信命令信号を獲得すると、超音波を物体に対して送出する超音波送出手段、
物体から反射された前記超音波を受信すると、前記発振回路の周波数を自らの周波数とする受信報告信号を生成する受信報告信号生成手段、
前記受信報告信号を送出する受信報告信号送出手段、
を有し、
前記制御部は、
前記計測部に対して前記送信命令信号を出力する送信命令信号出力手段、
前記受信報告信号を獲得する受信報告信号獲得手段、
前記計測部に対して前記送信命令信号を出力したときから前記受信報告信号を獲得するまでの時間を時間情報として計測し、前記受信報告信号から前記温度を温度情報として算出し、前記時間情報及び前記温度情報に基づいて距離演算を行う距離演算手段、
を有すること、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【請求項２】
請求項１に係る計測部分離型超音波距離計測装置において、
前記距離演算手段は、
前記受信報告信号の総長さを計測し、計測した前記受信報告信号の総長さから前記温度情報を算出すること、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【請求項３】
請求項２に係る計測部分離型超音波距離計測装置において、
前記距離演算手段は、
前記受信報告信号の総長さから前記温度情報を算出するにあたって、前記受信報告信号の総長さと前記温度との対応関係を示すテーブルを用いること、
を特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に係る計測部分離型超音波距離計測装置のいずれかにおいて、
前記発振回路は、
温度変化に応じて特性が変化する温度変化素子を有し、当該特性変化に応じて出力信号の周波数を変化させること、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【請求項５】
請求項４に係る計測部分離型超音波距離計測装置において、
前記温度変化素子は、
温度の変化に応じて抵抗値が変化すること、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５に係る計測部分離型超音波距離計測装置のいずれかにおいて、
前記計測部は、
所定のパターン構造を有する受信報告信号を出力し、
前記制御部は、さらに、
前記計測部からの信号を獲得して、当該信号が前記所定のパターン構造を有しているか否かを判断し、前記信号が前記所定のパターン構造を有していれば、前記信号を受信報告信号と判断して、前記距離演算を行うこと、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に係る計測部分離型超音波距離計測装置のいずれかにおいて、
前記受信報告信号は、
当該受信報告信号を出力した計測部を特定するための識別情報を含んでおり、
前記制御部は、さらに、
前記識別情報に基づいて、当該受信報告信号がどの計測部から出力されたものかを判断すること、
を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測部分離型超音波距離計測装置に関するものであり、特にデータ転送時に生じるノイズ等の妨害信号に強く、誤り検出を起こしにくい計測部分離型超音波距離計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
計測部分離型超音波距離計測装置の従来技術としては、例えば図１５に示すものがある。計測部分離型超音波距離計測装置１００は、ヘッド部Ｈ１００および本体部Ｂ１００を有している。ヘッド部Ｈ１００は、超音波振動子１０１、送信回路１０２、受信回路１０３およびヘッド部ＣＰＵ１０４を有している。また、本体部Ｂ１００は、本体部ＣＰＵ１０５および出力・表示回路１０７を有している。
【０００３】
本体部ＣＰＵ１０５は、距離計測を開始することを告げる送信命令信号をヘッド部Ｈ１００へデータ通信によって出力する。
【０００４】
送信回路１０２は、本体部Ｂ１００が発する送信命令信号を獲得すれば、超音波振動子１０１を介して検出物体に対して超音波を送出する。受信回路１０３は、検出物体によって反射された超音波を超音波振動子１０１を介して受信し、受信報告信号を発生する。そして、受信タイミング信号を利用して雑音信号を取除き、所望の受信報告信号のみを抽出し、検出信号を発生する。
【０００５】
ヘッド部ＣＰＵ１０４は、送信命令信号を得てから検出信号を得るまでのＣＰＵクロックのクロック数を計数する。そして、このクロック数に基づいて検出物体までの距離を演算し、その結果をデータ通信によって本体部Ｂ１００へ送る。
【０００６】
この距離演算の結果は、データ通信の際のノイズ対策として、図１６Αに示すようなチェックサム方式や図１６Ｂに示すような２サイクル照合方式等を利用して出力されていた。ここで、チェックサム方式とは、送信側はデータの中のある集まりの和をチェックサムとしてデータの最後に付加して送信し、受信側はそのチェックサムを検査する方式である。また、２サイクル照合方式とは、送信側が同じデータを２回連続して送信し、受信側はデータを受信して、１回目のデータと２回目のデータとを比較し同じなら出力するという方式である。
【０００７】
本体部Ｂ１００の本体部ＣＰＵ１０５は、前述のようなノイズ対策を施してヘッド部Ｈ１００が送ってきた物体までの距離に関するデータを解析する。そして、出力・表示回路１０７へ出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の計測部分離型超音波距離計測装置１００には、次のような問題点がある。計測部分離型超音波距離計測装置１００は、ヘッド部Ｈ１００で距離の演算を行い、その距離演算の結果をデータ通信によって本体部Ｂ１００へ転送している。データ転送の際には、前述のようにチェックサム方式や２サイクル照合方式等のノイズ対策を施している。
【０００９】
しかし、いくらこれらの方式でノイズ対策を施しても、実際に演算した距離をデータとして送っている。したがって、距離データが、転送の際にノイズ等の妨害信号によってデータ化けしてしまい、正確な距離が得られないという可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明は、データ転送時に生じるノイズ等の妨害信号に強く、誤り検出を起こしにくい安定な計測部分離型超音波距離計測装置の提供を目的とする。
【００１１】
また、本発明は、複数の計測部が存在する場合、どの計測部が距離データを転送したのかを判断し、所望の計測部がデータ転送している場合に、検出物体までの正確な距離を得ることができる計測部分離型超音波距離計測装置の提供を目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、計測部で生じる温度変化を補償することができ、かつ、データ転送の際に生じるノイズ等の妨害信号に強く、検出物体までの正確な距離を得ることができる計測部分離型超音波距離計測装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、互いに情報のやり取りができる制御部及び計測部を有する計測部分離型超音波距離計測装置において、前記計測部は、前記制御部からの送信命令信号を獲得する送信命令信号獲得手段、発振回路を有する温度測定手段であって、温度を測定し、測定した前記温度に応じて前記発振回路の出力信号の周波数を変化させる温度測定手段、前記送信命令信号を獲得すると、超音波を物体に対して送出する超音波送出手段、物体から反射された前記超音波を受信すると、前記発振回路の周波数を自らの周波数とする受信報告信号を生成する受信報告信号生成手段、前記受信報告信号を送出する受信報告信号送出手段、を有し、前記制御部は、前記計測部に対して前記送信命令信号を出力する送信命令信号出力手段、前記受信報告信号を獲得する受信報告信号獲得手段、前記計測部に対して前記送信命令信号を出力したときから前記受信報告信号を獲得するまでの時間を時間情報として計測し、前記受信報告信号から前記温度を温度情報として算出し、前記時間情報及び前記温度情報に基づいて距離演算を行う距離演算手段を有すること、を特徴とする。
【００１４】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記距離演算手段は、前記受信報告信号の総長さを計測し、計測した前記受信報告信号の総長さから前記温度情報を算出すること、を特徴とする。
【００１５】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記距離演算手段は、前記受信報告信号の総長さから前記温度情報を算出するにあたって、前記受信報告信号の総長さと前記温度との対応関係を示すテーブルを用いること、を特徴とする。
【００１６】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記発振回路は、温度変化に応じて特性が変化する温度変化素子を有し、当該特性変化に応じて出力信号の周波数を変化させること、を特徴とする。
【００１７】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記温度変化素子は、温度の変化に応じて抵抗値が変化すること、を特徴とする計測部分離型超音波距離計測装置。
【００１８】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記計測部は、所定のパターン構造を有する受信報告信号を出力し、前記制御部は、さらに、前記計測部からの信号を獲得して、当該信号が前記所定のパターン構造を有しているか否かを判断し、前記信号が前記所定のパターン構造を有していれば、前記信号を受信報告信号と判断して、前記距離演算を行うこと、を特徴とする。
【００１９】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、前記受信報告信号は、当該受信報告信号を出力した計測部を特定するための識別情報を含んでおり、前記制御部は、さらに、前記識別情報に基づいて、当該受信報告信号がどの計測部から出力されたものかを判断すること、を特徴とする。
【００２２】
【発明の効果】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、計測部は、所定のパターン構造を有する受信報告信号を出力し、制御部は、計測部からの信号を獲得して、当該信号が所定のパターン構造を有しているか否かを判断し、受信信号が所定のパターン構造を有していれば、当該信号を受信報告信号と判断し、送信命令信号を出力した時から受信報告信号を獲得した時までの時間に基づいて距離演算を行う。
【００２３】
これにより、受信報告信号が転送の際にノイズ等の妨害信号によってデータ化けしても、制御部は獲得した信号が受信信号であるか否かの判断をその構造から正確に判断することができる。したがって、データ転送の際に生じるノイズ等の妨害信号にも強い安定な計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００２４】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、受信報告信号は、当該受信報告信号を出力した計測部を特定するための識別情報を含んでおり、制御部は、識別情報に基づいて、当該受信報告信号がどの計測部から出力されたものかを判断する。
【００２５】
つまり、複数の計測部が存在している場合でも、制御部はどの計測部から出力された受信報告信号であるかを判断することができる。したがって、複数の計測部および制御部でネットワークを形成することができる計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００２６】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、計測部は、温度を測定し、測定結果を温度情報として出力する温度測定手段を有し、受信報告信号は、温度情報を含み、制御部は、計測部に対して送信命令信号を出力した時から受信報告信号を獲得する時までの時間および温度情報に基づいて距離演算を行う。
【００２７】
これにより、制御部は温度も考慮に入れて、距離演算を行うことができる。したがって、データ転送時のノイズ等の妨害信号に強く、かつ、温度補償も行うことができる計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００２８】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、温度測定手段は、発振回路を有し、当該発振回路の出力信号の周波数を温度に応じて変化させるように構成し、当該周波数を温度情報として用いる。
【００２９】
これにより、発振回路における電圧変化ではなく、発振回路が発する信号の周波数によって温度情報を得ることができる。したがって、簡易な構成によって温度補償を行える計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００３０】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、発振回路は、温度変化に応じて特性が変化する温度変化素子を有し、当該特性変化に応じて出力信号の周波数を変化させる。
【００３１】
これによって、簡単に発振回路が発する信号の周波数を温度によって変化させることができる。したがって、簡易な構成で温度補償を行える計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００３２】
本願にかかる計測部分離型超音波距離計測装置では、温度変化素子は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する。これによって、より簡易な構成で温度補償を行える計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
１．機能ブロック図
本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第１の実施形態の機能ブロック図を図１に示す。計測部分離型超音波距離計測装置１は、互いに情報のやり取りができる制御部３および計測部５、さらに、制御部３が演算した物体までの距離を表示する表示部７を有している。
【００３４】
計測部５は、制御部３からの送信命令信号を獲得すると超音波を物体に対して送出し、物体によって反射された超音波を受信して、所定のパターン構造を有する受信報告信号を出力する。制御部３は、計測部５からの信号を獲得して、当該信号が所定のパターン構造を有しているか否かを判断し、受信信号が所定のパターン構造を有していれば、計測部５からの信号を受信報告信号であると判断し、送信命令信号を出力した時から受信報告信号を獲得した時までの時間に基づいて距離演算を行う。
【００３５】
これにより、実際に演算した距離データを計測部５から転送するのではなく、計測部５からは距離演算するのに必要なタイミングを転送し、実際の距離演算は制御部３で行う。したがって、実際に演算した距離データを転送しない計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００３６】
また、受信報告信号が転送の際にノイズ等の妨害信号によってデータ化けしても、制御部３は獲得した信号が受信信号であるか否かの判断をその構造から正確に判断することができる。したがって、データ転送の際に生じるノイズ等の妨害信号にも強い安定な計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００３７】
２．ハードウェア構成
図１に示す計測部分離型超音波距離計測装置１の各機能をＣＰＵを用いて実現した場合のハードウェア構成図を図２に示す。
【００３８】
計測部であるヘッド部５５は、送信回路１３、受信回路１５、ＣＰＵ１７および超音波振動子１９を有している。送信回路１３は、超音波振動子１９から発する超音波の振動数を決定する超音波クロック発生回路２３、およびその振動数にしたがって超音波振動子１９を振動させる駆動回路２５を有している。また、受信回路１５は、検出した微弱な反射波を増幅するための増幅回路２７および所望の反射波のみを検出するための検出回路２９を有している。
【００３９】
ＣＰＵ１７は、本体部５３と送信命令信号、受信報告信号等のやり取りを行う。送信命令信号を獲得すると送信タイミング信号を送信回路１３に出力する。また、送信命令信号を獲得してから一定時間後に受信タイミング信号を発生する。さらに、検出回路２９からの検出信号を獲得すると、受信報告信号を発生する。
【００４０】
制御部である本体部５３は、ＣＰＵ３３および出力・表示回路３５を有している。ＣＰＵ３３は、ヘッド部５５と送信命令信号、受信報告信号等のやり取りを行う。また、超音波の送信開始を命令する送信命令信号を発生する。
【００４１】
さらに、獲得した信号が所定のパターン構造を有しているか否かを判別する。さらに、送信命令信号が発せられてから受信報告信号を獲得するまでの時間をＣＰＵ３３のクロックを利用して計時し、その時間に基づいて物体までの距離を演算する。
【００４２】
出力・表示回路３５は、ＣＰＵ３３が演算した物体までの距離をＬＣＤ等に表示する。
【００４３】
３．フローチャート
次に、図３に示すフローチャートを用いてヘッド部ＣＰＵ１７および本体部ＣＰＵ３３の動作を説明するとともに、図４において各回路で発生する信号を示す。以降の説明において、▲１▼、▲２▼、▲３▼、・・・は図４の各信号を表し、Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈ、Ｓ３ｈ、・・・は図３のフローチャートのヘッド部ＣＰＵ１７の各ステップを表し、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、・・・は図３のフローチャートの本体部ＣＰＵ３３の各ステップを表す。
【００４４】
まず、ヘッド部ＣＰＵ１７および本体部ＣＰＵ３３は自らの初期値設定を行う（Ｓ１ｈ、Ｓ１ｂ）。一方、ヘッド部の超音波クロック発生回路２３は高周波信号▲１▼を発振する。本体部ＣＰＵ３３は、計測の開始を知らせるための送信命令信号▲２▼を発生する（Ｓ２ｂ）。そして、その送信命令信号をヘッド部５５へ伝送する（Ｓ３ｂ）。
【００４５】
ヘッド部ＣＰＵ１７は、本体部５３から送信命令信号を読み込む（Ｓ２ｈ）。そして、ヘッド部ＣＰＵ１７は、超音波の送信タイミングを知らせるための送信タイミング信号を発生する（Ｓ３ｈ）。この送信タイミング信号は、間欠パルス▲３▼であり、高周波信号▲１▼をｔ１周期でスイッチング（変調）する。これによって、ｔ２時間のバースト波▲４▼を得る。
【００４６】
駆動回路２５によって、このバースト波を電力増幅し、超音波振動子１９をドライブする。このときの超音波出力▲５▼は、図に示すような直接波としてまず検出される。ここでの直接波は、立上がり、立下がりとも１次遅れの特性を示す。これは素子の特性によるものであり、電気信号のようにきれいなパルス状とはならない。このため、実際の直接波はその減衰時間も含めて、ｔ３のように長くなる。
【００４７】
先に送出された超音波は、検出物体からはねかえり、超音波出力▲５▼に示す反射波として検出される。この反射波の先頭と先の直接波との先頭の間隔ｔ４が超音波の遅延時間となる。
【００４８】
ところで、前述の超音波出力▲５▼において直接波は１次遅れの減衰特性を示す。したがって、実質的な超音波の発生時間ｔ３は、電気信号による出力時間ｔ２より長くなる。したがって、強大な超音波エネルギーによって受信回路が破壊されないように、この間の超音波の受信を控えるようにする必要がある。
【００４９】
また、減衰時における微弱信号を反射波による信号と間違えるようなことがあっては、正確な距離計測はできない。よって、少なくとも時間ｔ３の間は受信回路をスキップさせる必要がある。よって、ＣＰＵ１７は適切なタイミングで受信タイミング信号▲６▼を発生する（Ｓ４ｈ）。これにより、直接波を受信せずに、反射波だけを受信することができる。
【００５０】
検出した反射波をデジタル化して検出信号とする。ＣＰＵ１７は、この検出信号を読み込む（Ｓ５ｈ）。そして、所定のパターン構造を有する受信報告信号▲７▼を発生する。（Ｓ６ｈ）。この受信報告信号を本体部５３へ伝送する（Ｓ７ｈ）。
【００５１】
所定のパターン構造の一例を受信報告信号▲７▼に示している。この場合、受信報告信号は４ビットとし、その構造を［１１０１］としている。このように、受信報告信号を単なるパルス波ではなく、あるパターン構造を有する信号とすることによって、受信報告信号が伝送の際に生じるノイズ等の妨害信号によってデータ化けしてしてしまっても、本体部ＣＰＵ３３は、受信報告信号か否かを容易に判断することができる。
【００５２】
本体部ＣＰＵ３３は、外部からの信号を読み込み（Ｓ４ｂ）、その信号が受信報告信号にであるか否かを、所定のパターン構造に基づいて判断する（Ｓ５ｂ）。受信報告信号であることが確認できたならば、送信命令信号を発した時から受信報告信号を得た時までの遅延時間ｔ４のクロック信号▲８▼のクロック数を計数する（Ｓ６ｂ）。
【００５３】
本体部ＣＰＵ３３は、このクロック数を用いて 距離演算を行う（Ｓ７ｂ）。この距離演算は、次のような方法で行われる。本体部ＣＰＵ３３のクロック周波数をｆｂ、送信命令信号を発した時から受信報告信号を得た時までの遅延時間ｔ４のクロック信号▲８▼のクロック数をＮ、音速をＶとする。
【００５４】
この場合、本体部ＣＰＵ３３のクロックの周期は、（１／ｆｂ）となる。したがって、遅延時間ｔ４は、
ｔ４＝Ｎ・（１／ｆｂ）
よって、この間に超音波は、計測器から送出され、物体で反射し、また計測器に捉らえられる。したがって、物体までの距離Ｌは、
Ｌ＝ＮＶ／２ｆｂ  ・・・（１）
本体部ＣＰＵ３３は、このようにして演算した距離の出力・表示を行う（Ｓ８ｂ）。
【００５５】
なお、所定のパターン構造の一例を受信報告信号▲７▼に示す。この場合、受信報告信号は４ビットであり、そのパターン構造を［１１０１］としている。このように、受信報告信号を単なるパルス波ではなく、あるパターン構造を有する信号とすることによって、受信報告信号が伝送の際に生じるノイズ等の妨害信号によってデータ化けしてしてしまっても、本体部ＣＰＵ３３は、受信報告信号か否かを容易に判断することができる。
【００５６】
［第２の実施形態］
１．機能ブロック図
本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第２の実施形態の機能ブロック図を図５に示す。計測部分離型超音波距離計測装置１は、互いに情報のやり取りができる制御部３および計測部５、計測部５が有する温度測定手段４５および制御部３が演算した物体までの距離を表示する表示部７を有している。
【００５７】
また、温度測定手段４５は、発振回路４７を有している。さらに、発振回路４７は温度検出素子４９を有している。
【００５８】
計測部５は、制御部３からの送信命令信号を獲得すると超音波を物体に対して送出し、物体によって反射された超音波を受信して所定のパターン構造を有する受信報告信号を出力し、さらに、温度を測定し測定結果を温度情報として出力する温度測定手段を有する。
【００５９】
制御部３は、計測部５からの信号を獲得して、当該信号が所定のパターン構造を有しているか否かを判断し、受信信号が所定のパターン構造を有していれば、前記信号を受信報告信号と判断し、送信命令信号を出力した時から受信報告信号を獲得した時までの時間および温度情報に基づいて距離演算を行う。
【００６０】
温度測定手段４５は、発振回路４７を有し、発振回路４７の出力信号の周波数を温度に応じて変化させるように構成し、当該周波数を温度情報として用いる。
【００６１】
発振回路４７は、温度変化に応じて特性が変化する温度変化素子４９を有し、当該特性変化に応じて出力信号の周波数を変化させる。
【００６２】
温度変化素子４９は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する。
【００６３】
これにより、制御部３は温度も考慮に入れて、距離演算を行うことができる。したがって、データ転送時のノイズ等の妨害信号に強く、かつ、温度補償も行うことができる計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００６４】
また、発振回路４７における電圧変化ではなく、発振回路４７が発する信号の周波数によって温度情報を得ることができる。したがって、簡易な構成によって温度補償を行える計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００６５】
さらに、温度変化に応じて特性が変化する温度検出素子４９を用いているので、簡単に発振回路４７が発する信号の周波数を温度によって変化させることができる。したがって、簡易な構成で温度補償を行える計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００６６】
２．ハードウェア構成
図５に示す計測部分離型超音波距離計測装置１の各機能をＣＰＵを用いて実現した場合のハードウェア構成図を図６に示す。
【００６７】
本実施形態にかかる計測部分離型超音波距離測定装置は、第１の実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置を基として、さらに、計測部であるヘッド部５５に変化クロック発生回路５７およびサーミスタ５９を有している。
【００６８】
変化クロック発生回路５７およびサーミスタ５９は、温度測定手段４５および発振回路４７を構成する。また、サーミスタ５９は、温度検出素子４９を構成する。
【００６９】
変化クロック発生回路５７は、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ５９を利用してクロックを発生する。この変化クロック発生回路５７では、サーミスタ５９の抵抗値変化を電圧変化として捉らえるのではなく、周波数の変化として捉らえている。したがって、供給電圧に変動があっても周波数には影響がないので、本実施形態における超音波距離計測装置は安定な電圧源を必要とはしない。
【００７０】
ＣＰＵ１７は、変化クロック発生回路５７が発する温度情報としての周波数から受信報告信号を生成する。この受信報告信号生成方法については後述する。
【００７１】
制御部である本体部５３のＣＰＵ３３は、獲得した受信報告信号から、温度を演算する。この温度演算方法については、後述する。そして、この温度情報および送信命令信号が発せられてから受信報告信号を獲得するまでの時間に基づいて、温度補償を行った物体までの距離を演算する。
【００７２】
３．フローチャート
次に、図７に示すフローチャートを用いてヘッド部ＣＰＵ１７および本体部ＣＰＵ３３の動作を説明するとともに、図８において各回路で発生する信号を示す。以降の説明において、▲１▼、▲２▼、▲３▼、・・・は図８の各信号を表し、Ｓ１ｈ、Ｓ２ｈ、Ｓ３ｈ、・・・は図７のフローチャートのヘッド部ＣＰＵ１７の各ステップを表し、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、・・・は図７のフローチャートの本体部ＣＰＵ３３の各ステップを表す。
【００７３】
図７において、ヘッド部ＣＰＵ１７のステップＳ１ｈ〜Ｓ５ｈまで、および、本体部ＣＰＵ３３のステップＳ１ｂ〜Ｓ６ｂまでは第１の実施形態と同様である。また、図８において、信号▲１▼〜信号▲６▼までも第１の実施形態と同様である。
【００７４】
ヘッド部ＣＰＵ１７は、ステップＳ５ｈにおいて検出信号信号読み込んだ後、変化クロック発生回路５７から変化クロックを読み込む（Ｓ２５ｈ）。そして、読み込んだ変化クロックに基づいて受信報告信号▲７▼を発生する（Ｓ２６ｈ）。受信報告信号▲７▼の周波数は、変化クロックの周波数と同じとなるように生成される。つまり、受信報告信号▲７▼において、受信報告信号の総長さｔ５は、温度によって変化することになり、この受信報告信号の総長さから温度を知ることができる。この受信報告信号を本体部５３へ転送する（Ｓ７ｈ）。
【００７５】
一方。本体部ＣＰＵ３３は、獲得した受信報告信号に基づいて温度を演算する（Ｓ２６ｂ）。この時、本体部ＣＰＵ３３のクロック▲９▼を用いて、受信報告信号の総長さをカウントすることによって、温度を演算する。そして、ステップＳ６ｂでカウントした送信命令信号を発生してから受信報告信号を獲得するまでの時間およびステップＳ２６ｂで演算した温度から物体までの距離を演算する（Ｓ２７ｂ）。
【００７６】
４．受信報告信号生成方法・温度演算方法
４−１：周波数回路
変化クロック発生回路５７およびサーミスタ５９を用いた変化クロックの発生回路の一例を図９に示す。図９のクロック発生回路は、いわゆるＣＲ発振回路である。サーミスタ５９の抵抗値ＲＴが温度によって変化するので、温度によって異なる発振周波数を得ることができる。
【００７７】
４−２：温度と変化クロックの周波数の関係
図１０Αは温度検出素子であるサーミスタ５９の温度−抵抗値曲線である。サーミスタ５９の製品毎に複数の曲線が表示されている。図１０Ｂは、変化クロック発生回路として図９のクロック発生回路利用した場合の発振周波数−外付けコンデンサ曲線である。ＲＸＴは、抵抗値ＲＸとサーミスタ抵抗値ＲＴの合成抵抗値である。
【００７８】
例えば、抵抗値ＲＸ＝３Ｋ［Ω］、外付けコンデンサ値ＣＸ＝１０００ｐ［Ｆ］、使用するサーミスタが２ＫＤ−５であるとする。現在の気温が摂氏３０度であったならば、図１０Αよりサーミスタの抵抗値は約１．５Ｋ［Ω］となる。この場合、合成抵抗ＲＸＴ＝１Ｋ［Ω］となり、周波数は、３５０Ｋ［Ｈｚ］となる。
【００７９】
このようにして、変化クロックの周波数と気温との関係を図１０Αおよび図１０Ｂから求めることができる。
【００８０】
４−３：受信報告信号生成方法
前述のように、変化クロックの周波数は、温度と共に変化する。温度が高くなれば周波数値が大きくなり、温度が低くなれば周波数値が小さくなる。図１１を用いて温度と受信報告信号の関係を説明する。受信報告信号は、変化クロックに基づいて生成する。図１１においては、受信報告信号は８ビットであり、［１１００１０１０］というパターン構造を有する。
【００８１】
ある温度Ｔにおいて、変化クロック発生回路５７が発生した変化クロックの周波数をｆとする。このとき、変化クロックの周期は（１／ｆ）となる。この場合、図１１Αに示すように、受信報告信号の周期が（１／ｆ）となるように、受信報告信号を生成する。これにより、受信報告信号の総長さは、ｔ２（＝８＊（１／ｆ））となる。
【００８２】
次に、温度がＴからＴ’へ変化した場合を考える（Ｔ’＞Ｔ）。この時の変化クロックの周波数をｆ’とすると、その周期は（１／ｆ’）となる。この場合も図１１Αの場合と同様に、図１１Ｂに示すような周期（１／ｆ’）の受信報告信号を生成する。この場合、受信報告信号の総長さは、ｔ２’（＝８＊（１／ｆ’））となる。
【００８３】
図１１Ｃに示すように、温度がＴ”（Ｔ”＞Ｔ’）の場合も、これまでの場合と同様に受信報告信号が生成される。
【００８４】
４−４：温度演算方法
本体部ＣＰＵ３３が受信報告信号に基づいて温度を演算する方法を説明する。これまでに、説明してきたように、受信報告信号は、温度によって、その総長さが変化する。したがって、この総長さを計測することによって、温度を求めることが出きる。
【００８５】
本体部ＣＰＵ３３は、受信報告信号の総長さを自らのクロックを利用して、カウントする。例えば図１１Αに示す受信報告信をカウントした様子を図１１Ｄに示す。
【００８６】
本体部ＣＰＵ３３の周波数をｆｂ、カウント数をＮとすると、受信報告信号の総長さｔ２は、
ｔ２＝Ｎ・（１／ｆｂ）
によって、求めることが出きる。したがって、予め受信報告信号の総長さと温度の関係をテーブル等に用意しておけば、前述のようにして実際に演算した総長さから実際の温度を求めることができる。
【００８７】
受信報告信号の総長さと温度の関係をテーブル化したものの一例を図１２に示す。
【００８８】
４−５：距離演算方法
本体部ＣＰＵ３３は、送信命令信号発生から受信報告信号獲得までの時間を、第１の実施形態と同様にして演算する（（１）式参照）。一方、受信報告信号の総長さを計測した後、図１２に示すテーブルより、気温を求める。求めた気温をＴとすると、音速Ｖは、
Ｖ＝３３１．５＋０．６・Ｔ
となる。したがって、（１）式より、物体までの距離Ｌは、
Ｌ＝ＮＶ／２ｆｂ
となる。
【００８９】
［第３の実施形態］
１．機能ブロック図
本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第３の実施形態の機能ブロック図を図１３に示す。計測部分離型超音波距離計測装置７１は、互いに情報のやり取りができる複数の制御部３および複数の計測部５、制御部３が演算した物体までの距離を表示する複数の表示部７を有している。
【００９０】
本実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置は、第１の実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の計測部および制御部を相互にデータ通信できるように複数接続したものである。
【００９１】
計測部５が出力する受信報告信号は、当該受信報告信号を出力した計測部５を特定するための識別情報を含んでいる。また、制御部３は、さらに、識別情報に基づいて、当該受信報告信号がどの計測部から出力されたものかを判断する。
【００９２】
これにより、複数の計測部５が存在している場合でも、制御部３はどの計測部５から出力された受信報告信号であるかを判断することができる。したがって、複数の計測部５および制御部３でネットワークを形成することができる計測部分離型超音波距離計測装置を提供することができる。
【００９３】
なお、本実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置７１のハードウェア構成は、図２に示す第１の実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置１の制御部３および計測部５を複数、相互にデータ通信できるように接続したものである。
【００９４】
２．フローチャート
本実施形態にかかる計測部分離型超音波距離計測装置７１の本体部ＣＰＵ３３およびヘッド部ＣＰＵ１７の動作は、基本的には図３に示すフローチャートに準ずるものである。ただし、ヘッド部ＣＰＵ１７がステップＳ６ｈで発生する受信報告信号は、各ヘッド部によって異なる。
【００９５】
この各ヘッド部が発生する受信報告信号が有するパターン構造の一例を図１４に示す。各ヘッド部が発生する受信報告信号は８ビットである。あるヘッド部では、図１４Αに示すように［１１０１００１０］というパターン構造を有する受信報告信号を発生する。また、あるヘッド部では、図１４Ｂに示すように［１０１０１０１０］というパターン構造を有する受信報告信号を発生する。
【００９６】
その他のヘッド部が発生する受信報告信号が有するパターン構造の例を図１４Ｃ、Ｄに示す。このように、各ヘッド部は、決して互いに同じパターン構造を有することが無いように受信報告信号を発生する。
【００９７】
また、本体部ＣＰＵ３３はステップＳ５ｂにおいて、受信報告信号が所定のパターン構造を有するか否かを判別するが、この時、同時に、所望のヘッド部が発生する受信報告信号が有するパターン構造を有しているか否かの判断を行う。
【００９８】
例えば、ある本体部ａにおいて、あるヘッド部ａが計測する物体までの距離を必要としているとする。ヘッド部ａが発生する受信報告信号のパターン構造は図１４Αに示すものであるとする。
【００９９】
この場合、本体部ＣＰＵ３３は、ステップＳ６ｂにおいて、受信報告信号が［１１０１００１０］というパターン構造を有しているか否かを判断する。獲得した受信報告信号のパターン構造が所望のパターン構造と一致すれば、ステップＳ７ｂへと進み、距離演算を行う。しかし、獲得した受信報告信号のパターン構造が［１１０１００１０］以外、例えば図１４Ｂに示すような［１０１０１０１０］であれば、ステップＳ７ｂへは進まず、距離演算を行わない。
【０１００】
［その他の実施形態］
第１の実施形態ないし第３の実施形態において、送信手段および受信手段の一部として超音波振動子１９を利用したが、超音波振動子１９を超音波送信用のスピーカとし、反射波受信用の集音器を別に設けてもよい。
【０１０１】
また、第２の実施形態において温度変化素子の一例として温度の変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ５９を用いたが、温度の変化に応じて特性が変化するものであればこれに限定されない。例えば、温度変化に応じて容量が変化するコンデンサやリアクタンスが変化するコイルであってもよい。
【０１０２】
さらに、第２の実施形態において、温度に応じて変化する周波数を発生する回路の一例としてＣＲ回路を例示したがこれに限定されない。例えば、水晶発振回路等を用いてもよい。
【０１０３】
さらに、第１の実施形態ないし第３の実施形態において、送信命令信号を発した時から受信報告信号を得た時までの遅延時間のクロック数を本体部ＣＰＵのクロックを利用して計数するとしたが、他に一定周波数を発生させる回路を設け、それが発生する周波数を利用して計数するようにしてもよい。
【０１０４】
さらに、第２の実施形態において受信報告信号の総長さから温度を求める際にテーブルを利用したが、算術式により算出するようにしてもよい。
【０１０５】
さらに、各ヘッド部が発生する受信報告信号は、第２の実施形態においては４ビットまたは８ビット、第３の実施形態においては８ビットとしたが、受信報告信号は所定のパターン構造を有するものであれば例示したものに限定されない。例えば、受信報告信号は１６ビット等でもよい。
【０１０６】
さらに、前記第２の実施形態において、受信報告信号は温度情報を当該種新報告信号の長さとして含むようにしているが、受信報告信号が温度情報を含むものであれば例示したものに限定されない。例えば、受信報告信号は、実際の温度測定した数値を温度情報として送るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第１の実施形態の機能ブロック図を示す図である。
【図２】図１に示す計測部分離型超音波距離計測装置の各機能をＣＰＵを用いて実現した場合のハードウェア構成図である。
【図３】図２に示すヘッド部ＣＰＵ１７および本体部ＣＰＵ３３の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２における各回路が発生する信号を説明するための図である。
【図５】本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第２の実施形態の機能ブロック図を示す図である。
【図６】図５に示す計測部分離型超音波距離計測装置の各機能をＣＰＵを用いて実現した場合のハードウェア構成図である。
【図７】図６に示すヘッド部ＣＰＵ１７および本体部ＣＰＵ３３の動作を示すフローチャートである。
【図８】図６における各回路が発生する信号を説明するための図である。
【図９】図６に示す変化クロック発生回路５７の一例を示した図である。
【図１０】温度と変化クロック発生回路５７の周波数の関係を説明するための図であり、Αは第２の実施形態において用いたサーミスタ５９の温度−抵抗値グラフ、Ｂは変化クロック発生回路５７の周波数−外付けコンデンサグラフを示す。
【図１１】変化クロックと受信報告信号の関係を説明するための図である。
【図１２】受信報告信号−温度テーブルの一例を示した図である。
【図１３】本発明にかかる計測部分離型超音波距離計測装置の第３の実施形態の機能ブロック図を示す図である。
【図１４】受信報告信号が有するパターン構造の一例を示した図である。
【図１５】従来の計測部分離型超音波距離計測装置を説明するための図である。
【図１６】従来の計測部分離型超音波距離計測装置で用いられていたノイズ対策を説明するための図であり、Αはチェックサム方式、Ｂは２サイクル照合方式に関するものである。
【符号の説明】
３・・・・・制御部
５・・・・・計測部
４５・・・・・温度測定手段
４７・・・・・発振回路
４９・・・・・温度検出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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