JP2013120088A - Ultrasonic sensor - Google Patents
Ultrasonic sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013120088A JP2013120088A JP2011267226A JP2011267226A JP2013120088A JP 2013120088 A JP2013120088 A JP 2013120088A JP 2011267226 A JP2011267226 A JP 2011267226A JP 2011267226 A JP2011267226 A JP 2011267226A JP 2013120088 A JP2013120088 A JP 2013120088A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- circuit
- reverberation vibration
- coil
- resonance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、超音波を送信すると共に、超音波を受信する超音波センサに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic waves.
従来から、超音波センサは、超音波を送信し、対象物で反射した超音波を受信することにより、対象物を検知し、また、対象物までの距離を計測するようになっている。すなわち、超音波センサは、超音波を送信した後に超音波を受信すると、対象物で反射した超音波を受信したとして、対象物が存在するとする。そして、超音波センサは、そのときの超音波の飛行時間(超音波の送信を開始したときから、対象物で反射した超音波を受信したときまでの時間)を計測することで、対象物までの距離を計測する。 Conventionally, an ultrasonic sensor transmits an ultrasonic wave and receives an ultrasonic wave reflected by the object, thereby detecting the object and measuring a distance to the object. That is, when the ultrasonic sensor receives an ultrasonic wave after transmitting the ultrasonic wave, the ultrasonic wave reflected by the target object is received and the target object is present. The ultrasonic sensor measures the time of flight of the ultrasonic wave at that time (the time from when the transmission of the ultrasonic wave is started until when the ultrasonic wave reflected by the target object is received) to the target object. Measure the distance.
このような超音波センサとしては、1つの同じ振動子によって超音波の送信と受信を行うものがある。つまり、この超音波センサでは、振動子を駆動して振動させることにより、振動子から超音波を送信すると共に、振動子が超音波を受けて振動することにより、振動子により超音波を受信して、受信信号を出力するようになっている。 As such an ultrasonic sensor, there is one that transmits and receives ultrasonic waves by one same vibrator. That is, in this ultrasonic sensor, an ultrasonic wave is transmitted from the vibrator by driving and vibrating the vibrator, and the ultrasonic wave is received by the vibrator when the vibrator receives the ultrasonic wave and vibrates. The reception signal is output.
ところで、このような超音波センサでは、1つの同じ振動子によって超音波の送信と受信を行うため、図8に示すような受信信号が出力される。すなわち、超音波の送信中には、振動子の超音波の送信電圧による受信信号R1が出力され、振動子の残響振動中には、振動子の残響振動による受信信号R2が出力される。そして、対象物で反射した超音波が残響振動の収束後に受信される場合には、残響振動による受信信号R2の出力後に、超音波の受信(対象物で反射した超音波の受信)による受信信号R3が出力される。また、対象物で反射した超音波が残響振動中に受信される場合には、残響振動による受信信号R2の出力中に(残響振動による受信信号R2と重なって)、超音波の受信による受信信号R3が出力される。 By the way, in such an ultrasonic sensor, since transmission and reception of ultrasonic waves are performed by one and the same transducer, a reception signal as shown in FIG. 8 is output. That is, during transmission of ultrasonic waves, a reception signal R1 based on the ultrasonic transmission voltage of the vibrator is output, and during reception of reverberation vibration of the vibrator, a reception signal R2 due to reverberation vibration of the vibrator is output. And when the ultrasonic wave reflected by the object is received after the reverberation vibration converges, the reception signal by the reception of the ultrasonic wave (reception of the ultrasonic wave reflected by the object) after the output of the reception signal R2 by the reverberation vibration. R3 is output. Further, when the ultrasonic wave reflected by the object is received during the reverberation vibration, the reception signal due to the reception of the ultrasonic wave is output during the output of the reception signal R2 due to the reverberation vibration (overlap with the reception signal R2 due to the reverberation vibration). R3 is output.
従って、対象物で反射した超音波を残響振動中に受信すると、超音波の受信による受信信号R3を残響振動による受信信号R2と区別して検知することができず、対象物までの距離を計測することができない。つまり、残響振動が収束するまでの残響振動収束時間Eが長いと、近距離の対象物までの距離を計測することができない。近距離の対象物までの距離を計測できるようにするためには、残響振動を抑制して、残響振動収束時間Eを短くする必要がある。 Accordingly, when the ultrasonic wave reflected by the object is received during the reverberation vibration, the reception signal R3 due to the reception of the ultrasonic wave cannot be detected separately from the reception signal R2 due to the reverberation vibration, and the distance to the object is measured. I can't. That is, if the reverberation vibration convergence time E until the reverberation vibration converges is long, the distance to the object at a short distance cannot be measured. In order to be able to measure the distance to an object at a short distance, it is necessary to suppress the reverberation vibration and shorten the reverberation vibration convergence time E.
そこで、残響振動を抑制するようにした超音波センサとして、図9に示す構成のものがある。この超音波センサ80は、振動子81を駆動回路82により駆動して、振動子81から超音波を送信させるようになっている。駆動回路82は、駆動用トランジスタ83、及びトランス84によって構成されている。すなわち、駆動回路82は、センサ駆動信号が入力されることにより、駆動用トランジスタ83から送信信号を出力する。そして、駆動回路82は、送信信号の電圧をトランス84によって昇圧し、この電圧を昇圧した送信信号を振動子81に供給することにより、この送信信号によって振動子81を駆動して振動させて、振動子81から超音波を送信させる。
Therefore, there is an ultrasonic sensor having a configuration shown in FIG. 9 as an ultrasonic sensor that suppresses reverberation vibration. In the
また、超音波センサ80は、振動子81の残響振動を残響振動抑制回路90により抑制するようになっている。残響振動抑制回路90は、振動子81、トランス84の2次側コイル85、及び抵抗91によって構成されている。残響振動抑制回路90は、共振現象を利用して振動子81の残響振動を吸収することにより、振動子81の残響振動を抑制する。共振現象を利用して振動を吸収する装置を動吸振器という。
Further, the
残響振動抑制回路90は、残響振動抑制回路90のインピーダンスが極小となる共振点を1つ生じると共に、残響振動抑制回路90のインピーダンスが極大となる反共振点を2つ生じる回路となっている。これら1つの共振点及び2つの反共振点は、振動子81の等価回路における等価インダクタンス、等価静電容量、等価抵抗、及び、トランス84の2次側コイル85、抵抗91の複合的な作用によって生じる。
The reverberation
残響振動抑制回路90の共振点の周波数(残響振動抑制回路90のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)を共振周波数ω1、反共振点の周波数(残響振動抑制回路90のインピーダンスが極大となる共振点の周波数)を反共振周波数ωa1、ωa2とする。残響振動抑制回路90の共振周波数ω1、反共振周波数ωa1、ωa2は、以下の式で表される周波数となる。
The resonance frequency ω 1 is the frequency at the resonance point of the reverberation vibration suppression circuit 90 (the frequency at the resonance point at which the impedance of the reverberation
ここで、LPは、振動子81の等価回路における等価直列インダクタンスであり、CPは、振動子81の等価回路における等価直列静電容量であり、CSは、振動子81の等価回路における等価並列静電容量である。また、L85は、2次側コイル85のインダクタンスである。
Here, L P is the equivalent series inductance in the equivalent circuit of the vibrator 81, C P is the equivalent series capacitance in the equivalent circuit of the vibrator 81, C S is the equivalent circuit of the vibrator 81 Equivalent parallel capacitance. L 85 is the inductance of the
残響振動抑制回路90は、振動子81の残響振動のうち、主として、残響振動抑制回路90の共振周波数(残響振動抑制回路90のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)と同じ周波数の振動を、共振現象を利用して吸収する。そして、残響振動抑制回路90は、吸収した振動のエネルギーを抵抗91から熱エネルギーとして放出する。振動子81の残響振動は、その振動が残響振動抑制回路90に吸収され、その振動のエネルギーが残響振動抑制回路90の抵抗91から放出されることにより、その分だけ早く減衰し、短い時間で収束する。
The reverberation
振動子81の残響振動は、振動子81の固有振動数(自己共振周波数)で生じる。残響振動抑制回路90は、残響振動抑制回路90の共振周波数が振動子81の固有振動数と同じになるように設計される。つまり、常温環境化において残響振動抑制回路90の共振周波数が振動子81の固有振動数と同じになるように、常温環境化における振動子81の固有振動数に応じて、トランス84の2次側コイル85のインダクタンスが選定される。
The reverberation vibration of the vibrator 81 is generated at the natural frequency (self-resonant frequency) of the vibrator 81. The reverberation
また、振動子をプッシュプル構成の駆動回路で駆動するようにした超音波センサにおいて、同様の考え方で残響振動を抑制するようにしたものも知られている(例えば特許文献1参照)。 In addition, an ultrasonic sensor in which a vibrator is driven by a drive circuit having a push-pull configuration is also known in which reverberation vibration is suppressed based on the same concept (for example, see Patent Document 1).
ところで、従来の超音波センサ80では、残響振動抑制回路90は、1つの共振周波数(残響振動抑制回路90のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)での共振現象を利用して、振動子81の残響振動を吸収するようになっている。このため、従来の超音波センサ80では、その1つの(唯一の)共振周波数が振動子81の固有振動数からずれていると、残響振動の抑制効果が大きく減少する。
By the way, in the conventional
振動子81の固有振動数は、振動子81の個体差(振動子81の質量、形状、振動子81に用いられる振動体や圧電素子の固体差)によってばらつきがあり、また、振動子81の温度の違い(超音波センサ80の使用環境温度の違い)によって変動する。従って、これら振動子81の固有振動数の個体差によるばらつき及び温度の違いによる変動が、残響振動抑制回路90の共振周波数が振動子81の固有振動数からずれる要因となる。
The natural frequency of the vibrator 81 varies depending on the individual difference of the vibrator 81 (the mass and shape of the vibrator 81, the solid difference of the vibrator or piezoelectric element used in the vibrator 81), and It fluctuates due to a difference in temperature (difference in operating environment temperature of the ultrasonic sensor 80). Therefore, variations due to individual differences in the natural frequency of the vibrator 81 and fluctuations due to temperature differences cause the resonance frequency of the reverberation
従って、従来の超音波センサ80では、振動子81の個体差や超音波センサ80の使用環境によっては、残響振動の抑制効果が大きく減少する場合がある。また、従来の超音波センサ80では、残響振動の吸収が1つの共振周波数での共振現象を利用したものであるため、残響振動の抑制効果が小さい。これらのことから、従来の超音波センサ80では、振動子81の残響振動を十分に吸収することができず、振動子81の残響振動を十分に抑制することができない。その結果、従来の超音波センサ80では、近距離の対象物までの距離を計測することができない。
Therefore, in the conventional
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、残響振動を抑制することができる超音波センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic sensor capable of suppressing reverberation vibration.
上記目的を達成するために本発明の超音波センサは、振動子が駆動されて振動することにより、振動子から超音波を送信する超音波センサにおいて、振動子の残響振動を抑制する残響振動抑制回路を備え、残響振動抑制回路は、複数の異なる共振周波数での共振現象を利用して振動子の残響振動を吸収することにより、振動子の残響振動を抑制する、ものである。 In order to achieve the above object, the ultrasonic sensor according to the present invention suppresses reverberation vibration of an ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves from the vibrator when the vibrator is driven to vibrate. The reverberation vibration suppressing circuit includes a circuit and suppresses the reverberation vibration of the vibrator by absorbing the reverberation vibration of the vibrator by using resonance phenomena at a plurality of different resonance frequencies.
本発明の超音波センサにおいて、残響振動抑制回路は、振動子と、第1の誘導素子と、互いに直列に接続された抵抗及び容量素子が第2の誘導素子に並列に接続されたLCR回路とを備え、振動子と第1の誘導素子との間にLCR回路が接続された回路から成る、ものが好ましい。 In the ultrasonic sensor of the present invention, the reverberation vibration suppressing circuit includes a vibrator, a first inductive element, an LCR circuit in which a resistor and a capacitive element connected in series with each other are connected in parallel to the second inductive element, And a circuit comprising an LCR circuit connected between the vibrator and the first inductive element is preferable.
また、本発明の超音波センサにおいて、振動子から超音波を送信させる駆動回路をさらに備え、該駆動回路は、超音波を送信させるための送信信号の電圧を昇圧し、この電圧を昇圧した送信信号を振動子に供給することにより、この送信信号によって振動子を駆動して振動させて、振動子から超音波を送信させ、第1の誘導素子は、駆動回路に備えられている送信信号の電圧を昇圧する昇圧用の誘導素子である、ものが好ましい。 The ultrasonic sensor according to the present invention further includes a drive circuit that transmits ultrasonic waves from the vibrator, and the drive circuit boosts the voltage of a transmission signal for transmitting ultrasonic waves, and transmits the voltage by boosting the voltage. By supplying a signal to the vibrator, the vibrator is driven and vibrated by this transmission signal, and an ultrasonic wave is transmitted from the vibrator. The first inductive element is a transmission signal provided in the drive circuit. A boosting inductive element that boosts the voltage is preferable.
また、本発明の超音波センサにおいて、駆動回路は、送信信号をトランスによって昇圧し、駆動回路に備えられている昇圧用の誘導素子は、トランスの2次側コイルである、ものが好ましい。 In the ultrasonic sensor of the present invention, it is preferable that the drive circuit boosts the transmission signal with a transformer, and the boosting induction element provided in the drive circuit is a secondary coil of the transformer.
また、本発明の超音波センサにおいて、駆動回路に備えられている昇圧用の誘導素子は、送信信号を自己誘導作用によって昇圧する誘導素子である、ものが好ましい。 In the ultrasonic sensor of the present invention, the boosting inductive element provided in the drive circuit is preferably an inductive element that boosts the transmission signal by a self-inducing action.
また、本発明の超音波センサにおいて、残響振動抑制回路は、LCR回路を多重に備える回路から成る、ものが好ましい。 In the ultrasonic sensor of the present invention, it is preferable that the reverberation vibration suppressing circuit is composed of a circuit having multiple LCR circuits.
本発明によれば、複数の異なる共振周波数での共振現象を利用して振動子の残響振動が吸収されることにより、振動子の残響振動を抑制することができる。 According to the present invention, the reverberation vibration of the vibrator can be suppressed by absorbing the reverberation vibration of the vibrator using resonance phenomena at a plurality of different resonance frequencies.
以下、本発明を具体化した実施形態による超音波センサについて図面を参照して説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態による超音波センサの構成を示す。超音波センサ1は、超音波を送信すると共に、超音波を受信する装置である。この超音波センサ1は、超音波の送受信によって、対象物を検知し、対象物までの距離を計測する機能を備えている。超音波センサ1は、例えば、車両等の移動体に搭載されて、移動体の周辺の物体を検知するために用いられる。超音波センサ1は、振動子2と、駆動回路3と、受信回路4と、時間計測部5と、制御部6と、残響振動抑制回路7とを備える。
Hereinafter, an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration of an ultrasonic sensor according to the first embodiment. The
振動子2は、超音波を送受信するためのものであり、圧電素子に振動体が一体的に取付けられた構成になっている。振動子2は、圧電素子に時間的に変化する電圧が印加されることにより、圧電素子が駆動されて、圧電素子が印加電圧の時間的変化に応じて振動すると共に、振動体が圧電素子と一緒に振動する。すなわち、振動子2は、圧電素子が超音波の周波数で変化する電圧の印加によって駆動されることにより、圧電素子が超音波の周波数で振動すると共に、振動体が圧電素子と一緒に超音波の周波数で振動して、超音波を送信する。
The
また、振動子2は、振動体が振動することにより、圧電素子が振動体と一緒に振動して、その振動に応じて圧電素子の分極が変化し、その振動の周波数及び振幅に対応した(その分極の変化に対応した)波形の電気信号を受信信号として出力する。すなわち、振動子2は、音波(超音波を含む)を受けて振動することにより、その音波を受信して、その受信した音波の周波数及び振幅に対応した波形の受信信号を出力する。また、振動子2は、超音波の送信中には、超音波の送信のための電圧による受信信号を出力する。また、振動子2は、超音波の送信のための駆動が停止された後に残響振動を生じ、この残響振動中には、残響振動による受信信号を出力する。残響振動は、振動子2の固有振動数(自己共振周波数)で生じる。本実施形態では、振動子2の固有振動数は、常温環境下において、超音波の周波数である72kHzとなるように設計されている。
In addition, the
駆動回路3は、振動子2から超音波を送信させる回路であり、駆動用トランジスタ31と、トランス32とを備えている。駆動用トランジスタ31は、接合形PNPトランジスタである。トランス32は、1次側コイル33と、2次側コイル34とを有する。
The drive circuit 3 is a circuit that transmits ultrasonic waves from the
駆動用トランジスタ31は、エミッタが電源に接続され、ベースが制御部6に接続され、コレクタがトランス32の1次側コイル33の一端側に接続されている。トランス32の1次側コイル33は、一端側が駆動用トランジスタ31のコレクタに接続され、他端側がグランドに接続されている。トランス32の2次側コイル34は、一端側が残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に接続され、他端側がグランドに接続されている。
The driving
駆動回路3には、制御部6からセンサ駆動信号が供給される。センサ駆動信号は、所定の駆動周波数(超音波の周波数であって、本実施形態では、72kHz)でローレベルとハイレベルに変化する信号である。センサ駆動信号は、制御部6による制御のもと、振動子2から超音波を送信させるときに、制御部6から駆動回路3に供給され、駆動回路3に供給されたセンサ駆動信号は、駆動用トランジスタ31のベースに入力される。
A sensor drive signal is supplied from the control unit 6 to the drive circuit 3. The sensor drive signal is a signal that changes between a low level and a high level at a predetermined drive frequency (the frequency of ultrasonic waves, which is 72 kHz in the present embodiment). The sensor drive signal is supplied from the control unit 6 to the drive circuit 3 when the ultrasonic wave is transmitted from the
駆動用トランジスタ31は、ベースにセンサ駆動信号が入力されることにより、センサ駆動信号の駆動周波数でオン、オフして、送信信号を出力する。送信信号は、振動子2から超音波を送信させるための信号であって、センサ駆動信号の駆動周波数で電圧が変化する信号である。
When the sensor driving signal is input to the base, the driving
トランス32は、駆動用トランジスタ31から出力される送信信号の電圧を昇圧する。昇圧された電圧は、昇圧前の電圧(電源電圧)に1次側コイル33と2次側コイル34とのコイル巻数比を乗じた電圧になる。そして、トランス32は、この電圧を昇圧した送信信号を2次側コイル34から出力する。2次側コイル34から出力された送信信号は、残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に供給される。
The
振動子2(振動子2の圧電素子)は、送信信号が供給されることにより、その送信信号によって駆動(センサ駆動信号の駆動周波数で変化する電圧が印加)される。これにより、振動子2は、センサ駆動信号の駆動周波数で振動して(圧電素子がセンサ駆動信号の駆動周波数で振動すると共に、振動体が圧電素子と一緒に振動して)、センサ駆動信号の駆動周波数の超音波(本実施形態では、72kHzの超音波)を送信する。
When the transmission signal is supplied to the vibrator 2 (the piezoelectric element of the vibrator 2), the
このように、駆動回路3は、制御部6からセンサ駆動信号が入力されることにより、駆動用トランジスタ31から送信信号を出力する。そして、駆動回路3は、送信信号の電圧をトランス32によって昇圧し、この電圧を昇圧した送信信号を振動子2に供給することにより、この送信信号によって振動子2を駆動して振動させて、振動子2から超音波を送信させる。
Thus, the drive circuit 3 outputs a transmission signal from the
受信回路4は、振動子2から出力される受信信号を処理し、受信信号に含まれている超音波の周波数成分の信号(振動子2から送信した超音波の周波数成分の信号)を検出する。そして、受信回路4は、その検出した超音波成分の信号の振幅レベル(強度)を示す超音波成分信号を出力する。受信信号に含まれている超音波の周波数成分の信号が振動子2による超音波の受信によるものである場合には、超音波成分信号の信号レベルは、振動子2による超音波の受信強度に対応する。
The
時間計測部5は、制御部6による制御のもと、振動子2から送信した超音波が対象物で反射して振動子2に戻ってくるまでの飛行時間(振動子2が超音波の送信を開始したときから、振動子2が対象物で反射された超音波を受信したときまでの時間)を計測する。
Under the control of the control unit 6, the
すなわち、時間計測部5は、制御部6から計測開始信号を受けると、時間の計測を開始する。計測開始信号は、超音波の送信開始を示す信号であって、制御部6から駆動回路3へセンサ駆動信号が供給開始されるのと同時(すなわち、振動子2からの超音波の送信開始と同時)に、制御部6から時間計測部5に与えられる。従って、時間計測部5は、振動子2からの超音波の送信開始と同時に、時間の計測を開始する。そして、時間計測部5は、時間の計測開始後(すなわち、振動子2からの超音波の送信開始後)、受信回路4から出力される超音波成分信号の信号レベルが閾値未満の状態から閾値以上になるまでの時間を計測する。
That is, when the
受信回路4から出力される超音波成分信号の信号レベルが閾値未満の状態から閾値以上になるのは、駆動回路3へセンサ駆動信号の供給を停止し、振動子2の残響振動が収束した後において、振動子2が超音波を受信したときである。これは、振動子2から送信した超音波が対象物で反射し、振動子2が対象物で反射した超音波を受信したときである。従って、時間計測部5による計測時間は、振動子2が超音波の送信を開始したときから、振動子が対象物で反射した超音波を受信したときまでの時間であり、振動子2から送信した超音波が対象物で反射して振動子2に戻ってくるまでの飛行時間である。
The reason why the signal level of the ultrasonic component signal output from the receiving
制御部6は、対象物までの距離を計測するときに、センサ駆動信号を駆動回路3に供給する。このとき、制御部6は、所定の駆動時間(例えば1ms)に亘って、センサ駆動信号を駆動回路3に供給する。また、制御部6は、駆動回路3へセンサ駆動信号を供給開始するのと同時(すなわち、振動子2からの超音波の送信開始と同時)に、送信開始信号を時間計測部5に与える。
The controller 6 supplies a sensor drive signal to the drive circuit 3 when measuring the distance to the object. At this time, the control unit 6 supplies a sensor drive signal to the drive circuit 3 over a predetermined drive time (for example, 1 ms). In addition, the control unit 6 gives a transmission start signal to the
これにより、駆動回路3によって振動子2が所定の駆動時間に亘って駆動されて、振動子2から超音波が所定の駆動時間に亘って送信される。また、振動子2から受信信号が出力され、受信回路4から超音波成分信号が出力され、時間計測部5によって、振動子2から送信した超音波が対象物で反射して振動子2に戻ってくるまでの飛行時間が計測される。制御部6は、この時間計測部5による計測時間に基いて、対象物を検知し、対象物までの距離を計測する。
Thereby, the
なお、制御部6は、定期的(例えば200ms毎)に、対象物までの距離を計測する。すなわち、制御部6は、定期的に、センサ駆動信号を駆動回路3に供給すると共に送信開始信号を時間計測部5に与えて、時間計測部5による計測時間に基いて、対象物を検知し、対象物までの距離を計測する。
In addition, the control part 6 measures the distance to a target object regularly (for example, every 200 ms). That is, the control unit 6 periodically supplies the sensor drive signal to the drive circuit 3 and supplies a transmission start signal to the
残響振動抑制回路7は、振動子2の残響振動を抑制する回路である。残響振動抑制回路7は、振動子2と、トランス32の2次側コイル34(第1の誘導素子であって、駆動回路3に備えられている送信信号の電圧を昇圧する昇圧用の誘導素子)とを有する。また、残響振動抑制回路7は、コイル(第2の誘導素子)41と、抵抗42と、コンデンサ(容量素子)43とを有する。振動子2及びトランス32の2次側コイル34は、残響振動抑制回路7の一部を兼ねている。
The reverberation
振動子2(振動子2に用いられている圧電素子)は、一端側がコイル41の一端側に接続され、他端側がグランドに接続されている。2次側コイル34は、一端側がコイル41の他端側に接続され、他端側がグランドに接続されている。コイル41は、振動子2と2次側コイル34との間に接続されており、一端側が振動子2の一端側に接続され、他端側が2次側コイル34の一端側に接続されている。
The vibrator 2 (the piezoelectric element used for the vibrator 2) has one end connected to one end of the
抵抗42は、一端側がコイル41の一端側に接続され、他端側がコンデンサ43の一端側に接続されている。コンデンサ43は、一端側が抵抗42の他端側に接続され、他端側がコイル41の他端側に接続されている。すなわち、抵抗42及びコンデンサ43は、互いに直列に接続されて、コイル41に並列に接続されている。
The
すなわち、残響振動抑制回路7は、振動子2と、2次側コイル34と、互いに直列に接続された抵抗42及びコンデンサ43がコイル41に並列に接続されたLCR回路とを備えた回路となっている。そして、残響振動抑制回路7は、振動子2と2次側コイル34との間に、互いに直列に接続された抵抗42及びコンデンサ43がコイル41に並列に接続されたLCR回路が接続された回路となっている。
That is, the reverberation
図2は、超音波センサ1の振動子2の等価回路及び残響振動抑制回路7の等価回路を示す。振動子2の等価回路20は、等価直列インダクタンスLP、等価直列静電容量CP、等価抵抗RP、及び等価並列静電容量CSを持つ回路となっている。等価直列インダクタンスLPは、振動子2の振動体が振動して変位するときの慣性(振動体の質量)に相当するものである。等価直列静電容量CPは、振動子2の振動体が振動して変形するときの弾性係数(バネ係数)に相当するものである。等価抵抗RPは、振動子2の振動体が振動するときの空気抵抗や摩擦抵抗に相当するものである。等価並列静電容量CSは、振動子2の圧電素子の静電容量(圧電素子の電極間に生じる静電容量)に相当するものである。そして、振動子2の等価回路20は、振動子20の残響振動による電流IP(振動子2の残響振動により、振動子2の圧電素子の分極が変化することによって、電荷が移動することによる電流)が流れる回路となっている。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the
残響振動抑制回路7は、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点を2つ生じると共に、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極大となる反共振点を3つ生じる回路となっている。これら2つの共振点及び3つの反共振点は、等価インダクタンスLP、等価直列静電容量CP、等価抵抗Rp、等価並列静電容量CS、2次側コイル34、コイル41、抵抗42、コンデンサ43の複合的な作用によって生じる。
The reverberation
これら2つの共振点の周波数(残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)を、周波数の低い方から順に、第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2とする。また、これら3つの反共振点の周波数(残響振動抑制回路7のインピーダンスが極大となる共振点の周波数)を、周波数の低い方から順に、第1の反共振周波数ωa1、第2の反共振周波数ωa2、第3の反共振周波数ωa3とする。第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2、第1の反共振周波数ωa1、第2の反共振周波数ωa2、第3の反共振周波数ωa3は、各々、異なった周波数である。
The frequency of these two resonance points (the frequency of the resonance point at which the impedance of the reverberation
第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2、第1の反共振周波数ωa1、第2の反共振周波数ωa2、第3の反共振周波数ωa3は、以下の式で表される周波数となる。 The first resonance frequency ω 1 , the second resonance frequency ω 2 , the first anti-resonance frequency ω a1 , the second anti-resonance frequency ω a2 , and the third anti-resonance frequency ω a3 are expressed by the following equations. Frequency.
ここで、LPは、振動子2の等価回路20における等価直列インダクタンスであり、CPは、振動子2の等価回路20における等価直列静電容量であり、CSは、振動子2の等価回路20における等価並列静電容量である。また、L34は、2次側コイル34のインダクタンスであり、L41は、コイル41のインダクタンスであり、C43は、コンデンサ43の静電容量である。
Here, L P is the equivalent series inductance in the
残響振動抑制回路7は、2つの異なる共振周波数(第1の共振周波数ω1と第2の共振周波数ω2)での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することにより、振動子2の残響振動を抑制する。
The reverberation
すなわち、残響振動抑制回路7は、第1の共振周波数ω1での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収すると共に、第2の共振周波数ω2での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収する。
That is, the reverberation
第1の共振周波数ω1での共振現象を利用しての振動吸収特性は、第1の共振周波数ω1での共振特性に対応し、第2の共振周波数ω2での共振現象を利用しての振動吸収特性は、第2の共振周波数ω2での共振特性に対応する。すなわち、第1の共振周波数ω1での共振現象を利用しての振動吸収特性は、主として、第1の共振周波数ω1と同じ周波数の振動を吸収(周波数ω1に近い周波数の振動ほど強く吸収し、周波数ω1と同じ周波数の振動を最も強く吸収)するものである。また、第2の共振周波数ω2での共振現象を利用しての振動吸収特性は、主として、第2の共振周波数ω2と同じ周波数の振動を吸収(周波数ω2に近い周波数の振動ほど強く吸収し、周波数ω2と同じ周波数の振動を最も強く吸収)するものである。残響振動抑制回路7は、これら第1の共振周波数ω1での共振現象を利用しての振動吸収特性と第2の共振周波数ω2での共振現象を利用しての振動吸収特性を重ね合わせた振動吸収特性で、振動子2の残響振動を吸収する。
Vibration absorbing characteristics of utilizing the resonance of the first resonant frequency omega 1 corresponds to the resonance characteristic of the first resonance frequency omega 1, utilizing a resonance phenomenon in the second resonance frequency omega 2 All the vibration absorption characteristics correspond to the resonance characteristics at the second resonance frequency ω 2 . In other words, the vibration absorption characteristic of using the resonance phenomenon at the first resonance frequency ω 1 is, mainly, as the vibration of a frequency close the vibration of the first resonant frequency ω 1 and the same frequency to the absorption (frequency ω 1 strongly And absorbs the vibration having the same frequency as the frequency ω 1 most strongly). In addition, vibration absorption characteristics of using the resonance phenomenon at the second resonance frequency ω 2 is, mainly, as the vibration of a frequency close the vibration of the second resonance frequency ω 2 with the same frequency in absorption (frequency ω 2 strongly And absorbs vibrations having the same frequency as the frequency ω 2 most strongly). The reverberation
そして、残響振動抑制回路7は、吸収した振動のエネルギーを抵抗42から熱エネルギーとして放出する。振動子2の残響振動は、その振動が残響振動抑制回路7に吸収され、その振動のエネルギーが残響振動抑制回路7の抵抗42から放出されることにより、その分だけ早く減衰し、短い時間で収束する。残響振動抑制回路7は、2つの異なる共振周波数での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することから、2重動吸振器の構成になっている。
The reverberation
第1の共振周波数ω1、及び第2の共振周波数ω2は、常温環境下において、各々、振動子2の固有振動数ω0に近い周波数となるように設定される。この場合、ω1をω0より低くし、ω2をω0より高くするのが望ましい。また、ω1及びω2は、常温環境下において、いずれか一方がω0と同じ周波数となるように設定され、他方がω0に近い周波数となるように設定されてもよい。ω1及びω2がこのようになるように、常温環境化における振動子2の固有振動数ω0に応じて、コイル34のインダクタンス、コイル41のインダクタンス、抵抗42の抵抗値、コンデンサ43の静電容量が選定される。
The first resonance frequency ω 1 and the second resonance frequency ω 2 are set to be frequencies close to the natural frequency ω 0 of the
本実施形態では、常温環境化において、振動子2の固有振動数ω0は、ω0≒72kHzである。また、常温環境化において、振動子2の等価回路20における等価直列インダクタンスLPは、LP≒100mHであり、等価直列静電容量CPは、CP≒50pFであり、等価抵抗RPは、RP≒1kΩであり、等価並列静電容量CSは、CS≒1.5nFである。
In the present embodiment, the natural frequency ω 0 of the
これに対し、本実施形態では、常温環境化において、2次側コイル34のインダクタンスL34は、L34≒3mHであり、コイル41のインダクタンスL41は、L41≒400μHである。また、常温環境下において、抵抗42の抵抗値R42は、R42≒100Ωであり、コンデンサ43の静電容量C43は、C43≒15nFである。
On the other hand, in the present embodiment, the inductance L 34 of the secondary coil 34 is L 34 ≈3 mH and the inductance L 41 of the coil 41 is L 41 ≈400 μH in a room temperature environment. Further, in a normal temperature environment, the resistance value R 42 of the
第1の共振周波数ω1は、ω1≒58.9kHzとなり、第2の共振周波数ω2は、ω2≒81.4kHzとなる。また、第1の反共振周波数ωa1は、ωa1≒56.9kHzとなり、第2の反共振周波数ωa2は、ωa2≒71,7kHzとなり、第3の反共振周波数ωa3は、ωa3≒85.7kHzとなる。 The first resonance frequency ω 1 is ω 1 ≈58.9 kHz, and the second resonance frequency ω 2 is ω 2 ≈81.4 kHz. The first anti-resonance frequency ω a1 is ω a1 ≈56.9 kHz, the second anti-resonance frequency ω a2 is ω a2 ≈71, 7 kHz, and the third anti-resonance frequency ω a3 is ω a3 ≈85.7 kHz.
図3(a)は、従来の超音波センサにおける残響振動の特性を示し、図3(b)は、本発明の超音波センサ1における残響振動の特性を示す。図3(a)(b)において、横軸は、受信信号の周波数(すなわち残響振動の周波数)であり、縦軸は、受信信号の電圧(すなわち残響振動の強度)である。
FIG. 3A shows the characteristics of reverberation vibration in a conventional ultrasonic sensor, and FIG. 3B shows the characteristics of reverberation vibration in the
図3(a)中の曲線は、従来の超音波センサにおける、振動子の駆動を停止させた後の、ある時点での受信信号の電圧を示している。すなわち、図3(a)中の曲線は、従来の超音波センサにおける、ある時点での残響振動による受信信号(すなわち残響振動の強度)を示している。 The curve in FIG. 3A shows the voltage of the received signal at a certain time after driving of the vibrator is stopped in the conventional ultrasonic sensor. That is, the curve in FIG. 3A shows a received signal (that is, the intensity of reverberation vibration) due to reverberation vibration at a certain point in the conventional ultrasonic sensor.
一方、図3(b)中の曲線は、本発明の超音波センサ1における、振動子2の駆動を停止させた後の、ある時点での受信信号の電圧を示している。すなわち、図3(b)中の曲線は、本発明の超音波センサ1における、ある時点での残響振動による受信信号(すなわち残響振動の強度)を示している。ただし、図3(b)中の曲線は、従来の超音波センサにおけるのと同じ条件で本発明の超音波センサ1の振動子2を駆動し、振動子2の駆動を停止させた後、従来の超音波センサにおけるのと同じ所定時間経過した時点でのものである。
On the other hand, the curve in FIG. 3 (b) shows the voltage of the received signal at a certain point in time after the drive of the
図3(a)(b)から明らかなように、本発明の超音波センサ1における残響振動による受信信号の電圧は、全ての周波数において、従来の超音波センサにおける残響振動による受信信号よりも低くなっている。すなわち、本発明の超音波センサ1は、従来の超音波センサよりも残響振動が抑制されている。
As is clear from FIGS. 3A and 3B, the voltage of the received signal due to the reverberation vibration in the
本実施形態の超音波センサ1によれば、2つの異なる共振周波数(残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)での共振現象を利用して振動子2の残響振動が吸収されて、振動子2の残響振動が抑制される。このため、振動子2の固有振動数にばらつき(振動子2の質量、形状、振動子2に用いられる振動体や圧電素子の個体差によるばらつき)があったとしても、その影響を受け難く、残響振動の抑制効果の減少が抑えられる。また、振動子2の固有振動数に変動(振動子2の温度の違い(超音波センサ1の使用環境温度の違い)による変動)があったとしても、その影響を受け難く、残響振動の抑制効果の減少が抑えられる。また、残響振動の吸収が2つの共振周波数での共振現象を利用したものであるため、残響振動の抑制効果も大きい。
According to the
従って、本実施形態の超音波センサ1によれば、振動子2の残響振動をより効率良く抑制することができる。これにより、より近距離の対象物までの距離を計測することが可能になる。
Therefore, according to the
<第2の実施形態>
図4は、第2の実施形態による超音波センサの構成を示す。本実施形態の超音波センサ1は、駆動回路3の構成が上記第1の実施形態の構成と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows the configuration of the ultrasonic sensor according to the second embodiment. In the
本実施形態では、駆動回路3は、プッシュプル構成になっている。駆動回路3は、駆動用トランジスタ31a、31bと、トランス32とを備えている。駆動用トランジスタ31a、31bは、電界効果トランジスタである。トランス32は、中間点にセンタータップのある1次側コイル33と、2次側コイル34とを有する。
In the present embodiment, the drive circuit 3 has a push-pull configuration. The drive circuit 3 includes
駆動用トランジスタ31aは、ドレインがトランス32の1次側コイル33の一端側に接続され、ゲートが制御部6に接続され、ソースがグランドに接続されている。駆動用トランジスタ31bは、ドレインがトランス32の1次側コイル33の他端側に接続され、ゲートが制御部6に接続され、ソースがグランドに接続されている。トランス32の1次側コイル33は、センタータップ(中間点)が電源に接続され、一端側が駆動用トランジスタ31aのドレインに接続され、他端側が駆動用トランジスタ31bのドレインに接続されている。トランス32の2次側コイル34は、一端側が残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に接続され、他端側がグランドに接続されている。
The driving
そして、本実施形態では、駆動回路3には、制御部6から第1のセンサ駆動信号及び第2のセンサ駆動信号が供給される。第1のセンサ駆動信号及び第2のセンサ駆動信号は、各々、上記第1の実施形態におけるセンサ駆動信号と同様である。但し、第1のセンサ駆動信号と第2のセンサ駆動信号は、互いに位相が180度ずれている。すなわち、第1のセンサ駆動信号がローレベルのときに第2のセンサ駆動信号がハイレベルであり、第1のセンサ駆動信号がハイレベルのときに第2のセンサ駆動信号がローレベルである。センサ駆動信号は、制御部6による制御のもと、振動子2から超音波を送信させるときに、制御部6から駆動回路3に供給される。駆動回路3に供給された第1のセンサ駆動信号は、駆動用トランジスタ31aのゲートに入力され、駆動回路3に供給された第2のセンサ駆動信号は、駆動用トランジスタ31bのゲートに入力される。
In the present embodiment, the drive circuit 3 is supplied with the first sensor drive signal and the second sensor drive signal from the control unit 6. The first sensor drive signal and the second sensor drive signal are the same as the sensor drive signal in the first embodiment, respectively. However, the first sensor drive signal and the second sensor drive signal are 180 degrees out of phase with each other. That is, when the first sensor drive signal is at a low level, the second sensor drive signal is at a high level, and when the first sensor drive signal is at a high level, the second sensor drive signal is at a low level. The sensor drive signal is supplied from the control unit 6 to the drive circuit 3 when transmitting ultrasonic waves from the
駆動用トランジスタ31aは、ゲートに第1のセンサ駆動信号が入力されることにより、オン、オフして、送信信号を出力する。駆動用トランジスタ31bは、ゲートに第2のセンサ駆動信号が入力されることにより、オン、オフして、送信信号を出力する。トランス32は、駆動用トランジスタ31a、31bから出力される送信信号の電圧を昇圧する。そして、トランス32は、この電圧を昇圧した送信信号を2次側コイル34から出力する。2次側コイル34から出力された送信信号は、残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に供給される。振動子2は、送信信号が供給されることにより、上記第1の実施形態と同様に、その送信信号によって駆動されて、超音波を送信する。
The driving
本実施形態の超音波センサ1によれば、上記第1の実施形態と同様に、振動子2の残響振動をより効率良く抑制することができ、より近距離の対象物までの距離を計測することが可能になる。
According to the
<第3の実施形態>
図5は、第3の実施形態による超音波センサの構成を示す。本実施形態の超音波センサ1は、駆動回路3の構成、及び残響振動抑制回路7の構成が上記第1の実施形態と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
FIG. 5 shows a configuration of an ultrasonic sensor according to the third embodiment. The
本実施形態では、駆動回路3は、上記第1の実施形態におけるトランス32に代えて、自己誘導コイル39を備えている。
In the present embodiment, the drive circuit 3 includes a self-
駆動用トランジスタ31は、エミッタが電源に接続され、ベースが制御部6に接続され、コレクタが自己誘導コイル39の一端側に接続されている。自己誘導コイル39は、一端側が駆動用トランジスタ31のコレクタに接続され、他端側がグランドに接続されている。駆動用トランジスタ31のコレクタと自己誘導コイル39の一端側との接続点が、残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に接続されている。
The driving
駆動回路3には、上記第1の実施形態と同様に、センサ駆動信号が供給され、駆動回路3に供給されたセンサ駆動信号は、駆動用トランジスタ31のベースに入力される。
As in the first embodiment, the drive circuit 3 is supplied with a sensor drive signal, and the sensor drive signal supplied to the drive circuit 3 is input to the base of the
駆動用トランジスタ31は、上記第1の実施形態と同様に、ベースにセンサ駆動信号が入力されることにより、送信信号を出力する。自己誘導コイル39は、駆動用トランジスタ31から出力される送信信号の電圧を自己誘導作用によって昇圧する。昇圧された電圧は、自己誘導コイル39の自己誘導作用による逆起電力によって、昇圧前の電圧(電源電圧)の2倍の電圧になる。そして、自己誘導コイル39は、この電圧を昇圧した送信信号を、駆動用トランジスタ31のコレクタと自己誘導コイル39の一端側との接続点から出力する。出力された送信信号は、残響振動抑制回路7のコイル41を介して振動子2(振動子2の圧電素子)に供給される。振動子2は、送信信号が供給されることにより、上記第1の実施形態と同様に、その送信信号によって駆動されて、超音波を送信する。
As in the first embodiment, the driving
このように、本実施形態では、駆動回路3は、送信信号を自己誘導コイル39によって昇圧し、この電圧を昇圧した送信信号を振動子2に供給することにより、この送信信号によって振動子2を駆動して振動させて、振動子2から超音波を送信させる。
As described above, in the present embodiment, the drive circuit 3 boosts the transmission signal by the self-
また、本実施形態では、残響振動抑制回路7は、上記第1の実施形態におけるトランス32の2次側コイル34に代えて、自己誘導コイル39(第1の誘導素子であって、駆動回路3に備えられている送信信号の電圧を昇圧する昇圧用の誘導素子)を備えている。自己誘導コイル39は、残響振動抑制回路7の一部を兼ねている。
Further, in this embodiment, the reverberation
本実施形態の超音波センサ1によれば、上記第1の実施形態と同様に、振動子2の残響振動をより効率良く抑制することができ、より近距離の対象物までの距離を計測することが可能になる。しかも、上記第1の実施形態におけるトランス32に代えて自己誘導コイル39を用いることにより、コストを低減することができる。
According to the
<第4の実施形態>
図6は、第4の実施形態による超音波センサの構成を示す。本実施形態の超音波センサ1は、残響振動抑制回路7の構成が上記第1の実施形態と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第1の実施形態と同様である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 6 shows a configuration of an ultrasonic sensor according to the fourth embodiment. The
本実施形態では、残響振動抑制回路7は、上記第1の実施形態における構成に加え、さらに別のコイル51と、抵抗52と、コンデンサ53とを有する。
In the present embodiment, the reverberation
振動子2は、上記第1の実施形態において一端側がコイル41の一端側に接続されていることに代えて、一端側がコイル51の一端側に接続されている。コイル41は、上記第1の実施形態において一端側が振動子2の一端側に接続されていることに代えて、一端側がコイル51の他端側に接続されている。すなわち、コイル51は、振動子2とコイル41との間に接続されており、一端側が振動子2の一端側に接続され、他端側がコイル41の一端側に接続されている。
The
抵抗42は、上記第1の実施形態において一端側がコイル41の一端側に接続されていることに代えて、一端側がコイル51の一端側に接続されている。すなわち、抵抗42及びコンデンサ43は、互いに直列に接続されて、コイル41及びコイル51に並列に接続されている。
The
抵抗52は、一端側がコイル51の一端側に接続され、他端側がコンデンサ53の一端側に接続されている。コンデンサ53は、一端側が抵抗52の他端側に接続され、他端側がコイル51の他端側に接続されている。すなわち、抵抗52及びコンデンサ53は、互いに直列に接続されて、コイル51に並列に接続されている。
The
つまり、本実施形態の残響振動抑制回路7は、上記第1の実施形態におけるコイル41に代えて、互いに直列に接続された抵抗52及びコンデンサ53がコイル51に並列に接続されたLCR回路が、コイル41に直列に接続された構成を備えた回路になっている。
That is, in the reverberation
別の見方をすると、本実施形態の残響振動抑制回路7は、上記第1の実施形態における構成に加え、さらに、互いに直列に接続された抵抗52及びコンデンサ53がコイル51に並列に接続された別のLCR回路を備えた回路となっている。すなわち、本実施形態の残響振動抑制回路7は、互いに直列に接続された抵抗及びコンデンサがコイルに並列に接続されたLCR回路を2重に備える回路となっている。そして、本実施形態の残響振動抑制回路7は、振動子2と2次側コイル34との間に、これら2つの(2重の)LCR回路が接続された回路となっている。
From another point of view, the reverberation
トランス32の2次側コイル34は、一端側がコイル41及びコイル51を介して振動子2に接続されており、2次側コイル34から出力された送信信号は、コイル41及びコイル51を介して振動子2に供給される。
One end side of the
本実施形態では、残響振動抑制回路7は、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点を3つ生じると共に、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極大となる反共振点を4つ生じる回路となっている。これらの共振点及び反共振点は、等価インダクタンスLP、等価直列静電容量CP、等価抵抗Rp、等価並列静電容量CS、2次側コイル34、コイル41、抵抗42、コンデンサ43、コイル51、抵抗52、コンデンサ53の複合的な作用によって生じる。
In the present embodiment, the
これら3つの共振点の周波数を、周波数の低い方から順に、第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2、第3の共振周波数ω3とする。また、これら4つの反共振点の周波数を、周波数の低い方から順に、第1の反共振周波数ωa1、第2の反共振周波数ωa2、第3の反共振周波数ωa3、第4の反共振周波数ωa4とする。第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2、第3の共振周波数ω3、第1の反共振周波数ωa1、第2の反共振周波数ωa2、第3の反共振周波数ωa3、第4の反共振周波数ωa4は、各々、異なった周波数である。 The frequencies of these three resonance points are set to a first resonance frequency ω 1 , a second resonance frequency ω 2 , and a third resonance frequency ω 3 in order from the lowest frequency. Further, the frequencies of these four anti-resonance points are set in order from the lowest frequency, the first anti-resonance frequency ω a1 , the second anti-resonance frequency ω a2 , the third anti-resonance frequency ω a3 , and the fourth anti-resonance frequency ω a3 . The resonance frequency is ωa4 . First resonance frequency ω 1 , second resonance frequency ω 2 , third resonance frequency ω 3 , first anti-resonance frequency ω a1 , second anti-resonance frequency ω a2 , third anti-resonance frequency ω a3 The fourth antiresonance frequency ω a4 is a different frequency.
残響振動抑制回路7は、3つの異なる共振周波数(第1の共振周波数ω1、第2の共振周波数ω2、第3の共振周波数ω3)での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することにより、振動子2の残響振動を抑制する。
The reverberation
すなわち、残響振動抑制回路7は、第1の共振周波数ω1での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収する。また、残響振動抑制回路7は、第2の共振周波数ω2での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収する。また、残響振動抑制回路7は、第3の共振周波数ω3での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収する。
That is, the reverberation
第1、第2、第3の共振周波数ω1、ω2、ω3での共振現象を利用しての振動吸収特性は、各々、第1、第2、第3の共振周波数ω1、ω2、ω3での共振特性に対応する。すなわち、ω1、ω2、ω3での共振現象を利用しての振動吸収特性は、各々、主として、ω1、ω2、ω3と同じ周波数の振動を吸収(ω1、ω2、ω3に近い周波数の振動ほど強く吸収し、ω1、ω2、ω3と同じ周波数の振動を最も強く吸収)するものである。残響振動抑制回路7は、これら第1、第2、第3の共振周波数ω1、ω2、ω3での共振現象を利用しての振動吸収特性を重ね合わせた振動吸収特性で、振動子2の残響振動を吸収する。
The vibration absorption characteristics using the resonance phenomenon at the first, second, and third resonance frequencies ω 1 , ω 2 , and ω 3 are the first, second, and third resonance frequencies ω 1 , ω, respectively. 2, corresponding to the resonance characteristics in omega 3. That, omega 1, omega 2, the vibration absorption characteristic of utilizing the resonance phenomena in omega 3 are each primarily, omega 1, omega 2, absorbing the vibrations of the same frequency as ω 3 (ω 1, ω 2 , The vibration with the frequency close to ω 3 is absorbed more strongly, and the vibration with the same frequency as ω 1 , ω 2 , and ω 3 is absorbed most strongly). The reverberation
そして、残響振動抑制回路7は、吸収した振動のエネルギーを抵抗42、52から熱エネルギーとして放出する。残響振動抑制回路7は、3つの異なる共振周波数での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することから、3重動吸振器の構成になっている。
The reverberation
第1、第2、第3の共振周波数ω1、ω2、ω3は、常温環境下において、各々、振動子2の固有振動数ω0に近い周波数となるように設定される。この場合、ω1をω0より低くし、ω2をω0と同じ周波数になるようにし、ω3をω0より高くするのが望ましい。ω1、ω2、ω3がこのようになるように、常温環境化における振動子2の固有振動数ω0に応じて、コイル34、41、51のインダクタンス、抵抗42、52の抵抗値、コンデンサ43、53の静電容量が選定される。
The first, second, and third resonance frequencies ω 1 , ω 2 , and ω 3 are each set to have a frequency close to the natural frequency ω 0 of the
本実施形態では、常温環境化において、振動子2の固有振動数ω0、振動子2の等価回路20における等価直列インダクタンスLP、等価直列静電容量CP、等価抵抗RP、等価並列静電容量CSは、上記第1の実施形態と同様である。すなわち、常温環境下において、ω0≒72kHz、LP≒100mH、CP≒50pF、RP≒1kΩ、CS≒1.5nFである。
In the present embodiment, the natural frequency ω 0 of the
これに対し、本実施形態では、常温環境化において、コイル34のインダクタンスL34、コイル41のインダクタンスL41、抵抗42の抵抗値R42、コンデンサ43の静電容量C43は、上記第1の実施形態と同様である。すなわち、常温環境下において、L34≒3mH、L41≒400μH、R42≒100Ω、C43≒15nFである。また、本実施形態では、常温環境化において、コイル51のインダクタンスL51は、L51≒40μHであり、抵抗52の抵抗値R52は、R52≒50Ωであり、コンデンサ53の静電容量C53は、C53≒150nFである。
On the other hand, in this embodiment, in the normal temperature environment, the inductance L 34 of the coil 34 , the inductance L 41 of the coil 41, the resistance value R 42 of the resistor 42 , and the capacitance C 43 of the capacitor 43 are This is the same as the embodiment. That is, under a normal temperature environment, L 34 ≈3 mH, L 41 ≈400 μH, R 42 ≈100Ω, and C 43 ≈15 nF. Further, in the present embodiment, in a normal temperature environment of the inductance L 51 of the
本実施形態の超音波センサ1によれば、3つの異なる共振周波数(残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)での共振現象を利用して振動子2の残響振動が吸収されて、振動子2の残響振動が抑制される。このため、振動子2の固有振動数にばらつきがあったとしても、また、振動子2の固有振動数に変動があったとしても、その影響をより一層受け難く、残響振動の抑制効果の減少がより一層抑えられる。また、残響振動の吸収が3つの共振周波数での共振現象を利用したものであるため、残響振動の抑制効果もより一層大きい。
According to the
従って、本実施形態の超音波センサ1によれば、振動子2の残響振動をより効率良く抑制することができる。これにより、より近距離の対象物までの距離を計測することが可能になる。
Therefore, according to the
<第5の実施形態>
図7は、第5の実施形態による超音波センサの構成を示す。本実施形態の超音波センサ1は、残響振動抑制回路7の構成が上記第4の実施形態と異なっている。本実施形態における他の構成については、上記第4の実施形態と同様である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 7 shows a configuration of an ultrasonic sensor according to the fifth embodiment. The
本実施形態では、残響振動抑制回路7は、上記第4の実施形態における構成をさらに発展させた構成になっている。すなわち、残響振動抑制回路7は、互いに直列に接続された抵抗及びコンデンサがコイルに並列に接続されたLCR回路をM重(M≧3)に備える回路となっている。そして、本実施形態の残響振動抑制回路7は、振動子2と2次側コイル34との間に、これらM個の(M重の)LCR回路が接続された回路となっている。
In the present embodiment, the reverberation
本実施形態では、残響振動抑制回路7は、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点をN個(N≧4)個生じると共に、残響振動抑制回路7のインピーダンスが極大となる反共振点をN+1個生じる回路となっている。残響振動抑制回路7は、N個の異なる共振周波数(ω1、ω2、・・・ωN)での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することにより、振動子2の残響振動を抑制する。残響振動抑制回路7は、N個の異なる共振周波数での共振現象を利用して振動子2の残響振動を吸収することから、N重動吸振器の構成になっている。
In the present embodiment, the
残響振動抑制回路7は、互いに直列に接続された抵抗及びコンデンサがコイルに並列に接続されたLCR回路をM重にすることにより、共振点をN個(N=M+1)個生じると共に、反共振点をN+1個生じる回路になる。
The reverberation
従って、残響振動抑制回路7を、共振点を4つ(N=4)持つものにする場合には、互いに直列に接続された抵抗及びコンデンサがコイルに並列に接続されたLCR回路を3重(M=3)にすればよい。すなわち、上記第4の実施形態のコイル51に代えて、互いに直列に接続された抵抗62及びコンデンサ63がコイル61に並列に接続されたLCR回路が、コイル51に直列に接続された構成を設ければよい。
Therefore, when the reverberation
また、残響振動抑制回路7を、共振点を5つ(N=5)持つものにする場合には、互いに直列に接続された抵抗及びコンデンサがコイルに並列に接続されたLCR回路を4重(M=4)にすればよい。すなわち、コイル61に代えて、互いに直列に接続された抵抗72及びコンデンサ73がコイル71に並列に接続されたLCR回路が、コイル61に直列に接続された構成を設ければよい。残響振動抑制回路7を、共振点を6つ以上(N≧6)持つものにする場合も同様である。
Further, when the reverberation
共振周波数ω1、ω2、・・・、ωNは、常温環境下において、各々、振動子2の固有振動数ω0に近い周波数となるように設定される。この場合、ω1、ω2、・・・、ωNのうちの幾つかをω0より高く(又は低く)し、別の幾つかをω0より低く(又は高く)するのが望ましい。また、ω1、ω2、・・・、ωNは、常温環境下において、いずれか1つがω0と同じ周波数となるように設定され、残りがω0に近い周波数となるように設定されてもよい。この場合、残りのうちの幾つかをω0より高くし、残りのうちの別の幾つかをω0より低くするのが望ましい。
Resonant frequencies ω 1 , ω 2 ,..., Ω N are set to be frequencies close to the natural frequency ω 0 of the
本実施形態の超音波センサ1によれば、N個(N≧4)の異なる共振周波数(残響振動抑制回路7のインピーダンスが極小となる共振点の周波数)での共振現象を利用して振動子2の残響振動が吸収されて、振動子2の残響振動が抑制される。従って、振動子2の残響振動をより効率良く抑制することができる。これにより、より近距離の対象物までの距離を計測することが可能になる。
According to the
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、残響振動抑制回路は、複数の異なる共振周波数を持つ回路であれば、他の回路であってもよい。 In addition, this invention is not restricted to the structure of said each embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the reverberation vibration suppression circuit may be another circuit as long as the circuit has a plurality of different resonance frequencies.
1 超音波センサ
2 振動子
3 駆動回路
4 受信回路
5 時間計測部
6 制御部
7 残響振動抑制回路
20 振動子の等価回路
31、31a、31b 駆動用トランジスタ
32 トランス
33 トランスの1次側コイル
34 トランスの2次側コイル(第1の誘導素子)
39 自己誘導コイル(第1の誘導素子)
41 コイル(第2の誘導素子)
42 抵抗
43 コンデンサ(容量素子)
51、61、71 コイル
52、62、72 抵抗
53、63、73 コンデンサ
DESCRIPTION OF
39 Self-induction coil (first induction element)
41 Coil (second inductive element)
42
51, 61, 71
Claims (6)
前記振動子の残響振動を抑制する残響振動抑制回路を備え、
前記残響振動抑制回路は、複数の異なる共振周波数での共振現象を利用して前記振動子の残響振動を吸収することにより、前記振動子の残響振動を抑制する、ことを特徴とする超音波センサ。 In an ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves from the vibrator by driving and vibrating the vibrator,
A reverberation vibration suppression circuit that suppresses the reverberation vibration of the vibrator,
The reverberation vibration suppressing circuit suppresses reverberation vibration of the vibrator by absorbing reverberation vibration of the vibrator by using resonance phenomena at a plurality of different resonance frequencies. .
前記第1の誘導素子は、前記駆動回路に備えられている前記送信信号の電圧を昇圧する昇圧用の誘導素子である、ことを特徴とする請求項2に記載の超音波センサ。 A drive circuit for transmitting ultrasonic waves from the vibrator is further provided, and the drive circuit boosts the voltage of a transmission signal for transmitting ultrasonic waves and supplies the transmitter with the transmission signal obtained by boosting the voltage. The vibrator is driven and vibrated by this transmission signal, and ultrasonic waves are transmitted from the vibrator.
The ultrasonic sensor according to claim 2, wherein the first inductive element is a boosting inductive element that boosts the voltage of the transmission signal provided in the drive circuit.
前記駆動回路に備えられている前記昇圧用の誘導素子は、前記トランスの2次側コイルである、ことを特徴とする請求項3に記載の超音波センサ。 The drive circuit boosts the transmission signal with a transformer,
The ultrasonic sensor according to claim 3, wherein the boosting induction element provided in the drive circuit is a secondary coil of the transformer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011267226A JP2013120088A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Ultrasonic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011267226A JP2013120088A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Ultrasonic sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013120088A true JP2013120088A (en) | 2013-06-17 |
Family
ID=48772786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011267226A Pending JP2013120088A (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Ultrasonic sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013120088A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013250169A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Panasonic Corp | Ultrasonic sensor |
-
2011
- 2011-12-06 JP JP2011267226A patent/JP2013120088A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013250169A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Panasonic Corp | Ultrasonic sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5473579B2 (en) | Control device for capacitive electromechanical transducer and control method for capacitive electromechanical transducer | |
JP5284993B2 (en) | Power generation sensor element and sensor node | |
CN111356905B (en) | Ultrasonic flow rate metering | |
JP6249111B2 (en) | Ultrasonic sensor and control method thereof | |
JP6041901B2 (en) | Ultrasonic transceiver | |
US9112433B2 (en) | Power generation unit, battery, electronic apparatus, transportation device, and method of controlling power generation unit | |
US9406291B2 (en) | Transmission circuit, semiconductor device, ultrasonic sensor and vehicle | |
JP6021055B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
JP2013120088A (en) | Ultrasonic sensor | |
JP6067102B2 (en) | Angular velocity sensor | |
JP2006266740A (en) | Ultrasonic sonar device | |
US20200309591A1 (en) | Apparatus and methods for detecting a vibratory signal | |
JP4219775B2 (en) | Ultrasonic sensor drive circuit | |
JP4728728B2 (en) | Ultrasonic sensor | |
JP2018200277A (en) | Ultrasonic sensor and object detection system | |
JP6911614B2 (en) | Ultrasonic oscillator drive | |
JPS6055399A (en) | Excitation circuit for piezo-electric sound wave generator | |
GB2488390A (en) | Object detection | |
JPS61220591A (en) | Ultrasonic wave probe | |
JP6863337B2 (en) | Pulse signal output circuit | |
JP2019114954A (en) | Driving circuit | |
JP6853092B2 (en) | Ultrasonic transmitter | |
JP2014192720A (en) | Ultrasonic sensor | |
US11701687B2 (en) | Drive circuit, transducer system, and inspection device | |
JP6733502B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment |