JP6702442B2 - 超音波装置 - Google Patents

Description

この発明は、超音波装置に関し、特に、搭載する超音波トランスデューサの異常検知機能を備えた超音波装置に関する。

超音波トランスデューサから超音波を送信し、被検出物で反射した反射波を超音波トランスデューサによって受信することによって、被検出物との距離などを測定する超音波装置が実用に供されている。

超音波トランスデューサの振動面に、泥等の異物が付着したり、付着した水滴が凍結したりすると、超音波トランスデューサによる送波や受波ができなくなる。この結果、超音波トランスデューサの前方に障害物があるにもかかわらず障害物が存在しないという誤った検知をする。

特許第２９９８２３２号公報（特許文献１）は、泥等の異物の付着を検知できる超音波センサを開示する。この超音波センサは、超音波振動子の共振周波数を検出し、この共振周波数を監視して固有周波数と比較することにより超音波振動子の動作異常を検知する。

特許第２９９８２３２号公報

しかしながら、温度が変化すると共振周波数は変化する。したがって、共振周波数の測定結果だけを用いて異常を検知する方法では、異常なのか温度変化なのか判別できない場合が考えられる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は超音波トランスデューサの異常を精度良く検出することが可能な超音波装置を提供することである。

本開示のある局面に関わる超音波装置は、超音波トランスデューサと、駆動回路と、受信回路と、周波数検出部と、記憶部と、温度検出部と、判定部とを備える。駆動回路は、超音波トランスデューサに音波を発信させる。受信回路は、超音波トランスデューサが受けた音波を受信する。周波数検出部は、超音波トランスデューサの共振周波数を検出する。記憶部は、予め定められた温度における超音波トランスデューサの共振周波数を記憶する。判定部は、温度検出部が検出した温度と記憶部に記憶された共振周波数と周波数検出部が検出した共振周波数とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定する。

本開示の第２の局面に関わる超音波装置は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサのＱ値を記憶する記憶部と、温度検出部と、温度検出部が検出した温度と記憶部に記憶されたＱ値とＱ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える。

本開示の第３の局面に関わる超音波装置は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、超音波トランスデューサの共振周波数を検出する周波数検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサの共振周波数を記憶する第１記憶部と、超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサのＱ値を記憶する第２記憶部と、温度検出部と、温度検出部が検出した温度と第１記憶部に記憶された共振周波数と周波数検出部が検出した共振周波数と第２記憶部に記憶されたＱ値とＱ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える。

好ましくは、判定部は、第１記憶部に記憶された共振周波数に基づいて温度検出部が検出した温度における共振周波数を推定する共振周波数推定部と、共振周波数推定部が推定した共振周波数に基づいて周波数検出部が検出した共振周波数が正常か異常かを判定する第１判定処理部と、第２記憶部に記憶されたＱ値に基づいて温度検出部が検出した温度におけるＱ値を推定するＱ値推定部と、Ｑ値推定部が推定したＱ値に基づいてＱ値検出部が検出したＱ値が正常か異常かを判定する第２判定処理部とを含む。

好ましくは、判定部は、第１記憶部に記憶された共振周波数に基づいて温度検出部が検出した温度における共振周波数を推定する共振周波数推定部と、第２記憶部に記憶されたＱ値に基づいて温度検出部が検出した温度におけるＱ値を推定するＱ値推定部と、共振周波数推定部が推定した共振周波数とＱ値推定部が推定したＱ値との組み合わせに基づいて超音波トランスデューサが正常か異常かを判定する異常判定部とを含む。

好ましくは、温度検出部は、超音波トランスデューサの容量を検出する容量検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサの容量を記憶する容量記憶部と、容量検出部が検出した容量と容量記憶部が記憶した容量とに基づいて、温度を推定する温度推定部とを含む。

本開示の第４の局面に関わる超音波装置は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサのＱ値を記憶する記憶部と、超音波トランスデューサの容量を検出する容量検出部と、予め定められた温度における超音波トランスデューサの容量を記憶する容量記憶部と、容量検出部が検出した容量と記憶部に記憶されたＱ値とＱ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える。

本開示の第５の局面に関わる超音波装置は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、超音波トランスデューサの共振周波数を検出する周波数検出部と、予め定められた温度における前記超音波トランスデューサの共振周波数を記憶する記憶部と、超音波トランスデューサの容量を検出する容量検出部と、予め定められた温度における前記超音波トランスデューサの容量を記憶する容量記憶部と、容量検出部が検出した容量と記憶部に記憶された共振周波数と周波数検出部が検出した共振周波数とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える。

本発明によれば、精度良く超音波トランスデューサの異常を検出することができる。

超音波トランスデューサを備えた超音波装置の構成を示す概略ブロック図である。 超音波トランスデューサ１００を示す断面図である。 実施の形態１の超音波装置の構成を示したブロック図である。 周波数推定部１１６における周波数ｆｃの推定処理の第１例を説明するための図である。 周波数推定部１１６における周波数ｆｃの推定処理の第２例を説明するための図である。 実施の形態２の超音波装置の構成を示したブロック図である。 Ｑ値推定部２１６におけるＱ値Ｑｃの推定処理の第１例を説明するための図である。 Ｑ値推定部２１６におけるＱ値Ｑｃの推定処理の第２例を説明するための図である。 水滴の付着と共振周波数の変化との関係を示すグラフである。 水滴の付着とＱ値の変化との関係を示すグラフである。 泥の付着と共振周波数の変化との関係を示すグラフである。 泥の付着とＱ値の変化との関係を示すグラフである。 実施の形態３で実行される判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３に係る超音波装置の構成を示したブロック図である。 異常判定部３１９の動作を説明するための図である。 実施の形態４に係る超音波装置の構成を示したブロック図である。 異常判定部４１９の判定処理について説明するための図である。 実施の形態５に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。 温度検出部１１２における温度Ｔｃの推定処理の第１例を説明するための図である。 温度検出部１１２における温度Ｔｃの推定処理の第２例を説明するための図である。 実施の形態６に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。 Ｑ値推定部６１６の推定処理の第１例を説明するための図である。 Ｑ値推定部６１６の推定処理の第２例を説明するための図である。 実施の形態６の変形例の超音波装置の構成を示したブロック図である。 実施の形態７に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。 Ｑ値推定部８１６の推定処理を説明するための図である。 実施の形態７の変形例の超音波装置の構成を示したブロック図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［各実施例に共通な全体構成］
図１は、超音波トランスデューサを備えた超音波装置の構成を示す概略ブロック図である。超音波装置１は、超音波トランスデューサ１００と、マイコン１０１と、メモリ１０２と、検出回路１０３と、駆動回路１０４と、電源１０５と、受信回路１０６と、異常検出部１１０とを備える。

マイコン１０１は、メモリ１０２に格納されているデータを読み出して、超音波トランスデューサ１００の駆動に適した制御信号を駆動回路１０４に出力する。電源１０５は、たとえば１２Ｖの直流電圧を駆動回路１０４に出力する。駆動回路１０４は、マイコン１０１から出力された制御信号に基づいて直流電圧から交流電圧を生成する。交流電圧は、必要に応じて増幅回路（図示せず）により昇圧された状態で超音波トランスデューサ１００に供給される。超音波トランスデューサ１００が駆動され、超音波トランスデューサ１００から気中などに向けて超音波が送信（送波）される。

超音波トランスデューサ１００が物標からの反射波を受信した際、超音波トランスデューサ１００にて発生した受波信号は電圧値として受信回路１０６に送られ、検出回路１０３を通してマイコン１０１に入力される。マイコン１０１により、物標の有無や移動に関する情報を把握することが可能となる。超音波装置１は、たとえば車などに搭載される超音波センサとして使用することができる。

［超音波トランスデューサ１００］
図２は、超音波トランスデューサ１００を示す断面図である。なお、図２に開示する超音波トランスデューサの構成は、例示であり、他の構成を有する超音波トランスデューサを用いた場合にも本実施の形態の超音波装置で異常を検出することが可能である。図２に示す超音波トランスデューサ１００は、圧電素子５０と、ケース６０と、吸音材６３と、端子８０，８１とを備える。ケース６０は、有底筒状の形状を有する。ケース６０は、たとえば、高い弾性を有しかつ軽量なアルミニウムで形成される。ケース６０は、アルミニウムをたとえば鍛造または切削加工をすることによって作製される。

ケース６０は、円盤状の底部６２と、底部６２の周縁に沿って設けられた円筒状の筒状部６１とを含む。圧電素子５０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子５０は、底部６２の内面上に配置され、接着剤を用いて内面に接合される。超音波トランスデューサ１００が駆動している際には、圧電素子５０は、底部６２とともにベンディング振動する。樹脂７１は、ケース６０の内部空間を埋めるように設けられる。吸音材６３は、スポンジ等の成形体からなり、樹脂７１と圧電素子５０を収容する部分７２との間に設けられる。吸音材６３は、圧電素子５０に間隔を空けて対向している。

圧電素子５０は、２つの電極５１，５２を有している。端子８０は、ワイヤおよびケース６０を介して電極５２に電気的に接続される。端子８１は、ワイヤを介して電極５１に電気的に接続される。

なお、図１の超音波トランスデューサ１００としては、図２に示した２端子のもの以外にも、ＧＮＤ、送信、受信の３端子を有するものであっても良い。

［実施の形態１］
図３は、実施の形態１の超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態１の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部１１０とを含む。

異常検出部１１０は、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８と、周波数推定部１１６と、温度検出部１１２と、異常判定部１１９とを含む。

駆動回路１０４は、超音波トランスデューサ１００に音波を発信させるように駆動信号を出力する。受信回路１０６は、超音波トランスデューサ１００が受けた音波を受信する。

周波数検出部１１４は、超音波トランスデューサ１００の共振周波数ｆｍを検出する。周波数記憶部１１８は、予め定められた温度における超音波トランスデューサ１００の共振周波数ｆｍを記憶する。たとえば、超音波装置を工場で生産している工程において、予め定められた温度の雰囲気において超音波トランスデューサ１００を共振させたときに周波数検出部１１４で検出した周波数ｆｍを、初期値ｆｉｎｉとして周波数記憶部１１８に記憶させる。

周波数検出部１１４、温度検出部１１２としては、公知のどのようなものを使用しても良い。たとえば、周波数検出部１１４は、特開２０１５−１０８８８号公報等に記載されているように、残響周波数から共振周波数を計測する回路を使用することができる。また、温度検出部１１２は、サーミスタ等の感温素子であっても良く、車両などに設けられた外部の温度センサから温度情報を受信するようなものであっても良い。

図４は、周波数推定部１１６における周波数ｆｃの推定処理の第１例を説明するための図である。図３、図４を参照して、工場出荷時等の超音波トランスデューサ１００に異常が生じていないことが分かっている状態で、特定の温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）において、それぞれ共振周波数（ｆｉｎｉ１，ｆｉｎｉ２，ｆｉｎｉ３，ｆｉｎｉ４，ｆｉｎｉ５）を測定する。なお、温度点数は一点でも、複数点でも良い。測定点Ｐ１〜Ｐ５の測定値は、周波数記憶部１１８に記憶される。周波数推定部１１６は、記憶された周波数から、個別の超音波トランスデューサごとの温度−共振周波数の関係ｆｓｔｄを求める。

温度−共振周波数の関係は、例えば温度と共振周波数のテーブルデータを記憶して、データ間は線形補間して算出することができる。なお、この関係を一次式、二次式または多項式等の数式で表現し、測定点Ｐ１〜Ｐ５から数式の係数を決定しても良い。

使用時に温度検出部１１２から得られた温度Ｔｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたｆｓｔｄから決定することによって、周波数推定部１１６は、推定共振周波数ｆｃを推定する。

図４に示したように個別の超音波トランスデューサごとに温度特性のデータを測定しておき、そのデータを使用して推定共振周波数ｆｃを求めても良いが、個別の超音波トランスデューサごとに温度特性のデータを測定および記録するのは時間がかかる。したがって、標準温度Ｔｓｔｄにおける初期値ｆｉｎｉを個別のトランスデューサごとに測定および記録しておき、共通の標準データを用いて温度特性変化による周波数シフト分Δｆの補正を行なう以下の第２例の方が現実的である。

図５は、周波数推定部１１６における周波数ｆｃの推定処理の第２例を説明するための図である。図３、図５を参照して、予め定められた温度（たとえば、Ｔｓｔｄ＝２５℃）において計測された超音波トランスデューサ１００の共振周波数ｆｉｎｉ（図５のＰ６に該当）が周波数記憶部１１８に記憶されている。周波数推定部１１６には、複数の超音波装置で共通に用いられる超音波トランスデューサの温度−共振周波数特性（図５のｆｏｒｇ）が記憶されている。温度−共振周波数特性（ｆｏｒｇ）は、温度の関数（数式）として記憶されていても良いし、マップのようにデータテーブルで記憶されていても良い。

個別の超音波トランスデューサ１００に対応する温度Ｔｓｔｄにおける共振周波数ｆｉｎｉと温度−共振周波数特性（ｆｏｒｇ）とのシフト分Δｆを算出する。これは個体差による周波数シフト分Δｆである。そして、温度−共振周波数特性（ｆｏｒｇ）をΔｆシフトさせた温度−共振周波数特性（ｆｓｔｄ）を求める。使用時に温度検出部１１２から得られた温度Ｔｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたｆｓｔｄから決定することによって、周波数推定部１１６は、推定共振周波数ｆｃを推定する。

なお、図示しないが、温度−共振周波数特性（ｆｏｒｇ）上での予め定められた温度Ｔｓｔｄに対応する共振周波数と温度Ｔｍにおける共振周波数との差Δｆ１を算出し、ｆｉｎｉに対してΔｆ１を加算してｆｃを求めても良い。

図３に戻って、周波数推定部１１６は、温度検出部１１２から現在の測定温度Ｔｍを受けると、推定共振周波数ｆｃを出力する。なお、図３では、周波数記憶部１１８に記憶されたｆｉｎｉが周波数推定部１１６に送信されているが、図４、図５に示したｆｓｔｄが予め演算されて周波数記憶部１１８に記憶され周波数推定部１１６がこれを参照するのでも良い。

異常判定部１１９は、温度検出部１１２が検出した温度Ｔｍと周波数記憶部１１８に記憶された共振周波数ｆｉｎｉと周波数検出部１１４が検出した共振周波数ｆｍとに基づいて、超音波トランスデューサ１００の異常を判定し、判定結果を示す信号ＳＲ１を出力する。

より詳細には、周波数推定部１１６が、温度Ｔｍと初期値ｆｉｎｉとに基づいて、温度Ｔｍにおける周波数推定値ｆｃを推定し、異常判定部１１９が周波数推定値ｆｃと測定値である共振周波数ｆｍとを比較し、測定値が異常であるか否かを判定する。たとえば、異常判定部１１９は周波数推定値ｆｃを中心としてプラス側しきい値ｆ（＋）とマイナス側しきい値ｆ（−）を決定し、ｆ（−）＜ｆｍ＜ｆ（＋）が成立した場合に測定値が正常であると判定し、成立しない場合に測定値が異常であると判定する。

以上説明した構成とすることによって、実施の形態１に係る超音波装置は、従来よりも精度良く超音波トランスデューサの異常を検出することができる。

すなわち、特許第２９９８２３２号公報（特許文献１）に示された方法では、周波数の変化を元に異常を検出するが、周波数は温度によっても変化する。水や泥などの異物の付着の異常を検出する場合、周波数が温度によって変化したのか、付着によって変化したのかを判別する必要がある。そこで、実施の形態１では周波数検出部１１４以外に温度検出部１１２を設け、検出した温度における周波数変化分を判定しきい値に反映させることによって、周波数変化が温度変化によるものか、それ以外の異常によるものかを判別することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、異常を判定するパラメータとして共振周波数を用いたが、実施の形態２では、Ｑ値を用いる。Ｑ値は、尖鋭度、すなわち共振回路の共振のピークの鋭さを表す値「Ｑ：Quality factor」として一般的に用いられる指標である。本願発明者は、泥の付着等の異常がＱ値の変化としても検出できることに気付いた。

図６は、実施の形態２の超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態２の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部２１０とを含む。

異常検出部２１０は、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、Ｑ値推定部２１６と、温度検出部１１２と、異常判定部２１９とを含む。

駆動回路１０４、受信回路１０６、温度検出部１１２は、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

Ｑ値検出部２１４は、超音波トランスデューサ１００のＱ値Ｑｍを検出する。Ｑ値記憶部２１８は、予め定められた温度における超音波トランスデューサ１００のＱ値Ｑｍを記憶する。たとえば、超音波装置を工場で生産している工程において、予め定められた温度の雰囲気において超音波トランスデューサ１００を振動させたときにＱ値検出部２１４で検出したＱ値Ｑｍを、初期値ＱｉｎｉとしてＱ値記憶部２１８に記憶させる。

Ｑ値検出部２１４としては、公知のどのようなものを使用しても良い。たとえば、Ｑ値検出部２１４は、特開２０１５-１０８８８号公報等に記載されているように、残響周波数の減衰カーブからＱ値を計測する。

図７は、Ｑ値推定部２１６におけるＱ値Ｑｃの推定処理の第１例を説明するための図である。図６、図７を参照して、工場出荷時等の超音波トランスデューサ１００に異常が生じていないことが分かっている状態で、特定の温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）において、それぞれＱ値（Ｑｉｎｉ１，Ｑｉｎｉ２，Ｑｉｎｉ３，Ｑｉｎｉ４，Ｑｉｎｉ５）を測定する。なお、温度点数は一点でも、複数点でも良い。測定点Ｐ１１〜Ｐ１５の測定値は、Ｑ値記憶部２１８に記憶される。Ｑ値推定部２１６は、記憶されたＱ値から、個別の超音波トランスデューサごとの温度−Ｑ値の関係Ｑｓｔｄを求める。

温度−Ｑ値の関係は、例えば温度とＱ値のテーブルデータを記憶して、データ間は線形補間して算出することができる。なお、この関係を一次式、二次式または多項式等の数式で表現し、測定点Ｐ１１〜Ｐ１５から数式の係数を決定しても良い。

使用時に温度検出部１１２から得られた温度Ｔｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたＱｓｔｄから決定することによって、Ｑ値推定部２１６は、推定Ｑ値Ｑｃを推定する。

図７に示したように個別の超音波トランスデューサごとに温度特性のデータを測定しておき、そのデータを使用して推定Ｑ値Ｑｃを求めても良いが、個別の超音波トランスデューサごとに温度特性のデータを測定および記録するのは時間がかかる。したがって、標準温度Ｔｓｔｄにおける初期値Ｑｉｎｉを個別のトランスデューサごとに測定および記録しておき、共通のデータを用いて温度特性変化によるＱ値シフト分ΔＱの補正を行なう以下の第２例の方が現実的である。

図８は、Ｑ値推定部２１６におけるＱ値Ｑｃの推定処理の第２例を説明するための図である。図６、図８を参照して、予め定められた温度（たとえば、Ｔｓｔｄ＝２５℃）において計測された超音波トランスデューサ１００のＱ値Ｑｉｎｉ（図１８のＰ１６に該当）がＱ値記憶部２１８に記憶されている。Ｑ値推定部２１６には、複数の超音波装置で共通に用いられる超音波トランスデューサの温度−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）が記憶されている。温度−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）は、温度の関数（数式）として記憶されていても良いし、マップのようにデータテーブルで記憶されていても良い。

個別の超音波トランスデューサ１００に対応する温度ＴｓｔｄにおけるＱ値Ｑｉｎｉと温度−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）とのＱ値シフト分ΔＱを算出する。これは、個体差によるＱ値シフト分ΔＱである。そして、温度−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）をΔＱシフトさせた温度−Ｑ値特性（Ｑｓｔｄ）を求める。使用時に温度検出部１１２から得られた温度Ｔｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたＱｓｔｄから決定することによって、Ｑ値推定部２１６は、推定Ｑ値Ｑｃを推定する。

なお、図示しないが、温度−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）上での予め定められた温度Ｔｓｔｄに対応するＱ値と温度ＴｍにおけるＱ値との差ΔＱ１を算出し、Ｑｉｎｉに対してΔＱ１を加算してＱｃを求めても良い。

Ｑ値推定部２１６は、温度検出部１１２から現在の測定温度Ｔｍを受けると、推定Ｑ値Ｑｃを出力する。なお、図６では、Ｑ値記憶部２１８に記憶されたＱｉｎｉがＱ値推定部２１６に送信されているが、図７、図８に示したＱｓｔｄが予め演算されてＱ値記憶部２１８に記憶されＱ値推定部２１６がこれを参照するのでも良い。

異常判定部２１９は、温度検出部１１２が検出した温度ＴｍとＱ値記憶部２１８に記憶されたＱ値ＱｉｎｉとＱ値検出部２１４が検出したＱ値Ｑｍとに基づいて、超音波トランスデューサ１００の異常を判定し、判定結果を示す信号ＳＲ２を出力する。

より詳細には、Ｑ値推定部２１６が、温度Ｔｍと初期値Ｑｉｎｉとに基づいて、温度ＴｍにおけるＱ値推定値Ｑｃを推定し、異常判定部２１９が推定Ｑ値Ｑｃ（またはＱ値推定値Ｑｃ）と測定値であるＱｍとを比較し、測定値が異常であるか否かを判定する。たとえば、異常判定部２１９はＱ値推定値Ｑｃを中心としてプラス側しきい値Ｑ（＋）とマイナス側しきい値Ｑ（−）を決定し、Ｑ（−）＜Ｑｍ＜Ｑ（＋）が成立した場合に測定値が正常であると判定し、成立しない場合に測定値が異常であると判定する。

以上説明した構成とすることによって、実施の形態２に係る超音波装置は、Ｑ値を温度補正するため、精度良く超音波トランスデューサの異常を検出することができる。また、従来はＱ値のみで異常を検出することは行なわれていなかったので、いままで判別できなかった異常を検出することが期待できる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、Ｑ値（共振先鋭度）で異常を判定した。実施の形態３では、共振周波数の変化とＱ値の変化とを同時に観測することによって、異常の内容を分類可能とするものである。

図９は、水滴の付着と共振周波数の変化との関係を示すグラフである。図１０は、水滴の付着とＱ値の変化との関係を示すグラフである。図１１は、泥の付着と共振周波数の変化との関係を示すグラフである。図１２は、泥の付着とＱ値の変化との関係を示すグラフである。

図９〜図１０から分かるように、超音波トランスデューサ１００の振動面に水滴が付着した場合には、共振周波数は変わるが、Ｑ値はほとんど変わらない。一方、図１１〜図１２から分かるように、泥が付着した場合には、共振周波数とＱ値は両方とも変化する（下がる）。

図１３は、実施の形態３で実行される判定処理を説明するためのフローチャートである。図１３を参照して、ステップＳ１において実施の形態３に係る異常検出部は、初期の共振周波数とＱ値とを記憶部に記憶させる。続いて、ステップＳ２において温度Ｔｍが測定され、ステップＳ３において、現在の温度Ｔｍにおける共振周波数ｆｃおよびＱ値Ｑｃが推定される。

ステップＳ２，Ｓ３の処理に並行して、ステップＳ４において、現在の共振周波数ｆｍとＱ値Ｑｍとが測定される。

ステップＳ３およびステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ５において、推定共振周波数ｆｃに対する測定共振周波数ｆｍの低下量Ｄｆが判定しきい値Ｄｆｔｈよりも大きいか否かが判断される。Ｄｆ＞Ｄｆｔｈであった場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ５からステップＳ６に処理が進められ、Ｑ値の低下量ＤＱが判定しきい値ＤＱｔｈよりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ６においてＤＱ＞ＤＱｔｈであった場合（Ｓ６でＹＥＳ）、ステップＳ７に処理が進められ、泥が超音波トランスデューサ１００の共振面（図２の底部６２）の全面に付着している可能性があると判断される。一方、ＤＣ＞ＤＱｔｈでなかった場合（Ｓ６でＮＯ）、ステップＳ８に処理が進められ、水が共振面に付着したか、または乾燥した泥が付着している可能性があると判断される。

ステップＳ５において、Ｄｆ＞Ｄｆｔｈでなかった場合（Ｓ５でＮＯ）、ステップＳ５からステップＳ９に処理が進められ、Ｑ値の低下量ＤＱが判定しきい値ＤＱｔｈよりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ９においてＤＱ＞ＤＱｔｈであった場合（Ｓ９でＹＥＳ）、ステップＳ１０に処理が進められ、泥が超音波トランスデューサ１００の共振面の１／２以上に付着している可能性があると判断される。一方、ＤＱ＞ＤＱｔｈでなかった場合（Ｓ９でＮＯ）、ステップＳ１１に処理が進められ、水が共振面に付着している可能性は低く、泥の付着は共振面の１／２以下であると判断される。

図１４は、実施の形態３に係る超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態３の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部３１０とを含む。

異常検出部３１０は、温度検出部１１２と、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８と、周波数推定部１１６と、異常判定部１１９とを含む。温度検出部１１２、周波数検出部１１４、周波数記憶部１１８、周波数推定部１１６、および異常判定部１１９については、実施の形態１（図３）で説明したものと同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

異常検出部３１０は、さらに、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、Ｑ値推定部２１６と、異常判定部２１９とを含む。Ｑ値検出部２１４、Ｑ値記憶部２１８、Ｑ値推定部２１６、および異常判定部２１９については、実施の形態２（図６）で説明したものと同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

異常検出部３１０は、さらに、異常判定部３１９を含む。異常判定部３１９は、異常判定部１１９，２１９とともに、判定部３２０を構成する。この判定部３２０は、温度検出部１１２が検出した温度Ｔｍと周波数記憶部１１８に記憶された共振周波数ｆｉｎｉと周波数検出部１１４が検出した共振周波数ｆｍとＱ値記憶部２１８に記憶されたＱ値ＱｉｎｉとＱ値検出部２１４が検出したＱ値Ｑｍとに基づいて、超音波トランスデューサ１００の異常を判定する。

異常判定部３１９は、異常判定部１１９および２１９の判定結果から総合的に異常の状態を判定する。異常判定部３１９は、異常の状態が水付着なのか、凍結または泥付着なのかを判定することができる。

図１５は、異常判定部３１９の動作を説明するための図である。図１５を参照して、共振周波数ｆｍが推定共振周波数ｆｃによって定まるプラス側しきい値ｆ（＋）とマイナス側しきい値ｆ（−）との間にあることを信号ＳＲ１が示す場合に、「ｆ（ＯＫ）」と表記する。また、Ｑ値Ｑｍが推定Ｑ値Ｑｃによって定まるプラス側しきい値Ｑ（＋）とマイナス側しきい値Ｑ（−）との間にあることを信号ＳＲ２が示す場合に、「Ｑ（ＯＫ）」と表記する。

また、図１５において、ｆｍがプラス側しきい値ｆ（＋）より高い場合に、「ｆ（＋）」と表記し、ｆｍがマイナス側しきい値ｆ（−）より低い場合に、「ｆ（−）」と表記する。

また、図１５において、Ｑｍがプラス側しきい値Ｑ（＋）より大きい場合に、「Ｑ（＋）」と表記し、Ｑｍがマイナス側しきい値Ｑ（−）より小さい場合に、「Ｑ（−）」と表記する。

信号ＳＲ１が「ｆ（ＯＫ）」に該当し、かつ、信号ＳＲ２が「Ｑ（ＯＫ）」に該当するときには、異常判定部３１９は、判定結果ＳＲ３として「ＰＡＳＳ」を出力する。「ＰＡＳＳ」は超音波トランスデューサ１００が正常であることを示す。

信号ＳＲ１がマイナス側しきい値より低い「ｆ（−）」に該当し、かつ、信号ＳＲ２がマイナス側しきい値より低い「Ｑ（−）」に該当するときには、異常判定部３１９は、判定結果ＳＲ３として「Ｍ２」を出力する。「Ｍ２」は超音波トランスデューサ１００に氷または泥が付着している可能性があることを示す。

信号ＳＲ１がマイナス側しきい値より低い「ｆ（−）」に該当し、かつ、信号ＳＲ２が「Ｑ（ＯＫ）」に該当するときには、異常判定部３１９は、判定結果ＳＲ３として「Ｍ１」を出力する。「Ｍ１」は超音波トランスデューサ１００に水が付着している可能性があることを示す。

なお、それ以外の場合には、図１５において「Ｆ」と示されており、超音波トランスデューサ１００が故障している可能性があることを示す。

以上説明したように、実施の形態３の超音波装置によれば超音波トランスデューサ１００の異常の状態を細かく推定できる。すなわち、異常が水付着なのか泥付着または凍結なのかを、周波数変化とＱ値の変化の組合せで切り分けることができるため、より高精度な制御や修理の場合の分類等に応用できる。

［実施の形態４］
実施の形態４は、実施の形態３と似ているが、異常判定部の判定を変更している。

図１６は、実施の形態４に係る超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態４の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部４１０とを含む。

異常検出部４１０は、温度検出部１１２と、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８と、周波数推定部１１６と、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、Ｑ値推定部２１６と、異常判定部４１９とを含む。

温度検出部１１２、周波数検出部１１４、周波数記憶部１１８、および周波数推定部１１６については、実施の形態１（図３）で説明したものと同様である。Ｑ値検出部２１４、Ｑ値記憶部２１８、およびＱ値推定部２１６については、実施の形態２（図６）で説明したものと同様である。したがって、ここではこれらの説明は繰り返さない。

異常判定部４１９は、周波数推定部１１６が推定した共振周波数ｆｃと、周波数検出部１１４が検出した共振周波数ｆｍと、Ｑ値推定部２１６が推定したＱ値Ｑｃと、Ｑ値検出部２１４が検出したＱ値Ｑｍとに基づいて、超音波トランスデューサ１００の異常を判定する。

図１７は、異常判定部４１９の判定処理について説明するための図である。異常判定部４１９は、共振周波数の測定値と推定値、Ｑ値の測定値と推定値の４つから総合的に異常を判定する。図１７を参照して、異常判定部４１９は、Ｑ−ｆ平面上において、座標Ｐ（Ｑｃ，ｆｃ）を中心にしたＰＡＳＳ領域に座標Ｐｍ（Ｑｍ，ｆｍ）が入るか否かで、正常か異常かの判定を行なう。このようにすることで、図１７に示すように、判定結果ＰＡＳＳ，Ｍ１，Ｍ２，Ｆに該当する領域を実際の実験結果等に合わせて細かく設定することが可能である。

実施の形態４の構成は、実施の形態３の構成と似ているが、共振周波数、Ｑ値の各々で個別に判別した結果を組み合わせるのではなく、はじめから共振周波数とＱ値の組合せの状態によって１回で判別するため、効率よく、高精度な判定ができる。

［実施の形態５］
実施の形態１〜４では、温度検出部１１２は、公知の種々の温度センサを用いることとしていたが、実施の形態５では、温度検出部１１２が超音波トランスデューサ１００の圧電素子の容量変化を検出することによって温度を推定する。なお、この温度検出部１１２については、実施の形態１〜４のいずれにも適用することができるが、代表として、実施の形態２に適用した場合を説明する。

図１８は、実施の形態５に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。図１８を参照して、実施の形態５の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部５１０とを含む。

異常検出部５１０は、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、Ｑ値推定部２１６と、温度検出部１１２と、異常判定部２１９とを含む。

駆動回路１０４、受信回路１０６、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、Ｑ値推定部２１６と、異常判定部２１９は、実施の形態１，２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

温度検出部１１２は、容量検出部５１２と、容量記憶部５１４と、温度推定部５１６とを含む。

容量検出部５１２は、あらかじめ容量値がわかっている容量を超音波トランスデューサ１００の圧電素子の容量と直列接続になるように接続し、交流電圧波形を与える。直列接続された２つの容量の接続ノードの電圧は、交流電圧が容量比で分割した電圧となるので、圧電素子の容量値がいくらかを検出することができる。

図１９は、温度検出部１１２における温度Ｔｃの推定処理の第１例を説明するための図である。図１８、図１９を参照して、工場出荷時等の超音波トランスデューサ１００に異常が生じていないことが分かっている状態で、特定の温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）において、それぞれ容量値（Ｃｉｎｉ１，Ｃｉｎｉ２，Ｃｉｎｉ３，Ｃｉｎｉ４，Ｃｉｎｉ５）を測定する。なお、温度点数は一点でも、複数点でも良い。測定点Ｐ２１〜Ｐ２５の測定値は、容量記憶部５１４に記憶される。温度推定部５１６は、記憶された容量値から、個別の超音波トランスデューサごとの温度−容量値の関係を求める。

温度−容量値の関係は、例えば温度と容量値のテーブルデータを記憶して、データ間は線形補間して算出することができる。なお、この関係を一次式、二次式または多項式等の数式で表現し、測定点Ｐ２１〜Ｐ２５から数式の係数を決定しても良い。

使用時に容量検出部５１２から得られた容量値Ｃｍに対応する温度を数式またはテーブルで与えられた温度−容量値特性Ｃｓｔｄから決定することによって、温度推定部５１６は、推定温度Ｔｃを推定する。

図１９に示したように個別の超音波トランスデューサごとに温度−容量特性のデータを測定しておき、そのデータを使用して推定温度Ｔｃを求めても良いが、個別の超音波トランスデューサごとに温度−容量特性のデータを測定および記録するのは時間がかかる。したがって、標準温度Ｔｓｔｄにおける初期値Ｃｉｎｉを個別のトランスデューサごとに測定および記録しておき、共通のデータを用いて温度特性変化による容量シフト分ΔＣの補正を行なう以下の第２例の方が現実的である。

図２０は、温度検出部１１２における温度Ｔｃの推定処理の第２例を説明するための図である。図１８、図２０を参照して、予め定められた温度（たとえば、Ｔｓｔｄ＝２５℃）において計測された超音波トランスデューサ１００の容量値Ｃｉｎｉ（図２０のＰ２６に該当）が容量記憶部５１４に記憶されている。温度推定部５１６には、複数の超音波装置で共通に用いられる超音波トランスデューサの温度−容量特性（Ｃｏｒｇ）が記憶されている。温度−容量特性（Ｃｏｒｇ）は、温度の関数（数式）として記憶されていても良いし、マップのようにデータテーブルで記憶されていても良い。

個別の超音波トランスデューサ１００に対応する温度Ｔｓｔｄにおける容量値Ｃｉｎｉと温度−容量特性（Ｃｏｒｇ）の容量値シフト分ΔＣを算出する。これは、個体差による容量値シフト分ΔＣである。そして、温度−容量特性（Ｃｏｒｇ）をΔＣシフトさせた温度−容量特性（Ｃｓｔｄ）を求める。使用時に容量検出部５１２から得られた容量値Ｃｍに対応する温度を数式またはテーブルで与えられたＣｓｔｄから決定することによって、温度推定部５１６は、推定温度Ｔｃを推定する。

なお、図示しないが、温度推定部５１６は、測定した容量値Ｃｍと容量記憶部５１４から読み出した容量値Ｃｉｎｉとの差ΔＣ１を算出し、ＣｏｒｇがＴｓｔｄからΔＣ１だけ変化した温度を推定温度Ｔｃとして出力しても良い。

Ｑ値推定部２１６は、温度検出部１１２から推定温度Ｔｃを受けると、推定Ｑ値Ｑｃを出力する。異常判定部２１９については、実施の形態２で説明した動作と同様な動作を行なって、判定結果を示す信号ＳＲ５を出力する。

実施の形態５に係る超音波装置は、容量検出を超音波トランスデューサ１００にもともと含まれている圧電素子の容量変化に基づいて温度を検出するので、新たに温度センサなどを追加する必要が無くなる。

実施の形態５によれば、温度センサの追加が不要となるので、低コストで実施の形態１〜４の機能を実現することができる。

［実施の形態６］
実施の形態１〜５までは、温度ＴｍまたはＴｃを仲介させてＱ値の推定値Ｑｃ等を求めていた。実施の形態６では、超音波トランスデューサ１００の容量の測定値Ｃｍから直接的に共振周波数ｆｃまたはＱ値の推定値Ｑｃを推定する。

図２１は、実施の形態６に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。図２１を参照して、実施の形態６の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部６１０とを含む。

異常検出部６１０は、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、容量検出部５１２と、Ｑ値推定部６１６と、異常判定部２１９とを含む。

駆動回路１０４、受信回路１０６、Ｑ値検出部２１４、Ｑ値記憶部２１８、容量検出部５１２、および異常判定部２１９は、実施の形態１，２，５と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

図２２は、Ｑ値推定部６１６の推定処理の第１例を説明するための図である。図２１、図２２を参照して、工場出荷時等の超音波トランスデューサ１００に異常が生じていないことが分かっている状態で、特定の温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）にそれぞれ対応する容量値（Ｃｉｎｉ１，Ｃｉｎｉ２，Ｃｉｎｉ３，Ｃｉｎｉ４，Ｃｉｎｉ５）において、それぞれＱ値（Ｑｉｎｉ１，Ｑｉｎｉ２，Ｑｉｎｉ３，Ｑｉｎｉ４，Ｑｉｎｉ５）を測定する。なお、温度点数は一点でも、複数点でも良い。測定点Ｐ３１〜Ｐ３５の測定値は、Ｑ値記憶部２１８に記憶される。Ｑ値推定部６１６は、記憶されたＱ値から、個別の超音波トランスデューサごとの容量値−Ｑ値の関係Ｑｓｔｄを求める。

容量値−Ｑ値の関係は、例えば容量値とＱ値のテーブルデータを記憶して、データ間は線形補間して算出することができる。なお、この関係を一次式、二次式または多項式等の数式で表現し、測定点Ｐ３１〜Ｐ３５から数式の係数を決定しても良い。

使用時に容量検出部５１２から得られた容量値Ｃｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたＱｓｔｄから決定することによって、Ｑ値推定部６１６は、推定Ｑ値Ｑｃを推定する。

図２２に示したように個別の超音波トランスデューサごとに容量値−Ｑ値特性のデータを測定しておき、そのデータを使用して推定Ｑ値Ｑｃを求めても良いが、個別の超音波トランスデューサごとに容量値−Ｑ値特性のデータを測定および記録するのは時間がかかる。したがって、標準温度Ｔｓｔｄ対応する容量値Ｃｓｔｄにおける初期値Ｑｉｎｉを個別のトランスデューサごとに測定および記録しておき、共通のデータを用いて容量特性変化によるＱ値シフト分ΔＱの補正を行なう以下の第２例の方が現実的である。

図２３は、Ｑ値推定部６１６の推定処理の第２例を説明するための図である。図２１、図２３を参照して、予め定められた温度（たとえば、Ｔｓｔｄ＝２５℃）において計測された超音波トランスデューサ１００の容量値ＣｓｔｄとＱ値Ｑｉｎｉ（図２３のＰ３６に該当）がＱ値記憶部２１８に記憶されている。Ｑ値推定部６１６には、複数の超音波装置で共通に用いられる超音波トランスデューサの容量値−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）が記憶されている。容量値−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）は、容量値の関数（数式）として記憶されていても良いし、マップのようにデータテーブルで記憶されていても良い。

個別の超音波トランスデューサ１００に対応する容量ＣｓｔｄにおけるＱ値Ｑｉｎｉと容量値−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）のＱ値シフト分ΔＱを算出する。これは、個体差によるＱ値シフト分ΔＱである。そして、容量値−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）をΔＱシフトさせた容量値−Ｑ値特性（Ｑｓｔｄ）を求める。使用時に容量検出部５１２から得られた容量値Ｃｍに対応する値を数式またはテーブルで与えられたＱｓｔｄから決定することによって、Ｑ値推定部６１６は、推定Ｑ値Ｑｃを推定する。

なお、図示しないが、容量値−Ｑ値特性（Ｑｏｒｇ）上での予め定められた容量Ｃｓｔｄに対応するＱ値と容量値ＣｍにおけるＱ値との差ΔＱ１を算出し、Ｑｉｎｉに対してΔＱ１を加算してＱｃを求めても良い。

異常判定部２１９は、温度検出部１１２が検出した温度ＴｍとＱ値記憶部２１８に記憶されたＱ値ＱｉｎｉとＱ値検出部２１４が検出したＱ値Ｑｍとに基づいて、超音波トランスデューサ１００の異常を判定し、判定結果を示す信号ＳＲ６を出力する。

実施の形態６では、実施の形態１〜５の温度検出部１１２をなくし、容量検出部５１２のみにする。また、周波数推定部やＱ値推定部６１６では、温度ではなく容量測定結果Ｃｍから直接にＱ値を推定する。

このような構成により低コストで機能を実現することができる。すなわち、温度検出部を省略することで、実施の形態５と同じ結果が得られるため、より低コストで同じ機能を実現することができる。

［実施の形態６の変形例］
実施の形態６では、Ｑ値の推定値Ｑｃについて代表的に例示して説明したが、共振周波数ｆｃにも実施の形態１に組み合わせることによって同様に適用可能である。

図２４は、実施の形態６の変形例の超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態６の変形例の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部７１０とを含む。

異常検出部７１０は、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８と、周波数推定部７１６と、容量検出部５１２と、異常判定部１１９とを含む。

駆動回路１０４は、受信回路１０６は、周波数検出部１１４は、周波数記憶部１１８は、図３で示したものと同様であり説明は繰り返さない。容量検出部５１２は、図２１で示したものと同様であり説明は繰り返さない。

周波数推定部７１６において、容量−共振周波数特性をｆｉｎｉを考慮してシフトさせ、周波数推定値ｆｃを求めることによって、共振周波数の場合も実施の形態６と同様な効果が得られる。

［実施の形態７］
実施の形態６では、直接的に容量とＱ値との関係を示すマップデータまたは関係式を使用して、温度等の周囲環境が変化した場合のＱ値推定値Ｑｃを求めた。しかし、個々の超音波トランスデューサ１００には製造ばらつきがある。共通のマップデータを個々の超音波トランスデューサ１００に対して適用するのは誤差が大きくなる場合が考えられる。実施の形態７では、このようなマップデータまたは関係式を共通にしたときに誤差を小さくできるように、容量変化率を求める点が特徴である。なお、容量変化率を求める点については、実施の形態１〜４のいずれにも適用することができる。

たとえば、圧電素子の容量に関していえば、容量値に製造ばらつきがあったとしても、温度が変化したときの容量値の変化率（％）にはあまり個体差は無い。したがって、容量変化率とＱ値との関係をマップや関係式としておけば、製造時に共通にこのデータを用いることができる。

図２５は、実施の形態７に係る超音波装置の構成を示すブロック図である。図２５を参照して、実施の形態７の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部８１０とを含む。

異常検出部８１０は、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、容量検出部５１２と、容量記憶部８１４と、容量変化率算出部８１２と、Ｑ値推定部８１６と、異常判定部２１９とを含む。

駆動回路１０４、受信回路１０６、Ｑ値検出部２１４と、Ｑ値記憶部２１８と、容量検出部５１２と、異常判定部２１９は、実施の形態１，２，５と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

容量変化率算出部８１２は、容量検出部５１２が検出した容量値Ｃｍが容量Ｃｉｎｉに対して変化した割合を容量変化率ΔＣｍ（％）として出力する。Ｑ値推定部８１６は、予め定められた温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）における超音波トランスデューサ１００の容量変化率ΔＣｉｎｉ１，ΔＣｉｎｉ２，ΔＣｉｎｉ３，ΔＣｉｎｉ４，ΔＣｉｎｉ５とＱとの関係（容量変化率−Ｑ値特性）を記憶する。この関係は、個別の素子に対して共通に用いることができる値である。

図２６は、Ｑ値推定部８１６の推定処理を説明するための図である。Ｑ値推定部８１６は、測定点Ｐ４１〜Ｐ４５から、測定点の間を線形補間して容量変化率−Ｑ値特性を算出する。なお、この関係を多項式等の数式で表現し、測定点Ｐ４１〜Ｐ４５から数式の係数を決定しても良い。Ｑ値推定部８１６は、容量変化率−Ｑ値特性から容量変化率ΔＣｍに対応するＱ値を求め、推定値Ｑｃを出力する。

実施の形態７の構成とすれば、容量に個体バラツキがある場合でも容量変化率をＱ値推定部の入力とすることによって共通のマップまたは数式を使用した場合でも、推定値の誤差を小さくすることができる。

［実施の形態７の変形例］
実施の形態７では、Ｑ値の推定値Ｑｃについて代表的に例示して説明したが、共振周波数ｆｃにも実施の形態１に組み合わせることによって同様に適用可能である。

図２７は、実施の形態７の変形例の超音波装置の構成を示したブロック図である。実施の形態７の変形例の超音波装置は、超音波トランスデューサ１００と、駆動回路１０４と、受信回路１０６と、異常検出部９１０とを含む。

異常検出部９１０は、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８と、周波数推定部９１６と、容量検出部５１２と、容量記憶部８１４と、容量変化率算出部８１２と、異常判定部１１９とを含む。

駆動回路１０４と、受信回路１０６と、周波数検出部１１４と、周波数記憶部１１８とは、図３で示したものと同様であり説明は繰り返さない。容量検出部５１２と、容量変化率算出部８１２と、容量記憶部８１４とは、図２５で示したものと同様であり説明は繰り返さない。

周波数推定部９１６は、容量変化率−共振周波数特性から容量変化率ΔＣｍに対応する共振周波数を求め、推定共振周波数ｆｃを出力する。

このようにすれば、共振周波数の場合も実施の形態７と同様な効果が得られる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 超音波装置、５０ 圧電素子、５１，５２ 電極、６０ ケース、６１ 筒状部、６２ 底部、６３ 吸音材、７１ 樹脂、８０，８１ 端子、１００ 超音波トランスデューサ、１０１ マイコン、１０２ メモリ、１０３ 検出回路、１０４ 駆動回路、１０５ 電源、１０６ 受信回路、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０ 異常検出部、１１２ 温度検出部、１１４ 周波数検出部、１１６ 周波数推定部、１１８ 周波数記憶部、１１９，２１９，３１９，４１９ 異常判定部、２１４ Ｑ値検出部、２１６，６１６，８１６ Ｑ値推定部、２１８ Ｑ値記憶部、３２０ 判定部、５１２ 容量検出部、５１４，８１４ 容量記憶部、５１６ 温度推定部、８１２ 容量変化率算出部。

Claims (6)

1. 超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、
   前記超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、
   前記超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサのＱ値を記憶する記憶部と、
   温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した温度と前記記憶部に記憶されたＱ値と前記Ｑ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、前記超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える、超音波装置。
2. 超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、
   前記超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、
   前記超音波トランスデューサの共振周波数を検出する周波数検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサの共振周波数を記憶する第１記憶部と、
   前記超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサのＱ値を記憶する第２記憶部と、
   温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した温度と前記第１記憶部に記憶された共振周波数と前記周波数検出部が検出した共振周波数と前記第２記憶部に記憶されたＱ値と前記Ｑ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、前記超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える、超音波装置。
3. 前記超音波装置は、
   前記第１記憶部に記憶された共振周波数に基づいて前記温度検出部が検出した温度における共振周波数を推定する共振周波数推定部と、
   前記第２記憶部に記憶されたＱ値に基づいて前記温度検出部が検出した温度におけるＱ値を推定するＱ値推定部とをさらに備え、
   前記判定部は、
   前記共振周波数推定部が推定した共振周波数に基づいて前記周波数検出部が検出した共振周波数が正常か異常かを判定する第１判定処理部と、
   前記Ｑ値推定部が推定したＱ値に基づいて前記Ｑ値検出部が検出したＱ値が正常か異常かを判定する第２判定処理部とを含む、請求項２に記載の超音波装置。
4. 前記超音波装置は、
   前記第１記憶部に記憶された共振周波数に基づいて前記温度検出部が検出した温度における共振周波数を推定する共振周波数推定部と、
   前記第２記憶部に記憶されたＱ値に基づいて前記温度検出部が検出した温度におけるＱ値を推定するＱ値推定部とをさらに備え、
   前記判定部は、前記共振周波数推定部が推定した共振周波数と前記Ｑ値推定部が推定したＱ値との組み合わせに基づいて前記超音波トランスデューサが正常か異常かを判定する、請求項２に記載の超音波装置。
5. 前記温度検出部は、
   前記超音波トランスデューサの容量を検出する容量検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサの容量を記憶する容量記憶部と、
   前記容量検出部が検出した容量と前記容量記憶部が記憶した容量とに基づいて、温度を推定する温度推定部とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波装置。
6. 超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサに音波を発信させる駆動回路と、
   前記超音波トランスデューサが受けた音波を受信する受信回路と、
   前記超音波トランスデューサのＱ値を検出するＱ値検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサのＱ値を記憶する記憶部と、
   前記超音波トランスデューサの容量を検出する容量検出部と、
   予め定められた温度における前記超音波トランスデューサの容量を記憶する容量記憶部と、
   前記容量検出部が検出した容量と前記記憶部に記憶されたＱ値と前記Ｑ値検出部が検出したＱ値とに基づいて、前記超音波トランスデューサの異常を判定する判定部とを備える、超音波装置。

Images