JPH10243498A - 円筒型圧電振動子による広帯域超音波トランスジュ ーサ - Google Patents
円筒型圧電振動子による広帯域超音波トランスジュ ーサInfo
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- JPH10243498A JPH10243498A JP8549697A JP8549697A JPH10243498A JP H10243498 A JPH10243498 A JP H10243498A JP 8549697 A JP8549697 A JP 8549697A JP 8549697 A JP8549697 A JP 8549697A JP H10243498 A JPH10243498 A JP H10243498A
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- vibrators
- vibrator
- cylindrical piezoelectric
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- ultrasonic wave
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- Pending
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 5
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はパルスエコー法あるいはＦＭ方式
の超音波距離計測、障害物探査等における距離分解能を
向上させるための広帯域超音波トランスジューサを提供
することを目的とする。 【構成】 共振周波数が互いに僅か異なるｎ個の円筒
型圧電振動子の中心軸をそろえて、機械的には独立な振
動姿態を保つようにｎ段に重ね、且つ傘型の反射器と組
み合わせた構造よりなる超音波トランスジューサにおい
て、それぞれの振動子に印加する電圧の位相及び振幅を
制御することにより総合的に広帯域な特性を有する超音
波トランスジューサを得ることを特徴とする。
の超音波距離計測、障害物探査等における距離分解能を
向上させるための広帯域超音波トランスジューサを提供
することを目的とする。 【構成】 共振周波数が互いに僅か異なるｎ個の円筒
型圧電振動子の中心軸をそろえて、機械的には独立な振
動姿態を保つようにｎ段に重ね、且つ傘型の反射器と組
み合わせた構造よりなる超音波トランスジューサにおい
て、それぞれの振動子に印加する電圧の位相及び振幅を
制御することにより総合的に広帯域な特性を有する超音
波トランスジューサを得ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波距離計あるい
は障害物探査器用のトランスジューサに関するものであ
る。
は障害物探査器用のトランスジューサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、１個の円筒型圧電振動子に傘型の
反射器を組み合わせた構造の超音波トランスジューサが
自動車の交通制御、あるいは鉄道の踏切内障害物検知に
用いられていた。
反射器を組み合わせた構造の超音波トランスジューサが
自動車の交通制御、あるいは鉄道の踏切内障害物検知に
用いられていた。
【０００３】
【解決すべき技術的の問題点】円筒型圧電振動子はＱが
高く（一般にＱ＝１００以上）、パルスレーダ方式ある
いはＦＭ変調方式に用いる場合、帯域幅が狭く、距離分
解能が悪いという問題点があった。
高く（一般にＱ＝１００以上）、パルスレーダ方式ある
いはＦＭ変調方式に用いる場合、帯域幅が狭く、距離分
解能が悪いという問題点があった。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るために、本発明は共振周波数が僅かに異なる複数の振
動子を用いることにより、総合的に広帯域な特性を有す
る超音波トランスジューサを得ようとするもので、複数
の振動子を励振するための電気信号の振幅と位相を制御
することにより所望の特性をもつ超音波トランスジュー
サを実現している。
るために、本発明は共振周波数が僅かに異なる複数の振
動子を用いることにより、総合的に広帯域な特性を有す
る超音波トランスジューサを得ようとするもので、複数
の振動子を励振するための電気信号の振幅と位相を制御
することにより所望の特性をもつ超音波トランスジュー
サを実現している。
【０００５】
【実施例】以下、この発明の実施例を、ｎ＝２及びｎ＝
３とした場合について図面を参照して詳細に説明する。
３とした場合について図面を参照して詳細に説明する。
【０００６】図１は、ｎ＝２としたときの超音波トラン
スジューサの構成図である。すなわち、共振周波数を僅
かにずらした円筒型圧電セラミック振動子を２段に重ね
て、傘型の反射器と組み合わせる構造とする。この実施
例では、共振周波数が僅かに異なる振動子を得るため
に、同じ仕様の一対の円筒型圧電セラミック振動子１，
及び２（共振周波数：３１．３３６ｋＨｚ）の一方の振
動子１の外周の中心線上に鉛球３（約０．２ｇｒ）を６
個、等間隔に接着して質量付加を与えることにより、共
振周波数を低下させた。このようにして、共振周波数が
それぞれｆｒ１＝３０．６６４ｋＨｚ（振動子１）及び
ｆｒ２＝３１．３３６ｋＨｚ（振動子２）の円筒型圧電
振動子を準備した。両振動子の共振特性はピークの−６
ｄＢ点で互いに交差するようにした。なお、これらの円
筒型振動子の固定には、それぞれの振動子のＱの低下を
期待するとともに機械的には互いに独立に励振すること
を考えて、シリコーンゴムを接着剤として用いた。接着
層４の厚さは約１ｍｍである。また、本実施例では円筒
内に吸音材としてガラスウールを充填した。図２に測定
システムのブロック図を示す。図には示していないが、
それぞれの圧電振動子の励振にあたって、印加する電気
信号の振幅と位相を任意にコントロールできるようにな
っている。ここでは、両振動子を同電圧・同相で励振し
た場合、及び同電圧で位相差を１８０゜ずらして、すな
わち逆相で励振した場合について実験を行った。振動子
の励振にはネットワークアナライザ７（アンリツ社，Ｍ
Ｓ４２０Ｂ型）を用い、その出力信号レベルを＋９ｄＢ
ｍ一定とし、周波数を変化しながらトランスジューサか
らの放射音圧をコンデンサーマイクロホン８（Ｂ＆Ｋ
社，４１３５型）と増幅器９（Ｂ＆Ｋ社，２６３６型）
で検出し、再びネットワークアナライザを通してパソコ
ン１０によりデータを収集した。距離計測用として遠距
離音場で使用する場合を考えて、ここでは超音波トラン
スジューサの中心軸上で十分に遠距離になる点と考えら
れる、１ｍ離れた点における音圧の周波数特性を測定し
た。図３及び図４に、振動子１及び２をそれぞれ同電圧
・同相で励振した場合、及び同電圧・逆相（１８０゜）
で励振した場合について得られた測定結果を示す。両図
にはそれぞれの振動子を単独で励振した場合の結果も一
緒に示してある。図３では２つの振動子のそれぞれの共
振周波数におけるピーク１３，１４がそのまま残ってい
るが、図４ではその間が平坦な帯域特性１５になり、こ
の構成の超音波トランスジューサの広帯域化が実現でき
た。次に、ｎ＝３の実施例について述べる。振動子３，
４，５の３つの円筒型圧電セラミック振動子を準備し
た。３つの振動子の共振周波数はそれぞれ３７．６０ｋ
Ｈｚ，４０．３５ｋＨｚ，及び４２．６０ｋＨｚであ
る。これらの３つの振動子の中心軸をそろえて順に重
ね、同様な傘型反射器と組み合わせた３重構造超音波ト
ランスジューサを作成した。このトランスジューサにつ
いて、それぞれの振動子に印加する電圧の振幅を等しく
し、共振周波数が中間の値をとる振動子４のみに１８０
゜の位相差を与えて励振した場合の結果を図５に示す。
また、３つの振動子を同振幅・同位相で励振した場合の
結果を図６に示す。同振幅・同位相で励振した場合には
周波数特性に深い窪みがみられるが、振動子４を逆位相
で励振した場合には窪みが浅くなり、ほぼ平坦な帯域特
性が得られる。
スジューサの構成図である。すなわち、共振周波数を僅
かにずらした円筒型圧電セラミック振動子を２段に重ね
て、傘型の反射器と組み合わせる構造とする。この実施
例では、共振周波数が僅かに異なる振動子を得るため
に、同じ仕様の一対の円筒型圧電セラミック振動子１，
及び２（共振周波数：３１．３３６ｋＨｚ）の一方の振
動子１の外周の中心線上に鉛球３（約０．２ｇｒ）を６
個、等間隔に接着して質量付加を与えることにより、共
振周波数を低下させた。このようにして、共振周波数が
それぞれｆｒ１＝３０．６６４ｋＨｚ（振動子１）及び
ｆｒ２＝３１．３３６ｋＨｚ（振動子２）の円筒型圧電
振動子を準備した。両振動子の共振特性はピークの−６
ｄＢ点で互いに交差するようにした。なお、これらの円
筒型振動子の固定には、それぞれの振動子のＱの低下を
期待するとともに機械的には互いに独立に励振すること
を考えて、シリコーンゴムを接着剤として用いた。接着
層４の厚さは約１ｍｍである。また、本実施例では円筒
内に吸音材としてガラスウールを充填した。図２に測定
システムのブロック図を示す。図には示していないが、
それぞれの圧電振動子の励振にあたって、印加する電気
信号の振幅と位相を任意にコントロールできるようにな
っている。ここでは、両振動子を同電圧・同相で励振し
た場合、及び同電圧で位相差を１８０゜ずらして、すな
わち逆相で励振した場合について実験を行った。振動子
の励振にはネットワークアナライザ７（アンリツ社，Ｍ
Ｓ４２０Ｂ型）を用い、その出力信号レベルを＋９ｄＢ
ｍ一定とし、周波数を変化しながらトランスジューサか
らの放射音圧をコンデンサーマイクロホン８（Ｂ＆Ｋ
社，４１３５型）と増幅器９（Ｂ＆Ｋ社，２６３６型）
で検出し、再びネットワークアナライザを通してパソコ
ン１０によりデータを収集した。距離計測用として遠距
離音場で使用する場合を考えて、ここでは超音波トラン
スジューサの中心軸上で十分に遠距離になる点と考えら
れる、１ｍ離れた点における音圧の周波数特性を測定し
た。図３及び図４に、振動子１及び２をそれぞれ同電圧
・同相で励振した場合、及び同電圧・逆相（１８０゜）
で励振した場合について得られた測定結果を示す。両図
にはそれぞれの振動子を単独で励振した場合の結果も一
緒に示してある。図３では２つの振動子のそれぞれの共
振周波数におけるピーク１３，１４がそのまま残ってい
るが、図４ではその間が平坦な帯域特性１５になり、こ
の構成の超音波トランスジューサの広帯域化が実現でき
た。次に、ｎ＝３の実施例について述べる。振動子３，
４，５の３つの円筒型圧電セラミック振動子を準備し
た。３つの振動子の共振周波数はそれぞれ３７．６０ｋ
Ｈｚ，４０．３５ｋＨｚ，及び４２．６０ｋＨｚであ
る。これらの３つの振動子の中心軸をそろえて順に重
ね、同様な傘型反射器と組み合わせた３重構造超音波ト
ランスジューサを作成した。このトランスジューサにつ
いて、それぞれの振動子に印加する電圧の振幅を等しく
し、共振周波数が中間の値をとる振動子４のみに１８０
゜の位相差を与えて励振した場合の結果を図５に示す。
また、３つの振動子を同振幅・同位相で励振した場合の
結果を図６に示す。同振幅・同位相で励振した場合には
周波数特性に深い窪みがみられるが、振動子４を逆位相
で励振した場合には窪みが浅くなり、ほぼ平坦な帯域特
性が得られる。
【０００７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の広帯域超
音波トランスジューサは、共振周波数が僅かに異なる複
数の円筒型圧電振動子の中心軸をそろえて多重に重ね、
傘型の反射器と組み合わせる構造とし、それぞれの振動
子に印加する電圧の位相及び振幅を制御することによ
り、広帯域特性を得るものである。従来の円筒型圧電振
動子を１個のみ用いた超音波トランスジューサでは、圧
電振動子の高いＱのために帯域が狭く、パルスレーダ方
式あるいはＦＭ変調方式に用いる場合に十分な距離分解
能が得られないという問題点があったが、本発明の広帯
域超音波トランスジューサの実現により、距離分解能及
び測定精度の向上を可能とする。なお、この円筒型圧電
振動子の代わりに円筒型磁歪振動子を用いても同様な効
果が期待できる。
音波トランスジューサは、共振周波数が僅かに異なる複
数の円筒型圧電振動子の中心軸をそろえて多重に重ね、
傘型の反射器と組み合わせる構造とし、それぞれの振動
子に印加する電圧の位相及び振幅を制御することによ
り、広帯域特性を得るものである。従来の円筒型圧電振
動子を１個のみ用いた超音波トランスジューサでは、圧
電振動子の高いＱのために帯域が狭く、パルスレーダ方
式あるいはＦＭ変調方式に用いる場合に十分な距離分解
能が得られないという問題点があったが、本発明の広帯
域超音波トランスジューサの実現により、距離分解能及
び測定精度の向上を可能とする。なお、この円筒型圧電
振動子の代わりに円筒型磁歪振動子を用いても同様な効
果が期待できる。
【図１】ｎ＝２としたときの超音波トランスジューサの
構成図である。
構成図である。
【図２】測定システムのブロック図である。
【図３】振動子１及び２をそれぞれ同電圧・同相で励振
した場合の測定結果である。
した場合の測定結果である。
【図４】同電圧・逆相（１８０゜）で励振した場合の測
定結果である。
定結果である。
【図５】ｎ＝３の実施例において、それぞれの振動子に
印加する電圧の振幅を等しくし、共振周波数が中間の値
をとる振動子４のみに１８０゜の位相差を与えて励振し
た場合の測定結果である。
印加する電圧の振幅を等しくし、共振周波数が中間の値
をとる振動子４のみに１８０゜の位相差を与えて励振し
た場合の測定結果である。
【図６】ｎ＝３の実施例において、３つの振動子を同振
幅・同位相で励振した場合の測定結果である。
幅・同位相で励振した場合の測定結果である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池原 満雄 宮城県仙台市泉区明通３丁目９番泉パーク タウン工 業・流通団地 通研電気工業株 式会社内 (72)発明者 前橋 良明 宮城県仙台市泉区明通３丁目19番泉パーク タウン工 業・流通団地 通研電気工業株 式会社内
Claims (1)
- 共振周波数が互いに僅か異なるｎ個の円筒型圧電振動子
の中心軸をそろえて、機械的には独立な振動姿態を保つ
ようにｎ段に重ね、且つ傘型の反射器と組み合わせた構
造よりなる超音波トランスジューサにおいて、それぞれ
の振動子に印加する電圧の位相及び振幅を制御すること
により得られる広帯域超音波トランスジユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8549697A JPH10243498A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 円筒型圧電振動子による広帯域超音波トランスジュ ーサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8549697A JPH10243498A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 円筒型圧電振動子による広帯域超音波トランスジュ ーサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10243498A true JPH10243498A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=13860553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8549697A Pending JPH10243498A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 円筒型圧電振動子による広帯域超音波トランスジュ ーサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10243498A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294719A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Nec Corp | 送波器及びその駆動方法 |
| JP2012029110A (ja) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Nec Corp | 発振装置 |
| JP2022505344A (ja) * | 2018-10-23 | 2022-01-14 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト | 音響変換器及びその動作方法 |
| JP2022158212A (ja) * | 2021-04-01 | 2022-10-17 | 株式会社デンソー | 音波スピーカ装置 |
-
1997
- 1997-02-26 JP JP8549697A patent/JPH10243498A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294719A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Nec Corp | 送波器及びその駆動方法 |
| JP2012029110A (ja) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Nec Corp | 発振装置 |
| JP2022505344A (ja) * | 2018-10-23 | 2022-01-14 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト | 音響変換器及びその動作方法 |
| US11601762B2 (en) | 2018-10-23 | 2023-03-07 | Tdk Electronics Ag | Sound transducer and method for operating the sound transducer |
| JP2022158212A (ja) * | 2021-04-01 | 2022-10-17 | 株式会社デンソー | 音波スピーカ装置 |
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