JPH04227399A - 周波数選択形超音波層状変換器 - Google Patents

周波数選択形超音波層状変換器

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JPH04227399A
JPH04227399A JP3100373A JP10037391A JPH04227399A JP H04227399 A JPH04227399 A JP H04227399A JP 3100373 A JP3100373 A JP 3100373A JP 10037391 A JP10037391 A JP 10037391A JP H04227399 A JPH04227399 A JP H04227399A
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JP
Japan
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ultrasonic
converter
transducer
glass
layered
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Application number
JP3100373A
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English (en)
Inventor
Rudolf Thurn
ルードルフ　トウルン
Hans-Joachim Burger
ハンス‐ヨアヒム　ブルガー
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超音波層状変換器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来知られている超音波層状変換器は広
帯域の近距離用変換器（欧州特許出願公開第０１５４７
０６　号公報参照）又は拡散形近接センサとして考案さ
れている。これらの変換器は高い機械的減衰性すなわち
小さい感度を有し、また高い材料費及び加工費のゆえに
比較的高価である。従来から知られている超音波層状変
換器の別の欠点は所定の周波数領域における狭い指向性
パターンであり、このことは例えば自動車におけるガラ
ス破損の全方位検出に使用する場合に望ましくない。こ
の用途に対しては非常に広い帯域幅を有する従来の変換
器を用いることができ、この変換器はガラス板の破損の
際に放射される超音波振動を検出し、この振動を相応の
周波数を有する電気信号へ変換する。ガラス破損の際に
一般に生じる破損周波数により、超音波変換器に後置接
続された評価回路を用いてガラス板破損を検出すること
ができる。その際評価装置は超音波変換器が検出した全
スペクトルからまず前記破損周波数を例えばフィルタに
より抽出しなければならない。なぜならば当該破損周波
数で生じる信号だけがガラス板破損の確認に対して重要
だからである。例えばガラス破損通報装置のこの種の評
価装置を簡単化し従って費用を低減するために、例えば
ガラス板の破損の際の破損周波数のような所定の周波数
に対してだけ感度を有し、従って評価回路に必要なフィ
ルタを省略できるか又は少なくともフィルタの出費を低
減できるような超音波層状変換器を用いることが有利で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、所
定の周波数に対して高い応答感度を有する超音波層状変
換器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、変換器基体の少なくとも一つの幾何学的寸法が要
求される周波数選択性に適合させられることにより解決
される。請求項２、３には有利な実施態様が記載されて
いる。同様に請求項３ないし５に記載の変換器の構成も
有利である。なぜならばここでは充填剤の添加により超
音波層状変換器の機械的減衰性を広い範囲で変更できる
からである。それにより過渡振動現象の補助的な評価が
望まれるときに、変換器モードの帯域幅を適切かつ定め
られたように拡大できるからである。検出された超音波
スペクトルがガラス破損に対し典型的な超音波スペクト
ルと比較され評価されるときに用いられる評価装置が超
音波層状変換器に後置接続されるならば、これはガラス
破損の検出のための簡単な構成となる。ガラス破損通報
装置がガラス破損に対し典型的な超音波スペクトルを記
憶するマイクロプロセッサを備えるときには、一層の簡
単化が行われる。
【０００５】
【実施例】次にこの発明に基づく超音波層状変換器の一
実施例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
【０００６】図１には方形の圧電セラミック板１を備え
る超音波層状変換器が示され、このセラミック板は両面
を低音響インピーダンスのプラスチック材料から成る各
一つの層２により囲まれるのが有利である。両層２は例
えば中空ガラス球を充填されたエポキシ樹脂から成る。 直方体形の超音波層状変換器の幾何学的外形寸法は、プ
ラスチック・セラミック複合体の有効音速により感度の
狭帯域の共振点が、評価すべきガラス破損スペクトルに
おいても特性最大値が現れるような周波数で生じるよう
に、同調させられている。それによりガラス破損放射を
周波数選択的に高い感度で記録できるので有利である。 前記プラスチック・セラミック複合体が弾性埋め込み材
料３により囲まれ、この埋め込み材料は量的に可変な減
衰用充填剤を含む。このことは充填剤の添加により弾性
埋め込み材料３の機械的減衰を広い範囲で変更できるこ
とを意味する。例えば過渡振動現象の補助的な評価が望
まれるときに、変換器モードの帯域幅を適切かつ所定の
ように拡大することができる。超音波層状変換器の幅の
狭い長手方向側面５又は幅方向側面６を音波入射面とし
て利用することができる。これらの側面は埋め込み材料
３により覆われてはいない。この種の超音波層状変換器
の寸法は例えば２０×１０×２ｍｍとすることができ、
その際圧電セラミック板は例えば２０×１０×０．２ｍ
ｍの寸法を有する。この種の超音波層状変換器は６０及
び１２０ｋＨｚのところに選択的な検出感度を有する。 音波入射面として幅の狭い長手方向側面が用いられる。 この場合には非点収差的指向性パターンの幅の広い部分
が両周波数で１２０°以上である。従ってこの超音波層
状変換器は例えば自動車のためのガラス破損検出器に使
用するのに適している。なぜならばこの超音波層状変換
器は丈夫でかつ経済的で更に広い入射角領域（１２０°
以上）で高い感度を有するからである。それにより自動
車の室内を単一の超音波層状変換器により監視すること
ができる。図示の実施例とは異なって、圧電セラミック
板１が片面上だけを低音響インピーダンスの層２により
囲まれているような超音波層状変換器の構成も可能であ
る。更に圧電セラミック板１は方形の代わりに他の形例
えば円形又は別の多角形により実現することも可能であ
る。
【０００７】前記共振周波数は公知の物理的法則に従っ
て算出される。すなわち共振周波数は材料中の音速ばか
りでなく寸法にも関係する。従って直方体形構造に基づ
き三つの基本共振、すなわち長手方向共振のほかに幅方
向共振及び厚さ方向共振が存在する。円板形構造の場合
には、厚さ方向振動及び半径方向振動の基本振動モード
が存在する。更に補助的な振動モード従って振動周波数
を利用しようとすれば、それぞれの振動の調波を利用す
ることができ、調波周波数は基本振動数の数倍のところ
にある。
【０００８】しかしこの種の超音波変換器の使用はガラ
ス破損検出には制限されない。変換器共振周波数の選択
的同調は他の超音波放射の測定しようとするスペクトル
に対しても行うことができる。例えば可動機械部品の特
性放射スペクトルを検査し、この部品の機能性または摩
耗をチェックすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に基づく超音波層状変換器の一実施例
の断面図である。
【図２】図１に示す変換器の平面図である。
【符号の説明】
１　　圧電セラミック板 ２　　低音響インピーダンス層 ３　　弾性埋め込み材料 ４　　大きい外面 ５　　長手方向側面 ６　　幅方向側面

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　変換器基体の少なくとも一つの幾何学
    的寸法が要求される周波数選択性に適合させられること
    を特徴とする超音波層状変換器。
  2. 【請求項２】　　圧電セラミック板（１）を備え、この
    板の両側の板面のうちの少なくとも一つの面上を低音響
    インピーダンス層（２）により囲まれることを特徴とす
    る請求項１記載の変換器。
  3. 【請求項３】　　層状の直方体形基体（１、２）の高さ
    、長さ、幅のうちの少なくとも一つの寸法が所望の基本
    振動周波数に相応するように選定されることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の変換器。
  4. 【請求項４】　　前記両層の大きい外面（４）が、量的
    にあらかじめ定められた減衰用充填剤を含む弾性埋め込
    み材料（３）により囲まれることを特徴とする請求項２
    又は３記載の変換器。
  5. 【請求項５】　　幅の狭い長手方向側面（５）又は幅方
    向側面（６）が音波入射面として用いられることを特徴
    とする請求項３記載の変換器。
  6. 【請求項６】　　ガラス破損通報装置の構成部分である
    ことを特徴とする請求項１ないし５の一つに記載の変換
    器。
  7. 【請求項７】　　超音波層状変換器に評価装置が後置接
    続され、検出された超音波スペクトルがこの評価装置に
    よりガラス破損に対し典型的な超音波スペクトルと比較
    され評価されることを特徴とする請求項６記載の変換器
    。
  8. 【請求項８】　　ガラス破損通報装置がガラス破損に対
    し典型的な超音波スペクトルを記憶するマイクロプロセ
    ッサを備えることを特徴とする請求項６又は７記載の変
    換器。
JP3100373A 1990-04-09 1991-04-05 周波数選択形超音波層状変換器 Pending JPH04227399A (ja)

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AT90106773.6 1990-04-09

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DE (1) DE59010738D1 (ja)

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Effective date: 19991109