JPH0472239B2 - - Google Patents
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- JPH0472239B2 JPH0472239B2 JP59164722A JP16472284A JPH0472239B2 JP H0472239 B2 JPH0472239 B2 JP H0472239B2 JP 59164722 A JP59164722 A JP 59164722A JP 16472284 A JP16472284 A JP 16472284A JP H0472239 B2 JPH0472239 B2 JP H0472239B2
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
-
- 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
- B06B1/0207—Driving circuits
- B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
- B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
-
- 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
- B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
- B06B2201/50—Application to a particular transducer type
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧電式音波発生器、給電用端子、イ
ンダクタンスおよびスイツチ素子からなり、その
インダクタンスとスイツチ素子とが給電用端子と
直列になつているような圧電式音波発生器の励振
回路に関する。
ンダクタンスおよびスイツチ素子からなり、その
インダクタンスとスイツチ素子とが給電用端子と
直列になつているような圧電式音波発生器の励振
回路に関する。
西独特許出願公開第2823155号明細書における
第５図、英国特許出願公開第2104257A号明細書
における第１図および英国特許出願公開第
2104273号明細書における第１図から、それらで
基礎におかれた従来技術として、圧電式音波発生
器の励振のために、添付図面第６図に示されてい
るような励振回路を使用することが知られてい
る。給電用端子２および３と直列に圧電式音波発
生器１およびスイツチ５が配置されている。給電
用端子２および３の間に電圧が印加され、スイツ
チ５が閉成されるや否や、インダクタンス１４は
電気エネルギーを充電される。制御装置６によつ
て操作されるスイツチ５が開放されると、インダ
クタンス１４を通して流れる電流が急激に減衰す
る。これは音波発生器１のための電気的なパルス
衝撃を起こさせ、音波発生器１はそれによつて振
動を励起させられる。音波発生器１の基本波共振
の周波数を持つ振動だけでなく他の振動モードも
励起する。これがこの公知の回路の欠点である。
別の欠点は、一般に既に十分な音波出力を生じさ
せるためには、かなり高い電圧を端子２および３
間に印加しなければならないことである。
第５図、英国特許出願公開第2104257A号明細書
における第１図および英国特許出願公開第
2104273号明細書における第１図から、それらで
基礎におかれた従来技術として、圧電式音波発生
器の励振のために、添付図面第６図に示されてい
るような励振回路を使用することが知られてい
る。給電用端子２および３と直列に圧電式音波発
生器１およびスイツチ５が配置されている。給電
用端子２および３の間に電圧が印加され、スイツ
チ５が閉成されるや否や、インダクタンス１４は
電気エネルギーを充電される。制御装置６によつ
て操作されるスイツチ５が開放されると、インダ
クタンス１４を通して流れる電流が急激に減衰す
る。これは音波発生器１のための電気的なパルス
衝撃を起こさせ、音波発生器１はそれによつて振
動を励起させられる。音波発生器１の基本波共振
の周波数を持つ振動だけでなく他の振動モードも
励起する。これがこの公知の回路の欠点である。
別の欠点は、一般に既に十分な音波出力を生じさ
せるためには、かなり高い電圧を端子２および３
間に印加しなければならないことである。
上述の従来技術においては、先に挙げた明細書
並びに西独特許出願公開第2707524号明細書から
出発して更に発展させられているように、インダ
クタンスにより生ぜしめられた電圧を整流して得
た直流電圧を変換器に供給することもできる。直
流給電される変換器の電気音響振動を得るため
に、上記スイツチはここでは変換器の所定の振動
周波数にて制御され、つまりこれは変換器の強制
振動を生じさせる。しかし、それにより次の問題
が生じる。即ち、この制御周波数と、その都度の
運転条件に依存して変化するこの種の変換器の固
有周波数との相互の同調を成し遂げることであ
る。この問題解決のために、西独特許出願公告第
2219761号明細書によれば、帰還調節を付加的に
使用しているが、これはそれ相応に追加費用を必
要とする。
並びに西独特許出願公開第2707524号明細書から
出発して更に発展させられているように、インダ
クタンスにより生ぜしめられた電圧を整流して得
た直流電圧を変換器に供給することもできる。直
流給電される変換器の電気音響振動を得るため
に、上記スイツチはここでは変換器の所定の振動
周波数にて制御され、つまりこれは変換器の強制
振動を生じさせる。しかし、それにより次の問題
が生じる。即ち、この制御周波数と、その都度の
運転条件に依存して変化するこの種の変換器の固
有周波数との相互の同調を成し遂げることであ
る。この問題解決のために、西独特許出願公告第
2219761号明細書によれば、帰還調節を付加的に
使用しているが、これはそれ相応に追加費用を必
要とする。
本発明の目的は、圧電式音波発生器をできるだ
け１つのみの振動モードで励振、もしくは運転す
ることを可能にするできるだけ簡単な励振回路を
提供することにある。
け１つのみの振動モードで励振、もしくは運転す
ることを可能にするできるだけ簡単な励振回路を
提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明において
は、圧電式音波発生器、給電用端子、インダクタ
ンスおよびスイツチ素子を備え、一方では圧電式
音波発生器とインダクタンス、他方ではインダク
タンスとスイツチ素子がそれぞれ給電用端子に直
列になつている圧電式音波発生器の励振回路にお
いて、スイツチ素子は圧電式音波発生器に並列に
接続され、インダクタンスと圧電式音波発生器の
静電容量とは、生じる振動周波数が圧電式音波発
生器の共振周波数に等しくなるように互いに調整
され、スイツチ素子は電子式制御装置により前記
共振周波数で開閉され、同期性の単一モード振動
パルスが送出される。
は、圧電式音波発生器、給電用端子、インダクタ
ンスおよびスイツチ素子を備え、一方では圧電式
音波発生器とインダクタンス、他方ではインダク
タンスとスイツチ素子がそれぞれ給電用端子に直
列になつている圧電式音波発生器の励振回路にお
いて、スイツチ素子は圧電式音波発生器に並列に
接続され、インダクタンスと圧電式音波発生器の
静電容量とは、生じる振動周波数が圧電式音波発
生器の共振周波数に等しくなるように互いに調整
され、スイツチ素子は電子式制御装置により前記
共振周波数で開閉され、同期性の単一モード振動
パルスが送出される。
〔実施例〕
以下、図面を参照しなら本発明をさらに実施例
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
第１図において、圧電式音波発生器１とインダ
クタンス１４、インダクタンス１４とスイツチ素
子５はそれぞれ直列に給電用端子２，３に接続さ
れ、圧電式音波発生器１とスイツチ素子５は並列
に接続され、スイツチ素子５は電子式制御装置６
により制御される。
クタンス１４、インダクタンス１４とスイツチ素
子５はそれぞれ直列に給電用端子２，３に接続さ
れ、圧電式音波発生器１とスイツチ素子５は並列
に接続され、スイツチ素子５は電子式制御装置６
により制御される。
第１図による励振回路の運転状態および作用を
説明するために、端子２および３に供給電圧が既
に印加されていることが仮定されている。スイツ
チ素子５は閉じられている。インダクタンス１４
を通つて且つ閉じられたスイツチ素子５を介して
電流Ｉが流れる。ここでスイツチ素子５が制御装
置６の作用によつて制御されて開かれるや否や、
インダクタンス１４において極めて大きな電流変
化が生じ、これはスイツチ素子５に、したがつて
音波発生器１に高電圧発生をもたらす。
説明するために、端子２および３に供給電圧が既
に印加されていることが仮定されている。スイツ
チ素子５は閉じられている。インダクタンス１４
を通つて且つ閉じられたスイツチ素子５を介して
電流Ｉが流れる。ここでスイツチ素子５が制御装
置６の作用によつて制御されて開かれるや否や、
インダクタンス１４において極めて大きな電流変
化が生じ、これはスイツチ素子５に、したがつて
音波発生器１に高電圧発生をもたらす。
音波発生器１およびインダクタンス１４からな
る直列振動回路の共振周波数は、とくにこのイン
ダクタンス１４のそれ相応の選定によつて、音波
発生器１の選択された機械的な共振周波数と一致
するように選ばれているので、音波発生器１の共
振周波数励振が行なわれる。音波発生器１は殆ど
この選ばれた共振周波数でのみ電気励振を得る。
このことは望ましくない副次的振動モード回避さ
れるという結果をもたらす。
る直列振動回路の共振周波数は、とくにこのイン
ダクタンス１４のそれ相応の選定によつて、音波
発生器１の選択された機械的な共振周波数と一致
するように選ばれているので、音波発生器１の共
振周波数励振が行なわれる。音波発生器１は殆ど
この選ばれた共振周波数でのみ電気励振を得る。
このことは望ましくない副次的振動モード回避さ
れるという結果をもたらす。
スイツチ素子５の開放時に音波発生器１の端子
に現れる最大電圧は端子２および３に印加される
供給電圧に対して著しい電圧上昇を持つ。
に現れる最大電圧は端子２および３に印加される
供給電圧に対して著しい電圧上昇を持つ。
原理的には本発明に関しては次の物理学上の関
係式が当てはまる。
係式が当てはまる。
Ｉ（ｔ）＝１／L∫T 0UL（ｔ）dt≒Ｕ・Ｔ／Ｌ …(1)
Ｗ＝（１／２）・Ｌ・I2＝（１／２）・U2・T2／
Ｌ …(2) UC＝Ｉ・√ …(3) UC＝Ｕ／RL√ …(4) UC／Ｕ＝２・π・ｆ・Ｌ／RL …(5) 2πfp＝ωp＝１／√・p …(6) UC／Ｕ＝１／ωp・RL・Cp …(7) 但し、 Ｉ（ｔ） 時間に依存する電流値 Ｌ インダクタンス１４の値 UL（ｔ） スイツチ素子５において時間に依存
して現れる上昇する電圧 Ｔ 時間間隔もしくは閉成時間 Ｗ インダクタンス１４に蓄積されるエネルギ
ー Ｃ 音波発生器１の静電容量 UC スイツチ素子５の閉成時における音波発
生器１の電圧 RL インダクタンス１４の抵抗値 fp 励起すべき共振周波数 制御装置６は閉成時間Ｔを定め得る時限素子で
あつてよい。本発明の実施態様によれば、閉成時
間Ｔはインダクタンス１４の充電電流経過の評価
により自動的に行われる。このことは第２図に示
されている。スイツチ素子５はフリツプフロツプ
２６によつて操作される。このフリツプフロツプ
２６は外部からのセツトパルスによつてセツトさ
れる。それによつてスイツチ素子５は閉じられて
インダクタンス１４を通して電流Ｉ（ｔ）を流す。
この電流は（時間Ｔが経過するまで）時間ｔとと
もに直線状に増大する。インダクタンス１４の電
流Ｉは電流検出要素２７によつて監視される。所
定の限界電流超過時に閾値スイツチ２８によつて
フリツプフロツプ２６がリセツトされる。これに
よりスイツチ素子５が開かれ電流Ｉ（ｔ）がｔ＝
Ｔにおいて遮断される。
Ｌ …(2) UC＝Ｉ・√ …(3) UC＝Ｕ／RL√ …(4) UC／Ｕ＝２・π・ｆ・Ｌ／RL …(5) 2πfp＝ωp＝１／√・p …(6) UC／Ｕ＝１／ωp・RL・Cp …(7) 但し、 Ｉ（ｔ） 時間に依存する電流値 Ｌ インダクタンス１４の値 UL（ｔ） スイツチ素子５において時間に依存
して現れる上昇する電圧 Ｔ 時間間隔もしくは閉成時間 Ｗ インダクタンス１４に蓄積されるエネルギ
ー Ｃ 音波発生器１の静電容量 UC スイツチ素子５の閉成時における音波発
生器１の電圧 RL インダクタンス１４の抵抗値 fp 励起すべき共振周波数 制御装置６は閉成時間Ｔを定め得る時限素子で
あつてよい。本発明の実施態様によれば、閉成時
間Ｔはインダクタンス１４の充電電流経過の評価
により自動的に行われる。このことは第２図に示
されている。スイツチ素子５はフリツプフロツプ
２６によつて操作される。このフリツプフロツプ
２６は外部からのセツトパルスによつてセツトさ
れる。それによつてスイツチ素子５は閉じられて
インダクタンス１４を通して電流Ｉ（ｔ）を流す。
この電流は（時間Ｔが経過するまで）時間ｔとと
もに直線状に増大する。インダクタンス１４の電
流Ｉは電流検出要素２７によつて監視される。所
定の限界電流超過時に閾値スイツチ２８によつて
フリツプフロツプ２６がリセツトされる。これに
よりスイツチ素子５が開かれ電流Ｉ（ｔ）がｔ＝
Ｔにおいて遮断される。
本発明によれば、多くの利点が得られる。例え
ば第１図および第２図による励振回路は安い費用
で実現できる。励振エネルギーＷは広範囲におい
て端子２および３に印加される運転電圧に存在し
ない。投入時間Ｔは自動的に与えられ、特別の手
段を要しない。音波発生器１の励振は高い励振電
圧で行なわれ、これのために特別の費用を要しな
い。
ば第１図および第２図による励振回路は安い費用
で実現できる。励振エネルギーＷは広範囲におい
て端子２および３に印加される運転電圧に存在し
ない。投入時間Ｔは自動的に与えられ、特別の手
段を要しない。音波発生器１の励振は高い励振電
圧で行なわれ、これのために特別の費用を要しな
い。
さらに、本発明の特に重要な利点は音波発生器
１の振動励起に何ら擾乱モードが現れないという
ところにある。つまり、本発明では音波発生器１
における電圧変化が突発的に行われるので、高周
波の擾乱モードは励起されない。また、低周波の
擾乱モードは、低周波振動モードの振動周期内に
おいて電圧衝撃がそれぞれ他の電圧衝撃によつて
相反する極性でもつて相殺されるために励起され
ない。本発明では特別な補償手段を必要としな
い。
１の振動励起に何ら擾乱モードが現れないという
ところにある。つまり、本発明では音波発生器１
における電圧変化が突発的に行われるので、高周
波の擾乱モードは励起されない。また、低周波の
擾乱モードは、低周波振動モードの振動周期内に
おいて電圧衝撃がそれぞれ他の電圧衝撃によつて
相反する極性でもつて相殺されるために励起され
ない。本発明では特別な補償手段を必要としな
い。
本発明により音波発生器１を音波受信器として
（も）使用するにつけても利点が生じる。音波発
生器１の固有静電容量Ｃおよび本発明により設け
られたインダクタンスＬは、受信時に音波発生器
において生ぜしめるべき機械的な受信振動の所望
の実モードに対する選択回路を形成する。
（も）使用するにつけても利点が生じる。音波発
生器１の固有静電容量Ｃおよび本発明により設け
られたインダクタンスＬは、受信時に音波発生器
において生ぜしめるべき機械的な受信振動の所望
の実モードに対する選択回路を形成する。
本発明による励振回路は、例えば端子２および
３において１２ボルトの直流電圧で運転される。
第３図は実際の回路図である。第３図には、専門
家が本発明の実施例にしたがつて細工できるよう
にする回路指示が含まれている。
３において１２ボルトの直流電圧で運転される。
第３図は実際の回路図である。第３図には、専門
家が本発明の実施例にしたがつて細工できるよう
にする回路指示が含まれている。
第４図は本発明による別の実施例についての実
際の回路を示し、ここでも同様に専門家に必要な
データ指示が含まれている。音波発生器における
電圧の振動時にその際に逆に駆動されるトランジ
スタT1における電圧の短絡を避けるために、ス
イツチングダイオード、例えばBAW76を介する
コイルへの結合が行なわれる。このダイオード
は、負電圧のとき音波発生器をトランジスタT1
から隔離する。この図示の励振回路により音波発
生器１に150ボルトの電圧が生ぜしめられる。
際の回路を示し、ここでも同様に専門家に必要な
データ指示が含まれている。音波発生器における
電圧の振動時にその際に逆に駆動されるトランジ
スタT1における電圧の短絡を避けるために、ス
イツチングダイオード、例えばBAW76を介する
コイルへの結合が行なわれる。このダイオード
は、負電圧のとき音波発生器をトランジスタT1
から隔離する。この図示の励振回路により音波発
生器１に150ボルトの電圧が生ぜしめられる。
第５図では更に端子２および３間の供給電圧に
対する前置回路が設けられていて、この前置回路
は抵抗RvおよびコンデンサCvからなる。この随
意に使用される前置回路は、運転時に生じる音波
発生器１における短絡の際に端子２および３間の
供給電圧がインダクタンス１４により短絡されな
いのを避けるのに役立つ。コンデンサCvの容量
は、２×Ｗ／U2の値であるとよい。
対する前置回路が設けられていて、この前置回路
は抵抗RvおよびコンデンサCvからなる。この随
意に使用される前置回路は、運転時に生じる音波
発生器１における短絡の際に端子２および３間の
供給電圧がインダクタンス１４により短絡されな
いのを避けるのに役立つ。コンデンサCvの容量
は、２×Ｗ／U2の値であるとよい。
以上説明したように、本発明によれば、音波発
生器およびインダクタンスからなる直列振動回路
の共振周波数が音波発生器の選択された機械的な
共振周波数と一致するように選ばれるので、音波
発生器は殆どこの選択された共振周波数でのみ電
気励振を得ることから、望ましくない副次的振動
モードが回避される。本発明による励振回路はそ
れのために特別の手段を必要しないことから安い
費用で実現できる。
生器およびインダクタンスからなる直列振動回路
の共振周波数が音波発生器の選択された機械的な
共振周波数と一致するように選ばれるので、音波
発生器は殆どこの選択された共振周波数でのみ電
気励振を得ることから、望ましくない副次的振動
モードが回避される。本発明による励振回路はそ
れのために特別の手段を必要しないことから安い
費用で実現できる。
第１図は本発明による励振回路の実施例を示す
接続図、第２図ないし第４図は本発明による励振
回路の他の互いに異なる実施例を示す接続図、第
５図は本発明による励振回路に付加される部分を
示す接続図、第６図は従来の励振回路の接続図で
ある。 １……音波発生器、２，３……給電用端子、５
……スイツチ素子、６……スイツチ素子の電子式
制御装置、１４……インダクタンス、２６……フ
リツプフロツプ、２８……閾値スイツチ。
接続図、第２図ないし第４図は本発明による励振
回路の他の互いに異なる実施例を示す接続図、第
５図は本発明による励振回路に付加される部分を
示す接続図、第６図は従来の励振回路の接続図で
ある。 １……音波発生器、２，３……給電用端子、５
……スイツチ素子、６……スイツチ素子の電子式
制御装置、１４……インダクタンス、２６……フ
リツプフロツプ、２８……閾値スイツチ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電式音波発生器１、給電用端子２，３、イ
ンダクタンス１４およびスイツチ素子５を備え、
一方では圧電式音波発生器１とインダクタンス１
４、他方ではインダクタンス１４とスイツチ素子
５がそれぞれ給電用端子２，３に直列になつてい
る圧電式音波発生器の励振回路において、スイツ
チ素子５は圧電式音波発生器１に並列に接続さ
れ、インダクタンス１４と圧電式音波発生器１の
静電容量とは、生じる振動周波数が圧電式音波発
生器１の共振周波数に等しくなるように互いに調
整され、スイツチ素子５は電子式制御装置６によ
り前記共振周波数で開閉され、同期性の単一モー
ド振動パルスが送出されることを特徴とする圧電
式音波発生器の励振回路。 ２ 電子式制御装置はフリツプフロツプ２６であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
励振回路。 ３ フリツプフロツプ２６は予め与えられた電流
値に応動する閾値スイツチ２８によつて制御され
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
励振回路。 ４ 前置の抵抗RvとコンデンサCvとからなる前
置回路が給電用端子２，３間に設けられ、圧電式
音波発生器１の短絡運転時にインダクタンス１４
を介しての短絡が除かれることを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記
載の励振回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833328907 DE3328907A1 (de) | 1983-08-10 | 1983-08-10 | Anregeschaltung fuer piezoelektrische schallgeber |
| DE3328907.7 | 1983-08-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6055399A JPS6055399A (ja) | 1985-03-30 |
| JPH0472239B2 true JPH0472239B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=6206253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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