JPH01204509A - Ultrasonic wave oscillator - Google Patents

Ultrasonic wave oscillator

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Publication number
JPH01204509A
JPH01204509A JP2984688A JP2984688A JPH01204509A JP H01204509 A JPH01204509 A JP H01204509A JP 2984688 A JP2984688 A JP 2984688A JP 2984688 A JP2984688 A JP 2984688A JP H01204509 A JPH01204509 A JP H01204509A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
frequency
oscillation
oscillator
oscillating
Prior art date
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Pending
Application number
JP2984688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Goto
後藤 和隆
Yoshiaki Miki
三木 良昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Unisia Automotive Ltd
Nippon Denshi Kiki Co Ltd
Original Assignee
Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Nippon Denshi Kiki Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Electronic Control Systems Co Ltd, Nippon Denshi Kiki Co Ltd filed Critical Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Priority to JP2984688A priority Critical patent/JPH01204509A/en
Publication of JPH01204509A publication Critical patent/JPH01204509A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To attain the excitation in always tracking the resonance frequency of the vibrator by providing two sets of oscillating/drive sections, exciting alternately the vibrator with a prescribed frequency difference by a frequency close to the resonance frequency of the vibrator, detecting the amplitude of the vibrator for each case so as to adjust the oscillated frequency. CONSTITUTION:The two sets or the oscillating/drive sections 7A, 7B excite the vibrator X1 alternately at a prescribed period decided by an oscillator 8 in frequencies if1, f2 close to the resonance frequency f0 of the vibrator X1 and having a prescribed frequency difference. Then the amplitude of the vibrator X1 for each period is detected by a vibration sensor X3, sample and hold circuits 10A, 10B hold the amplitude at each period, the values are compared by a comparator CP, resulting in adjusting the oscillated frequency of oscillators 5A, 5B of the oscillating/drive sections 7A, 7B. Thus, the vibrator X1 is excited in tracking with the resonance frequency f0 of the vibrator X1 at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は発振周波数の安定した超音波発振器に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to an ultrasonic oscillator with stable oscillation frequency.

(従来技術及び発明が解決しようとする課B)超音波発
振器としては種々のものが提案されているが、発振器に
おいて振動子の共振周波数が負荷変動等によりズした場
合に励振能率が低下したり、あるいは振動子が破壊して
しまうなどの欠点があった。
(Issue B to be solved by the prior art and the invention) Various types of ultrasonic oscillators have been proposed. , or the vibrator may be destroyed.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記の欠点を改善して、発振周波数の安定した
超音波発振器を提供することを目的とする。
(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks and provide an ultrasonic oscillator with a stable oscillation frequency.

上記の目的を達成するため、本発明は一定の周波数差を
もって振動子の共振周波数に近似した周波数で発振し、
かつ前記振動子を駆動する第1゜第2の発振・駆動部と
、この第1.第2の発振・駆動部を所定の周期で交互に
動作させる制御部と、前記振動子の振動を検出して振幅
の大きさを示す信号を得る検出部と、前記第1.第2の
発振・駆動部の動作期間に対応して前記検出部の出力を
保持する第1.第2の保持部と、この第1.第2の保持
部の出力を比較して比較結果に応じて前記第1、第2の
発振・駆動部の発振周波数を調整する比較部とを備えて
なることを特徴とする超音波発振器を発明の要旨とする
ものである。
In order to achieve the above object, the present invention oscillates at a frequency close to the resonant frequency of the vibrator with a certain frequency difference,
and a first and second oscillating/driving section for driving the vibrator; a control section that alternately operates the second oscillation/drive section at a predetermined period; a detection section that detects the vibration of the vibrator and obtains a signal indicating the magnitude of the amplitude; The first oscillation/drive section holds the output of the detection section corresponding to the operation period of the second oscillation/drive section. a second holding section; Invention of an ultrasonic oscillator comprising: a comparison section that compares the output of the second holding section and adjusts the oscillation frequencies of the first and second oscillation/drive sections according to the comparison result. This is the gist of the report.

(作用) 本発明にあっては、発振・駆動部を2組設け、振動子の
共振周波数と近似した周波数で、互いに一定の周波数差
をもって交互に振動子を励振し、それぞれの場合の振動
子の振幅を検出して発振周波数の調整を行うようにして
いるので、常に振動子の共振周波数に追従した励振を行
うことができ、振動子の共振周波数がズした場合に励振
能率が低下したり、振動子が破壊してしまうことがない
(Function) In the present invention, two sets of oscillating/driving sections are provided, and the vibrators are alternately excited at a frequency close to the resonant frequency of the vibrator with a certain frequency difference, and the vibrator in each case is Since the oscillation frequency is adjusted by detecting the amplitude of the oscillator, it is possible to always perform excitation that follows the resonant frequency of the oscillator, and if the resonant frequency of the oscillator shifts, the excitation efficiency will decrease. , the vibrator will not be destroyed.

(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでも
ない。
(Example) Next, an example of the present invention will be described. It should be noted that the embodiments are merely illustrative, and it goes without saying that various changes and improvements may be made without departing from the spirit of the present invention.

第1図は本発明において用いられる超音波発振器のブロ
ンク図を示す。第1図において、4は超音波周波数の信
号を発生するオシレータ、3はオシレータ4の出力から
互いに反転した矩形状のQ。
FIG. 1 shows a Bronk diagram of an ultrasonic oscillator used in the present invention. In FIG. 1, 4 is an oscillator that generates an ultrasonic frequency signal, and 3 is a rectangular Q that is inverted from the output of oscillator 4.

ご出力を作成するフリップフロップあるいはマルチバイ
ブレークの如き変換回路、2A、2Bは変換回路3のQ
、  Q出力をそれぞれ入力するフォトカプララ、IA
、IBはフォトカプラ2A、213から変換回路3のQ
、σ出力に対応した信号が与えられ、かつ低圧電fiV
+、Vz  (例えば12V)にて動作するドライバ、
Q、、Q、はソース・ドレインが互いに直列接続されて
高圧電BVsと回路アースとの間に接続され、かつゲー
トにドライバIA。
A conversion circuit such as a flip-flop or multi-by-break that creates the output, 2A and 2B are the Q of conversion circuit 3.
, a photocoupler that inputs the Q output, and an IA
, IB is the Q of the conversion circuit 3 from the photocoupler 2A, 213
, a signal corresponding to the σ output is given, and a low voltage voltage fiV
+, a driver that operates at Vz (e.g. 12V),
The sources and drains of Q, , Q, are connected in series with each other, and are connected between the high voltage voltage BVs and the circuit ground, and the gate is connected to the driver IA.

IBから駆動信号が与えられるスイッチング素子として
のMOS−FET、X、はMOS−FETQ、、Q、の
接続点と回路アースとの間に接続される振動子である。
The MOS-FET, X, as a switching element to which a drive signal is applied from IB is a vibrator connected between the connection point of MOS-FETs Q, , Q and the circuit ground.

次に動作について説明する。オシレータ4により超音波
周波数の信号を発生し、変換回路3により互いに反転し
た矩形状のQ、 ′r:i出力を作成し、フォトカプラ
2A、2Bを介して低圧電[V+、Vzにて動作するド
ライバIA、IBに信号を与え、互いに直列接続されて
高圧電源■、と回路アースとの間に接続された2個のM
OS−FET Q、。
Next, the operation will be explained. The oscillator 4 generates an ultrasonic frequency signal, the conversion circuit 3 creates mutually inverted rectangular Q, 'r:i outputs, and operates on low voltage electric [V+, Vz] via photocouplers 2A and 2B. 2 M connected in series between the high-voltage power supply and the circuit ground.
OS-FET Q.

Q2を駆動し、2個のMOS−FET Q、、Q、の接
続点と回路アースとの間に接続された振動子X1を励振
するものである。すなわち、MOS−FETQl がオ
ン、MOS−FET (hがオフの時に高圧電tA V
 sより振動子X、が充電され、MOS−FET  Q
l がオフ、MOS−FET  Q、がオンの時に振動
子X、の充電電荷が放電し、その繰り返し周期、すなわ
ちオシレータ4の発振周期を振動子Xlの共振周波数と
合わせることによって振動子Xlにより超音波が発生す
る。
Q2 and excites the vibrator X1 connected between the connection point of the two MOS-FETs Q, , Q and the circuit ground. That is, when MOS-FET Ql is on and MOS-FET (h is off), the high voltage tA V
The oscillator X is charged from s, and the MOS-FET Q
When l is off and MOS-FET Q is on, the charge in the resonator X is discharged, and by matching the repetition period, that is, the oscillation period of the oscillator 4, with the resonant frequency of the resonator Xl, the resonator Sound waves are generated.

第2図は本発明の超音波発振器の実施例を示す。FIG. 2 shows an embodiment of the ultrasonic oscillator of the present invention.

図において、7A、7Bはそれぞれ第1図に示した振動
子X、を除いた回路部分から主として構成される発振・
駆動部であり、オシレータ5A、5Bが第1図のオシレ
ータ4に相当し、アンプ6A。
In the figure, 7A and 7B are respectively oscillating circuits mainly composed of circuit parts excluding the vibrator X shown in Figure 1.
It is a driving section, in which oscillators 5A and 5B correspond to oscillator 4 in FIG. 1, and amplifier 6A.

6Bが第1図の変換回路3、フォトカプラ2A。6B is the conversion circuit 3 and photocoupler 2A shown in FIG.

2B、  ドライバLA、IB、MO3FET Ql。2B, Driver LA, IB, MO3FET Ql.

Q2に相当している。なお、発振・駆動部7A。It corresponds to Q2. Note that the oscillation/drive section 7A.

7Bは外部から与えられる信号により発振の開始/停止
および発振周波数の調整が行えるようになっている。ま
た、発振・駆動部7A、7Bは一定の周波数差をもって
振動子X1の共振周波数に近似した周波数で発振すると
共に、後述するオシレータ8の動作によって振動子x1
を交互に駆動するようになっている。
7B can start/stop oscillation and adjust the oscillation frequency by a signal applied from the outside. In addition, the oscillation/drive sections 7A and 7B oscillate at a frequency that approximates the resonant frequency of the vibrator X1 with a certain frequency difference, and the vibrator x1
are designed to be driven alternately.

発振・駆動部7A、7Bの発振の開始/停止を制御する
端子にはオシレータ8の出力信号が与えられ、オシレー
タ5A、5Bの発振周期よりも長い周期で交互に切換動
作が行われるようになっている。一方、振動子X1と対
向して振動センサxtが設けられており、その出力はア
ンプAPおよびダイオードD、コンデンサCを介して増
幅・整流・平滑され、夫々サンプルアンドホールド回路
IOA、IOBに入力されるようになっている。さらに
、サンプルアンドホールド回路10A、IOBの出力は
コンパレータCPによって比較されるようになっており
、コンパレータCPの出力は発振・駆動部7A、7Bの
オシレータ5A、5Bの発振周期を制御する端子に与え
られるようになっている。なお、サンプルアンドホール
ド回路10A、IOBにおけるサンプルのタイミングは
、オシレータ8の出力側に接続されたタイミング回路9
A、9Bにより行われるようになっている。なお、第3
図はサンプルアンドホールド回路10A、IOBを構成
するのに適した集積回路(例えばT L 1.591 
)の内部構成である。
The output signal of the oscillator 8 is applied to the terminals that control the start/stop of oscillation of the oscillation/drive sections 7A and 7B, and switching operations are performed alternately at a cycle longer than the oscillation cycle of the oscillators 5A and 5B. ing. On the other hand, a vibration sensor xt is provided facing the vibrator X1, and its output is amplified, rectified, and smoothed via an amplifier AP, a diode D, and a capacitor C, and is input to sample-and-hold circuits IOA and IOB, respectively. It has become so. Furthermore, the outputs of the sample-and-hold circuits 10A and IOB are compared by a comparator CP, and the output of the comparator CP is applied to the terminals that control the oscillation cycles of the oscillators 5A and 5B of the oscillation/drive sections 7A and 7B. It is now possible to Note that the sample timing in the sample-and-hold circuit 10A and IOB is determined by a timing circuit 9 connected to the output side of the oscillator 8.
This is done by A and 9B. In addition, the third
The figure shows a sample-and-hold circuit 10A, an integrated circuit suitable for configuring an IOB (for example, T L 1.591
) is the internal configuration of

次に動作について説明する。2組の発振・駆動部7A、
7Bにより振動子XIの共振周波数「。
Next, the operation will be explained. Two sets of oscillation/drive sections 7A,
7B, the resonant frequency of the vibrator XI.

と近似し、かつ互いに一定の周波数差をもった周波数f
、、f、で、オシレータ8によって決まる所定の周期で
交互に振動子X1を励振し、それぞれの期間の振動子X
、の振幅を振動センサX2により検出し、サンプルアン
ドホールド回路10A、 10Bでそれぞれの期間にお
ける振幅の値を保持し、その値をコンパレータCPによ
り比較し、その結果に応じて発振・駆動部7A、7Bの
オシレータ5A、5Bの発振周波数の調整を行う。
A frequency f that approximates and has a certain frequency difference from each other
,,f, alternately excites the oscillator X1 at a predetermined period determined by the oscillator 8, and the oscillator
, is detected by the vibration sensor X2, the amplitude values for each period are held in the sample-and-hold circuits 10A and 10B, and the values are compared by the comparator CP, and the oscillation/drive unit 7A, Adjust the oscillation frequency of oscillators 5A and 5B of 7B.

第4図は励振する周波数と振動子X1の振幅との関係を
示したものであり、共振周波数f、付近でピークが発生
する特性を示す、しかして、第5図(イ)の如く共振周
波数f0が発振・駆動部7A。
Figure 4 shows the relationship between the excitation frequency and the amplitude of the vibrator X1, and shows the characteristic that a peak occurs near the resonance frequency f. f0 is the oscillation/drive section 7A.

7Bの発振周波数f、fzの中間に位置する状態では、
サンプルアンドホールド回路10A、]、OBに保持さ
れる値はほぼ同しになり、コンパレータCPの出力は変
化せず、発振周波数は適切であるとして現状維持を行う
、また、(ロ)の如く共振周波数f、が発振・駆動部7
A、7Bの発振周波数r。
In the state located between the oscillation frequencies f and fz of 7B,
The values held in the sample-and-hold circuit 10A,] and OB will be almost the same, the output of the comparator CP will not change, and the oscillation frequency will be maintained as it is, assuming that it is appropriate. The frequency f is the oscillation/drive section 7
A, 7B oscillation frequency r.

f、よりも高くなった状態では、サンプルアンドホール
ド回路10Bに保持される値がサンプルアンドホールド
回路10Aに保持される値よりも大きくなり、その結果
、コンパレータCPの出力は一方向に変化し、発振・駆
動部7A、7Bの発振周波数f、、r、を上げるように
働く、逆に、(ハ)の如く共振周波数「。が発振・駆動
部7A、7Bの発振周波数f、fアよりも低くなった状
態では、サンプルアンドホールド回路10Aに保持され
る値がサンプルアンドホールド回路]、OBに保持され
る値よりも大きくなり、その結果、コンパレータCPの
出力は(ψの時とは逆方向に変化し、発振・駆動部7A
、7Bの発振周波数r、、f、を下げるように働く。
When f is higher than f, the value held in the sample-and-hold circuit 10B becomes larger than the value held in the sample-and-hold circuit 10A, and as a result, the output of the comparator CP changes in one direction, It works to raise the oscillation frequency f, r of the oscillation/drive sections 7A, 7B, and conversely, as shown in (c), the resonance frequency "." is higher than the oscillation frequency f, fa of the oscillation/drive sections 7A, 7B. In the low state, the value held in the sample-and-hold circuit 10A becomes larger than the value held in the sample-and-hold circuit OB, and as a result, the output of the comparator CP is in the opposite direction to that at the time of ψ. The oscillation/drive section 7A changes to
, 7B to lower the oscillation frequencies r, , f.

このような動作により、常に振動子Xlの共振周波数f
0に追従した励振を行うことができ、振動子X1の共振
周波数がズした場合に励振能率が低下したり、振動子x
Iが破壊してしまうことがなくなるものである。
Due to this operation, the resonant frequency f of the vibrator Xl is always
0 can be performed, and if the resonant frequency of the vibrator X1 shifts, the excitation efficiency will decrease or
This will prevent I from destroying it.

なお、具体的な数値としては、共振周波数r。In addition, as a specific numerical value, the resonance frequency r.

を50 k fizとした場合、発振周波数r、、r、
の周波数差△fは50〜200 Hz、オシレータ8の
周期としては10〜20m5が適当であることが実験的
に確認されているが、これに限定されるものではない。
is 50 k fiz, the oscillation frequency r, , r,
It has been experimentally confirmed that a frequency difference Δf of 50 to 200 Hz and a period of 10 to 20 m5 for the oscillator 8 are appropriate, but the frequency difference is not limited thereto.

(発明の効果) 畝上のように本発明によれば、発振・駆動部を2組設け
、振動子の共振周波数と近似した周波数で、互いに一定
の周波数差をもって交互に振動子を励振し、それぞれの
場合の振動子の振幅を検出して発振周波数の調整を行う
ようにしているので、常に振動子の共振周波数に追従し
た励振を行うことができ、振動子の共振周波数がズした
場合に励振能率が低下したり、振動子が破壊してしまう
ことがない効果がある。
(Effects of the Invention) According to the present invention as described above, two sets of oscillating/driving sections are provided, and the vibrator is alternately excited at a frequency close to the resonant frequency of the vibrator with a certain frequency difference, Since the oscillation frequency is adjusted by detecting the amplitude of the vibrator in each case, it is possible to always perform excitation that follows the resonant frequency of the vibrator, and when the resonant frequency of the vibrator shifts, This has the effect of preventing the excitation efficiency from decreasing and the vibrator from being destroyed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いられる超音波発振器の一例、第2
図は本発明の超音波発振器の構成図、第3図はサンプル
アンドホールド用の集積回路の内部構成例、第4図およ
び第5図は動作説明図である。 Xl ・・・・・・振動子 Q、Q□ ・・・・MOS−FET IA、IB・・・ドライバ 2A、2B・・・フォトカプラ 3・・・・・・・変換回路 4・・・・・・・オシレータ 5A、5B・・・オシレータ 6A、6B・・・アンプ 7A、7B・・・発振・駆動部 8・・・・・・・オシレータ 9A、9B・・・タイミング回路 10A、IOB・・・サンプルアンドホールド回路X2
 ・・・・・・振動センサ AP・・・・・・アンプ D・・・・・・・ダイオード C・・・・・・・コンデンサ CP・・・ ・・・コンパレータ 特許出願人  日本電子機器株式会社 代理人 弁理士  高 山 道、夫(外1名)第1図
Figure 1 is an example of an ultrasonic oscillator used in the present invention,
FIG. 3 is a configuration diagram of an ultrasonic oscillator according to the present invention, FIG. 3 is an example of the internal configuration of a sample-and-hold integrated circuit, and FIGS. 4 and 5 are operation explanatory diagrams. Xl...Resonator Q, Q□...MOS-FET IA, IB...Driver 2A, 2B...Photocoupler 3...Conversion circuit 4... ...Oscillators 5A, 5B...Oscillators 6A, 6B...Amplifiers 7A, 7B...Oscillation/drive section 8...Oscillators 9A, 9B...Timing circuit 10A, IOB...・Sample and hold circuit X2
... Vibration sensor AP ... Amplifier D ... Diode C ... Capacitor CP ... Comparator patent applicant Japan Electronics Co., Ltd. Agent Patent attorney Michi Takayama, husband (1 other person) Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 一定の周波数差をもって振動子の共振周波数に近似した
周波数で発振し、かつ前記振動子を駆動する第1、第2
の発振・駆動部と、この第1、第2の発振・駆動部を所
定の周期で交互に動作させる制御部と、前記振動子の振
動を検出して振幅の大きさを示す信号を得る検出部と、
前記第1、第2の発振・駆動部の動作期間に対応して前
記検出部の出力を保持する第1、第2の保持部と、この
第1、第2の保持部の出力を比較して比較結果に応じて
前記第1、第2の発振・駆動部の発振周波数を調整する
比較部とを備えてなることを特徴とする超音波発振器。
A first and a second oscillator that oscillate at a frequency that approximates the resonant frequency of the oscillator with a certain frequency difference, and that drive the oscillator.
an oscillating/driving unit, a control unit that alternately operates the first and second oscillating/driving units at a predetermined period, and a detection unit that detects the vibration of the vibrator to obtain a signal indicating the magnitude of the amplitude. Department and
Compare the outputs of the first and second holding sections with first and second holding sections that hold the outputs of the detection section corresponding to the operating periods of the first and second oscillation/drive sections. and a comparison section that adjusts the oscillation frequencies of the first and second oscillation/drive sections according to the comparison results.
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