JPH03276084A

JPH03276084A - 超音波距離計

Info

Publication number: JPH03276084A
Application number: JP7820190A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Owada; 大和田　博; Akira Kataoka; 明片岡; Ichizo Ito; 伊藤　一造
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-06

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、測定可能範囲を拡大し得る超音波距離計に関
するものである。

〈従来の技術〉第３図は従来より一般に使用されている従来例の梢成説
明図である。

同において、】はセラミックス系よりなる円筒状の圧電振動子、ＩＩ
、１２は圧電振動子１の内外周面に設けられた電極であ
る。

２は音響マツチング層を兼ねたプラスチックス製のデー
スである。

３は圧電振動子１の制動のためのダンピング材、４は圧
電振＠″７′１よりの超音波の送・受信音の方１７ｉＪ
変換を行い、指向性を持たずための反射傘である。

以上の梢成において、（１）超音波の送信の場合圧電振動子１に電気パルスを印加すると、圧電振動子１
は半径方向に呼吸振動を起こし、外周部の法線方向の空
気中に向かって超音波を発生ずる。

この超音波は、反射＊４により進行方向を変換され、第
４図に示すようなドーナツ状のビームとなって第３図の
下方に進行する。

（２）超音波の受信の場合第３図の下方から入射してきた超音波は、反射傘４によ
り収束されて、ケース２を通過して、圧電振動子１の外
周部に応力を与える。圧電振動子１は、加えられた応力
に応じて、電極間に電界を発生する。

〈発明が解決しようとする課題〉この様な原理にもとすく超音波距離計においては、以下
の特性が要求される。

☆高ダンピング特性超音波距離計は対象に向かって超音波を放射し、反射し
て帰ってくるまでの時間ｔを測定することにより対象ま
での距離りを求める計器である。

ここに、Ｌ＝　　＜１／２）Ｃｔ　　　　　　　　　　　　　（
１）Ｃ；伝搬媒体中の音速しかし、セラミックス系の圧電振動子１は、般に大きな
慣性を持つため、第５図（Ａ）に示す電気駆動パルスが
なくなったあとにも、第５図（Ｂ）に示すように、減衰
性の振動すが続く、これを、残留振動すと言うことにす
ると、測定対象までの距離が短い場合には、第５図（Ｃ
）に示すごとく、残留振動すが残っている間に、反射波
Ｃが到達してしまい、両者の分離・判別が不可能になる
ことがある。すなわち、至近距離の測定が困難となる。

逆に、測定対象までの距離が長い場合には、第５図（Ｄ
＞に示すごとく、反射波振幅が、極めて小さくなるので
、受信電圧を電気的に大きく増幅する必要が生ずる。こ
の際、同時に残留振動しによる起電力も増幅するため、
残留振動すの方を間近−一で検出しないためには、残留
振動すの振幅が反射波Ｃの振幅よりも小さくなる時点ま
で、反射波Ｃの検出禁止領域（不感帯）ｅを、第５図（
Ｅ）に示すごとく、設けておく必要がある。

以上の事から、遠距離を測定しようとすれは、近距離の
測定が不可能となり、一方、近距離まで測定できるよう
にする（不感帯を短くする。）と、反射の小いさい遠距
離の測定が困難になるという問題が生ずる。

この事態を避けるために、一般には、第３図に示すダン
ピング材３により、圧電振動子１に制動を掛ける方法が
とられているが、この方法には、次の２つの問題が存在
している。

■　広い温度範囲において、満足すべき、あるいは、適
切な制動効果を有するタンピンク材の選定が極めて難し
い。すなわち、多くの粘性物質は、温度によりその物性
が大きく変化するため、現実には、低温から高温まで必
要充分な制動特性の得られるダンピング材がなかなか見
出せない。

■　ダンピング材により制動を加えることは、振動を抑
制する事を意味し、送信時の発生音圧の減少につながる
。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、測定可能範囲を拡大し得る超音波距離
計を提供するにある。

く課題を解決するための手段〉この目的を達成するために、本発明は、超音波を送受信
する超音波振動子と、該超音波振動子の両面にそれぞれ
設けられた電極とを具備する超音波距離計において、前記電極が１言弓用電極と制動用電極とに分割され、該
制動用Ｚ　極の出力信１を所要時に位相反転させ前記信
号用電極に印加し前記超音波振動子のへ留振動を減少さ
せる位相反転回路とを具備したことを特徴とする超音波
距離計を構成したものである。

く作用〉以上の構成において、超音波振動子の信号用電極に、発
振回路により、電気駆動パルスを印加すると、超音波振
動子は呼吸振動を起こす、この呼吸振動によって発生さ
れた超音波は、ビームとな−Ｊで追行する。

一方、超音波振動子に外部がら圧力が加われば、超音波
振動子の伸縮が生じ、′Ｃ極間に電圧を発生ずる。

而して、位相反転回路により、制動用電極の出力信号を
所要時に位相反転させ信号用電極に印加し超音波振動子
の残留振動を減少させる。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、である。

図において、第３図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。

以下、第３図と相違部分のみ説明する。

図において、２１．２２，２３．２４は、信号用電極と制動用電極と
に分割されて構成された電極である。

２５は、信号用型［ｉ２１．２２の間に設けられた発振
器で、途中にスイッチ３１が設けられている。

電＠２２と電極２４との間には、スイッチ３２゜増幅器
４１１位相反転回路４２．スイッチ３３が順次接続され
ている。

位相反転回路４２は、出力信号を所要時に位相反転させ
信号用電極２１．２２に印加し超音波振動子１の残留振
動を減少させる。

電極２２には、測定信号を処理する信号処理回路４３が
接続されている。

而して、電極２１．２３は回路コモンに接地されている
。

以上の構成において、超音波振動子１の信号用電極２１
．２２に、発振回路２５により、第３図（Ａ）に示す如
く、電気駆動パルスａを印加すると、超音波振動子】は
呼吸振動を起こす、この呼吸振動によって発生された超
音波は、ビームとなって進行する。この間、スイッチ３
１はオン、スイッチ３２．３３はオフ状態とする。

一方、超音波振動子１の伸縮が生じれば、電極２３．２
２間に電圧を発生する。

而して、駆動パルスａの印加終了直後に、スイ・シチ３
１はオフ、スイッチ３２．３３はオン状態とする。

超音波振動子１の残留振動すを、制動用電極２３．２４
が検出し、その検出信号Ｃを増幅器４１で増幅し、位相
反転回路４２により反転された電圧ｄを、第２図（Ｃ）
（Ｄ）に示す如く、信号用電極２１．２２に加える。こ
の電圧ｄが超音波振動子ｌの残留振動すを打消す鋤きを
するので、残留振動は残留振動すと比較し、第２図（Ｂ
）に示す如く、著しく減少する。

ここで、第２図（Ｂ）は超音波振動子１に反転電圧ｄを
加えない場合、第２図（Ｅ）は反転電圧ｄを加えた場合
を想定したものであ。

なお、スイッチ３１のオンオフのチャート図を第２図（
Ｆ）に、スイッチ３２．３３のオンオフのチャート図を
第２図（Ｇ）に示す。

この結果、（１〉超音波振動子１の駆動終了後に継続する残留振動
すを検出し、これをフィードバックして、残留振動すを
制御するようにしたので、ダンピング材を使用しなくて
も確実に、かつ急激に残留振動すを減する事が出来る。

（２）残留振動すの制御の為の特別なセンサーを超音波
振動子ｌに付加する必要がなく、電極を分割するのみで
良いので、安価に実現する事が出来る。

なお、前述の実施例においては、超音波振動子１はセラ
ミックス系圧電素子について説明したが、これに限るこ
とはなく、圧電性を有する材質、例えば、高分子圧電膜
のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＥ）、フッ化ビニリデ
ンと１−リフルオロエチレンの共重合体（Ｐ　（ＶＤＦ
−ＴｒＦＥ））　、フッ化ビニリデンとデトラフルオロ
エチレンの共重合体（Ｐ　（ＶＤＦ−’Ｉ’ｅＦＥ））
　、または、シアノビニリデンと酢酸ビニルとの交互共
重合体（Ｐ（ＶＣＮ−ＶＡＣ））でもよく、要するに、
良好な圧電性を示すものであれば良い。

また、信−弓用電極２１．２２、制動用電極２３゜２４
１（に−・対の＠、桶を使用したが、電極の一方、例え
ば、電［！２１と電極２３とを共通にすれば、使用＠極
およびリード線を減らす事ができ、安価にする事が出来
る。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明は、超音波を送受信する超
音波振動子と、該超音波振動子の両面にそれぞれ設けら
れた電極とを具備する超音波距離計において、前記電極が信号用電極と制動用電極とに分割され、該制
動用電極の出力信号を所要時に位相反転させ前記信号用
電極に印加し前記超音波振動子の残留振動を減少させる
位相反転回路とを具備したことを特徴とする超音波距離
計を構成した。

この結果、（１）超音波振動子の駆動終了後に継続する残留振動を
検出し、これをフィードバックして、残留振動を制御す
るようにしたので、ダンピング材を使用しなくても確実
に、かつ急激に残留振動を減する事が出来る。

（２）残留振動の制御の為の特別なセンサーを超音波振
動子に付加する必要がなく、電極を分割するのみで良い
ので、安価に実現する事が出来る。

従って、本発明によれば、測定可能範囲を拡大し得る超
音波距離計を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図は
第１図の動作説明図、第３図は従来より一般に使用され
ている従来例の構成説明図、第４図、第５図は第３図の
動作説明図である。１・・・超音波振動子、２１．２２・・・信号用電極、
２３．２４・・・制動用電極、２５・・・発振器、３１
゜３２．３３・・・スイッチ、４１・・・増幅器、４２
・・・位相反転回路、４３・・・信号処理回路。ぐ０コし− リ

Claims

【特許請求の範囲】超音波を送受信する超音波振動子と、該超音波振動子の両面にそれぞれ設けられた電極とを具備する超音波距離計において、前記電極が信号用電極と制動用電極とに分割され、該制動用電極の出力信号を所要時に位相反転させ前記信
号用電極に印加し前記超音波振動子の残留振動を減少さ
せる位相反転回路とを具備したことを特徴とする超音波距離計。