JPH0449593Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は例えば圧電振動子より超音波パルス
を送信するパルス発生回路、特に超音波パルス信
号の波形の改良に関する。

［従来の技術］ 第４図は従来のパルス発生回路の一例を示す回
路図、 図において、１は超音波パルスの送信を制御す
る第１半導体、２は音響−電気変換を行う圧電振
動子、３はダイオード、５は充放電作用を行うコ
ンデンサ、６は圧電振動子２へ励振信号を伝送す
る同軸ケーブル、７はパルス発生回路を作動させ
るタイミング信号が与えられる入力端子、８は受
信回路、C₁，C₂はコンデンサ、R₁，R₂，R₃，R₄
は抵抗器である。

従来のパルス発生回路は上記のように構成さ
れ、入力端子７から第１半導体１へ正のパルス信
号が与えられると、第１半導体１が導通されコン
デンサ５に充電された電荷は第１半導体１、ケー
ブル６、圧電振動子２、ダイオード３、抵抗器
R₄を経て放電される、圧電振動子２は励振され
て圧電効果により固有の振動現象を呈する。

第５図は従来の圧電振動子の動作波形を示し、
圧電振動子２は振幅Ａの超音波パルスを発生し固
有振動周波数の半周期後減衰振動を行い、圧電振
動子２より被検材へ超音波パルスを送信する。被
検材より反射された反射パルスは圧電振動子２に
て受信されコンデンサC₂を経て受信回路８へ供
給される。

超音波パルスの出力を増大させるためコンデン
サ５の充電電位を高くしたり、圧電振動子２の共
振時のＱや圧電振動子２の周辺回路インピーダン
スを大きくすると、減衰振動の振幅も同時に大き
くなり所定レベルに達する減衰時間も増加する。

［考案が解決しようとする課題］ 上記のような従来のパルス発生回路では、圧電
振動子２の発生する減衰振動は圧電振動子２を構
成する背板などの音響損失ならびに圧電振動子２
負荷の電気回路インピーダンスによつて決定さ
れ、超音波パルスの送信振幅に比例して減衰振動
の振幅ならびに減衰時間が大きくなる。

従つて、圧電振動子２から送信される超音波パ
ルスを用いて厚さ測定を行うとき、厚さの薄い被
検材の底面からの反射パルスや被検材表面近傍か
らの反射パルスは送信される超音波パルスの減衰
領域と重合して、反射パルスの識別が困難とな
り、その領域における測定は行えない。

１個の探触子を用いて超音波パルスの送信なら
びに受信を行う測定器に利用したとき測定の不感
帯域が大きくなる。

また送信時には圧電振動子２に並列接続される
抵抗器R₄にも分流されるため送信エネルギが減
少し、受信時には上記抵抗器R₄のため受信信号
レベルが低下するという問題点があつた。

この考案はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、送信される超音波パルスの振幅を大
きくしても、減衰振動の振幅ならびに減衰時間が
小さくできるパルス発生回路を得ることを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ こり考案に係るパルス発生回路は、第１半導体
の導通により超音波パルスの送信を行う圧電振動
子と並列にコレクタとエミツタが接続され、コレ
クタとベース間に抵抗器を、ベースとエミツタ間
にコンデンサの放電電流が導電される極性にダイ
オードを設け、圧電振動子の固有共振周波数の半
周期後に導通する第２半導体を設けたものであ
る。

［作用］ この考案においては第１半導体の導通によるコ
ンデンサＣからの放電電流は、その多くが圧電振
動子へ供給されるため効率のよい超音波パルスの
送信ができ、超音波パルスの半周期後は第２半導
体が導通し圧電振動子の減衰振動を吸収するため
減衰振動を急速に減少させることができる。

また受信信号の受信時には第２半導体は遮断状
態にあるので、高インピーダンスを呈し圧電振動
子は感度が高くなるので効率の良い受信回路が得
られる。

［実施例］ 本考案の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図はこの考案の一実施例を示す回路図であ
り、 図において、１〜３，５〜８は上記従来回路と
同一である。４は圧電振動子２へ並列に設けられ
一方向に導通する第２半導体であり、本例では
NPN型トランジスタを用いる。

上記のように構成されたパルス発生回路におい
ては、入力パルスが与えられると第１半導体が導
通し、電源電圧＋VCCと同一電位に充電された
コンデンサ５の電荷は第１半導体１、圧電振動子
２、同軸ケーブル６、ダイオード３よりなるイン
ピーダンス回路を経て放電される。NPN型トラ
ンジスタの第２半導体４はこのときベースが負電
位にあり高インピーダンスで動作への影響は小さ
い。

圧電振動子２は固有共振周波数を有し且つ誘電
体コンデンサと類似の電気特性を呈する他に機械
的運動体ならびに発電体としての作用をそなえ、
圧電振動子２へ電界が加えられると圧電振動子２
はひずみ（対力）を生じて超音波を送信すると同
時にその表面に電荷を発生する電気分極が行われ
る。

上記コンデンサ５の放電により圧電振動子２は
固有共振周波数の超音波パルスを送信し、圧電振
動子２の表面に分極された電荷は図示のとおりの
極性となる。圧電振動子２の固有共振周波数の半
周期後減衰振動が発生する。

このとき第２半導体４のNPN型トランジスタ
のコレクタはエミツタに対し正電位となり、ベー
スーエミツタの通電により第２半導体４導通して
こコレクタインピーダンスが小さくなり、圧電振
動子２の表面に分極された電荷は第２半導体４の
コレクタ電流として短時間に放電される。従つて
圧電振動子２のひずみの発生が小さくなりこれに
ともなつて電気分極も小さく減衰振動は急速に減
衰する。

上記のとおりコンデンサ５の放電による超音波
パルス送信時には第２半導体は不導通で、圧電振
動子２の負荷となる電気回路は高インピーダンス
を呈し圧電振動子２から所定レベルの超音波パル
スが送信され、超音波パルス送信の半周期後は圧
電振動子２へ並列に設けられた第２半導体が導通
しそのコレクタインピーダンスが小さくなるので
減衰振動の振幅が急速に低下して、所定のレベル
に減衰するまでの減衰時間も非常に小さくでき
る。

第２図はこの考案の他の実施例を示す回路図で
あり、 図において、１〜８は上記実施例と同一である
が、第２半導体４にPNP型トランジスタを用い
たとき、第１半導体のコレクタに負電圧の−
VCC電源を加え第２半導体４のベースーエミツ
タ間に設けられるダイオード３の極性を逆方向に
する。

従つて圧電振動子２から送信される超音波パル
スの極性は反転される。その他の動作は第２半導
体４にNPN型トランジスタを用いたときと同一
である。

第３図に圧電振動子の動作波形を示す、超音波
パルス振幅Ａに対して減衰振動振幅は著しく小さ
くなる。

上記のとおり、超音波パルスの減衰振動の減衰
時間が小さくなり、近距離からの反射パルスとの
干渉が改良され反射パルスの識別が容易にでき
る。

超音波厚さ計に利用したとき塗膜や薄板などの
厚さの薄い被検体の測定が行え、 超音波探傷における被検材表面近傍の欠陥検出
が分解能よくでき、 更に超音波を空中へ放射する超音波距離計に利
用したとき近距離からの測定ができる。

第２半導体４としてNPN型ならびにPNP型の
何れのトランジスタについて全く同一作用を行う
ことができ、 第２半導体４は上記半導体に限定されるもので
はなく、他の半導体を用いても同様に送信時と送
信後における圧電振動子２の負荷となる電気回路
のインピーダンス制御をすることができる。

［考案の効果］ この考案は以上説明したとおり、圧電振動子と
並列に超音波パルスの送信後のインピーダンスが
低下する第２半導体を設ける簡単な構造により、 圧電振動子の両端間に設けられた第２半導体
は、第１半導体が導通してコンデンサの充電電荷
の放電による超音波パルスの送信時には高いイン
ピーダンスを呈し、圧電振動子の固有共振周波数
の半周期後には導通して低インピーダンスとなる
ので、 圧電振動子の分極電圧が急速に低下しひずみの
発生も小さくなり、減衰振動が顕著に低下して減
衰時間が短縮でき、圧電振動子に近い位置からの
反射パルスの識別が容易にできるので、塗膜や薄
板の厚さ測定、被検材の表面近傍にある欠陥検出
ならびに空中における近距離の計測が正しく行え
る。

また第２半導体は送信時および受信時の必要な
タイミング時に高いインピーダンスを呈するの
で、損失が小さくなり効率の良い送受信を行うこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す回路図、第
２図はこの考案の他の実施例を示す回路図、第３
図は圧電振動子の動作波形、第４図は従来のパル
ス発生回路の回路図、第５図は従来の圧電振動子
の動作波形である。 図において、１は第１半導体、２は圧電振動
子、３はダイオード、４は第２半導体、５はコン
デンサ、６は同軸ケーブル、７は入力端子、８は
受信回路、C₁，C₂はコンデンサ、R₁，R₂，R₃は
抵抗器である。なお、各図中同一符号は同一また
は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 第１半導体の導通によりコンデンサの充電電荷
   が放電しダイオードを介して励振される圧電振動
   子から超音波パルスを送信するパルス発生回路に
   おいて、 該圧電振動子と並列にコレクタとエミツタが接
   続されコレクタとベース間に抵抗器がまたべース
   とエミツタ間に上記コンデンサの放電電流を導電
   する極性に該ダイオードを設けて、上記コンデン
   サの放電から上記圧電振動子の固有共振周波数の
   半周期後に導通する第２半導体を備えたことを特
   徴とするパルス発生回路。