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JP2515803B2 - 音響距離探知システムおよび音響距離探知方法 - Google Patents
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JP2515803B2 - 音響距離探知システムおよび音響距離探知方法 - Google Patents

音響距離探知システムおよび音響距離探知方法

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JP2515803B2 JP62134755A JP13475587A JP2515803B2 JP 2515803 B2 JP2515803 B2 JP 2515803B2 JP 62134755 A JP62134755 A JP 62134755A JP 13475587 A JP13475587 A JP 13475587A JP 2515803 B2 JP2515803 B2 JP 2515803B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、変換器から距離を測定される表面へ音響エ
ネルギパルスに送信し、それに応じて被測定表面から反
射されて変換器に受信された信号が監視されてその表面
からのエコーの時間的位置によって表面までの距離を決
定する形式の音響距離探知システムに関するものであ
る。
［従来の技術］ このような音響距離探知システムにおいては、変換器
あるいはその接続回路に発生される他の信号中からの求
める正しいエコーを識別することが重要である。本出願
人の米国特許第4,596,144号明細書には、本質的に統計
的に動作し、特定のショットによって生じるエコーの識
別のみでなく、選択されたエコーが正しいエコーである
確信の程度を量的に知ることのできる超音波距離探知シ
ステムにおける正確なエコーの探知の方法が記載されて
いる。
この米国特許第4,596,144号明細書に記載されている
エコー抽出技術について以下簡単に説明する。
まず、送信器から電気・音響変換器へパルスを供給し
て１以上のショットを生成して被探知表面に放射し、そ
の被探知表面からの反射により変換器中で電気信号を受
信器で受信し一定のサンプリング周期でサンプリングす
ることによりエコープロフィールを特徴付けるデータベ
ースが形成されメモリに蓄積される。
このとき、エコープロフィールの最初の部分は送信パ
ルスの継続期間とそれに続く変換器のリンギング（ring
ing）の大きい信号部分を除くためにブランキングされ
る。すなわち、高い効率を得るために変換器は適度に高
い品質係数Ｑを持つ必要があるが、Ｑを高くすると送信
パルスの終了後も引続いてリンギングによる信号が存在
してそれが変換器からのエコー出力を処理する受信器へ
入力される。このリンギングによる信号は時間と共に指
数関数的に減衰するため送信パルス期間とそれに続くリ
ンギング信号の高レベルの部分をブランキングして受信
器に障害を与えないようにしている。したがって受信器
のエコー信号はこのブランキング期間の終了後得られ
る。
この受信器に与えられるエコープロフィールは例えば
第1A図にエコー108を有する曲線として示されている。
このように受信器が受信を開始した状態ではまだリンギ
ング信号が残っており、それにエコーが重畳された状態
となっているためリンギング信号が高い位置に疑似エコ
ーが存在すると真のエコーよりもピークが大きくなって
誤認される虞がある。したがって通常のように受信信号
から直接エコーを検出するのでは疑似エコーの発生し易
い容器やサイロ中の物質のレベルを確実に探知すること
はできない。このため前記米国特許第4,596,144号明細
書に記載されているエコー抽出技術では予め音響パルス
のショットを放射してエコープロフィールを得て、例え
ばそのエコープロフィールを平滑にすることによって定
められたリンギングの減衰レベルに沿った形状の第1A図
に106で示されるような基準曲線を形成してこれをメモ
リに記憶しておき、それをしきい値としてその実際の測
定でこの基準曲線より上のエコーを抽出してそのエコー
のピーク値を比較して最も高いピークのエコーを真のエ
コーと判定している。
この方法によればリンギング信号のプロフィールに沿
ったレベルがしきい値となるためリンギング信号の影響
を受けないで正しいエコーを検出することができるが、
この曲線の設定は実験データを基礎としてキーボードか
らデータを入力して所定の形状に設定されるものであ
り、その設定を誤ると正確な距離の探知はできなくな
る。しきい値の基準曲線は弱いエコーでも検出できるよ
うにするためにはエコープロフィールできるだけ近付け
ることが望ましいが近付け過ぎると僅かなリンギング状
態の変化で例えば第1B図のブランキング期間の終了時の
受信器入力信号の最初の部分110のようなエコーでない
部分がこのしきい値レベルを越えて誤ってピークとして
検出される恐れがある。またこのようなことを防ぐため
にしきい値を高くし過ぎると第1C図のように必要なエコ
ー信号108が検出されずにしきい値が低下した後の小さ
い疑似エコー112が誤って検出される可能性もある。
前記米国特許明細書に記載された装置では、始点はキ
ーボードから値を入力することによって手動的に設定さ
れるか、あるいは自動的に設定される。始点を自動的に
設定するためにオペレータはまず物質のレベルが変換器
から十分に下げられた状態でキーボードを使用してコン
ピュータにブランキング期間に続く変換器リンギングを
明らかにする基準曲線を生じる始点を計算することを命
令するが、このときエコーを変換器のリンギングと誤認
して第1C図のように誤ったエコーに対して高く設定され
る恐れがある。
さらに、変換器のリンギングは種々の原因で変化す
る。例えば、 （１） 温度の上昇あるいは下降。
（２） 変換器の組立ての変化。例えば、変換器の据付
けのボルトが堅く締められ等。
（３） 変換器の自然な経年変化。
（４） 変換器の交換。
オペレータはこれらの要因を考慮して、リンギングが
予期される最悪の場合に対応できるようにしきい値を与
える基準曲線の始点のレベルを設定する必要がある。始
点が高すぎると必要なエコーが探知されない。始点が低
くすぎるとこの装置は最初は正しく動作しても温度変動
等によってリンギングが増加すると第1B図のように誤っ
た検出を行う可能性を生じる。これを解決する１つの方
法はブランキング期間を長くすることであるが、その場
合には被測定表面が容器の頂部に近いレベルにある場合
には測定ができなくなるから容器の使用可能なレベルの
高さを低くして変換器との距離を大きくする必要があ
る。
さらに、変換器の特性は広い範囲で変化し、また変換
器への接続線が電気雑音をピックアップすることがある
ため故障のある変換器あるいは変換器結線の故障を発見
することが困難である。
多くの努力は変換器の特性を改良することに向けられ
てきたが、この技術の現在の状態では高い音響出力で堅
牢な構造であるような他の望ましい特徴を保持しなが
ら、低い安定したリンギングを備えた変換器を製造する
ことは不可能である。
容器の高さ全体を通じての確実な動作は重要である
が、容器の頂部での動作はしばしば問題があると見なさ
れる。頂部での正しいレベルを示すことができないと容
器が満たされすぎる結果を生じるおそれがある。
［発明が解決すべき問題点］ 本発明の目的は、前記米国特許第4,596,144号明細書
に記載された技術を改良し、オペレータが始点やパラメ
ータの設定の面倒な作業から開放されることができるよ
うにしきい値を与える基準曲線を設定し、変換器リンギ
ング中の変化を連続的に自動的に補正するシステムを提
供することであり、さらに大きい距離のエコーの探知と
妥協することなく、エコー探知中の範囲が改良されるよ
うにシステムの動作を自動的に調整することができるよ
うにし、さらに不完全な変換器あるいは変換器接続を発
見できるようにすることである。
［問題点解決のための手段および作用］ 本発明は、変換器の送信パルスに続くリンギングの高
振幅部分の、従来ブランキングされて使用されていなか
った初期部分を除外しないで、送信パルスへの完全な受
信器の応答を表わすようにデジタル化されたサンプルの
シーケンスをこの部分まで拡張して記録して利用するも
のである。本願発明では従来ブランキングされていた送
信パルスによって受信器を飽和させることによって前記
のようなしきい値を与える基準曲線の始点のレベルを設
定するものである。
本発明は、位置を決定すべき物質の表面に向って音響
波を放射する１以上の電気−音響変換器と、この変換器
から１以上の高周波音響のショットを放射させるために
付勢する高周波電気エネルギのパルスを変換器に供給す
る送信器と、送信器のショットの放射に続く期間中に前
記変換器によって送信された前記ショットのエコーによ
って生成された電気エネルギを受信して増幅する受信器
とを具備し、ショットの放射時点から前記物質表面から
のエコーの前記受信器による受信までの経過時間がエコ
ー源までの距離に比例している音響距離探知システムに
おいて、 定められたサンプリング間隔で前記受信器からの信号
の出力振幅を繰り返しサンプリングし、そのサンプルを
デジタル化するアナログ−デジタル変換装置を備えた信
号処理装置と、前記変換器から放射されたショットによ
って生成されたエコーの受信によって生成され、受信器
によりデジタル化されたサンプルのシーケンスを蓄積し
てサンプリング間隔に依存した分解能で受信された信号
の振幅・時間プロフィールを規定するデジタルデータベ
ースをデジタル化されたサンプルから形成するメモリ装
置と、このデータベースのデータによって規定された振
幅・時間プロフィールを使用してこの振幅・時間プロフ
ィールをその後で放射されたショットによって生成され
たエコーの受信によって生成されたエコーの受信器出力
信号と対比することによって受信器出力信号中の求める
エコー部分と判断される出力信号部分を抽出してその時
間軸上の位置を決定する手段と、この決定された時間軸
の前記位置に対応する距離を決定する手段と具備し、前
記受信器は前記送信器から直接受信される各パルスによ
る入力信号振幅に対して入力信号の振幅が増加しても出
力信号の振幅がそれ以上増加しないで一定である飽和状
態となる入力出力特性に設定され、前記デジタル化され
たサンプルのシーケンスは、その振幅・時間プロフィー
ルの初期部分に受信器の入力信号の振幅が増加しても出
力信号の振幅が増加しない飽和される期間の出力を含む
ことを特徴とする。
本発明は上記のように従来ブランキングにされていた
受信された信号の最初の部分を使用することによって以
下のようないくつかの利点を生じる。
第一に、送信パルスの終了にすぐ続いて発生する変換
器の高振幅リンギングと大きさで匹敵するような信号は
存在しないので、この初期部分の高振幅信号の存在を調
査することによって変換器が適切な動作していることを
確認することができる。
第二に、受信器が送信パルス中に付勢されるならば送
信パルスは受信器を飽和させ、従ってそれによる受信器
からの信号サンプルは飽和した最大の基準出力レベルで
生成される。それに後続する信号サンプルの値はリンギ
ング信号のレベルが送信パルスのレベルよりも必然的に
低下しているため基準出力レベルより低くなる。したが
ってこの飽和した最大の基準出力レベルを曲線の開始点
のレベルとすれば自動的にエコープロフィールのリンギ
ング信号による部分が越えることができない始点が設定
されることになる。したがってこのような一定した飽和
レベルに設定することによってリンギング特性の温度等
による変動と関係なくデータベースの振幅プロフィール
の開始点を設定することができ、しきい値レベル106を
低く設定しても前記第1B図の110のような誤ったエコー
検出を生じることがない。
第三に、例えば分離した試験がエコープロフィールの
初期部分について行われ、その場合に短いパルスを使用
すれば非常に短い距離のエコーまでも検出されることが
可能になる。この初期部分の間に、連続するサンプルの
振幅成分は変換器リンギングのため急激に減衰するの
で、そのような状態におけるエコープロフィール中の目
立った上昇は正しいエコーを表わすものだけであると仮
定できる。この分離した試験がエコーを示さない場合に
は、近距離に反射表面が存在しないことになるからエコ
ープロフィールの残りの部分が前記米国特許明細書に記
載されたようにエコーの存在について調査され、さらに
遠距離エコーの識別を改善するようにもっと広い幅の送
信パルスを使用することもできる。
［実施例］ 本発明をさらに以下の添付図面を参照して説明する。
第２図を参照すると、ここに示された装置のコンピュ
ータ装置の部分は米国特許第4,596,144号明細書の第１
図で示されたものを単純化した形態であり、この明細書
のキーボード52と制御キー58が赤外線センサダイオード
４およびそれと共同して動作する赤外線受信器２によっ
て置換されており、またメモリが２つの部分でなく３つ
の部分に分割されて読取り専用メモリ６、ランダムアク
セスメモリ８、不揮発性メモリ10より構成されている点
で相違する。不揮発性メモリはバッテリーバックアップ
を伴う通常のRAMによって行われるか、あるいは一体の
バッテリーバックアップを伴うRAMチップによって構成
されるか、電気的に変更可能で消去可能な読取り専用メ
モリか、磁気バルブメモリか、あるいはプログラム制御
下でメモリ内容を変える能力を有し、パワーダウン状態
でメモリ内容を維持する能力を有するその他の適切な技
術により構成される。不揮発性メモリは、便宜上NOVRAM
と呼ぶが、これは特定の装置または形状に存在し、ある
いは形状や較正データのような、長期間でのみ変更を必
要とする定数を保持するのに利用されている。
読取りの専用メモリ６はマイクロプロセッサ12を制御
する予め決められたプログラムを含んでおり、マイクロ
プロセッサ12は動作メモリおよび可変的なデータの一時
的な蓄積にランダムアクセスメモリを利用し、一方、プ
ログラム自身によって予め決められたもの以外の定数は
NOVRAM10に蓄積される。プログラム自身の主要部分は前
記米国特許明細書に記載されたものと同じであり、メモ
リ８と10の間で適切に利用されるデータアドレスを分離
するための修正と、キーボードや制御キーではなく光源
からデータを受取るためのそれに適合するような受信器
２に対するインターフェース14の修正と関係したルーチ
ンの修正が行われている点が相違している。。このプロ
グラムはしかしながら、エコー探知動作を更に改善する
ため、第３図を参照に以下に述べるように、さらに発展
する。
更に別のインターフェースが様々な他のマイクロプロ
セッサ周辺装置に対して設置されている。インターフェ
ース16は外部超音波変換器20へパルスを送る送信器18に
対して設置され、アナログ−デジタル変換器24とのイン
ターフェース22は受信器26を経て変換器20から反射信号
を受信し、また外部温度センサ28から信号を受信する。
変換器20とセンサ28はモニターされている容器あるいは
サイロ30に関して適切に設置されている。インターフェ
ース32は警報リレー装置34に対して設置されており、そ
れは警報表示ランプおよび場合によっては外部警報装置
を駆動し、一方、インターフェース36はデジタルディス
プレイ38を駆動する。さらに別のインターフェース40は
デジタル−アナログ変換器および電流源連続データ送信
器42を駆動する。様々なインターフェースが別々の機能
ブロックとして示されているが、多重ポートを設けた物
理的にもっと少ない数のインターフェース回路によって
構成されることができ、あるいはインターフェースする
周辺装置回路かマイクロプロセッサ12或いはメモリ6,8
の一部または全部と合同するマイクロコンピュータ中に
集積されてもよいことが理解できるであろう。
受信器２に組合わされたダイオード４はコード化回路
によって駆動される赤外線発光ダイオードから変調され
たデータを受信でき、それは別々のキーパッド上で押さ
れた多数のキーに従って異なるパルス列をダイオードに
発生させる。このダイオード、符号化器、回路に電力を
供給するバッテリー、そしてキーパッドは、テレビジョ
ンセットのような家庭用電気製品を制御するのに広く使
用されている赤外線リモートコントロール装置と同様に
構成され同様の装置を利用している小さなポータブル較
正装置に合併される。しかしながら、以下さらに説明さ
れるように、この装置は通常の意味でのリモートコント
ロールとしては利用されないということが理解されるべ
きである。受信器２とダイオード４はまたリモートコン
トロール受信器で利用されたものと同様であり、送信器
上のキーパッドに適用されたキーの押圧に応じたデジタ
ル出力を発生させる。
本システムにおいては、前記の第1A図、第1B図、第1C
図を参照して議論された問題は第4A図、第4B図、第4C図
に示されたように克服されている。第4A図では、第一の
送信パルスのショットは初めの短い送信パルス200によ
って行われるが、この場合にブランキングは使用されな
い。ブランキングを行う代わりに、変換器20と組合わさ
れた受信器26を送信器18からの送信パルス期間中は飽和
させておくことによって同様の効果が達成される。すな
わち受信器の飽和レベル202によって基準曲線のスター
トレベルを決定することができる。このようなブランキ
ングを使用しないで最初の受信信号部分が利用されれ
ば、リンギングの振幅が曲線の初期部分で迅速に下降す
ることを前提として多くの場合受信された信号206の初
期部分中に存在するエコー204の探知は受信された信号
の振幅の上昇について調査することによって十分に達成
される。この場合リンギングの振幅が変化しても飽和レ
ベルを変化させることはないからそれは実質的な影響を
及ぼさない。従って例えば第4B図ではリンギングのレベ
ルは増加しているが、所望のエコーは依然として探知で
きる場合によっては、例えば受信された信号の初期部分
で非常に強い疑似エコーが起こるような場合、代わりの
エコー識別技術が必要とされる。例えばある形式のブラ
ンキングが不所望のエコーを排除するために必要であ
る。もしブランキングが使用されれば、エコー探査はブ
ランキングが終わるプロフィール中の地点で単に開始
し、エコープロフィール自身はブランキングでないまま
である。
受信された信号の初期部分が所望のエコーの存在につ
いて調査される場合に、ショットのシーケンスはもし所
望のエコーが探知されればそれで完了する。もし初期部
分で所望のエコーが探知されなければ初期部分には所望
のエコーは存在しないことが確認されるから近距離に反
射表面は存在しないことになり、近距離のエコーの識別
に必要な狭い幅の送信パルスは必要がなくなるため第２
のショットはより広い幅の送信パルスを使用して行わ
れ、残りの部分についてエコーの存在が調査される。従
来は利用されていない（ブランキングされている）信号
の部分が前記のようにエコーの存在について調査されて
いるので、この場合には初期部分208（第4C図参照）は
無視され、従って変換器のリンギングは分析された信号
の開始部分において確実に弱められる。これは要求され
るエコー204を選択するのに利用される基準曲線210の適
切な始点の選択を容易にする。
第３図で示された典型的な信号処理手続ショットを以
下更に詳細に記載する。
サブルーチンCRESを呼出すことによって、要求される
距離スパンと分解能に基づいて、受信された信号から形
成されたサンプルファイルまたはデータベースのサイズ
が計算される。距離スパンと分解能パラメータはNOVRAM
またはRAMに蓄積され、適当なサブルーチンの利用のた
めに取出される。試験は、まず初期期間208が１メート
ルの距離と等価である5.76msより大きいかどうかについ
て行われる。その答えがイエスであるなら、後に記載さ
れるようにルーチンはショット１にジャンプされる。そ
うでなければ、サブルーチンATTNが行われ、強いエコー
に対してその反応に合うように受信器26中の減衰器をオ
ンにする。続いて、サブルーチンFIREで送信器にパルス
を発信させ、パラメータ（この場合８）によって決定さ
れるそのパルスの持続期間はマイクロプロセッサ12のレ
ジスタＡに与えられ、そしてそれはＡ−Ｄ変換器24によ
り受信された信号をデジタル化する。受信された信号の
最初の部分だけが興味を持たれるので、この部分に関す
るサンプルだけが第１のファイルを形成するようにサブ
ルーチンFIREによってRAMに蓄積される。
第１のファイルは信号レベルが50dB以下に下がる地点
に続くデータを取り除くためサブルーチンGRASSによっ
て断ち切られ、そして第２ファイルへと移されるが、そ
こではNOVRAMに蓄積されたパラメータによって設定され
る量より大きい立上がりエッジを有する第１のエコーを
選択し、エコーまでの経過時間およびエコーの様々なパ
ラメータと、要求されるエコーが探知された信頼度レベ
ルを各レジスタ中に戻すためサブルーチンRECHによって
処理される。この場合の信頼度レベルはエコーの立上が
りエッジの高さであると考えられ、エコーのピークは予
め決められた最少振幅を持ち、経過時間は１メートルよ
り小さい距離に相当するものが与えられ、失敗した場合
には信頼度レベルがゼロに戻り、要求されるエコーの探
知に失敗したことを示す。試験は適切なエコーが発見さ
れたか否かの決定から成り、ノの場合にはサブルーチン
ショット１へのジャンプが実行される。もしエコーが探
知された場合（イエス）には、以下説明されるラベルAG
ITへのジャンプが実行される。
サブルーチンのショット１では、サブルーチンATTNは
再び呼び出されるが、信号の重要度が低レベルであるの
で受信減衰器を不能にするよう異なるパラメータを伴
う。サブルーチンFIREが呼び出され、それはこの例では
短パルスの５倍の長さであるずっと長い送信パルスに対
応している異なるパラメータ（40）への推移をまた伴
い、そして全体の要求されたスパンと一致しているサン
プルの拡張された距離はサブルーチンFIREによって第１
のファイルに蓄積される。蓄積されたデータはそれから
サブルーチンNSPKによってフィルタ処理され、確実なエ
コーを示す持続期間には短かすぎるデータからスパイク
や妨害が取除かれ、第２ファイルへ移される。基準曲線
はそれから始点の決定のため第２ファイルからのデータ
を利用している第２ファイル中で形成され、連続サンプ
ル群のランニング平均を形成することによってフィルタ
処理されたエコー情報から滑らかな曲線を形成する。第
２ファイルは第１ファイルからのデータが記載されてお
り、データの第１の部分はサブルーチンBLANKによって
ブランクにされ、そしてその後で中間地点で最大のエコ
ーと交差するためサブルーチンAHVLによって基準曲線が
上方へシフトされる。その後、サブルーチンFECHは基準
曲線の上に広がっている十分な振幅の最も初期のエコー
を選択し、サブルーチンRECHによって用いられたのと同
じレジスタ中に同様のデータを戻す。この文脈において
は、「十分な振幅」とは、最大エコーの振幅のある一定
の割合であり、典型的には1/2である。この場合、信頼
度レベルは選択されたエコーと次の最大エコーとの間の
差であると見なされる。確実なエコーが探知されなけれ
ば信頼度はゼロである。
次にサブルーチンRINGが呼び出される。このサブルー
チンは、送信パルスの開始後予め決められた期間にメモ
リに蓄積されたエコープロフィールの振幅を調査する。
検討されている例では、送信パルスは１ミリ秒の幅であ
り、振幅はたとえばパルスの終わり後１ミリ秒であるよ
うにパルスの開始後２ミリ秒について調査され、これら
のタイミングはもちろん１例に過ぎない。もし調査され
た蓄積振幅があるしきいレベルに達しなければ、そのシ
ョットの結果は無視されるべきであり、送信パルスが供
給された変換器は恐らく故障であるかあるいは回路に接
続されていないことを示すためある変数がゼロに設定さ
れる。動作している変換器によって、送信パルスの影響
は変換器の初期の迅速な減衰「リンギング」を生じ、そ
れは動作の適切な効率を与えるためかなり高いＱを持た
ねばならない。送信パルスの終端後の予め決められた時
間の受信された信号の振幅の調査により、リンギングの
通常の振幅の存在は実証されることができる。試験のタ
イミングは通常予期され得るいかなるエコーよりも早
く、リンギンクの振幅が受信された信号の中で起こる雑
音に匹敵するレベルに落ちる前である。
既知の超音波レベルシステムはしばしば「エコーの損
失」を示すための装置を備えているが、このようなエコ
ーの損失はコンテナに充填中の高い雑音レベル、多数の
エコー間の選択不可能なこと、そして故障や物理的ダメ
ージのため変換器あるいはその接続しているケーブルの
中の回路の短路あるいは開放による故障のような様々な
原因から起こる。現在するシステムではエコーの損失の
起り得る原因の間で識別することができないだけではな
く、開放あるいは短路回路による変換器事故の場合も接
続ケーブルはエコーと間違えられた雑音を捕える。この
問題は開放回路事故の方がより重大であるが、長いケー
ブルを通る低レベルエコーをモニターするのに用いられ
る変換器中では短路回路事故も起り得る。
上記されたリンギング振幅試験は開放回路事故あるい
は短路回路事故の確実な発見を可能にする。それはリン
ギングが無いあるいはほとんど縮小された振幅であるの
で、エコーの損失を更に正確に示し、事故の監視を行な
う。マルチポイント走査システムでは、調査は自動的に
どの地点が動作している変換器を持つかを決定し、従っ
て変換器が再プログラムすることなく変換器をサービス
状態にし、またサービス状態から外すことを可能にす
る。
サブルーチンAGITは呼び出されるがそれはサブルーチ
ンRECHやFECHによって通過されるエコーパラメータを蓄
積し、そしてデータの妥当性を調査する。もし信頼度レ
ベルがゼロなら、先のエコーデータは維持され、そして
蓄積された信頼度レベルはゼロに設定される。一方、エ
コー位置が前に蓄積されたエコー位置を含むフィンドー
に対して調査され（あるいは必要なら新しいエコーから
形成されるウィンドーのようなもの）、信頼度レベル、
エコー位置、ウィンドー期間とウィンドー始点を表わす
パラメータは必要ならRAM中で更新される。エコー時間
遅延はサブルーチンETDにより計算され、ルーチンを終
えるためのさらに別のパラメータとして蓄積される。
前記米国特許明細書で述べられたように、得られた信
頼度レベルおよび別の要因に従って、ショットルーチン
は必要なら繰り返されることができる。
以上説明されたハードウェアとルーチンは、特許請求
の範囲で述べられた本発明の実施に利用されたものの典
型的な１つであることが理解されるだろう。
例えば、ショット１ルーチンは中間の幅の送信パルス
を使用し、もし迅速な操作が重要なら上記の短パルスを
使用しなくても良い。ショット１ルーチンは、液体とタ
ンクの頂部の間で反射が生じるようなタンク中の液面レ
ベル測定において確実にエコーを分離するのに特に有効
である。さらにたとえ短パルスルーチンで明らかに確実
なエコーを生じても、さらにショット１ルーチンが利用
され、それによって別の明白な事実なエコーを生じた場
合にはどちらが正しいエコーであるかについての決定を
行うようにすることもできる。この技術は、モニターさ
れている容器の構造が疑似短距離エコーを発生し易い場
合に有効である。
さらに、ショットルーチンは単独の送信されたパル
ス、削除されたサブルーチンATTN、そしてSHOT1ルーチ
ンから省かれたサブルーチンFIREを伴って利用される。
短距離エコーについて調査するため初期の短い送信され
たパルスを使用することの主な利点は、短パルスが変換
器リンギングが減衰し始める時点を早め、したがって非
常に短い距離でエコー探知を簡単にすることである。多
くの応用の中で、単独の中間のパルス幅の発信は適切な
動作を提供し、特に、第１ファイル中に集められたサン
プルデータベースが、記載されたように２段階で処理さ
れる場合はそうである。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図、第1C図は、音響距離探知システム中の
変換器反応のブランキングに関係した問題を示すグラフ
である。 第２図は本発明のシステムの１実施例のブロック概略図
である。 第３図はこのシステムによって利用された一部のエコー
処理操作手順のフロー図である。 第4A図、第4B図、第4C図は、本発明によるエコー反応の
処理を示すグラフである。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】位置を決定すべき物質の表面に向って音波
    を放射する１以上の電気−音響変換器（20）と、この変
    換器（20）から１以上の高周波音響のショットを放射さ
    せるために付勢する高周波電気エネルギのパルスを変換
    器（20）に供給する送信器（18）と、送信器（18）のシ
    ョットの放射に続く期間中に前記変換器（20）によって
    受信された前記ショットのエコーによって生成された電
    気エネルギを受信して増幅する受信器（26）とを具備
    し、ショットの放射時点から前記物質表面からのエコー
    の前記受信器（26）による受信までの経過時間がエコー
    源までの距離に比例している音響距離探知システムにお
    いて、 定められたサンプリング間隔で前記受信器（26）からの
    信号の出力振幅を繰り返しサンプリングし、そのサンプ
    ルをデジタル化するアナログ−デジタル変換装置（24）
    を備えた信号処理装置と、 前記変換器（20）から放射されたショットによって生成
    されたエコーの受信によって生成され、受信器（26）に
    よりデジタル化されたサンプルのシーケンスを蓄積して
    サンプリング間隔に依存した分解能で受信された信号の
    振幅・時間プロフィールを規定するデジタルデータベー
    スをデジタル化されたサンプルから形成するメモリ装置
    （８）と、 このデータベースのデータによって規定された振幅・時
    間プロフィールを使用してこの振幅・時間プロフィール
    をその後で放射されたショットによって生成されたエコ
    ーの受信によって生成されたエコーの受信器出力信号と
    対比することによって受信器出力信号中の求めるエコー
    部分と判断される出力信号部分を抽出してその時間軸上
    の位置を決定する手段（12）と、 この決定された時間軸の前記位置に対応する距離を決定
    する手段と具備し、 前記受信器（26）は、入力信号の振幅が増加しても出力
    信号の振幅がそれ以上増加しないで一定となる飽和状態
    となる入力信号振幅レベルが前記送信器（18）から直接
    受信される各パルスの振幅レベルよりも低く設定され、 前記デジタル化されたサンプルのシーケンスは、その振
    幅・時間プロフィールの初期部分に受信器（26）の入力
    信号の振幅が増加しても出力信号の振幅が増加しない飽
    和される期間の出力を含むことを特徴とする音響距離探
    知システム。
  2. 【請求項２】変換器（20）のリンギングの存在を確認す
    るために、ショットの放射によって直接受信されるパル
    ス入力信号によって前記受信器（26）が飽和状態となっ
    てから予め定められた期間後の振幅・時間プロフィール
    の初期部分から得られたサンプルの振幅を決定する手段
    （RING）を備えている特許請求の範囲第１項記載のシス
    テム。
  3. 【請求項３】前記送信器（28）は狭広２種類のパルス幅
    のパルスを順次変換器（20）に供給してパルス幅の狭い
    ショットとパルス幅の広いショットとを順次放射させる
    ように構成され、前記受信器（26）は狭いパルス幅のシ
    ョットに対して前記変換器（20）によって再生されたエ
    コー受信信号の振幅・時間プロフィールの初期部分のサ
    ンプルだけを取出し、広いパルス幅のショットに対して
    前記変換器（20）によって再生されたエコー受信信号の
    振幅・時間プロフィールの初期部分を除く残りの部分の
    サンプルを取出す装置（12）を有していることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項または第２項記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】送信機から供給される電気パルスによって
    付勢される電気音響変換器（20）から音響エネルギのパ
    ルスを送信し、この電気音響変換器（20）によって位置
    を探知すべき目的物の表面から反射したエコーを受信し
    てそれを電気信号に変換して受信器（26）に供給し、 送信パルスの送信時点に続く時間における前記電気音響
    変換器から出力される電気信号の時間に対する振幅変化
    のプロフィールが蓄積されてエコーのピーク部分を探知
    するために解析されて送信パルスの送信時点から探知さ
    れたエコーのピーク部分までの前記プロフィールにおけ
    る経過時間によって前記のエコーのピーク部分の発生す
    る距離を決定する音響距離探知方法において、 前記受信器（26）は、入力信号の振幅が増加しても出力
    信号の振幅がそれ以上増加しないで一定となる飽和状態
    となる入力信号振幅レベルが前記送信器（18）から直接
    受信される各パルスの振幅レベルよりも低く設定され、 前記電気音響変換器（20）のパルスの送信に直ちに後続
    する電気音響変換器（20）の高振幅のリンギング期間の
    出力を含めて前記電気音響変換器（20）から出力される
    電気信号が蓄積され解析されることを特徴とする音響距
    離探知方法。
  5. 【請求項５】前記電気音響変換器（20）の出力が前記受
    信器（26）において増幅され、受信器（26）の出力特性
    は、前記送信器（18）から直接受信される各パルスによ
    る入力信号振幅に対して入力信号の振幅が増加しても出
    力信号の振幅がそれ以上増加しないで一定である飽和状
    態となる入力出力特性を有し、この飽和状態における出
    力レベルから受信器（26）の出力レベルが低下を開始す
    る時点から後のエコープロフィール中のピーク部分が探
    知されることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
    方法。
  6. 【請求項６】狭い幅の音響パルスが送信され、そのエコ
    ーの受信により前記電気音響変換器（20）から出力され
    た電気信号の時間に対する振幅変化のプロフィールの初
    期部分について目的物のエコーを表わすピーク部分の存
    在の有無について解析され、この初期部分において目的
    物のエコーを表わすピーク部分の存在が検出されない場
    合は、広い幅の音響パルスが送信され、そのエコーの受
    信により生成される電気信号の時間に対する振幅変化の
    プロフィールを使用し、そのプロフィールの初期部分は
    廃棄され、残りの部分について目的物のエコーを表わす
    ピーク部分の存在が解析されることを特徴とする特許請
    求の範囲第４項あるいは第５項記載の方法。
  7. 【請求項７】狭い幅の音響パルスが送信された時点に後
    続して前記電気音響変換器（20）から出力された電気信
    号の時間に対する振幅変化のプロフィールにおいて予め
    決められた最少の振幅上昇の存在の有無について解析さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の方
    法。
  8. 【請求項８】前記受信器（26）が対数変換特性を有し、
    受信器出力がデジタル化され、デジタル化されたデータ
    サンプルをデジタルフィルタ処理することによってエコ
    ー信号の時間に対する振幅変化のプロフィールの基準曲
    線を形成し、この基準曲線にそのサンプルに対する定数
    を付加することによって別の送信音響パルスに対するエ
    コー信号の時間に対する振幅変化のプロフィールにおけ
    る最大エコーのピーク部分と交差するようにエコー特性
    の上方に基準曲線をシフトし、基準曲線と交差するエコ
    ー特性中の第１のエコーピーク部分を求めるエコーとし
    て決定することを特徴とする特許請求の範囲第４項乃至
    第７項のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】前記基準曲線と交差するエコー特性中の第
    １のエコーピーク部分を求めるエコーとして決定すると
    き、決定した第１のエコーピーク部分と次の大きいピー
    ク部分との間の振幅差が、正しいエコーピーク部分が選
    ばれたことの信頼度を表わすパラメータとして蓄積され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記送信パルスによって励起された変換
    器により生成された電気信号のリンギングの振幅が変換
    器の通常の動作を確認するため送信パルスの終了に続い
    て解析されることを特徴とする特許請求の範囲第４項乃
    至第８項のいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】変換器からの信号の連続サンプルがデジ
    タル化されて蓄積され、この連続サンプル中の特定の場
    所からのサンプルがこの連続サンプル中のその場所で変
    換器のリンギングの振幅を確認するために解析され、関
    数変換器のリンギングの振幅が予期された雑音信号と比
    較しても高いようにサンプルが選択されることを特徴と
    する特許請求の範囲第10項記載の方法。
  12. 【請求項１２】複数の変換器入力からの信号がモニター
    され、特定の入力から受信された信号の選択されたサン
    プル中に予め定められた振幅のリンギングが存在するか
    否かを決定することによって動作する変換器がその入力
    に接続されているか否かを決定することを特徴とする特
    許請求の範囲第11項記載の方法。
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