JP2002079181A - Piezoelectric element driver and its driving method - Google Patents

Piezoelectric element driver and its driving method

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JP2002079181A
JP2002079181A JP2000267632A JP2000267632A JP2002079181A JP 2002079181 A JP2002079181 A JP 2002079181A JP 2000267632 A JP2000267632 A JP 2000267632A JP 2000267632 A JP2000267632 A JP 2000267632A JP 2002079181 A JP2002079181 A JP 2002079181A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a piezoelectric element impression voltage of positive/negative signal pulse and to form a waveform suitable for the measurement of the exact propagation time particularly by using the same. SOLUTION: In Figure 3 (c), the piezoelectric element impression voltage V2 is matched in the phases at the timing of (A) to the piezoelectric element resonance waveform of Figure (a), by which resonance vibration is intensified (accelerated). The voltage described above is reversed in the phases at the timing of (c), by which the resonance vibration is attenuated (decelerated).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子ドライ
バ、その駆動方法に関する。
The present invention relates to a piezoelectric element driver and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来の圧電素子ドライバの回路
構成の一例を示す図である。圧電素子ドライバは、例え
ば超音波流量計/レベル計等において超音波パルスを発
生する素子である圧電素子を駆動する(電圧を印加して
振動させる)為の駆動回路であり、一般的には圧電素子
の共振周波数と同一の周波数の電圧を印加する方法が知
られているが、本発明の発明者等においては立ち上がり
のインパルス電圧によって駆動する方法を発見してお
り、この駆動回路を図8に示す。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a conventional piezoelectric element driver. The piezoelectric element driver is a drive circuit for driving (applying a voltage to vibrate) a piezoelectric element that generates an ultrasonic pulse in an ultrasonic flow meter / level meter, for example. Although a method of applying a voltage having the same frequency as the resonance frequency of the element is known, the inventors of the present invention have found a method of driving with a rising impulse voltage, and this driving circuit is shown in FIG. Show.

【0003】同図において、圧電素子11は、トランス
12の二次巻線12b側に接続され、トランス12で昇
圧された電圧により駆動される。トランス12の一次巻
線12aは、コンデンサ13と抵抗15を介して電源1
6に接続されている。コンデンサ13と抵抗15の接続
点は、スイッチ14により地絡できるようになってい
る。尚、トランス12の一次巻線12aのインダクタン
スはL1 、コンデンサ13の容量はC1 、抵抗15の抵
抗値はR1 、電源16の電圧はV1 とする。
In FIG. 1, a piezoelectric element 11 is connected to a secondary winding 12b of a transformer 12, and is driven by a voltage boosted by the transformer 12. The primary winding 12a of the transformer 12 is connected to a power supply 1 via a capacitor 13 and a resistor 15.
6 is connected. The connection point between the capacitor 13 and the resistor 15 can be grounded by the switch 14. The inductance of the primary winding 12a of the transformer 12 is L1, the capacitance of the capacitor 13 is C1, the resistance of the resistor 15 is R1, and the voltage of the power supply 16 is V1.

【0004】上記圧電素子ドライバの動作について、図
9を参照して説明する。通常は、スイッチ14はOFF
状態である。このとき、コンデンサ13には、抵抗15
を介して、電源16の電圧V1 がチャージされている。
コンデンサ13により直流電流がカットされているの
で、トランス12の一次巻線12aには電流が流れな
い。よって、二次巻線12bには電圧は発生せず、圧電
素子11には電圧は印加されていない。
The operation of the piezoelectric element driver will be described with reference to FIG. Normally, switch 14 is OFF
State. At this time, the resistor 15 is connected to the resistor 15.
, The voltage V1 of the power supply 16 is charged.
Since the DC current is cut by the capacitor 13, no current flows through the primary winding 12 a of the transformer 12. Therefore, no voltage is generated in the secondary winding 12b, and no voltage is applied to the piezoelectric element 11.

【0005】圧電素子11をドライブするときには、不
図示の制御部からの駆動制御信号によってスイッチ14
がton時間だけオンされる(図9(a))。スイッチ1
4がオンした瞬間、コンデンサ13のスイッチ14側の
電圧は、0(V)となる(地絡される)。
When the piezoelectric element 11 is driven, a switch 14 is driven by a drive control signal from a control unit (not shown).
Is turned on for the ton time (FIG. 9A). Switch 1
At the moment when 4 is turned on, the voltage of the capacitor 13 on the switch 14 side becomes 0 (V) (ground fault).

【0006】その結果、トランス12の一次巻線12a
には電圧V1 が印加される。トランス12の一次巻線と
二次巻線の巻数比(1:N)とすると、スイッチ14が
オンした瞬間、二次巻線12bにはインパルス的に図9
(b)に示すようなV2 =−N×V1 の電圧が発生し
て、圧電素子を駆動する。その後は、図示の通り、トラ
ンスの一次巻線12aのインダクタンスL1 とコンデン
サ13の容量C1 とにより決定する共振周波数f(次
式)で振動しながら減衰していく。
As a result, the primary winding 12a of the transformer 12
Is applied with a voltage V1. Assuming that the turns ratio of the primary winding and the secondary winding of the transformer 12 (1: N), the moment the switch 14 is turned on, the secondary winding 12b is impulse-like as shown in FIG.
A voltage of V2 = -N.times.V1 as shown in (b) is generated to drive the piezoelectric element. After that, as shown in the drawing, the vibration is attenuated while oscillating at a resonance frequency f (the following equation) determined by the inductance L1 of the primary winding 12a of the transformer and the capacitance C1 of the capacitor 13.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】尚、図9(a)に示す通り、スイッチ14
は、オン制御された後、ton時間にOFF制御される。
スイッチ14がOFFすると、コンデンサ13は、抵抗
15を介する電源16の電圧V1 によりチャージされ始
めるが、一般的にはエネルギーを徐々に蓄えるようにコ
ンデンサ13の容量C1 と抵抗15の抵抗値R1 による
時定数C1 ×R1 は、前記共振周波数fよりはるかに大
きく設定してあるので、図9(b)に示す波形にはほと
んど影響しない。
[0008] As shown in FIG.
Is controlled to be OFF after ton time after being controlled to be ON.
When the switch 14 is turned off, the capacitor 13 starts to be charged by the voltage V1 of the power supply 16 via the resistor 15, but in general, the capacitor 13 and the resistance R1 of the resistor 15 are used to gradually store energy. Since the constant C1.times.R1 is set much higher than the resonance frequency f, it hardly affects the waveform shown in FIG. 9B.

【0009】上記回路構成では、高電圧となる二次巻線
12b側を直接スイッチング制御しないので、簡単な構
成で、圧電素子に数千ボルトの電圧を印加することがで
きる。圧電素子ドライバは、例えば超音波流量計/レベ
ル計等の超音波パルスを発生させる用途に用いられる
が、上記回路は、特にガス管等の気体の流量を測定する
流量計のような数千ボルト級の高電圧向け用途に適して
いる。但し、本発明の適用範囲が、このような用途に限
定されるというわけではない。
In the above-described circuit configuration, since switching control is not directly performed on the secondary winding 12b which is high in voltage, a voltage of several thousand volts can be applied to the piezoelectric element with a simple configuration. The piezoelectric element driver is used for generating an ultrasonic pulse, for example, an ultrasonic flow meter / level meter, and the above-mentioned circuit is used for, for example, thousands of volts such as a flow meter for measuring the flow rate of a gas such as a gas pipe. Suitable for high-grade applications. However, the scope of the present invention is not limited to such applications.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の回路では、
スイッチ14をオンした瞬間に発生するインパルス電圧
が、あらゆる周波数を含むので、様々な共振周波数の圧
電素子をドライブできるのであるが、その後の周波数f
で振動(減衰)する電圧も圧電素子に印加されてしま
う。その結果、この周波数fと圧電素子の共振周波数が
あっていない場合には、圧電素子の振動波形に歪みを生
じてしまう。
In the above conventional circuit,
Since the impulse voltage generated at the moment when the switch 14 is turned on includes all frequencies, it is possible to drive piezoelectric elements having various resonance frequencies.
As a result, a voltage that vibrates (damps) is also applied to the piezoelectric element. As a result, when the frequency f does not coincide with the resonance frequency of the piezoelectric element, distortion occurs in the vibration waveform of the piezoelectric element.

【0011】この為、通常は、このfと圧電素子の共振
周波数を一致させるのだが、そうするとfの共振周波数
の圧電素子しかドライブできなくなってしまう。複数種
類の(すなわち、共振周波数が異なる)圧電素子をドラ
イブする為には、各圧電素子の共振周波数に応じた値の
L/C回路をそれぞれ用意して、その時々でドライブす
る圧電素子に対応するL/C回路に切換える回路構成と
する必要があり、回路が冗長化してしまう。
For this reason, usually, the resonance frequency of f is made to coincide with the resonance frequency of the piezoelectric element. However, in this case, only the piezoelectric element having the resonance frequency of f can be driven. In order to drive a plurality of types of piezoelectric elements (that is, having different resonance frequencies), L / C circuits having values corresponding to the resonance frequencies of the respective piezoelectric elements are prepared, and the corresponding piezoelectric elements are driven at different times. It is necessary to adopt a circuit configuration for switching to an L / C circuit to perform the circuit, and the circuit becomes redundant.

【0012】また、従来の回路においても、上記一般的
に知られている手法と同様に、圧電素子間で送受信され
る波形(例えば超音波パルス波形)は、後述する図4
(b)に示すような、波数が多く、振幅がなだらかに増
減する波形である(理論的には未だはっきりしていない
が、立ち上がりのインパルス電圧一発でこのような波形
となることは、本発明の発明者が実際に確認してい
る)。このような波形に関しては、従来より一般的に、
トリガが掛かるタイミングがズレる可能性があることが
知られており、これを避けるために、波数を少なくした
り、トリガを掛けるべき波とその前後の波との振幅差を
大きくすることが要望されている。
In a conventional circuit, a waveform (for example, an ultrasonic pulse waveform) transmitted and received between piezoelectric elements is also similar to the above-described generally known technique.
This is a waveform having a large wave number and a gradual increase and decrease in amplitude as shown in (b) (theoretically, although it is not clear yet, such a waveform can be obtained by one rising impulse voltage). The inventor of the invention has actually confirmed). For such a waveform, generally,
It is known that the timing of triggering may be shifted, and in order to avoid this, it is desired to reduce the number of waves or to increase the amplitude difference between the wave to be triggered and the waves before and after it. ing.

【0013】本発明の課題は、圧電素子の共振周波数に
依らずに単一のパルスで圧電素子を駆動でき、またこの
単一のパルスのパルス幅を自由に設定できることより、
例えば受信側で正常なタイミングでトリガを掛けるのに
適した波形を生成できる圧電素子ドライバ、その駆動方
法を提供することである。
An object of the present invention is to drive a piezoelectric element with a single pulse independently of the resonance frequency of the piezoelectric element and to freely set the pulse width of this single pulse.
For example, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric element driver capable of generating a waveform suitable for triggering at a normal timing on a receiving side, and a driving method thereof.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明による圧電素子ド
ライバは、圧電素子を駆動するドライバ回路であって、
少なくとも、その一端が電源に接続され他端がスイッチ
を介して地絡されている一次側巻線と、二次側の巻線と
より成るトランスと、該トランスの二次側に接続された
圧電素子と、ダイオードとツェナーダイオードとが直列
に接続されたものが該一次側巻線に並列に接続されたも
のであって、該ダイオードのアノードが前記スイッチ側
に、該ツェナーダイオードのアノードが前記電源側に接
続されるか、あるいは該ダイオードのカソードが前記電
源側に、該ツェナーダイオードのカソードが前記スイッ
チ側に接続された構成とし、前記スイッチのON時間、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧、及び前記ダイ
オードの順方向電圧を、前記圧電素子の共振波形に応じ
て設定する。
A piezoelectric element driver according to the present invention is a driver circuit for driving a piezoelectric element,
At least one end is connected to a power supply and the other end is grounded via a switch. A transformer including a primary side winding and a secondary side winding, and a piezoelectric connected to a secondary side of the transformer. An element, a diode and a Zener diode connected in series are connected in parallel to the primary winding, the anode of the diode being on the switch side, and the anode of the Zener diode being connected to the power supply. Or the cathode of the diode is connected to the power supply side, and the cathode of the Zener diode is connected to the switch side.
A zener voltage of the zener diode and a forward voltage of the diode are set according to a resonance waveform of the piezoelectric element.

【0015】上記構成とすることにより、圧電素子の共
振波形に依らずに単一のパルスで圧電素子を駆動できる
ようになる。更に、上記の様に、前記スイッチのON時
間、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧、及び前記
ダイオードの順方向電圧を、前記圧電素子の共振波形に
応じて設定することにより、様々な効果を奏する。
With the above configuration, the piezoelectric element can be driven by a single pulse without depending on the resonance waveform of the piezoelectric element. Further, as described above, various effects can be obtained by setting the ON time of the switch, the Zener voltage of the Zener diode, and the forward voltage of the diode according to the resonance waveform of the piezoelectric element.

【0016】例えば、前記スイッチのON時間を、前記
圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダ
イオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧
の合計を、前記電源の電圧と一致させるように設定する
ことにより、数度に渡り圧電素子の共振波形を強化(加
速)させることができ、従来より強く圧電素子を駆動で
きるようになる。
For example, the ON time of the switch is set to half the period of the resonance waveform of the piezoelectric element, and the sum of the Zener voltage of the Zener diode and the forward voltage of the diode is made to match the voltage of the power supply. By setting, the resonance waveform of the piezoelectric element can be strengthened (accelerated) over several degrees, and the piezoelectric element can be driven more strongly than before.

【0017】また、例えば、前記スイッチのON時間
を、前記圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツ
ェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順
方向電圧の合計を、前記電源の電圧の半分とするように
設定することにより、圧電素子の共振波形を、加速した
後減速するように駆動制御できる。このようにすると、
波の数が少なく且つその前後の波との振幅差が大きい波
を生成することができ、この波にトリガを掛けるように
すれば、例えば伝播時間等を正確に測定することができ
るようになる。
Further, for example, the ON time of the switch is set to half of the period of the resonance waveform of the piezoelectric element, and the sum of the Zener voltage of the Zener diode and the forward voltage of the diode is set to half of the voltage of the power supply. By performing the setting, the drive waveform can be controlled so that the resonance waveform of the piezoelectric element is accelerated and then decelerated. This way,
A wave having a small number of waves and a large difference in amplitude from the waves before and after the wave can be generated. If this wave is triggered, for example, the propagation time can be accurately measured. .

【0018】次に、本発明による他の圧電素子ドライバ
は、上記圧電素子ドライバにおいて、更に、前記ツェナ
ーダイオードに並列に接続された第2のスイッチを設け
た構成であり、該第2のスイッチは、前記スイッチをO
Nする前にONしておき、前記スイッチをOFFした後
所定時間遅れてOFF制御される。
Next, another piezoelectric element driver according to the present invention is the above-mentioned piezoelectric element driver, further comprising a second switch connected in parallel to the Zener diode, wherein the second switch is , Switch the switch to O
It is turned on before N, and is turned off with a predetermined time delay after the switch is turned off.

【0019】そして、例えば、前記スイッチのON時間
を、前記圧電素子の共振波形の周期の1/2とし、前記
ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの
順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させ、前記
スイッチがOFFとなってから前記周期の1/2の時間
経過後に、前記第2のスイッチをOFFするように設定
/制御することにより、圧電素子の共振波形を、加速し
た後により強力に減速することができる。
Then, for example, the ON time of the switch is set to の of the period of the resonance waveform of the piezoelectric element, and the sum of the Zener voltage of the Zener diode and the forward voltage of the diode is calculated as the voltage of the power supply. The resonance waveform of the piezoelectric element is accelerated by setting / control so that the second switch is turned off after a lapse of a half of the cycle since the switch is turned off. Can slow down strongly.

【0020】本発明による圧電素子の駆動方法は、正の
印加電圧と該正の印加電圧に続く負の印加電圧を、駆動
対象の圧電素子の共振波形に合わせて、該共振波形を加
速させた後減速させるタイミングで印加する。
In the method of driving a piezoelectric element according to the present invention, a positive applied voltage and a negative applied voltage following the positive applied voltage are adjusted to the resonance waveform of the piezoelectric element to be driven, and the resonance waveform is accelerated. It is applied at the timing of deceleration afterwards.

【0021】あるいは、正の印加電圧と該正の印加電圧
から所定時間遅れた負の印加電圧を、駆動対象の圧電素
子の共振波形に合わせて、該共振波形を加速させた後に
2回減速させるタイミングで印加する。
Alternatively, a positive applied voltage and a negative applied voltage delayed by a predetermined time from the positive applied voltage are adjusted to the resonance waveform of the piezoelectric element to be driven, and the resonance waveform is accelerated and then decelerated twice. Apply at the timing.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を説明する。図1(a)、(b)は、本
例による圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図で
ある。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating an example of a circuit configuration of a piezoelectric element driver according to the present embodiment.

【0023】図1(a)に示す回路では、圧電素子1
は、トランス二次巻線2bに接続され、トランス2で昇
圧された電圧(圧電素子印加電圧V2 )により駆動され
る。トランス一次巻線2aは、その一端が電源4に接続
され、他端がスイッチ3により地絡できる構成となって
いる。
In the circuit shown in FIG.
Is connected to the transformer secondary winding 2b and is driven by the voltage (piezoelectric element applied voltage V2) boosted by the transformer 2. One end of the transformer primary winding 2a is connected to the power supply 4 and the other end can be grounded by the switch 3.

【0024】そして、ダイオード5とツェナーダイオー
ド6が直列に接続されたものが、トランス一次巻線2a
に並列に接続されており、ツェナーダイオード6のアノ
ードが電源4側に、ダイオード5のアノードがスイッチ
3側に接続されている。
The diode 5 and the Zener diode 6 are connected in series to form the transformer primary winding 2a.
The anode of the Zener diode 6 is connected to the power supply 4 side, and the anode of the diode 5 is connected to the switch 3 side.

【0025】図1(b)は他の回路構成例を示す図であ
り、その動作は図1(a)の回路と同じである。図1
(b)に示す回路でも、圧電素子1は、トランス二次巻
線2bに接続され、トランス2で昇圧された電圧により
駆動され、トランス一次巻線2aは、その一端が電源4
に接続され、他端がスイッチ3により地絡できる構成と
なっている。
FIG. 1B is a diagram showing another example of the circuit configuration, and its operation is the same as that of the circuit of FIG. 1A. FIG.
In the circuit shown in (b), the piezoelectric element 1 is connected to the transformer secondary winding 2b and is driven by the voltage boosted by the transformer 2. One end of the transformer primary winding 2a is
And the other end can be grounded by the switch 3.

【0026】図1(b)に示す回路では、ダイオード5
とツェナーダイオード6の接続構成が、図1(a)と異
なっている。すなわち、ダイオード5とツェナーダイオ
ード6が直列に接続されたものが、トランス一次巻線2
aに並列に接続されており、ダイオード5のカソードが
電源4側に、ツェナーダイオード6のカソードがスイッ
チ3側に接続されている。
In the circuit shown in FIG.
1 and FIG. 2A is different from FIG. That is, the diode 5 and the Zener diode 6 connected in series are connected to the transformer primary winding 2.
a, the cathode of the diode 5 is connected to the power supply 4 side, and the cathode of the Zener diode 6 is connected to the switch 3 side.

【0027】尚、図1(a)、(b)とも、トランス2
の一次巻線2aのインダクタンスはL1 、電源4の電圧
はV1 、ダイオード5の順方向電圧VF 、ツェナーダイ
オード6のツェナー電圧はVz とする。また、トランス
2の一次巻線と二次巻線の巻数比は1:Nとする図2
(a)〜(c)は、図1の回路の動作の一例を説明する
為の図である。
1 (a) and 1 (b), the transformer 2
The inductance of the primary winding 2a is L1, the voltage of the power supply 4 is V1, the forward voltage VF of the diode 5, and the zener voltage of the zener diode 6 is Vz. The ratio of the number of turns between the primary winding and the secondary winding of the transformer 2 is 1: N.
(A)-(c) is a figure for demonstrating an example of operation | movement of the circuit of FIG.

【0028】尚、上記の通り、図1(a)と図1(b)
の動作は同じである。まず、通常、スイッチ3はOFF
状態である。この状態では、トランス一次巻線2aには
電流は流れないので、トランス二次巻線2bには電圧は
発生しない。よって、圧電素子1は駆動されない。
As described above, FIGS. 1 (a) and 1 (b)
Is the same. First, normally, switch 3 is OFF
State. In this state, since no current flows through the transformer primary winding 2a, no voltage is generated on the transformer secondary winding 2b. Therefore, the piezoelectric element 1 is not driven.

【0029】圧電素子1を駆動するときには、不図示の
制御部により、スイッチ3をton時間だけONする(図
2(a))。スイッチ3がONされた瞬間から、トラン
ス一次巻線2aには、図2(b)に示すように、時間と
共に傾きV1 /L1 で増加する電流I1 が流れ始める。
このとき、トランス二次巻線2bには、圧電素子印加電
圧V2 として一定電圧N・V1 が発生し、圧電素子1に
印加される。
When driving the piezoelectric element 1, the control unit (not shown) turns on the switch 3 for ton time (FIG. 2 (a)). From the moment when the switch 3 is turned on, a current I1, which increases with a gradient V1 / L1 with time, starts flowing in the transformer primary winding 2a as shown in FIG. 2 (b).
At this time, a constant voltage N · V1 is generated in the transformer secondary winding 2b as the piezoelectric element applied voltage V2 and applied to the piezoelectric element 1.

【0030】ton時間後、スイッチ3がOFFされる
と、トランス一次巻線2aには逆起電力が発生し、ダイ
オード5を通して転流電流が流れる。このとき、トラン
ス一次巻線2aに流れる電流I1 は、トランス二次巻線
2bの負荷が圧電素子1のみであるのでほぼ無視できる
ので、スイッチがOFFした瞬間から連続的に、傾き−
(Vz +VF )/L1 で減少していく(Vz ;ツェナー
ダイオード6のツェナー電圧、VF ;ダイオード5の順
方向電圧)。
When the switch 3 is turned off after the ton time, a counter electromotive force is generated in the primary winding 2a of the transformer, and a commutation current flows through the diode 5. At this time, the current I1 flowing through the transformer primary winding 2a is almost negligible since the load on the transformer secondary winding 2b is only the piezoelectric element 1, and therefore, the slope I-I continuously changes from the moment when the switch is turned off.
(Vz + VF) / L1 (Vz: Zener voltage of Zener diode 6, VF: Forward voltage of diode 5).

【0031】トランス二次巻線2bには、電流I1 が0
(ゼロ)になるまで逆起電力−N・(Vz +VF )が発
生する。その時間tb は、ton・V1 /(Vz +VF )
となる。
The current I1 is set to 0 in the transformer secondary winding 2b.
Until (zero), back electromotive force -N. (Vz + VF) is generated. The time tb is ton · V1 / (Vz + VF)
Becomes

【0032】この結果、圧電素子1には、図2(c)に
示すように、幅ton、電圧N・V1のパルス電圧と、幅
tb =ton・V1 /(Vz +VF )、電圧=−N・(V
z +VF )のパルス電圧が印加される。このパルス電圧
には、従来のようなLとCで決まる共振波形は発生しな
いので、純粋にパルス電圧で圧電素子1を駆動できる。
これにより、圧電素子1の振動波形に余計な歪みが生じ
ないようになる。
As a result, as shown in FIG. 2C, the piezoelectric element 1 has a pulse voltage of width ton, voltage N.V1, a width tb = ton.V1 / (Vz + VF), and voltage = -N.・ (V
z + VF). Since the resonance waveform determined by L and C does not occur in this pulse voltage, the piezoelectric element 1 can be driven purely by the pulse voltage.
As a result, unnecessary distortion does not occur in the vibration waveform of the piezoelectric element 1.

【0033】次に、上記回路の応用について説明する。
上記ドライバ回路を用いれば、上述した不図示の制御部
からの制御信号により、上記幅ton、電圧N・V1 のパ
ルス電圧のパルス幅tonを、圧電素子1の共振周波数に
応じて自由に変えることができる。また、上記幅tb =
ton・V1 /(Vz +VF )、電圧=−N・(Vz +V
F )のパルス電圧のパルス幅も、Vz 、VF の値の設定
の仕方により、圧電素子1の共振周波数に応じて自由に
変えることができる。
Next, an application of the above circuit will be described.
If the above driver circuit is used, the width ton and the pulse width ton of the pulse voltage N · V1 can be freely changed according to the resonance frequency of the piezoelectric element 1 by a control signal from the above-mentioned control unit (not shown). Can be. Further, the width tb =
ton · V1 / (Vz + VF), voltage = −N · (Vz + V
The pulse width of the pulse voltage F) can also be freely changed according to the resonance frequency of the piezoelectric element 1 by setting the values of Vz and VF.

【0034】これにより圧電素子1から発信されるパル
ス(超音波パルス等)の波形を、特に超音波流量計等の
用途において測定に適した形にすることができるように
なる。詳しくは、以下に説明する。
As a result, the waveform of a pulse (ultrasonic pulse or the like) transmitted from the piezoelectric element 1 can be formed into a form suitable for measurement, particularly in applications such as an ultrasonic flowmeter. Details will be described below.

【0035】図3(a)〜(c)は、圧電素子の共振周
波数に応じてパルス幅ton、パルス幅tb (=ton・V
1 /(Vz +VF ))をどのように変えれば良いかを説
明する為の図である。
FIGS. 3A to 3C show the pulse width ton and the pulse width tb (= ton · V) according to the resonance frequency of the piezoelectric element.
It is a diagram for explaining how to change 1 / (Vz + VF)).

【0036】図3(a)には圧電素子の共振波形(周期
T)を示し、図3(b)、(c)には上記圧電素子に印
加するパルス電圧の例を示す。尚、図3(a)では、振
幅一定の波形を示しているが、実際の波形は後述するよ
うに振幅は変化する。
FIG. 3A shows the resonance waveform (period T) of the piezoelectric element, and FIGS. 3B and 3C show examples of the pulse voltage applied to the piezoelectric element. Although FIG. 3A shows a waveform having a constant amplitude, the amplitude of an actual waveform changes as described later.

【0037】まず、図3(a)の圧電素子の共振波形
は、図3(b)または(c)のパルス電圧の立ち上がり
で、その共振振動を開始する。すなわち、図3(b)、
(c)のパルス電圧の立ち上がりのようなステップ状の
波形はあらゆる周波数成分を含んでいるので、この立ち
上がりに同期して図3(a)のような共振波形がスター
トする。
First, the resonance waveform of the piezoelectric element shown in FIG. 3A starts its resonance oscillation at the rise of the pulse voltage shown in FIG. 3B or 3C. That is, FIG.
Since the step-like waveform such as the rise of the pulse voltage in (c) includes all frequency components, a resonance waveform as shown in FIG. 3A starts in synchronization with the rise.

【0038】そして、図3(b)では、図1の圧電素子
ドライバ回路において、パルス幅ton、パルス幅tb
(=ton・V1 /(Vz +VF ))の両方とも、圧電素
子1の共振周期Tの1/2となるように設定している
(ton=T/2にし、且つVz +VF =V1 に設定す
る)。すなわち、図3(a)の圧電素子の共振波形と位
相が一致するように設定してある。
In FIG. 3B, in the piezoelectric element driver circuit of FIG. 1, the pulse width ton and the pulse width tb
Both (= ton · V1 / (Vz + VF)) are set so as to be の of the resonance period T of the piezoelectric element 1 (set ton = T / 2, and set Vz + VF = V1). ). That is, the resonance waveform of the piezoelectric element shown in FIG.

【0039】このようにパルス幅を設定すると、図3
(a)の圧電素子1の共振波形の立ち下がりと、図3
(b)のパルス電圧の立ち下がりが一致するので
((イ)のタイミング)、圧電素子1の共振振動を強化
(加速)するように働く。更に、図3(a)の圧電素子
1の共振波形の立ち上がりと、図3(b)のパルス電圧
の立ち上がりが一致するので((ロ)のタイミング)、
圧電素子1の共振振動を更に強化(加速)するように働
く。
When the pulse width is set as described above, FIG.
FIG. 3A shows the fall of the resonance waveform of the piezoelectric element 1 and FIG.
Since the falling of the pulse voltage in (b) coincides (timing in (a)), it works to strengthen (accelerate) the resonance vibration of the piezoelectric element 1. Furthermore, since the rise of the resonance waveform of the piezoelectric element 1 in FIG. 3A coincides with the rise of the pulse voltage in FIG. 3B (timing (b)),
It works to further strengthen (accelerate) the resonance vibration of the piezoelectric element 1.

【0040】このようにすると、パルス電圧の最初の立
ち上がりで圧電素子1を駆動するだけでなく、その後の
パルス電圧の立ち下がりと立ち上がりで一回ずつ、共振
振動を加速するように働くので、立ち上がりのインパル
ス電圧のみで駆動する方法に比べ、より強く圧電素子を
駆動できる。
In this way, not only does the piezoelectric element 1 be driven at the first rise of the pulse voltage, but it also acts to accelerate the resonance vibration once at each of the subsequent fall and rise of the pulse voltage. The piezoelectric element can be driven more strongly than the method of driving only with the impulse voltage.

【0041】一方、図3(c)では、パルス幅tonは、
図3(b)と同様、圧電素子1の共振周期Tの1/2と
するが(ton=T/2)、パルス幅tb (=ton・V1
/(Vz +VF ))が圧電素子1の共振周期Tと同一と
なるように設定している(Vz +VF =V1 /2に設定
する)。
On the other hand, in FIG. 3C, the pulse width ton is
As in FIG. 3B, the resonance period T of the piezoelectric element 1 is set to 1 / (ton = T / 2), but the pulse width tb (= ton · V1).
/ (Vz + VF)) is set to be the same as the resonance period T of the piezoelectric element 1 (set to Vz + VF = V1 / 2).

【0042】このようにパルス幅を設定すると、図3
(a)の圧電素子1の共振波形の立ち下がりと、図3
(b)のパルス電圧の立ち下がりが一致するので
((イ)のタイミング)、圧電素子1の共振振動を強化
(加速)するように働く。
When the pulse width is set as described above, FIG.
FIG. 3A shows the fall of the resonance waveform of the piezoelectric element 1 and FIG.
Since the falling of the pulse voltage in (b) coincides (timing in (a)), it works to strengthen (accelerate) the resonance vibration of the piezoelectric element 1.

【0043】一方、上記のようにマイナス電圧のパルス
幅がTとなるように設定しているので、図3(a)の圧
電素子1の共振波形の立ち下がりと、図3(b)のパル
ス電圧の立ち上がりが同期するので((ハ)のタイミン
グ)、ここでは圧電素子1の共振振動を打ち消す(減速
する)ように働く。
On the other hand, since the pulse width of the negative voltage is set to T as described above, the falling of the resonance waveform of the piezoelectric element 1 in FIG. 3A and the pulse in FIG. Since the rises of the voltages are synchronized (timing (c)), it works to cancel (decelerate) the resonance vibration of the piezoelectric element 1 here.

【0044】このように、図3(c)では、加速と減速
の両方を行っている。図3(c)のように加速させて減
速させる駆動方法が有効である理由について、以下、図
4(a)〜(c)を参照して説明する。
Thus, in FIG. 3C, both acceleration and deceleration are performed. The reason why the driving method of accelerating and decelerating as shown in FIG. 3 (c) is effective will be described below with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c).

【0045】図4(a)は、圧電素子を用いる装置の一
例を示す図であり、送信側の圧電素子1Aと受信側の圧
電素子1Bとを対向させて配置し、圧電素子1Aを送信
回路(圧電素子ドライバ)により駆動して例えば超音波
等の振動を発生させ、受信側の圧電素子1Bでこれら圧
電素子1A−1B間に存在する媒質(例えば水道水、油
のような液体、あるいは都市ガス等の気体)を伝播して
きた振動を検出する構成を示してある。
FIG. 4A is a diagram showing an example of an apparatus using a piezoelectric element, in which a piezoelectric element 1A on the transmitting side and a piezoelectric element 1B on the receiving side are arranged to face each other, and the piezoelectric element 1A is connected to a transmitting circuit. (Piezoelectric element driver) to generate vibrations such as ultrasonic waves, and a medium (for example, liquid such as tap water or oil, or city) existing between the piezoelectric elements 1A and 1B in the receiving piezoelectric element 1B. FIG. 2 shows a configuration for detecting a vibration that has propagated through a gas such as a gas.

【0046】このような構成は、例えば超音波流量計等
で利用されている。超音波流量計では、一般に、測定対
象の流体の上流側から下流側に超音波を伝播させたとき
の伝播時間と、下流側から上流側に超音波を伝播させた
ときの伝播時間との違いから流速/流量等を算出する。
従って、対向させた圧電素子を交互に送信側/受信側と
切換えて測定を行うので、送信側の圧電素子1Aと受信
側の圧電素子1Bの共振周波数は、同じにすることが一
般的である。
Such a configuration is used, for example, in an ultrasonic flow meter or the like. Generally, in an ultrasonic flowmeter, the difference between the propagation time when the ultrasonic wave is propagated from the upstream side to the downstream side of the fluid to be measured and the propagation time when the ultrasonic wave is propagated from the downstream side to the upstream side. Calculate the flow velocity / flow rate from the above.
Therefore, the measurement is performed by alternately switching the opposing piezoelectric elements between the transmitting side and the receiving side, so that the resonance frequency of the transmitting side piezoelectric element 1A and the receiving side piezoelectric element 1B are generally the same. .

【0047】また、図示されていないが、圧電素子1を
レベル計に用いる構成では、圧電素子で発生した振動が
液面等で反射され、戻ってきた振動を送信に使用した圧
電素子自身で検出するのが一般的である。
Although not shown, in the configuration using the piezoelectric element 1 as a level meter, the vibration generated by the piezoelectric element is reflected on the liquid surface or the like, and the returned vibration is detected by the piezoelectric element itself used for transmission. It is common to do.

【0048】いずれにせよ、上記のような用途では、送
信側/受信側の圧電素子の共振周波数は一致するように
構成し、且つ超音波のような振動の伝播時間を測定する
ことで、流速、流量、液面レベル(水位)等を算出する
ようにしている。
In any case, in the above-mentioned application, the transmission / reception-side piezoelectric elements are configured to have the same resonance frequency, and by measuring the propagation time of vibration such as ultrasonic waves, the flow velocity is reduced. , The flow rate, the liquid level (water level) and the like are calculated.

【0049】図4(b)には、上記構成において、従来
の圧電素子ドライバを用いた場合に検出される受信波形
の例を示している(送信波形も波形自体は(振幅は違う
かもしれないが)ほぼ同じと考えてよい)。従来のドラ
イバにより圧電素子を駆動すると、発生する超音波等の
波形は、図示のように、なだらかに振幅が増大して、な
だらかに振幅が減衰していく波形となる(理論的には未
だはっきりしていないが、立ち上がりのインパルス電圧
一発でこのような波形となることは、本発明の発明者が
実際に確認している。また、この波形は、一般的に知ら
れている駆動方法により発生する波形とほぼ同じであ
る)。
FIG. 4 (b) shows an example of a reception waveform detected when a conventional piezoelectric element driver is used in the above configuration (the transmission waveform itself (the amplitude may be different). Can be considered almost the same). When the piezoelectric element is driven by the conventional driver, the waveform of the generated ultrasonic wave or the like becomes a waveform whose amplitude gradually increases and the amplitude gradually attenuates as shown in FIG. Although not shown, the inventor of the present invention has actually confirmed that such a waveform is generated by one rising impulse voltage, and this waveform is obtained by a generally known driving method. It is almost the same as the generated waveform).

【0050】ここで、上記伝播時間の測定は、送信側の
パルス電圧の立ち上がりから、受信側の受信波形がある
トリガレベルを越えたことを検出するときまでを測定す
るのが一般的である。トリガレベルは、予め第何波目の
波形を検出するのか決めて、これに合わせて設定する。
例えば、図示のように第4〜5波目で最大振幅に達する
ような波形において第3波目でトリガが掛かるようにト
リガレベルを設定した場合(別に第4波目等にしてもよ
いが)、図示のようになだらかに振幅が大きくなってい
く波形では、ちょっとした波形変動によって第3波目以
外(普通は第2波か第4波)でトリガが掛かってしまう
危険性が大きい。そうなると、共振周波数の周期分だけ
伝播時間測定結果に誤差が生じ、正確な測定ができな
い。
Here, the propagation time is generally measured from the rise of the pulse voltage on the transmission side to the time when it is detected that the reception waveform on the reception side has exceeded a certain trigger level. The trigger level is determined in advance as to what number of waveform is to be detected, and is set in accordance with this.
For example, as shown in the figure, when the trigger level is set so that a trigger is activated at the third wave in a waveform that reaches the maximum amplitude at the fourth and fifth waves (although the fourth wave may be set separately). In the case of a waveform whose amplitude gradually increases as shown in the figure, there is a great risk that a slight waveform change will trigger a trigger other than the third wave (usually the second or fourth wave). Then, an error occurs in the propagation time measurement result by the period of the resonance frequency, and accurate measurement cannot be performed.

【0051】一方、図1の圧電素子ドライバを用いて、
図3(c)に示すパルス電圧を圧電素子に印加した場
合、図4(c)に上側に示すような超音波波形が得られ
るようになる。すなわち、まず上記(イ)の加速が行わ
れることで図示のように超音波波形の第2波の振幅は、
第1波から急激に大きくなる。次に、上記(ハ)の減速
が行われることで、第3波の振幅は、急激に小さくな
る。
On the other hand, using the piezoelectric element driver of FIG.
When the pulse voltage shown in FIG. 3C is applied to the piezoelectric element, an ultrasonic waveform as shown in the upper part of FIG. 4C can be obtained. That is, first, the acceleration of the above (a) is performed so that the amplitude of the second wave of the ultrasonic waveform becomes
It increases rapidly from the first wave. Next, by performing the deceleration described in (c), the amplitude of the third wave sharply decreases.

【0052】このような波形の第2波に対して、例えば
図示の様なトリガレベルを設定しておけば、何等かの影
響で波形が多少変動したとしても、隣の波との振幅差が
大きいので、誤って第2波以外(第1波か第3波)でト
リガが掛かってしまう可能性は極めて低くなり、安定し
てトリガを掛けることができる。
For example, if a trigger level as shown in the drawing is set for the second wave of such a waveform, even if the waveform slightly fluctuates due to any influence, the amplitude difference between the adjacent wave and the adjacent wave will be small. Since it is large, the possibility that a trigger is erroneously applied to a wave other than the second wave (the first wave or the third wave) is extremely low, and the trigger can be stably applied.

【0053】このように、圧電素子を、上記のような伝
播時間を測定するような用途に用いる場合には、図3
(c)のように加速した後減速するような位相関係の駆
動制御方法が有効となる。
When the piezoelectric element is used for measuring the propagation time as described above, as shown in FIG.
A drive control method having a phase relationship in which acceleration is followed by deceleration as in (c) is effective.

【0054】続いて、他の実施例について説明する。図
5は、他の実施例による圧電素子ドライバの回路構成の
一例を示す図である。
Next, another embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a piezoelectric element driver according to another embodiment.

【0055】同図において、図1(a)と同じ構成につ
いては同一符号を付して、その説明は省略する。図1
(a)の回路と異なるのは、スイッチ7がツェナーダイ
オード6に並列に接続されている点である。
In the figure, the same components as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. FIG.
The difference from the circuit of (a) is that the switch 7 is connected to the Zener diode 6 in parallel.

【0056】図6は、図5の回路の動作を説明する為の
図である。まず、通常、スイッチ3はOFF状態であ
る。この状態では、トランス一次巻線2aには電流は流
れないので、トランス二次巻線2bには電圧は発生しな
い。よって、圧電素子1は駆動されない。また、スイッ
チ7は、図6(b)のように、圧電素子を駆動する前に
オンしておく。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. First, normally, the switch 3 is in an OFF state. In this state, since no current flows through the transformer primary winding 2a, no voltage is generated on the transformer secondary winding 2b. Therefore, the piezoelectric element 1 is not driven. The switch 7 is turned on before driving the piezoelectric element as shown in FIG.

【0057】圧電素子1を駆動するときには、不図示の
制御部により、スイッチ3がton時間だけONされる
(図6(a))。スイッチ3がONされた瞬間から、ト
ランス一次巻線2aには、図6(c)に示すように、時
間と共に傾きV1 /L1 で増加する電流I1 が流れ始め
る。このとき、トランス二次巻線2bには、一定電圧N
・V1 が出力され、圧電素子1に印加される。
When driving the piezoelectric element 1, the control unit (not shown) turns on the switch 3 for a time ton (FIG. 6A). From the moment when the switch 3 is turned on, a current I1, which increases with a gradient V1 / L1 with time, starts flowing in the transformer primary winding 2a as shown in FIG. 6 (c). At this time, a constant voltage N is applied to the transformer secondary winding 2b.
V1 is output and applied to the piezoelectric element 1.

【0058】ton時間後、スイッチ3がOFFされる
と、トランス一次巻線2aには逆起電力が発生し、ダイ
オード5とスイッチ7を通して転流電流が流れる。この
とき、トランス一次巻線2aに流れる電流I1 は、トラ
ンス二次巻線2bの負荷が圧電素子1のみであるのでほ
ぼ無視できるので、スイッチがOFFした瞬間から連続
的に、傾き−VF /L1 で減少していく。このとき、ト
ランス二次巻線2bには、一定電圧−N・VF が出力さ
れ、圧電素子1に印加される。
When the switch 3 is turned off after the ton time, a back electromotive force is generated in the primary winding 2a of the transformer, and a commutation current flows through the diode 5 and the switch 7. At this time, the current I1 flowing through the transformer primary winding 2a is almost negligible since the load on the transformer secondary winding 2b is only the piezoelectric element 1, so that the gradient -VF / L1 is continuously obtained from the moment when the switch is turned off. It decreases with. At this time, a constant voltage −N · VF is output to the transformer secondary winding 2 b and applied to the piezoelectric element 1.

【0059】スイッチ3がオフされた後td 時間後に、
図示されていない制御部により、今度はスイッチ7がオ
フされる(図6(b))。これにより、トランス一次巻
線2aに流れている転流電流は、ダイオード5とツェナ
ーダイオード6を通して流れるように変化する。このと
き、トランス一次巻線2aに流れる電流I1 は、連続的
に、傾き−(Vz +VF )/L1 で減少するように変化
する(Vz ;ツェナーダイオード6のツェナー電圧、V
F ;ダイオード5の順方向電圧)。
At time td after the switch 3 is turned off,
The switch 7 is turned off this time by a control unit (not shown) (FIG. 6B). As a result, the commutation current flowing in the transformer primary winding 2a changes so as to flow through the diode 5 and the Zener diode 6. At this time, the current I1 flowing through the transformer primary winding 2a continuously changes so as to decrease at a slope of-(Vz + VF) / L1 (Vz; the Zener voltage of the Zener diode 6, V
F: forward voltage of the diode 5).

【0060】また、トランス二次巻線2bには、一定電
圧−N・(Vz +VF )が発生するようになり、これが
圧電素子1に印加される。その時間tc は、td がton
とほぼ同じ程度の値であり且つV1 、Vz ≫VF なら
ば、約(tc ≒)ton・V1 (Vz +VF )となる。
Further, a constant voltage −N · (Vz + VF) is generated in the transformer secondary winding 2 b and is applied to the piezoelectric element 1. At that time tc, td becomes ton
If V1 and Vz≫VF, the value is about (tcon) ton · V1 (Vz + VF).

【0061】この結果、圧電素子1には、図6(d)に
示すように、幅ton、電圧N・V1のパルス電圧と、そ
れから時間td だけ遅れて、 幅tc ≒ton・V1 /(Vz +VF ) 電圧=−N・(Vz +VF ) のマイナスのパルス電圧が印加される。このパルス電圧
には、従来のようなLとCで決まる共振波形は発生しな
いので、純粋にパルス電圧で圧電素子1を駆動できる。
これにより、圧電素子1の振動波形に余計な歪みが生じ
ないようになる。
As a result, as shown in FIG. 6D, the piezoelectric element 1 has a pulse voltage having a width ton and a voltage N.V1 and a time delay td from the pulse voltage, and the width tc ≒ ton.V1 / (Vz + VF) A negative pulse voltage of voltage = -N ・ (Vz + VF) is applied. Since the resonance waveform determined by L and C does not occur in this pulse voltage, the piezoelectric element 1 can be driven purely by the pulse voltage.
As a result, unnecessary distortion does not occur in the vibration waveform of the piezoelectric element 1.

【0062】尚、スイッチ3がオフされた後td 時間の
間、トランス二次巻線2bには、電流I1 が0(ゼロ)
になるまで逆起電力−N・VF が発生するが、一般にV
≫VF なのでほとんど無視できる。
During the time td after the switch 3 is turned off, the current I1 is supplied to the transformer secondary winding 2b as 0 (zero).
Back electromotive force -N.VF occurs until
Since it is ≫VF, it can be almost ignored.

【0063】次に、上記回路の応用について説明する。
上記ドライバ回路を用いれば、上述した不図示の制御部
からの制御信号により(更に、Vz 、VF の値の設定の
仕方により)、上記パルス幅ton、パルス幅tc を任意
に変えることができると共に、パルス幅tc のマイナス
のパルス電圧の発生タイミングを時間td だけ遅らすこ
とができるので、図1の回路により得られる上述した効
果を、更に強化することができる。詳しくは、以下に説
明する。
Next, application of the above circuit will be described.
When the driver circuit is used, the pulse width ton and the pulse width tc can be arbitrarily changed by a control signal from the control unit (not shown) (further, by setting the values of Vz and VF). Since the generation timing of the negative pulse voltage having the pulse width tc can be delayed by the time td, the above-mentioned effect obtained by the circuit of FIG. 1 can be further enhanced. Details will be described below.

【0064】図7(a)、(b)は、圧電素子の共振周
波数に応じてパルス幅ton、tc 、及び遅れ時間td を
どのように変化させれば良いかを説明する為の図であ
る。図7(a)には圧電素子の共振波形を示し、図7
(b)には上記圧電素子に印加するパルス電圧の例を示
す。
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining how to change the pulse widths ton and tc and the delay time td according to the resonance frequency of the piezoelectric element. . FIG. 7A shows a resonance waveform of the piezoelectric element.
(B) shows an example of a pulse voltage applied to the piezoelectric element.

【0065】まず、図7(b)に示す上記圧電素子に印
加するパルス電圧の立ち上がりで、図7(a)に示すよ
うに圧電素子1は共振振動を開始する。図7(b)に示
すパルス電圧は、パルス幅ton、遅れ時間td とも、圧
電素子の共振周期Tの1/2となるように、不図示の制
御部がスイッチ3及びスイッチ7をON/OFF制御し
た結果である(尚、不図示の制御部には、予め、制御対
象の圧電素子の共振周期Tの値が設定/入力されている
ものとする)。
First, at the rise of the pulse voltage applied to the piezoelectric element shown in FIG. 7B, the piezoelectric element 1 starts resonance oscillation as shown in FIG. 7A. The control unit (not shown) turns on and off the switch 3 and the switch 7 so that the pulse voltage shown in FIG. This is the result of the control (note that the value of the resonance period T of the piezoelectric element to be controlled is set / input to the control unit (not shown) in advance).

【0066】更に、(Vz +VF )=V1 となるように
設定しており、これにより、幅tc≒ton・V1 /(Vz
+VF )=tonとなる。すなわち、幅tc もT/2と
なるように設定されている。
Further, it is set so that (Vz + VF) = V1, whereby the width tc ≒ ton · V1 / (Vz
+ VF) = ton. That is, the width tc is also set to be T / 2.

【0067】このようなパルス電圧により圧電素子1を
駆動すると、図7(a)、(b)に示す通り、まず、圧
電素子の共振波形の最初の立ち下がりと、幅tonのパル
ス電圧の立ち下がりとが一致するので((ニ)のタイミ
ング)、圧電素子の振動を加速するように働く。次に、
圧電素子の共振波形の2度目の立ち上がりと、幅tcの
負のパルス電圧の立ち下がりが同期するので((ホ)の
タイミング)、圧電素子の共振振動を打ち消す(減速)
ように働く。この減速は、圧電素子の共振波形の2度目
の立ち下がりと、幅tc の負のパルス電圧の立ち上がり
((ヘ)のタイミング)においても行われるので、より
強力に減速されることになる。
When the piezoelectric element 1 is driven by such a pulse voltage, first, as shown in FIGS. 7A and 7B, the first falling of the resonance waveform of the piezoelectric element and the rising of the pulse voltage having the width ton. Since the falling coincides with the timing (timing (d)), it works to accelerate the vibration of the piezoelectric element. next,
Since the second rise of the resonance waveform of the piezoelectric element and the fall of the negative pulse voltage having the width tc are synchronized (timing (e)), the resonance vibration of the piezoelectric element is canceled (deceleration).
Work like that. This deceleration is also performed at the second fall of the resonance waveform of the piezoelectric element and at the rise (timing (f)) of the negative pulse voltage having the width tc, so that the deceleration is further enhanced.

【0068】このように加速した後減速するような駆動
方法が、伝播時間を測定する用途に有効なのは、上述し
た説明の通りである。
As described above, the driving method of accelerating and then decelerating is effective for measuring the propagation time.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
圧電素子ドライバ、その駆動方法によれば、任意のパル
ス幅の正/負の電圧パルス一組を圧電素子に印加するこ
とが可能となり、任意の共振周波数の圧電素子に対応で
きる。
As described above in detail, according to the piezoelectric element driver and the driving method of the present invention, it is possible to apply a pair of positive / negative voltage pulses having an arbitrary pulse width to the piezoelectric element. Thus, a piezoelectric element having an arbitrary resonance frequency can be handled.

【0070】このとき、この正/負の電圧パルスのパル
ス幅を両方とも、圧電素子の共振周波数の周期(共振周
期)の1/2とした場合には、従来の回路に比べずっと
強く圧電素子を駆動することができる。
At this time, when the pulse width of both the positive and negative voltage pulses is set to 1 / of the period of the resonance frequency (resonance period) of the piezoelectric element, the piezoelectric element is much stronger than the conventional circuit. Can be driven.

【0071】また、正の電圧パルスのパルス幅を圧電素
子の共振周期の1/2とし、負の電圧パルスのパルス幅
を圧電素子の共振周期と同じにした場合には、伝播時間
を測定することで計測を行う用途に特に適した波形を得
ることができる。
When the pulse width of the positive voltage pulse is set to の of the resonance period of the piezoelectric element and the pulse width of the negative voltage pulse is set to be equal to the resonance period of the piezoelectric element, the propagation time is measured. This makes it possible to obtain a waveform that is particularly suitable for use in performing measurement.

【0072】また、本発明による他の圧電素子ドライバ
によれば、任意のパルス幅の正/負の電圧パルス一組
を、負の電圧パルスの発生タイミングを任意に遅らせて
(任意の遅れ時間を持たせて)、圧電素子に印加するこ
とが可能となり、任意の共振周波数の圧電素子に対応で
きると共に、上記正のパルス幅、負のパルス幅、及び遅
れ時間の全てを圧電素子の共振周期の1/2とした場合
には、上記伝播時間を測定することで計測を行う用途に
特に適した波形を得ることができるという効果が更に顕
著になる。
Further, according to another piezoelectric element driver according to the present invention, a set of positive / negative voltage pulses having an arbitrary pulse width is arbitrarily delayed by arbitrarily delaying the generation timing of the negative voltage pulse (an arbitrary delay time is set). ), It is possible to apply to the piezoelectric element, and it is possible to cope with the piezoelectric element having an arbitrary resonance frequency, and to set all of the positive pulse width, the negative pulse width, and the delay time to the resonance cycle of the piezoelectric element In the case of 1 /, the effect of obtaining a waveform particularly suitable for the purpose of performing measurement by measuring the above-mentioned propagation time becomes more remarkable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)、(b)は、本例による圧電素子ドライ
バの回路構成の一例を示す図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating an example of a circuit configuration of a piezoelectric element driver according to the present embodiment.

【図2】(a)〜(c)は、図1の回路の動作の一例を
説明する為の図である。
FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining an example of the operation of the circuit in FIG. 1;

【図3】(a)〜(c)は、圧電素子の共振周波数に応
じてパルス幅をどのように設定すれば良いかを説明する
為の図である。
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining how to set a pulse width according to a resonance frequency of a piezoelectric element.

【図4】(a)〜(c)は、図3(c)のような駆動方
法が有効である理由を説明する為の図である。
FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining the reason why the driving method shown in FIG. 3C is effective.

【図5】他の実施例による圧電素子ドライバの回路構成
の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a piezoelectric element driver according to another embodiment.

【図6】(a)〜(d)は、図5の回路の動作を説明す
る為の図である。
FIGS. 6A to 6D are diagrams for explaining the operation of the circuit in FIG. 5;

【図7】(a)、(b)は、圧電素子の共振周波数に応
じてパルス幅及び遅れ時間をどのように設定すれば良い
かを説明する為の図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining how to set a pulse width and a delay time according to a resonance frequency of a piezoelectric element.

【図8】従来の圧電素子ドライバの回路構成の一例を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a conventional piezoelectric element driver.

【図9】(a)、(b)は、図8の回路の動作の一例を
説明する為の図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining an example of the operation of the circuit in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子 2 トランス 2a トランス一次巻線 2b トランス二次巻線 3 スイッチ 4 電源 5 ダイオード 6 ツェナーダイオード 7 スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Transformer 2a Transformer primary winding 2b Transformer secondary winding 3 Switch 4 Power supply 5 Diode 6 Zener diode 7 Switch

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電素子を駆動するドライバ回路であっ
て、 少なくとも、その一端が電源に接続され他端がスイッチ
を介して地絡されている一次側巻線と、二次側の巻線と
より成るトランスと、 該トランスの二次側に接続された圧電素子と、 ダイオードとツェナーダイオードとが直列に接続された
ものが該一次側巻線に並列に接続されたものであって、
該ダイオードのアノードが前記スイッチ側に、該ツェナ
ーダイオードのアノードが前記電源側に接続されるか、
あるいは該ダイオードのカソードが前記電源側に、該ツ
ェナーダイオードのカソードが前記スイッチ側に接続さ
れた構成とし、 前記スイッチのON時間、前記ツェナーダイオードのツ
ェナー電圧、及び前記ダイオードの順方向電圧を、前記
圧電素子の共振波形に応じて設定することを特徴とする
圧電素子ドライバ。
1. A driver circuit for driving a piezoelectric element, comprising: a primary winding having at least one end connected to a power supply and the other end grounded via a switch; And a piezoelectric element connected to the secondary side of the transformer, a diode and a Zener diode connected in series, connected in parallel to the primary winding,
Whether the anode of the diode is connected to the switch and the anode of the Zener diode is connected to the power supply,
Alternatively, the cathode of the diode is connected to the power supply side, and the cathode of the zener diode is connected to the switch side. The ON time of the switch, the zener voltage of the zener diode, and the forward voltage of the diode are A piezoelectric element driver which is set according to a resonance waveform of a piezoelectric element.
【請求項2】 前記スイッチのON時間を、前記圧電素
子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオー
ドのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計
を、前記電源の電圧と一致させたことを特徴とする請求
項1記載の圧電素子ドライバ。
2. The method according to claim 1, wherein an ON time of the switch is set to a half of a cycle of a resonance waveform of the piezoelectric element, and a sum of a Zener voltage of the Zener diode and a forward voltage of the diode is made equal to a voltage of the power supply. The piezoelectric element driver according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記スイッチのON時間を、前記圧電素
子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオー
ドのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計
を、前記電源の電圧の半分としたことを特徴とする請求
項1記載の圧電素子ドライバ。
3. An on-time of the switch is set to a half of a cycle of a resonance waveform of the piezoelectric element, and a sum of a Zener voltage of the Zener diode and a forward voltage of the diode is set to a half of a voltage of the power supply. The piezoelectric element driver according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記ツェナーダイオードに並列に接続さ
れた第2のスイッチを更に設け、 該第2のスイッチは、前記スイッチをONする前にON
しておき、前記スイッチをOFFした後所定時間遅れて
OFF制御されることを特徴とする請求項1記載の圧電
素子ドライバ。
A second switch connected in parallel to said Zener diode, wherein said second switch is turned on before said switch is turned on.
2. The piezoelectric element driver according to claim 1, wherein the switch is turned off with a delay of a predetermined time after the switch is turned off.
【請求項5】 前記スイッチのON時間を、前記圧電素
子の共振波形の周期の1/2とし、 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオー
ドの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させ、 前記スイッチがOFFとなってから前記周期の1/2の
時間経過後に、前記第2のスイッチをOFFすることを
特徴とする請求項4記載の圧電素子ドライバ。
5. An on-time of the switch is set to a half of a cycle of a resonance waveform of the piezoelectric element, and a sum of a Zener voltage of the Zener diode and a forward voltage of the diode is made equal to a voltage of the power supply. 5. The piezoelectric element driver according to claim 4, wherein the second switch is turned off after a lapse of a half of the period from when the switch is turned off.
【請求項6】 圧電素子の駆動方法であって、 正の印加電圧と該正の印加電圧に続く負の印加電圧を、
駆動対象の圧電素子の共振波形に合わせて、該共振波形
を加速させた後減速させるタイミングで印加することを
特徴とする駆動方法。
6. A method for driving a piezoelectric element, comprising: applying a positive applied voltage and a negative applied voltage subsequent to the positive applied voltage,
A driving method characterized in that the resonance waveform is applied at a timing of accelerating and then decelerating the resonance waveform in accordance with the resonance waveform of the piezoelectric element to be driven.
【請求項7】 圧電素子の駆動方法であって、 正の印加電圧と該正の印加電圧から所定時間遅れた負の
印加電圧を、駆動対象の圧電素子の共振波形に合わせ
て、該共振波形を加速させた後に2回減速させるタイミ
ングで印加することを特徴とする駆動方法。
7. A method for driving a piezoelectric element, comprising: applying a positive applied voltage and a negative applied voltage delayed by a predetermined time from the positive applied voltage to a resonance waveform of a piezoelectric element to be driven. A driving method characterized in that the voltage is applied at a timing of decelerating twice after accelerating.
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