JP2698075B2 - 超音波発振回路 - Google Patents
超音波発振回路Info
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- JP2698075B2 JP2698075B2 JP62138988A JP13898887A JP2698075B2 JP 2698075 B2 JP2698075 B2 JP 2698075B2 JP 62138988 A JP62138988 A JP 62138988A JP 13898887 A JP13898887 A JP 13898887A JP 2698075 B2 JP2698075 B2 JP 2698075B2
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- Japan
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- phase difference
- voltage
- driving
- ultrasonic transducer
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超音波振動子を効率良く駆動するための
超音波発振回路に関する。 〔従来の技術〕 一般に、超音波振動子の共振周波数付近におけるイン
ピーダンスおよび位相の周波数特性は第７図に示すよう
になる。すなわち、位相が零になる周波数が２点あり、
その２点のうち低い周波数においてインピーダンスは最
低値に、高い周波数においてインピーダンスは最高値に
なる。ここで、超音波振動子に効率良く電力を伝送する
ためには、インピーダンスが低くなる周波数で駆動する
のが有利である。 このようなことから、例えば特開昭48−79613号公
報、同52−27625号公報、同52−123225号公報、同56−7
669号公報、同59−87078号公報、実開昭59−180774号公
報等において、超音波振動子に加わる電圧と電流との位
相差を検出し、それが所定の値となるように発振周波数
を制御するようにしたものが提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述した従来例においては電圧と電流
との位相差のみによって発振周波数を制御するようにし
ているため、位相差が所定の値、例えば零であってもイ
ンピーダンスが高くなる点で駆動してしまうという問題
がある。 また、超音波振動子の共振周波数は、振動子自身の共
振周波数に加え、振動子に接続された超音波伝達体の機
械的共振点の影響を受けるため複数の共振点を持ち、し
たがって同じ位相差の点が複数ある。このため、位相差
のみでは目標とする周波数帯域で共振周波数を制御する
ことが困難であるという問題がある。 この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、簡単な構成で、超音波振動子を常に目標と
する周波数帯域で、電圧と電流との位相差が最も小さ
く、インピーダンスが最小となるような周波数で駆動で
き、したがって超音波振動子に効率良く電力を伝送する
ことができる超音波発振回路を提供することを目的とす
るものである。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 第１図はこの発明の概念図を示すものである。電圧制
御発振器１の出力は駆動回路２で増幅し、これにより整
合トランス３を介して超音波振動子４を駆動する。この
超音波振動子４の駆動電流は電流検出器５で検出し、こ
れと超音波振動子４に加わる電圧との位相差を位相差検
出器６で検出してその位相差に対応する電圧に基いて電
圧制御発振器１の発振周波数を制御すると共に、位相差
検出器６で検出した位相差と所定の基準値とを比較器７
において比較し、位相差が基準値を越えたときの出力に
より電圧設定器８を介して電圧制御発振器１の入力電圧
を予め定めた値に設定し、これにより電圧制御発振器１
の発振周波数を電圧設定器８での設定電圧に対応する発
振周波数にリセットして再度位相差検出器６で検出した
位相差に応じて発振周波数を制御する。 〔実施例〕 第２図はこの発明の第１実施例を示すものである。こ
の実施例では電圧制御発振器11の出力を駆動回路12で増
幅し、これにより整合トランス13を介して超音波振動子
14を駆動すると共に、その駆動電流を電流検出器15で電
圧に変換して、その位相と超音波振動子14に加わる電圧
の位相との差を位相差検出器16で検出して、その位相差
に応じた電圧を出力させる。位相差検出器16の出力電圧
は抵抗17を介して電圧制御発振器11に印加すると共に、
コンパレータ18の非反転入力端子に印加する。コンパレ
ータ18の反転入力端子には基準電圧EVを印加し、このコ
ンパレータ18の出力により抵抗19を介してFET20のゲー
トを制御するようにする。FET20のドレインは抵抗21を
介して電圧制御発振器11と抵抗17との接続点22に接続
し、ソースは接地する。 第３図は電圧制御発振器11の入出力特性を示すもの
で、発振周波数は入力電圧の増加に応じて高くなる。ま
た、第４図は位相差検出器16の入出力特性を示すもの
で、横軸は電圧に対する電流の位相差を表わす。この実
施例ではコンパレータ18における基準電圧EVを、位相差
がπ/2のときの位相差検出器16の出力電圧Ｅよりも若干
低くする。 次に、第５図に示す超音波振動子14の位相およびイン
ピーダンスの周波数特性を参照しながら動作を説明す
る。 電圧制御発振器11、駆動回路12、電流検出器15および
位相差検出器16は一種のPLL回路を構成しており、電圧
Ｖと電流Ｉとの位相差が零になるような周波数で動作す
るようになっている。ここで位相差が零になるのはＰ点
であり、このときインピーダンスは最も低くなり、効率
良く電力を伝送することができる。回路が安定に動作し
ているとき、超音波振動子14はＰ点で発振を維持し、こ
の状態ではコンパレータ18の出力はローレベルでFET20
はカットオフ状態にあり、超音波振動子14に加わる負荷
が多少変動して発振周波数が変化しても、PLL回路とし
てフィードバックがかかりＰ点を目標に追尾発振を行
う。 この安定状態から急激な負荷変動によって発振周波数
がＱ点よりも高い点に移ると、コンパレータ18の出力は
ハイレベルとなり、FET20がオンして電圧制御発振器11
の入力電圧は抵抗17および21の比によって決まる設定電
圧となって、位相差がπ/2のときの位相差検出器16の出
力電圧Ｅよりも低くなる。これにより、電圧制御発振器
11の発振周波数は設定電圧に対応するＯ点にリセットさ
れ、改めてＯ点からＰ点を目標に追尾動作が行われる。 したがって、この実施例によれば超音波振動子は常に
目標とする予め設定したＯ点からＱ点の間の周波数帯域
で、電圧と電流との位相差が最も小さく、インピーダン
スが最小となる周波数で駆動されることになり、効率良
く電力伝送することができる。 第６図はこの発明の第２実施例を示すものである。こ
の実施例では、超音波振動子14に加わる電圧および電流
検出器15で検出した駆動電流に対応する電圧を２値化回
路25および26でそれぞれ２値化し、それらの出力を位相
差検出器16に供給して位相差に応じた出力電圧を得、こ
れをローパスフィルタ27を介して電圧制御発振器11およ
びコンパレータ18の非反転入力端子にそれぞれ印加する
ようにしたもので、その他の構成は第１実施例と同様で
ある。 この実施例によれば、超音波振動子14に加わるアナロ
グ電圧および電流検出器15のアナログ出力をそれぞれ２
値化回路25および26で２値化するようにしたので、処理
が容易になるという利点がある。 〔発明の効果〕 以上述べたように、位相差検出手段で検出した超音波
振動子を駆動する駆動電圧と駆動電流との位相差に基づ
いて電圧制御発振手段の発振周波数を制御すると共に、
駆動電圧と駆動電流間の位相差と許容される位相差とを
比較し、許容される位相差を超えたときは、予め設定さ
れた電圧発生回路によって生じる特定の固定された設定
電圧を制御信号入力端子に入力させるスイッチ手段を設
けるようにしたので、簡単な構成で、超音波振動子を常
に目標とする周波数帯域で、位相差が最も小さく、かつ
インピーダンスが最小となる発振周波数で駆動でき、し
たがって電力を効率良く伝送することができる。
超音波発振回路に関する。 〔従来の技術〕 一般に、超音波振動子の共振周波数付近におけるイン
ピーダンスおよび位相の周波数特性は第７図に示すよう
になる。すなわち、位相が零になる周波数が２点あり、
その２点のうち低い周波数においてインピーダンスは最
低値に、高い周波数においてインピーダンスは最高値に
なる。ここで、超音波振動子に効率良く電力を伝送する
ためには、インピーダンスが低くなる周波数で駆動する
のが有利である。 このようなことから、例えば特開昭48−79613号公
報、同52−27625号公報、同52−123225号公報、同56−7
669号公報、同59−87078号公報、実開昭59−180774号公
報等において、超音波振動子に加わる電圧と電流との位
相差を検出し、それが所定の値となるように発振周波数
を制御するようにしたものが提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述した従来例においては電圧と電流
との位相差のみによって発振周波数を制御するようにし
ているため、位相差が所定の値、例えば零であってもイ
ンピーダンスが高くなる点で駆動してしまうという問題
がある。 また、超音波振動子の共振周波数は、振動子自身の共
振周波数に加え、振動子に接続された超音波伝達体の機
械的共振点の影響を受けるため複数の共振点を持ち、し
たがって同じ位相差の点が複数ある。このため、位相差
のみでは目標とする周波数帯域で共振周波数を制御する
ことが困難であるという問題がある。 この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、簡単な構成で、超音波振動子を常に目標と
する周波数帯域で、電圧と電流との位相差が最も小さ
く、インピーダンスが最小となるような周波数で駆動で
き、したがって超音波振動子に効率良く電力を伝送する
ことができる超音波発振回路を提供することを目的とす
るものである。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 第１図はこの発明の概念図を示すものである。電圧制
御発振器１の出力は駆動回路２で増幅し、これにより整
合トランス３を介して超音波振動子４を駆動する。この
超音波振動子４の駆動電流は電流検出器５で検出し、こ
れと超音波振動子４に加わる電圧との位相差を位相差検
出器６で検出してその位相差に対応する電圧に基いて電
圧制御発振器１の発振周波数を制御すると共に、位相差
検出器６で検出した位相差と所定の基準値とを比較器７
において比較し、位相差が基準値を越えたときの出力に
より電圧設定器８を介して電圧制御発振器１の入力電圧
を予め定めた値に設定し、これにより電圧制御発振器１
の発振周波数を電圧設定器８での設定電圧に対応する発
振周波数にリセットして再度位相差検出器６で検出した
位相差に応じて発振周波数を制御する。 〔実施例〕 第２図はこの発明の第１実施例を示すものである。こ
の実施例では電圧制御発振器11の出力を駆動回路12で増
幅し、これにより整合トランス13を介して超音波振動子
14を駆動すると共に、その駆動電流を電流検出器15で電
圧に変換して、その位相と超音波振動子14に加わる電圧
の位相との差を位相差検出器16で検出して、その位相差
に応じた電圧を出力させる。位相差検出器16の出力電圧
は抵抗17を介して電圧制御発振器11に印加すると共に、
コンパレータ18の非反転入力端子に印加する。コンパレ
ータ18の反転入力端子には基準電圧EVを印加し、このコ
ンパレータ18の出力により抵抗19を介してFET20のゲー
トを制御するようにする。FET20のドレインは抵抗21を
介して電圧制御発振器11と抵抗17との接続点22に接続
し、ソースは接地する。 第３図は電圧制御発振器11の入出力特性を示すもの
で、発振周波数は入力電圧の増加に応じて高くなる。ま
た、第４図は位相差検出器16の入出力特性を示すもの
で、横軸は電圧に対する電流の位相差を表わす。この実
施例ではコンパレータ18における基準電圧EVを、位相差
がπ/2のときの位相差検出器16の出力電圧Ｅよりも若干
低くする。 次に、第５図に示す超音波振動子14の位相およびイン
ピーダンスの周波数特性を参照しながら動作を説明す
る。 電圧制御発振器11、駆動回路12、電流検出器15および
位相差検出器16は一種のPLL回路を構成しており、電圧
Ｖと電流Ｉとの位相差が零になるような周波数で動作す
るようになっている。ここで位相差が零になるのはＰ点
であり、このときインピーダンスは最も低くなり、効率
良く電力を伝送することができる。回路が安定に動作し
ているとき、超音波振動子14はＰ点で発振を維持し、こ
の状態ではコンパレータ18の出力はローレベルでFET20
はカットオフ状態にあり、超音波振動子14に加わる負荷
が多少変動して発振周波数が変化しても、PLL回路とし
てフィードバックがかかりＰ点を目標に追尾発振を行
う。 この安定状態から急激な負荷変動によって発振周波数
がＱ点よりも高い点に移ると、コンパレータ18の出力は
ハイレベルとなり、FET20がオンして電圧制御発振器11
の入力電圧は抵抗17および21の比によって決まる設定電
圧となって、位相差がπ/2のときの位相差検出器16の出
力電圧Ｅよりも低くなる。これにより、電圧制御発振器
11の発振周波数は設定電圧に対応するＯ点にリセットさ
れ、改めてＯ点からＰ点を目標に追尾動作が行われる。 したがって、この実施例によれば超音波振動子は常に
目標とする予め設定したＯ点からＱ点の間の周波数帯域
で、電圧と電流との位相差が最も小さく、インピーダン
スが最小となる周波数で駆動されることになり、効率良
く電力伝送することができる。 第６図はこの発明の第２実施例を示すものである。こ
の実施例では、超音波振動子14に加わる電圧および電流
検出器15で検出した駆動電流に対応する電圧を２値化回
路25および26でそれぞれ２値化し、それらの出力を位相
差検出器16に供給して位相差に応じた出力電圧を得、こ
れをローパスフィルタ27を介して電圧制御発振器11およ
びコンパレータ18の非反転入力端子にそれぞれ印加する
ようにしたもので、その他の構成は第１実施例と同様で
ある。 この実施例によれば、超音波振動子14に加わるアナロ
グ電圧および電流検出器15のアナログ出力をそれぞれ２
値化回路25および26で２値化するようにしたので、処理
が容易になるという利点がある。 〔発明の効果〕 以上述べたように、位相差検出手段で検出した超音波
振動子を駆動する駆動電圧と駆動電流との位相差に基づ
いて電圧制御発振手段の発振周波数を制御すると共に、
駆動電圧と駆動電流間の位相差と許容される位相差とを
比較し、許容される位相差を超えたときは、予め設定さ
れた電圧発生回路によって生じる特定の固定された設定
電圧を制御信号入力端子に入力させるスイッチ手段を設
けるようにしたので、簡単な構成で、超音波振動子を常
に目標とする周波数帯域で、位相差が最も小さく、かつ
インピーダンスが最小となる発振周波数で駆動でき、し
たがって電力を効率良く伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の概念図、
第２図はこの発明の第１実施例を示す図、
第３図は第２図に示す電圧制御回路の入出力特性を示す
図、 第４図は同じく位相差検出器の入出力特性を示す図、 第５図は第１実施例の動作を説明するための超音波振動
子の位相およびインピーダンスの周波数特性を示す図、 第６図はこの発明の第２実施例を示す図、 第７図は超音波振動子の位相およびインピーダンスの周
波数特性を示す図である。 1,11……電圧制御発振器 2,12……駆動回路 3,13……整合トランス 4,14……超音波振動子 5,15……電流検出器、6,16……位相差検出器 ７……比較器、８……電圧設定器 17,19,21……抵抗 18……コンパレータ、20……FET 25,26……２値化回路 27……ローパスフィルタ
図、 第４図は同じく位相差検出器の入出力特性を示す図、 第５図は第１実施例の動作を説明するための超音波振動
子の位相およびインピーダンスの周波数特性を示す図、 第６図はこの発明の第２実施例を示す図、 第７図は超音波振動子の位相およびインピーダンスの周
波数特性を示す図である。 1,11……電圧制御発振器 2,12……駆動回路 3,13……整合トランス 4,14……超音波振動子 5,15……電流検出器、6,16……位相差検出器 ７……比較器、８……電圧設定器 17,19,21……抵抗 18……コンパレータ、20……FET 25,26……２値化回路 27……ローパスフィルタ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．制御信号入力端に入力される入力信号の電圧に応じ
て発振周波数が制御される電圧制御発振手段と、 この電圧制御発振手段からの出力信号に基づいて超音波
振動子を駆動する駆動手段と、 前記超音波振動子を駆動する駆動電圧と駆動電流との位
相差を検出し、その位相差に応じた電圧を有する信号を
前記制御信号入力端に入力する位相差検出手段と、 前記駆動電圧と前記駆動電流との間の許容される位相差
を表す基準信号を出力する基準信号出力手段と、 前記位相差検出手段から出力される信号と、前記基準信
号出力手段から出力される基準信号とを比較する比較手
段と 前記比較手段によって前記駆動電圧と駆動電流の位相差
が前記許容される位相差を越えたことを検出したとき、
予め設定された電圧発生回路によって生じる特定の固定
された設定電圧を前記制御信号入力端子に入力させるス
イッチ手段と、 を具備することを特徴とする超音波発振回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62138988A JP2698075B2 (ja) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | 超音波発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62138988A JP2698075B2 (ja) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | 超音波発振回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63304185A JPS63304185A (ja) | 1988-12-12 |
| JP2698075B2 true JP2698075B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15234859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62138988A Expired - Lifetime JP2698075B2 (ja) | 1987-06-04 | 1987-06-04 | 超音波発振回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2698075B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03115880A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Nec Corp | 周波数同調機能付送信器 |
| JP4494493B2 (ja) * | 2008-04-22 | 2010-06-30 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5922912A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-02-06 | Tdk Corp | 帯電防止膜付き物品の製造方法 |
| JPS6110194A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-17 | Iseki & Co Ltd | 農作業機における給油装置 |
-
1987
- 1987-06-04 JP JP62138988A patent/JP2698075B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63304185A (ja) | 1988-12-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070919 Year of fee payment: 10 |