(57)【要約】【課題】本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響をより確実に避けることが出来ると共に、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが可能な、検出及び／又は測距性能に優れた超音波センサを提供する。【解決手段】超音波振動子と信号処理装置とからなる超音波変位センサ装置であって、上記信号処理装置が、ｉ）一周期内に発生した全ての反射信号を取り込んだ上で、その周期内最後尾の反射信号を抽出し、ｉｉ）上記最後尾の反射信号を測定対象物からの反射信号と判定し、ｉｉｉ）当該判定された上記最後尾の反射信号に基づいて、投音時点から超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出し、これにより、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成を備えたものとする。【選択図】図１
2009168693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に送出される送信信号パルスに従って超音波信号を測定対象物に向けて投音可能な送波機能と、前記超音波信号が前記測定対象物の表面で反射したことによって入ってきた反射音を電気−音響変換し、対応する電気信号たる反射信号として出力可能な受波機能とを備えた超音波振動子と、
前記超音波振動子から出力された前記反射信号を、適宜電気的に信号処理することが可能な信号処理装置とからなり、
前記投音時点から前記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から前記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する超音波変位センサ装置であって、
前記信号処理装置は、
ｉ）一周期内に発生した全ての前記反射信号を取り込んだ上で、その周期内最後尾の前記反射信号を抽出し、
ｉｉ）前記最後尾の前記反射信号を前記測定対象物からの前記反射信号と判定し、
ｉｉｉ）当該判定された前記最後尾の前記反射信号に基づいて、前記投音時点から前記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出し、これにより、前記センサ本体から前記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成を備えたものである、
ことを特徴とする超音波変位センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物への投音時点からセンサ本体に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する超音波変位センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある特定の測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定するセンサ（以下、本明細書中では「変位センサ」と称する）については、レーザー光や赤外線を用いる光学式の他にも超音波を用いる方式等、用途に応じてこれまでに多数の方式のものが開発され、市場に提供されている。
【０００３】
一例として、図８或いは特許文献１に示されるような穀物乾燥装置等においては、貯留槽（主として大型タンクやサイロ）内の堆積物レベル（量或いは高さ）を検出或いは測定する穀物レベル検知デバイスとして、上記の変位センサが備えられる。
【０００４】
この、穀物乾燥装置に適した変位センサという観点で検討すると、レーザー光や赤外線を用いる光学式の場合、
ｉ）測定対象物が細粒状或いは粉体状の穀物等であれば特に、貯留槽内に粉塵或いは塵埃が舞う事象が多発し、センサの検出或いは測定結果に誤差やエラーが生じやすいという問題点がある。このほか、
ｉｉ）原理上、センサが監視或いはカバーし得る測定対象物の領域が狭い（センサの動作点近傍）ことから、センサの検出面となる測定対象物の上表面が広面積であるときには、図８に例示されるように測定対象物の上表面の高さが貯留槽内の各位置でばらついている可能性があることを考慮すると、やはりセンサの検出或いは測定結果に誤差やエラーが生じやすいという問題点がある。
さらに、測定対象物の上表面の高さが貯留槽内の各位置でばらついている可能性があること等を考慮して、複数のセンサを設置してその平均を取ったりするケースもあるが、この場合も信号処理装置の構成が複雑になりやすいと言う問題がある。
【０００５】
その一方で、超音波を用いる方式であれば上記のような問題は生じないことから、現在の穀物乾燥装置等においては超音波を用いる方式が、穀物レベル検知デバイスとして一般に多用されている。
【０００６】
超音波センサの構成は旧知の通り、ｉ）送信信号パルスに従って超音波信号を測定対象物に向けて投音可能な送波機能と、上記超音波信号が上記測定対象物の表面で反射したことによって入ってきた反射音を電気−音響変換し、対応する電気信号として出力可能な受波機能とを備えた超音波振動子と、ｉｉ）上記超音波振動子から出力された受信信号を、適宜電気的に信号処理することが可能な信号処理装置とからなる。
そしてその基本動作原理は、図８からも明らかな通り、上記投音時点から上記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から上記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定するというものである。
【０００７】
測定対象物としては、貯留槽内に堆積している穀物（米、大豆類等）や液体等の堆積物が一例として挙げられる。また測定対象物の上表面は、測定対象物が例えば貯留槽内に堆積している穀物等である場合にはその穀物等の堆積面（上表面）であり、測定対象物が貯留槽内に貯留されている液体である場合にはその液面となる。
【０００８】
超音波振動子は電気−音響変換素子からなるものであり、測定対象物に向けて超音波信号を送波（以下、本明細書中では「投音」と称する）する送波器として機能するほか、
測定対象物からの反射音を受けてこれを電気−音響変換し、上記反射音に相当する電気信号（以下、本明細書中では「反射信号」と称する）を信号処理装置へと出力し得る受波器（レシーバ）として機能する。
【０００９】
信号処理装置は、超音波振動子からの出力信号を適宜処理し、上記投音時点から上記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から上記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する。
なお、上記穀物乾燥装置等においては、この超音波センサによるセンサ本体から測定対象物の上表面までの距離の測定結果を利用することで、穀物レベルの検知を行うことが可能となる。
【００１０】
ここで、従来知られた超音波センサでは、投音後、上記超音波振動子に最初に返って来る反射音（或いはこれを電気信号に変換した反射信号）に基づいて、センサ本体から上記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成となっている。
【００１１】
しかしながら、穀物乾燥装置等の穀物レベル検知デバイスに上記の超音波センサを適用した場合であっても、次のような問題点があった。
【００１２】
すなわち、図８に例示される穀物乾燥装置１００の貯留槽Ａが特に大型なものである場合には、堆積物の重量によって貯留槽Ａ自体が膨張或いは変形したりするのを防止すべく、貯留槽Ａの内壁間に補強棒や張線等の補強部材１１、１２を設けることが必要となる。
【００１３】
ただ、従来知られた超音波センサでは投音後、超音波振動子に最初に返って来る反射音或いは反射信号に基づいて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成となっていることから、上記の補強部材１１、１２というのはセンサから見れば本来検出すべき測定対象物以外の障害物となってしまう。
【００１４】
このような障害物がセンサの検出エリア内に存在すると、上記従来知られた超音波センサではその基本動作原理上、測定対象物Ｗではなく補強部材１１或いは１２を誤って検出するケースが発生し得、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが出来ないという問題があった。さらに障害物の影響が強まると、本来検出すべき測定対象物が検出できず、測定対象物までの間隔或いは距離が検出出来なくなるという問題もあった。
【００１５】
かかる問題点を踏まえて、これまでにも、
ｉ）超音波の検出エリアを狭く絞って、障害物となる補強部材１１或いは１２を避ける手法や、
ｉｉ）予め補強部材１１或いは１２の位置をセンサの信号処理装置に記憶させておくことによって障害物の影響を回避する手法、
等が案出され、測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出すべくセンサの改良工夫が試みられているが、いずれも、十分な効果を果たし得るものではなかった。
【特許文献１】特開２００６−０１７３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って本発明は、本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響をより確実に避けることが出来ると共に、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが可能な、検出及び／又は測距性能に優れた超音波変位センサ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決すべく種々検討を行った結果、本願発明者は、以下の構成を備えた超音波変位センサ装置とすることにより上記課題を解決可能なことを見い出し、本発明を完成した。
【００１８】
すなわち、本願発明者は、障害物の影響を回避すべく従来より案出されていたセンサの改良工夫に係る上記ｉ）、ｉｉ）等をはじめとする発想を転換し、
（ａ）旧知の超音波センサで採用されていた信号処理手法である投音後、超音波振動子に最初に返って来る反射音（或いはこれを電気信号に変換した反射信号）に基づいて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定するという手法を用いるのではなく、
（ｂ）むしろ積極的に障害物となる補強部材を検出させ、その上で、
（ｃ）時間軸上で見たときの検出範囲（例えば、周期的に送出される送信信号パルスに従って超音波信号が測定対象物に向けて投音される様なケースであればその一周期）内における最後尾或いは投音時点から見て最遠の反射信号を測定対象物からの反射信号と判定し、
（ｄ）判定された当該測定対象物からの反射信号のみを必要な検出データとして扱い、これに基づいて投音時点から超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行う、
ことによって上記障害物の影響を確実にキャンセル出来ることを見い出し、本発明を完成した。
【００１９】
上記課題を解決可能な本発明の超音波変位センサ装置は、（１）周期的に送出される送信信号パルスに従って超音波信号を測定対象物に向けて投音可能な送波機能と、前記超音波信号が前記測定対象物の表面で反射したことによって入ってきた反射音を電気−音響変換し、対応する電気信号たる反射信号として出力可能な受波機能とを備えた超音波振動子と、
前記超音波振動子から出力された前記反射信号を、適宜電気的に信号処理することが可能な信号処理装置とからなり、
前記投音時点から前記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から前記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する超音波変位センサ装置であって、
前記信号処理装置は、
ｉ）一周期内に発生した全ての前記反射信号を取り込んだ上で、その周期内最後尾の前記反射信号を抽出し、
ｉｉ）前記最後尾の前記反射信号を前記測定対象物からの前記反射信号と判定し、
ｉｉｉ）当該判定された前記最後尾の前記反射信号に基づいて、前記投音時点から前記超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出し、これにより、前記センサ本体から前記測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成を備えたものである、ことを特徴とするものである。
【００２０】
本明細書において「音」とは、音響工学上の可聴帯域を越えるいわゆる超音波をも包含する広い概念として用いるものとする。
【００２１】
なお、本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響を避ける機能については、Obstructor cancel機能と略称することもある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、棒、桟或いは金網等、本来検出すべき測定対象物以外の障害物がセンサと測定対象物の間に存在している場合であっても、センサから見てこれら障害物を越えて対向側に位置する測定対象物までの間隔或いは距離を確実に検出或いは測定することが可能となる。
従って本発明によれば、本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響をより確実に避けることが出来ると共に、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが可能な、検出及び／又は測距性能に優れた超音波変位センサ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態につき説明する。図１はセンサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並び、及びこれら各受信信号と送信信号パルスとの対応関係を時間軸上にあらわした一例を示す図、図２は測定対象物の上表面が第１の補強ロッドアセンブリと第２の補強ロッドアセンブリとの間のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわした図、図３は測定対象物の上表面が第１の補強ロッドアセンブリよりも更に上のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわした図である。
また図５は本発明に係る超音波変位センサの一実施形態の構成を示すブロック図であり、図６及び図７は測距処理部において受信信号が信号処理されて行く流れを示すフローチャートである。
【００２４】
［第一実施形態］
先ずはじめに、本発明に係る超音波変位センサ装置の第一実施形態につき順を追って説明する。
本実施形態では、本発明に係る超音波変位センサ装置を、従来知られた穀物乾燥装置の穀物レベル検知デバイスとして適用した場合を一例に挙げて説明を行う。
従って、超音波変位センサ装置を穀物乾燥装置に適用する際の大略的な設置態様、例えば測定対象物と超音波変位センサ装置との位置関係等については、図８に示された通りである。
【００２５】
なお、超音波センサは、旧知の通り、投音時点から超音波振動子に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定することを基本動作原理とするものである。
構成については図５に示される通り、ｉ）送信信号パルスに従って超音波信号を測定対象物に向けて投音可能な送波機能と、上記超音波信号が上記測定対象物の表面で反射したことによって入ってきた反射音を電気−音響変換し、対応する電気信号として出力可能な受波機能とを備えた超音波振動子２と、ｉｉ）上記超音波振動子２から出力された受信信号を、適宜電気的に信号処理することが可能な信号処理装置３とからなっている。
【００２６】
［構成］
図５及び図８に基づいて本実施形態の構成につき説明すると、本実施形態では、測定対象物Ｗは貯留槽Ａ内に堆積している穀物（米、大豆類等）となる。また、穀物乾燥装置１００の貯留槽Ａ中における穀物レベル（高さ）に相当する測定対象物Ｗの上表面Ｆは、本実施形態では貯留槽Ａ内に堆積している穀物等の堆積面となる。
【００２７】
ここで、穀物乾燥装置１００の貯留槽Ａの内壁面の一部には、堆積物の重量によって貯留槽Ａ自体が膨張或いは変形したりするのを防止すべく、複数の補強部材が設けられている。図８に示す例では、補強部材として、貯留槽Ａの内壁間に固定された補強棒を組み合わせてなる第１の補強ロッドアセンブリ１１及び第２の補強ロッドアセンブリ１２が設けられている。
【００２８】
第１の補強ロッドアセンブリ１１及び第２の補強ロッドアセンブリ１２は、それぞれ一端及び他端が貯留槽Ａの内壁面に固定された複数の補強棒を井桁状に組み、互いに交叉する補強棒同士を結節して構成した組立体である。
【００２９】
その他、超音波変位センサ装置１の設置態様を除いた穀物乾燥装置１００自体の更なる詳細な構成や操作法その他については既に旧知のものであり、それらの説明に関しては特許文献１その他の公知文献に譲る。
【００３０】
超音波振動子２は電気−音響変換素子からなるものであり、測定対象物Ｗに向けて超音波信号を投音する送波器として機能するほか、測定対象物Ｗからの反射音を受けてこれを電気−音響変換し、上記反射音に相当する電気信号たる反射信号を信号処理装置３へと出力し得る受波器（レシーバ）として機能する。
【００３１】
信号処理装置３は、超音波振動子２からの出力信号を適宜処理し、投音時点から超音波振動子２に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する。
なお、図８に示す穀物乾燥装置１００においては、本実施形態に係る超音波変位センサ装置１によるセンサ本体から測定対象物Ｗの上表面Ｆまでの距離の測定結果を利用することで、穀物レベルの検知を行うことが可能となっている。
【００３２】
信号処理装置３では通常、超音波振動子２からの出力信号を受け、信号のｉ）波高値（主として電圧レベルを指す）、ｉｉ）幅（いわゆる信号の継続時間を指す）、ｉｉｉ）波形の立ち上がり及び立ち下がり、等から、超音波信号が測定対象物Ｗの表面で反射したことによって超音波振動子２が受けた反射音に相当する電気信号たる反射信号を認識する。その際、本実施形態では信号処理装置３に備わる波形整形部３２を利用している（図５参照）。ここで、本実施形態では、波形整形部３２はコンパレータからなっている。
【００３３】
信号処理装置３の構成につき、図５を参照しつつより詳細に説明すると、信号処理装置３は、増幅回路３１と、波形整形部３２と、測距処理部Ｄと、出力回路３６とを備えている。これらは順に接続されており、超音波振動子２からの出力信号を適宜処理して最終的に穀物レベルの検知を行うことが可能となっている。
【００３４】
また本実施形態では、測距処理部Ｄは、データ取込処理部３３と、時間計測処理部３４と、データ判定・抽出処理部３５とを備えている。これらは順に接続されており、コンパレータよりなる波形整形部３２から出力される反射信号を適宜処理して最終的にセンサ本体から測定対象物Ｗの上表面Ｆまでの距離の測定結果を求めることが可能となっている。
本実施形態では、測距処理部Ｄはワンチップマイコンからなっており、測距処理部Ｄに包含される各処理部３３〜３５は、該ワンチップマイコン内に格納されている。
測距処理部Ｄで行われる信号処理に関しては、別途後段にて詳述する。
【００３５】
増幅回路３１及び波形整形部３２は、超音波振動子２から出力された受信信号を測距処理部Ｄが出来るだけ信号処理しやすい様にすべく、超音波振動子２から出力された受信信号の前処理すなわち増幅及び波形整形を行ってパルス状の反射信号とする処理を行う。
【００３６】
出力回路３６は、測距処理部Ｄより出力される、センサ本体から測定対象物の上表面までの距離の測定結果を利用することで、穀物レベル（高さ或いは量）を求める処理を行い、その結果を外部へ出力する。
【００３７】
［動作］
次に、本実施形態に係る超音波変位センサ装置１の動作につき、信号処理装置３に受信された反射信号が処理されて行く一連の流れを説明するために必要な各図（図１〜３に係る信号波形図、図５に示すブロック図、図６及び図７に示すフローチャート）を参照しつつ説明する。
【００３８】
図１は、センサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並び、及びこれら各受信信号と送信信号パルスとの対応関係を時間軸上にあらわした一例である。図１（ａ）は送信信号パルスを時間軸上に示した図、図１（ｂ）はセンサ側で受信される受信信号を時間軸上に示した図、そして図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部拡大図であり、一周期中においてセンサ側で受信される受信信号を拡大して示す図である。
ここで、図１は穀物乾燥装置に超音波変位センサ装置を適用した場合の設置態様及び超音波変位センサ装置による測定対象物の測距原理について示す図８と対応している。
すなわち図１は、図８に示されているのと同様に、測定対象物の上表面が第１の補強ロッドアセンブリ及び第２の補強ロッドアセンブリよりも下のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される種々の受信信号と送信信号パルスとの対応関係をあらわしている。
なお、簡単のため、以下の図１〜図３に関する説明では、図１〜図３に示された波形整形前の信号を反射信号と扱って説明を行う。また図１〜図３では、縦軸は電圧レベルに相当し、横軸は時間軸となっている。
【００３９】
図２は、測定対象物Ｗの上表面Ｆが第１の補強ロッドアセンブリ１１と第２の補強ロッドアセンブリ１２との間のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわしたものである。
図２においてＲ１２’は、第２の補強ロッドアセンブリ１２のレベルが測定対象物Ｗの上表面Ｆよりも下にあるが故にセンサ側に受信されることの無い、第２の補強ロッドアセンブリ１２からの反射音に相当する受信信号の態様を仮想的に表現したものである。
【００４０】
図３は、測定対象物Ｗの上表面Ｆが第１の補強ロッドアセンブリ１１よりも更に上のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわしたものである。
図３においてＲ１１’は、第１の補強ロッドアセンブリ１１のレベルが測定対象物Ｗの上表面Ｆよりも下にあるが故にセンサ側に受信されることの無い、第１の補強ロッドアセンブリ１１からの反射音に相当する受信信号の態様を仮想的に表現したものである。なおＲ１２’については図２に関連して説明した通りである。
【００４１】
本実施形態に係る超音波変位センサ装置１では、
ｉ）一周期Ｔｃ内に発生した全ての反射信号Ｒ１１、Ｒ１２、ＲＷを取り込んだ上で、その周期Ｔｃ内最後尾の反射信号ＲＷを抽出し、
ｉｉ）上記最後尾の反射信号ＲＷを測定対象物Ｗからの反射信号と判定し、
ｉｉｉ）当該判定された上記最後尾の反射信号ＲＷに基づいて、投音時点から超音波振動子２に反射音が返って来る時点までの時間を検出し、これにより、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する構成となっている。
なお、一周期Ｔｃ内最後尾の反射信号ＲＷを抽出することが出来る具体的な一構成例については、図６或いは図７に示されたフローチャートを参照しつつ、別途後段にて詳述する。
【００４２】
まずはじめに、図１を参照しつつ、本実施形態に係る超音波変位センサ装置１の動作について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）を参考に、センサ側で受信される受信信号と送信信号パルスとの時間軸上における対応関係について見てみると、本実施形態では、投音周期一周期ごとに送信信号パルスｔｓ１、ｔｓ２・・・ｔｓｎが超音波振動子２より送出される。
受信信号について見ると、本実施形態では、投音周期一周期ごとに第１の補強ロッドアセンブリ１１からの反射信号Ｒ１１、第２の補強ロッドアセンブリ１２からの反射信号Ｒ１２、及び測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷが受信されることとなる。
なお、投音時点と略同時に信号Ｒｔｓが受信されている様子が図１（ｂ）に示されているが、この受信信号Ｒｔｓは投音時に生じる残響に対応するものである。別途後段で図６或いは図７を用いて説明する、一周期Ｔｃ内最後尾の反射信号ＲＷを抽出することが出来る具体的な一構成例においては、投音時点と略同時に受信される信号Ｒｔｓは特に考慮の対象から除外されている。
【００４３】
図１（ｃ）を参考に、受信信号についてより詳しく見てみると、一周期Ｔｃにおいて、投音時点から第１の補強ロッドアセンブリ１１からの反射信号Ｒ１１を受信するまでの時間はＴ１、投音時点から第２の補強ロッドアセンブリ１２からの反射信号Ｒ１２を受信するまでの時間はＴ２、そして投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間はＴ３とされる。
【００４４】
本実施形態では、ｉ）一周期Ｔｃ内における投音時点から見て最遠すなわち最後尾の反射信号を測定対象物Ｗからの反射信号（ＲＷ）と判定し、ｉｉ）判定された当該測定対象物Ｗからの反射信号ＲＷのみを必要な検出データとして扱い、これに基づいて投音時点から超音波振動子２に反射音が返って来る時点までの時間を検出することを通じて、センサ本体から測定対象物までの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行う構成となっている。
【００４５】
従って図１に示す例では、ｉ）一周期Ｔｃ内における投音時点から見て最遠の反射信号は、センサ本体から見て第１の補強ロッドアセンブリ１１及び第２の補強ロッドアセンブリ１２を越えた奥の方にある測定対象物Ｗからの反射信号ＲＷとなり、ｉｉ）投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間Ｔ３が、必要な検出データ（＝時間Ｔｘ）として取り扱われることとなる。そして、本実施形態ではこの時間Ｔｘの値を用いることにより、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行う。
なお、図８に示す穀物乾燥装置１００においては、本実施形態に係る超音波変位センサ装置１によるセンサ本体から測定対象物Ｗの上表面Ｆまでの距離の測定結果を利用することで、穀物レベルの検知を行うことが可能となっている。
【００４６】
また、図２に示す例の受信信号について詳しく見てみると、ｉ）一周期Ｔｃ内における投音時点から見て最遠の反射信号は、センサ本体から見て上表面Ｆが第１の補強ロッドアセンブリ１１と第２の補強ロッドアセンブリ１２との間のレベルにある測定対象物Ｗからの反射信号ＲＷとなり、ｉｉ）投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間Ｔ２が、必要な検出データ（＝時間Ｔｘ）として取り扱われることとなる。そして図２に示す場合では、この時間Ｔｘの値（＝Ｔ２）を用いることにより、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行う。
【００４７】
さらに、図３に示す例の受信信号について詳しく見てみると、図３では測定対象物Ｗの上表面Ｆが第１の補強ロッドアセンブリ１１よりも更に上のレベルにあることから、ｉ）一周期Ｔｃ内における投音時点から見て最遠の反射信号は、反射面となる上表面Ｆがセンサ本体から見て第１の補強ロッドアセンブリ１１及び第２の補強ロッドアセンブリ１２よりも近いレベルにある測定対象物Ｗからの反射信号ＲＷとなり、ｉｉ）投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間Ｔ１が、必要な検出データ（＝時間Ｔｘ）として取り扱われることとなる。そして図３に示す場合ではこの時間Ｔｘの値（＝Ｔ１）を用いることにより、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行う。
【００４８】
［最後尾データを抽出することが出来る具体的な処理フローの一例について］
引き続き、図６及び７に基づき、上記した最後尾データを抽出することが出来る具体的な処理フローの一例について説明する。
図６は測距処理部Ｄにおいて受信信号が信号処理されて行く流れを大まかに示すフローチャートの一例であり、図７はデータ判定・抽出処理部３５における最後尾データ抽出に係る処理フローの一例を説明する図である。図６及び７は先に説明した図５に係るブロック図に対応しており、以下では図５も参照しつつ説明を行う。
なお、図６に示される判定フローは、一周期を単位とする、即ち一周期Ｔｃで一巡りするものである。
【００４９】
また以下の説明は、貯留槽Ａ内における測定対象物Ｗの堆積レベルが図１及び図８に示す程度となっていることを前提として行うものとする。貯留槽Ａ内における測定対象物Ｗの堆積レベルが図２或いは図３に示す程度となっている場合であっても、以下の説明と変わらぬ要領で処理フローが実行されることは言うまでもない。
【００５０】
［ステップ１（前処理：Ｓ１）］
投音後、超音波振動子２から出力された受信信号の増幅及び波形整形の各処理段階については、図６に示すフローチャートにおいては反射信号の最後尾判定を行うに際しての前処理段階に当たるものとして一括りに取り扱われる。
したがって、超音波振動子２から出力された受信信号の増幅及び波形整形を行ってパルス状の反射信号とする処理を行う図５の増幅回路３１及び波形整形部３２は、この前処理の段階に含まれるものと考えて良い。
【００５１】
［ステップ２（データ取込処理：Ｓ２）］
本ステップに係る信号処理は、図５の測距処理部Ｄに包含されるデータ取込処理部３３にて行われる。
このステップでは、一周期Ｔｃの期間が終了するまでの間ずっと、反射信号の受信があったか否かを監視しており、反射信号の受信があったと判定したときには、その反射信号のデータを取り込む処理を行っている。
【００５２】
本実施形態では、取り込む反射信号のデータは投音時点から各反射信号を受信するまでの時間に係る時間データであり、図１（ｃ）に示したように例えば、
ｉ）第１の補強ロッドアセンブリ１１からの反射信号Ｒ１１を受信したと判定したときには、ｄａｔａ［１］として時間Ｔ１の値を取り込む処理を行い、
ｉｉ）第２の補強ロッドアセンブリ１２からの反射信号Ｒ１２を受信したと判定したときには、ｄａｔａ［２］として時間Ｔ２の値を取り込む処理を行い、
ｉｉｉ）測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信したと判定したときには、ｄａｔａ［３］として時間Ｔ３の値を取り込む処理を行う。
【００５３】
本ステップにおける最初の判定ブロックとなる「測定時間が終了したか否か」を判定する判定ブロックには、予め一周期の時間Ｔｃの値が格納されており、上記反射信号の取り込み処理が済んで時間Ｔｃが経過した際には、次のステップへ進む処理が行われる。
【００５４】
本ステップでは、次に説明する数値“ｉ”が最終値に到達するまで、時間データＴ１、Ｔ２・・・Ｔｉがｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］として取り込まれる。
ここで、“ｉ”は反射信号の最後尾判定を行う対象となる反射信号データの数に対応して１から始まるものであって、反射信号の最後尾判定を行う対象となる反射信号データを格納可能な最大数の値を最終値とするものである。なお、ｉの最終値となる反射信号の最後尾判定を行う対象となる反射信号データを格納可能な最大数の値は、実際に本発明を実施するに際して任意に決定することが出来る。
【００５５】
貯留槽Ａ内における測定対象物Ｗの堆積レベルが図１及び図８に示す程度としたときの本実施形態では、ｉの最終値を例えば８とした場合、ｉ＝３まではｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］に実際の時間データが格納されている。一方、物理的にセンサ本体から見て測定対象物Ｗの上表面Ｆよりも遠い側（図１の時間軸で説明すれば、最後尾の反射信号ＲＷよりも時間的に進んだ側の領域）には超音波は到達せず、当然対応する反射音或いは反射信号も発生し得ないことから、本実施形態ではｉ＝４〜８にはｄａｔａ［４］、ｄａｔａ［５］・・・ｄａｔａ［８］として“０”が便宜上格納される。
【００５６】
なお、図２に示す例ではｉ＝３以降について、ｄａｔａ［３］、ｄａｔａ［４］・・・ｄａｔａ［８］として“０”が便宜上格納される。図３に示す例ではｉ＝２以降について、ｄａｔａ［２］、ｄａｔａ［３］・・・ｄａｔａ［８］として“０”が便宜上格納される。
【００５７】
［ステップ３（時間計測処理：Ｓ３）］
本ステップに係る信号処理は、図５の測距処理部Ｄに包含される時間計測処理部３４にて行われる。
本ステップでは、ステップＳ２で取り込まれたデータｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］の値を、改めて投音時点から各反射信号を受信するまでの時間Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｉに係る時間データであるとして、それぞれの時間を計測する処理を行う。
【００５８】
［ステップ４（データ判定・抽出処理：Ｓ４）］
本ステップに係る信号処理は、図５の測距処理部Ｄに包含されるデータ判定・抽出処理部３５にて行われる。
本ステップでは、ステップＳ２で取り込まれたデータｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］を基に、反射信号の最後尾判定、及び最後尾と判定された反射信号データの抽出処理が行われる。
【００５９】
次に、本ステップにおける最後尾データ抽出に係る処理フローの一例を図７に基づき説明する。
図７に示される本ステップの最後尾判定ループでは、
ｉ）ステップＳ２で取り込まれたデータｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］の値が“０”であるか否かを判定した結果に基づいて、
ｉｉ）“０”でないものについてはｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］の値を強制的に“０”に置換する処理を順次行ってゆき、
ｉｉｉ）その結果、取り込まれたデータｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］・・・ｄａｔａ［ｉ］の中で“０”でない値を持つものとして最終的に残った唯一つのデータを、最後尾データと判定してその値（時間値）を最後尾データとして抽出する処理を行っている。
抽出された最後尾データは、投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間に相当する、必要な検出データ（＝時間Ｔｘ）として取り扱われる。
【００６０】
具体的には、この最後尾判定ループでは、２つのデータを順次関連させて処理するように構成されており、先にｄａｔａ［ｉ＋１］が“０”であるか否かを判定した上で、
ｉ）“０”であれば（図７の判定ブロックでは、右向きの“Ｎｏ”にあてはまる）、そのｄａｔａ［ｉ］については何等処理がなされずに済む一方、
ｉｉ）“０”でない場合（図７の判定ブロックでは、下向きの“Ｙｅｓ”にあてはまる）には、そのｄａｔａ［ｉ＋１］より１つ前のデータｄａｔａ［ｉ］について、その値を強制的に“０”に置換する処理が行われる。
【００６１】
このループを順次繰り返し、［ｉ−１］回（その理由は後述する）の繰り返しが終了した時点では、最終的に唯１つのデータが“０”でない値を持つものとして残ることとなり、残ったこの“０”でない値を持つデータが、最後尾データと判定されその値（時間値）が最後尾データとして抽出される。
【００６２】
一例を挙げてこの最後尾判定ループにつき更に説明すると、貯留槽Ａ内における測定対象物Ｗの堆積レベルが図１及び図８に示す程度とし、ｉの最終値を８としたとき、この最後尾判定ループで行われる具体的処理は次のようなものとなる。
【００６３】
まず、この最後尾判定ループでは、２つのデータを順次関連させて処理するよう構成されているが、ｉの最終値を８としたとき、その処理形態は次の通りとなる。
【００６４】
［ループ回数と、順次関連させて処理する２つのデータについて］
ループ回数：  順次関連させて処理する２つのデータ
（ｄａｔａ［ｉ］、ｄａｔａ［ｉ＋１］）
・  １    ：    ｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］
・  ２    ：    ｄａｔａ［２］、ｄａｔａ［３］
・  ３    ：    ｄａｔａ［３］、ｄａｔａ［４］
・  ４    ：    ｄａｔａ［４］、ｄａｔａ［５］
・  ５    ：    ｄａｔａ［５］、ｄａｔａ［６］
・  ６    ：    ｄａｔａ［６］、ｄａｔａ［７］
・  ７    ：    ｄａｔａ［７］、ｄａｔａ［８］
以上からも明らかな通り、２つのデータを順次関連させて処理することから、ループ回数はｉ−１回となる。
【００６５】
［処理前のデータと処理後のデータの変化について］
データ（ｄａｔａ［ｉ］）  ：  処理前のデータ値  ：  処理後のデータ値
・    ｄａｔａ［１］  ：      １０００      ：            ０
・    ｄａｔａ［２］  ：      ２０００      ：            ０
・    ｄａｔａ［３］  ：      ３０００      ：      ３０００
・    ｄａｔａ［４］  ：            ０      ：            ０
・    ｄａｔａ［５］  ：            ０      ：            ０
・    ｄａｔａ［６］  ：            ０      ：            ０
・    ｄａｔａ［７］  ：            ０      ：            ０
・    ｄａｔａ［８］  ：            ０      ：            ０
【００６６】
なおここで、ｄａｔａ［１］、ｄａｔａ［２］、ｄａｔａ［３］の値１０００、２０００、３０００は、投音時点から反射信号を受信するまでの時間を相対的に示すものである。
上記したデータの変化については、最後尾判定ループを実際に２つのデータを順次関連させながら適用してみればそのような結果となることがわかる。
【００６７】
以上の例によれば、最後尾判定ループでの処理後において最終的に残った唯一つのデータであるｄａｔａ［３］の値を最後尾データと判定し、その値（時間値に相当する相対値“３０００”）は最後尾データとして抽出される。
抽出された最後尾データは、投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間に相当する、必要な検出データ（時間Ｔｘ＝Ｔ３）として取り扱われる。
【００６８】
必要な検出データ＝時間Ｔｘが得られれば、後は本実施形態ではこの時間Ｔｘの値を用いて、出力回路３６においてセンサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理（距離データ変換）を行う。
また図８に示す穀物乾燥装置１００においては、得られたセンサ本体から測定対象物Ｗの上表面Ｆまでの距離の測定結果を利用することで、穀物レベルの検知を行っている。
【００６９】
上で構成及び動作について説明した本実施形態によれば、本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響を確実にキャンセル出来ると共に、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが可能な、検出及び／又は測距性能に優れた超音波変位センサ装置を提供することができる。
【００７０】
［第二実施形態］
又以下では、本発明に係る超音波変位センサ装置の第二実施形態につき説明する。図４は本発明の第二実施形態について示す図である。
【００７１】
図１、図２及び図４（ａ）に示すように、複数の反射信号がそれぞれ時間軸上で離間した状態で存在する場合には、信号処理装置３は特に問題なく、複数の反射信号をそれぞれ別の信号と区別して認識することが出来る。
【００７２】
しかしながら、図４（ｂ）に示すように、複数の反射信号が時間軸上で互いに少なくとも一部が重なった状態或いは極めて近接した状態で存在する場合には、信号処理装置３は、この一部が重なった状態或いは極めて近接した状態にある複数の反射信号をうまく認識して信号処理してゆくことが難しいケースが想定される。
【００７３】
本実施形態ではそのような場合、図４（ｃ）に示すように、この一部が重なった状態或いは極めて近接した状態にある複数の反射信号の立ち上がり時点から立ち下がり時点までの幅を持つ合成信号ＲＣを図５の波形整形回路３２で求め、その時間幅のセンターＲＣｃの値を見ることによって、かかる状況下でも特に問題なく投音時点から測定対象物Ｗの上表面Ｆからの反射信号ＲＷを受信するまでの時間を算出して、センサ本体から測定対象物Ｗまでの間隔或いは距離を検出或いは測定する処理を行なえる様構成されている。
【００７４】
［変形例］
以上、一実施形態を中心に本発明の詳細を説明したが、本発明は上記に何等限定されず、様々な変形が可能である。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、従来知られた穀物乾燥装置の穀物レベル検知デバイスとして適用した場合を例に本発明に係る超音波変位センサ装置の構成及び動作について説明したが、本発明は穀物乾燥装置に限られず、種々の装置に対して適用することが可能であるほか、単独でも使用することが可能である。
さらに、上記実施形態では測定対象物を貯留槽内に堆積している穀物として説明を行ったが、測定対象物はこれに特に限定されるものでは無い。例えば、測定対象物は貯留槽内に貯留されている液体であっても構わない。この場合、測定対象物の上表面は、測定対象物である液体の液面となる。
その他、本発明に係る超音波変位センサ装置は、河川等の液面レベル検知デバイスとして従来の超音波センサと同じ使用態様で使用することも勿論可能である。
【００７６】
また上記実施形態では送波と受波を１つの超音波振動子で担う構成としたが、送波と受波を別々の超音波振動子に担わせる構成としても構わない。
【００７７】
上記実施形態では、穀物乾燥装置１００の貯留槽Ａが、２組の補強部材１１、１２をその内壁に高さ方向にそれぞれ間隔を空けて備えている場合について説明を行ったが、補強部材の数はこれに限定されず、必要に応じて更に多くの補強部材が貯留槽Ａの内壁に高さ方向にわたって備えられていても構わない。
【００７８】
上記実施形態では、障害物となる２組の補強部材１１、１２が穀物乾燥装置１００の貯留槽Ａの内壁に固定されているケースをモデルに本発明に係る超音波変位センサ装置１の構成及び動作につき説明を行ったが、本発明は、障害物が固定されているケースに何等限定されず、障害物が動いている場合であっても適用することが可能である。障害物が動いている場合の一例としては、
ｉ）センサ本体に対向した位置に本来検出すべき測定対象物があるにもかかわらず、測定対象物以外の障害物（例えばロボットアーム等）がセンサ本体−測定対象物間を横切る様な場合、のほか、
ｉｉ）貯留槽に対してセンサが図８に示されるような設置態様で設置される場合において、貯留槽内に入れられた金網やザル等が上下方向に動いているようなケース、
等が挙げられる。
【００７９】
以上に説明した通り、本発明は、本来検出すべき測定対象物以外の障害物の影響をより確実に避けることが出来ると共に、本来検出すべき測定対象物までの間隔或いは距離を安定して検出することが可能な、検出及び／又は測距性能に優れた超音波変位センサ装置を提供する新規かつ有用なるものであることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】センサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並び、及びこれら各受信信号と送信信号パルスとの対応関係を時間軸上にあらわした一例である。
【図２】測定対象物の上表面が第１の補強ロッドアセンブリと第２の補強ロッドアセンブリとの間のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される種々の受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわしたものである。
【図３】測定対象物の上表面が第１の補強ロッドアセンブリよりも更に上のレベルにあるときにおける、センサ側で受信される受信信号の典型的な並びを時間軸上にあらわしたものである。
【図４】本発明の第二実施形態について示す図である。
【図５】本発明に係る超音波変位センサの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】測距処理部において受信信号が信号処理されて行く流れを大まかに示すフローチャートの一例である。
【図７】データ判定・抽出処理部における最後尾データ抽出に係る処理フローの一例を説明する図である。
【図８】穀物乾燥装置に超音波変位センサ装置を適用した場合の設置態様及び超音波変位センサ装置による測定対象物の測距原理について示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  超音波変位センサ装置
２  超音波振動子
３  信号処理装置
１１、１２  第１の補強ロッドアセンブリ、第２の補強ロッドアセンブリ
２１  パルス発生器
１００  穀物乾燥装置
Ａ  貯留槽
Ｄ  測距処理部
Ｆ  測定対象物の上表面
ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓｎ  送信信号パルス
Ｔｃ  送信信号パルスの一周期
Ｒ１１、Ｒ１２  第１の補強ロッドアセンブリ、第２の補強ロッドアセンブリからの反射音に相当する受信信号
Ｒｔｓ  投音時に略同時に発生する残響に相当する受信信号
ＲＷ  測定対象物からの反射音に相当する受信信号
Ｗ  測定対象物
【図１】
2009168693.tif 000003
【図２】
2009168693.tif 000004
【図３】
2009168693.tif 000005
【図４】
2009168693.tif 000006
【図５】
2009168693.tif 000007
【図６】
2009168693.tif 000008
【図７】
2009168693.tif 000009
【図８】
2009168693.tif 000010