JPH02112782A - 超音波発生装置のスイツチング回路 - Google Patents

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］ 本発明は、超音波を出力する圧電素子に対して高電圧で
急峻なパルスを与えることができる超音波発生装置のス
イッチング回路に関する。

［従来の技術］ パルス発生回路は多くの分野で使用されている。

そのような分野の１つに超音波発生装置が挙げられる。

超音波発生装置はパルス発生回路およびこのパルス発生
回路の出力パルスにより振動を発生する圧電素子より成
る。このような超音波発生装置は、例えば、この超音波
発生装置から放射された超音波を物体内に放射し、その
反射波を分枦して物体内の欠陥等の有無を非破壊で検査
する超音波探傷装置に使用される。以下、上記超音波発
生装置に用いられるパルス発生回路について説明する。

第２図は従来の超音波発生装置に用いられているパルス
発生回路のブロック図である。図で、１は直流電源電圧
を例えば３００Ｖに昇圧する高電圧発生回路、Ｃはコン
デンサ、２は高電圧発生回路１の電圧によりコンデンサ
Ｃを充電する充電回路、Ｄはダイオード、Ｒ１はコンデ
ンサＣの放電回路に挿入された抵抗である。３は集積回
路（ＩＣ）で構成されるクロックパルス発生回路であり
、電源ＶＣＣで駆動される。Ｒ２はクロックパルス発生
回路３の周期を調整する抵抗である。４はタロツクパル
スを入力してトリガ信号を発生するトリガ回路、５はト
リガ回路４のトリガ信号により作動する高電圧スイッチ
ング回路である。高電圧スイッチング回路５は通常の高
速スイッチングトランジスタで構成されている。Ｔ工は
超音波を発生する圧電素子に接続される出力端子、Ｔ２
は外部のクロック信号発生源に接続される外部クロック
端子、Ｔ、は外部の装置に同期信号としてのクロック信
号を出力するクロック信号出力端子である。

Ｓはスイッチであり、トリガ回路４に対するクロック信
号として、クロックパルス発生回路３の信号を入力する
か、又はクロック端子Ｔ２から抵抗Ｒ１を介して外部の
クロック信号を入力するかを選択する。

次に、このパルス発生回路の動作を説明する。

高電圧発生回路１の電圧は充電回路２を介してコンデン
サＣに印加され、これによりコンデンサＣは充電される
。一方、スイッチＳが図示のように切換えられている場
合、クロックパルス発生回路３から出力されるクロック
信号はトリガ回路４に入力され、これによりトリガ回路
４から高電圧スイッチング回路５を構成するトランジス
タのベースにトリガ信号が入力される。このトリガ信号
の入力によりトランジスタが導通し、充電されているコ
ンデンサＣの電荷は導通したトランジスタを介して瞬時
に放電される。この放電により、出力端子Ｔ０には急峻
なパルスが発生し、このパルスは圧電素子に印加され、
これを励振して超音波を発生せしめる。トリガ信号がな
くなり、トランジスタが非導通になると、コンデンサＣ
は再び充電され、次のトリガ信号により再度放電されて
出力端子Ｔ工にパルスを発生する。このように出力端子
Ｔ工からは、クロックパルスと同期してパルスが出力さ
れ、その都度超音波が発生する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記パルス発生回路から出力されるパルスの立上り部分
には多くの周波数成分が含まれている。

一方、当該パルスにより励振される圧電素子は、その圧
電素子に特有の周波数特性を有し、所定の周波数の電圧
が印加されたとき最も感度良く励振される。したがって
、上記パルスの立上り部分に含まれる周波数成分のうち
、圧電素子の上記所定の周波数と一致する周波数成分の
レベルが高いとき、最も効果的に圧電素子を励振するこ
とができることとなる。

ところで、超音波の使用例として最も一般的である超音
波探傷装置においては、超音波の周波数が高いほど探傷
の分解能が高くなる。このため。

近年、圧電素子の使用周波数も高い周波数のものが選定
されるようになった。これに伴い、当該圧電素子を感度
良く励振させるには、パルス発生回路から出力されるパ
ルスの立上り部分の周波数成分における上記圧電素子の
周波数に一致する高い周波数成分の電圧レベルが高いこ
とが必要となる。

このような要求を満足させるには、立上りが急峻なパル
スを発生するようにすればよい。これは、パルスの立上
り部分は、その立上りが急峻なほど高周波成分の割合が
大きくなり、最大レベル周波数が高くなるという特性を
有するからである。なお、上記の説明ではパルスの立上
りについて述べたが、立下りのパルスを使用する場合も
極めて多く、この場合は急峻な立下りのパルスが必要で
ある。

しかしながら、高電圧スイッチング回路５が高速スイッ
チングトランジスタで構成される従来のパルス発生回路
ではパルスの立上り時間（又は立下り時間）に限度があ
り、必要とされる急峻な立上り（又は立下り）を有する
パルスを発生することはできなかった。なお、急峻な立
上り（又は立下り）のパルスを必要とする分野は超音波
の分野以外にも多く、それらの分野では周波数成分より
むしろ立上り（又は立下り）時間が問題となることが多
い。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
高電圧で、かつ、立上り又は立下りの急峻なパルスを出
力することができる超音波発生装置のスイッチング回路
を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、高電圧で充電され
るコンデンサと、このコンデンサを放電させるスイッチ
ング回路と、このスイッチング回路をトリガするトリガ
回路と、前記コンデンサの放電パルスにより励振され超
音波を出力する圧電素子とを備えた超音波発生装置にお
いて、前記スイッチング回路を、前記トリガ回路からの
トリガ信号が印加される第１のトランジスタと、この第
１のトランジスタにベースおよびエミッタが接続された
第２のトランジスタと、この第２のトランジスタのコレ
クタに接続された駆動用コンデンサと、前記第１のトラ
ンジスタの出力側に接続されるとともに前記コンデンサ
の放電回路を形成する第３のトランジスタとで構成した
ことを特徴とする。

［作用コ トリガ回路からトリガ信号が出方されると、第１のトラ
ンジスタが導通され、これにより第１のトランジスタと
第２のトランジスタに電子なだれ現象が発生し、駆動用
コンデンサに充電されていた充電電荷が瞬時に放電せし
められる。これにより、第１のトランジスタから尖鋭な
パルスが出方され、これにしたがって第３のトランジス
タもコンデンサの電荷を瞬時に放電せしめる。このため
、圧電素子には尖鋭なパルスが印加されることとなる。

［実施例コ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るスイッチング回路を用い
たパルス発生回路の回路図である。図で、第２図に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

５″は本実施例のスイッチング回路を示す。スイッチン
グ回路５′は、コンデンサＣ８、〜Ｃ５□、抵抗Ｒ５□
〜Ｒｓｓ、Ｉ”ランジスタＱ５□〜Ｑ、６．コイルし、
および高電圧源ＨＶで構成されている。

次に、本実施例の動作を説明する。トリガ回路４からト
リガ信号が出力されない状態において、各１−ランジス
タＱ５□〜Ｑ　Ｓ　Ｇは非導通状態にあり、かつ、コン
デンサＣ３７は高電圧源ＨＶにより高電圧（約３００Ｖ
）に充電されている。ここで、圧電素子を励起して超音
波を発生させるため、トリガ回路４からトリガ信号が出
力されると、このトリガ信号はトランジスタＱ５□のベ
ースに入力される。当該トリガ信号は立下りを有するＴ
ＴＬレベルの負の信号であるが、トランジスタＱ　５１
はこのトリガ信号の立下りのエツジをより鋭くするとと
もに、このトリガ信号を増幅する。トランジスタＱ　Ｓ
　２　ｒ　０５３も同様の機能を有し、結局、トランジ
スタＱ５．からは立上りの鋭い増幅されたトリガ信号が
出力されることになる。

このトリガ信号がカップリングコンデンサＣＳ６を介し
てトランジスタＱ、５のベースに入力されると、その立
上りによりトランジスタＱ　ｓ　ｓが導通し、このトラ
ンジスタＱｓｓと、エミッタ・ベースが短絡されている
トランジスタＱ　５４とに電子なだれ現象が発生する。

これにより、コンデンサｃ５７に充電されている電荷は
トランジスタＱ　Ｓ　４１　Ｑ　Ｓ　Ｓ　ｊ抵抗Ｒ７７
を通って瞬時に放電され、電界効果トランジスタＱ。に
尖鋭な正のパルスが入力される。このとき、トランジス
タＱｓ４１ＱＳＳには最大定格以上の放電電流が流れる
が、電気量は微小であるので、トランジスタＱ　Ｅ　４
　Ｉ　Ｑ　Ｓ　ｇが破壊されることはない。又、トラン
ジスタＱｓｓのベース抵抗は、トランジスタＱ　５４１
０６ｇの両者に限界値以上の電圧が印加されていて熱電
流による雑音電圧によっても電子なだれが生じる状態に
あるため、低抵抗にする必要があるが、一方、入力パル
スに対しては限度以上の抵抗値にしておくことが要求さ
れる。

この両方の要求を満足するために、コイルＬが使用され
ている。なお、カップリングｃｓ６は、電子なだれ現象
が発生しているとき抵抗ＲＳ７に流れる放電電流がカッ
プリングコンデンサＣ０にバイパスされてパルス出力が
減少するのを防止するため、小さな値に選定されている
。

電界効果トランジスタＱ　ｓ　Ｇに尖鋭な正のパルスが
入力されると、その尖鋭な立上りによりコンデンサＣに
充電されていた電荷は電界効果トランジスタＱ５Ｇを通
って瞬間的に放電され、端子Ｔ工からは急峻なパルスが
出力されることになる。これにより高周波成分の電圧レ
ベルを大きくすることができ、使用周波数が高い圧電素
子を感度良く励振させることができる。

なお、上記実施例の説明では、電界効果トランジスタを
用いる例について説明したが、高速度電力用スイッチン
グ素子であればどのようなトランジスタでも使用可能で
ある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では、第１のトランジスタと
第２のトランジスタに電子なだれ現象を発生させ、コン
デンサの充電電荷をこれらトランジスタを介して瞬間的
に放電させるようにしたので、立上り（又は立下り）の
急峻なパルスを発生させることができ、ひいては使用周
波数の高い圧電素子を感度良く励振させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るスイッチング回路を用い
たパルス発生回路の回路図、第２図は従来のパルス発生
回路のブロック図である。 １・・・・・・高電圧発生回路、４・・・・・・トリガ
回路、５′・・・・・・スイッチング回路、　Ｃ，Ｃ，
□〜Ｃ５□・・・・・コンデンサ、Ｑ　Ｓ　ｉ〜Ｑ、６
・・・・・・トランジスタ。 第２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高電圧で充電されるコンデンサと、このコンデンサを放
   電させるスイッチング回路と、このスイッチング回路を
   トリガするトリガ回路と、前記コンデンサの放電パルス
   により励振され超音波を出力する圧電素子とを備えた超
   音波発生装置において、前記スイッチング回路は、前記
   トリガ回路からのトリガ信号が印加される第１のトラン
   ジスタと、この第１のトランジスタにベースおよびエミ
   ッタが接続された第２のトランジスタと、この第２のト
   ランジスタのコレクタに接続された駆動用コンデンサと
   、前記第１のトランジスタの出力側に接続されるととも
   に前記コンデンサの放電回路を形成する第３のトランジ
   スタとで構成されていることを特徴とする超音波発生装
   置のスイッチング回路。