JPH01262000A

JPH01262000A - 超音波振動子の振幅測定装置

Info

Publication number: JPH01262000A
Application number: JP63091092A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Suzuta; 敏彦鈴田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1989-10-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は医療用の超音波メス、結石破壊装置、超音波
観測装置や、工業用の超音波加工機、超音波モータ等の
超音波振動装置に用いられる超音波振動子の振幅測定装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来は、超音波振動装置に用いられる超音波振動子の振
幅を測定するには、振動子に電歪素子、歪みゲージ、加
速度センサ等を取付けてその出力をモニタしたり、磁気
変位計、光学変位計、レーザドツプラ速度計等を用いた
りしていた。また、駆動電源から振動子に流れる電流を
検出し、振幅を測定する方法も考案されていた。これら
の例としては、特開昭６１−８４５７５号公報、特開昭
５１−１４０５２６号公報、ＵＳＰ第４，５８７゜９５
８号や、本願出願人による特願昭６２−２９９２３９号
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前者では振動子にセンサを取付けることによ
り、振動子の振動形態が変わってしまう不具合がある。

また、振動により外れないようにセンサを取付けるため
には、装置が大型になったり、高価になる欠点もある。

また、後者の方法においては、駆動電源から振動子に流
れる電流と振幅の関係は駆動周波数によって変化するた
め、正確な振幅を測定できなかった。また、この電流と
振幅の関係は負荷の変動によっても変動することが多か
った。

この発明は上述した事情に対処すべくなされたもので、
その目的はセンサ等の振動形態に影響を与える物を振動
子に取付ける必要がなく、また、駆動周波数や負荷が変
化しても、常に正確に超音波振動子の振幅を測定できる
超音波振動子の振幅　、測定装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

第１図にこの発明による超音波振動子の振幅測定装置の
概略を示す。超音波振動子１０には２０〜３０ＫＩ＋ｚ
の周波数の駆動電源１２が接続される。

駆動電源１２に並列に高周波電源１４が接続される。高
周波電源１４の周波数は、駆動電源１２の周波数より高
い、しかもフィルタで分離可能な程度に高い周波数、例
えば１ＭＨｚ以上に設定されている。このため、超音波
振動子１０には駆動電源１２からの電流に高周波電源１
４からの電流が重畳された電流が流れるが、超音波振動
子１０は駆動電源１２からの低周波数（約２０〜３０　
Ｋ　ｌ１ｚ）の電圧に応じて駆動される。

高周波電源１４に直列に電流検出器１６が接続され、高
周波電源１４から振動子１０に流れる電流が検出される
。電流検出器１６の出力が整流器１８、帯域通過フィル
タ（ＢＰＦ）２０を介して振幅測定結果として出力され
る。ＢＰＦ２０の通過帯域は駆動電源１２の周波数帯域
に設定されている。

〔作用〕

超音波振動子１０は駆動電源１２からの低周波数の駆動
電圧ＶＬ（第２図（ａ））に応じた波形で振動する。第
２図（ｂ）は高周波電源１４からの高周波数の振幅１１
１１１定用の電圧ＶＨである。

ここで、超音波振動子１０の電極間には静電容量が存在
し、この値は振動子の断面積や電極間の距離によって決
まり、超音波振動子１０の歪みが正の場合（伸びている
場合）は大きくなり、負の場合（縮んでいる場合）は小
さくなる。そのため、高周波電源１４から振動子１０に
流れる高周波電流ｉＨは第２図（ｃ）に示すように超音
波振動子１０の振動による静電容量の変化により振幅変
調を受ける。

この振幅変調された高周波電流を電流検出器１６で検出
し、整流器１８により整流すると、第２図（ｄ）に示す
ような信号が得られる。これを、ＢＰＦ２０を介して出
力すると、第２図（ｅ）に示すような信号が得られ、超
音波振動子１０の振幅を測定することができる。

このような構成によれば、超音波振動子にセンサ等の振
動形態に影響を与える物を取付けることなく、また、駆
動周波数や負荷が変化しても、常に正確に超音波振動子
の振幅を測定することができる。

〔実施例〕

第３図に第１実施例を示す。第１図と同一部分は同一参
照数字を付す。超音波振動子１０と駆動電源１２の間に
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２が接続される。駆動電
源１２、ＬＰＦ２２からなる直列回路に並列にバイパス
フィルタ（ＨＰＦ）２４、電流検出器１６、高周波電源
１４からなる直列回路が接続される。ＨＰＦ２４の中心
周波数は駆動電源１２の周波数より高く、高周波電源１
４の周波数よりは低く設定されている。

電流検出器１６の出力が整流器１８、ＢＰＦ２０を介し
て比較器２６に供給される。比較器２６には基準信号と
して、振動子１０の所望の振幅（波形）を示す基準信号
Ｖｒｅｆが入力される。

比較器２６から出力される差信号が積分器２８を介して
、駆動電源１２内に設けられた電圧制御増幅器（ＶＣＡ
）３０の制御電圧端子にフィードバックされる。

第１実施例によれば、駆動電源１２からの駆動電圧と、
高周波電源１４からの測定用電圧とは独立にそれぞれ超
音波振動子１０に印加される。超音波振動子１０は駆動
電圧により振動し、振動により静電容量が変化する。こ
れにより、高周波電源１４から超音波振動子に流れる高
周波電流が振幅変調され、この電流を整流器１８により
整流し、ＢＰＦ２０を介すことにより、超音波振動子１
０の振幅波形が得られる。測定された振幅波形が基準波
形と比較され、両者の差が積分され、ＶＣＡ３０にフィ
ードバックされ、これにより駆動電圧の振幅が制御され
ることにより、超音波振動子１０の振幅が所望の基準波
形に保たれる。

このように第１実施例によれば、超音波振動子の振幅を
正確に測定し、測定結果に応じて超音波振動子の駆動を
フィードバック制御することにより、超音波振動子の振
幅を定量的に制御できる。

そのため、この実施例を医療用の超音波メスに適応した
場合は切開量の調節が、結石破壊装置に適応した場合は
破壊効率の調節が行なえる利点がある。また、超音波振
動子にはセンサ等を取（＝１ける必要がないので、振幅
を測定するために振動形態が変化することが防止される
。

第４図に第２実施例を示す。これは、電流検出器１６の
接続箇所が第１実施例と異なるのみで、他は第１実施例
と同じである。すなわち、電流検出器１６が超音波振動
子１０とＬＰＦ２２の間に接続される。電流検出器１６
の出力がＨＰＦ２４を介して整流器１８に供給される。

第２実施例によっても、第１実施例と同様な効果が得ら
れる。

なお、この発明は上述した説明に限定されずに、種々変
形可能であり、例えば、駆動電源のフィードバック制御
は必ずしも必要ではない。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、振幅測定用の高
周波電流を駆動電流に重畳して超音波振動子に流し、振
動による超音波振動子の静電容量の変動に応じて振幅変
調されたこの高周波電流を検出、整流することにより、
振動波形を測定できる。このため、センサ等の振動形態
に影響を与える物を振動子に取付ける必要がない。また
、駆動周波数や負荷が変化しても、常に正確に超音波振
動子の振幅を測定できる。さらに、測定結果を駆動電源
にフィードバックすることにより、振動を一定に保つ等
の制御が容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による振幅測定装置の概略を示す図、
第２図（ａ）〜（ｅ）は第１図の振幅測定装置の動作を
示す波形図、第３図はこの発明による振幅測定装置の第
１実施例のブロック図、第４図はこの発明による振幅測
定装置の第２実施例のブロック図である。１０・・・超音波振動子、１２・・駆動電源、１４・・
・高周波電源、１６・・・電流検出器、１８・・・整流
器、２０・・・帯域通過フィルタ、２２・・ローパスフ
ィルタ、２４・・・バイパスフィルタ、２６・・・比較
器、２８・・・積分器、３０・・・電圧制御増幅器。出願人代理人　弁理士　坪井　　淳

Claims

【特許請求の範囲】

超音波振動子の駆動電源に並列に接続された高周波電源
と、前記高周波電源から超音波振動子に流れる電流を測
定する手段を具備する超音波振動子の振幅測定装置。