JPH02202799A - 超音波発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利月分野〉 本発明（よ超音波発生装置に係わり、特に温度変動に関
係なく最大の音圧で超音波振動子を振動させることがで
きる超音波発生装置に関する。

〈従来技術〉 超音波振動子は距離、厚み測定、非破壊検査、盗難防止
等のセンサとして広く用いられている。

かかる超音波振動子は最大音圧を与える周波数（最大音
圧周波数という）で振動するように用いると、超音波応
用装置の感度が最大となる。この為、使用に際しては発
振回路から該最大音圧周波数の高周波信号を超音波振動
子に入力し、該周波数で超音波振動子を振動させるよう
にしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、超音波振動子はその構造上、温度により特性
が変化し、周波数−音圧特性は第１１図に示すように変
化する。すなわち、温度が上昇するにつれ最大音圧周波
数がほぼリニアーに低くなる。

このため、従来の超音波振動子応用装置においては温度
変化により最大音圧周波数が変動して感度劣化を生じ、
誤動作を生じるという問題があった。

以上から本発明の目的は温度が変動しても超音波振動子
が略最大音圧を与える周波数で振動できろ超音波発生装
置を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題は、超音波振動子を振動させる高周波信号の発
生源として、発振周波数が回路時定数により決定される
発振器を設け、該発振器の発振周波数を決定する抵抗素
子に温度補正用の磁気抵抗素子を直列に接続することに
より達成されろ。

く作用〉 磁気抵抗素子は温度が上昇するにつれてその抵抗値をほ
ぼリニアーに変動する。従って、時定数回路の抵抗に磁
気抵抗素子を直列に接続することにより温度上昇に応じ
て発振周波数を減少することができる。このため、温度
変動があっても発振器は常に発振周波数を最大音圧周波
数に略一致させることができ、温度変動に関係なく超音
波振動子を最大音圧レベルで振動させることができる。

る。

〈実施例〉 第１図は本発明に係わる超音波発生装置の回路図であり
、１１はＣＭＯＳゲートによる無安定マルチバイブレー
タ、１２は超音波振動子である。

無安定マルチバイブレーク１１において、Ｉ、、　　１
はそれぞれＣＭＯＳゲート、Ｃ，Ｒ，は発振周波数を決
定するコンデンサと直列抵抗部、Ｒ２は抵抗である。

直列抵抗部Ｒ８は可変抵抗Ｒと磁気抵抗素子ＭＲを直列
接続して構成され、可変抵抗Ｒの抵抗値を調整すること
により発振周波数を制纒することができる。又、磁気抵
抗素子ＭＲＩま第２図に示すように温度変化に対して線
形にその抵抗値を変えるから、後述するように無安定マ
ルチバイブレータ１１の発振周波数を温度に関係なく最
大音圧周波数にできろ。

第３図は無安定マルチバイブレータの動作原理説明図で
第１図の直列抵抗部Ｒ１を抵抗で書き換えたものである
。又、第４図は第３図の各部波形図である。

ＣＭＯＳゲートＩ　の出力がパ１″であるとすれば、コ
ンデンサＣは充電されて、抵抗Ｒ１の両端にこの充電電
流による電圧が発生する。この結果、Ｂ点の電位ｖ８は
充電初期において”１″であり、その電圧は抵抗Ｒ２経
由でＣＭＯＳゲート１１の入力に加えられるから、該Ｃ
ＭＯＳゲート■、の出力は０″となって回路は安定する
。そして、この状態でコンデンサＣは時定数Ｔ（＝ｃ−
ｒ、）で充電され続ける。尚、Ｃはコンデンサの容量、
ｒ、は抵抗Ｒ１の抵抗値である。

充電が進み、充電電流が減少してくると、Ｂ点の電位ｖ
８も低下し、ついに°′１″レベルを割り、スレツシヲ
ールドレベルＬｓ以下になる２：ＣＭＯＳゲート１１出
力は反転して”１″になる。

従ってＣＭＯＳゲートＩ２の出力は０′となり、今度は
コンデンサＣが逆方向に充電（放電）され始めろ。放電
の初期は放電電流が十分に大きく、このため抵抗Ｒ１の
両端におけろ電圧は大きく、従ってＢ点電位Ｖ、は”０
″となって回路は安定する。

この状態で、コンデンサＣは時定数ｃ−ｒ　　テ放Ｔｓ
し続けるが、放電が進むと放電電流が減少し、抵抗Ｒ１
両端の電圧が下がって再びＣＭＯＳゲートエ　の出力が
０”に反転する。以後上記動作力す繰り返され、出力点
Ａからデユーティサイクル５０％の発振出力ｖＡが得ら
れ、その発振周期Ｔ１発振周波数Ｆは路次式 ％式％ 従って、直列抵抗部Ｒ，（第１図参照）におけろ可変抵
抗Ｒの抵抗値を調整することにより、発振周波数Ｆを′
ｒ１４整できろ。

又、磁気抵抗素子ＭＲの抵抗値が温度変動に応じて第２
図に示すように変化すると、該温度変動に応じて自動的
に発振周波数を変化させることができろ。

第５図は温度Ｔと発振周波数Ｆの関係を示すＦ−Ｔ特性
図であり、１度上昇に応じて略リニアーに発振周波数が
減少することがわかる。尚、直列抵抗部Ｒ４における可
変抵抗凡の抵抗値を調整することによりＦ−Ｔ特性を第
５図の実線及び点線で示す特性のように移動させること
ができる。

以上のように、本発明の超音波発生装置によれば、該超
音波振動子を振動させる発振周波数を温度変動に応じて
リニアーに変化するように構成したから、温度に関係な
く常に超音波振動子を最大音圧周波数で振動させること
ができる。すなわち、第１図に示すように発振回路を構
成することにより超音波振動子の振動周波数を最大音圧
周波数に一致させろように温度補正することができる。

第６図は本発明の超音波発生回路の応用例の１つである
盗難防止装置のブロック図である。２１は発振回路であ
り、第１図で示したＣＭＯＳゲート構成の無安定マルチ
バイブレータ、２２は増幅器、２３は発振回路２１の発
振周波数で振動して超音波を発生すると共に、物体に反
射された超音波を受信して出力する超音波振動子である
。尚、盗難防止装置を設置しである車、部屋等に無断で
他人が侵入すると、侵入者に反射した超音波が超音波振
動子により受信される。従って、侵入者が動くと、該動
き（低周波信号）に変調された超音波信号が受信され、
該低周波信号を復調することで侵入を検出できる。

ｚ４は超音波振動子２３による受信信号を入力され、発
振周波数成分を出力する同調回路、２５は侵入者の動き
に応じた低周波信号を検出する低周波検出回路、２６は
低周波信号のみを通過させろフィルタ回路、２７は低周
波信号を直流に変換するの整流回路、２８は直流増幅回
路、２９は侵入と認識するスレッショールドレベルと直
流増幅口１ｓ２８の出力レベルとを比較して不法侵入を
検出する判断回路である。

ところで、超音波振動子のインピーダンス−周波数特性
は第７図（ａｌに示すような特性を有し、また音圧レベ
ル−周波数特性は第７図（ｂ）に示す特性を有している
。このため、共振周波ＴＩ！１．ｆＦＩにおいて音圧レ
ベルが最大となるからと通常は該共振周波数で超音波振
動子を振動させるようにしている。

しかし、超音波振動子によっては、そのインピーダンス
−周波数特性が第８図（ａ）に示すように、共振周波数
ｆ８と反共振周波数ｆＡ間において不連続となるもの（
鋭いピークデイツプを有するもの）がある。かかる第８
図［ａｌに示す特性を有する超音波振動子を、第１図の
発振回路を備えた盗難防止装置（第６図参照）に用いろ
と、温度変動によりその振動周波数が最大音圧周波数と
一致するように変化し、ピークデイツプの周波数と一致
してしまう場合がある。そして、かかる場合には、受信
された超音波信号は第９図（ｂ１点線で示すように振幅
が数Ｈｚ程度の低周波で振動するようになる。

尚、第９図（ａｌは振動のない受信信号である。

このため、不法侵入が行われていない場合にも、温度変
動により低周波信号が発生し、該低周波信号が盗難防止
装置の低周波信号検出口Ｍｓ２５で検出されて不法侵入
があったと誤って検出されてしまう。

そこで、本発明においては、第１０図に示すように共振
周波数ｆ、と反共振周波数ｆＡ間においてピークデイツ
プＰＤを有する超音波振動子を用いる場合には、発振回
路の可変抵抗Ｒ（第１図参照）をｖ！４整し常温時該超
音波振動子を、（１）ピークデイツプＰＤを与える周波
数のうち最低周波数ｆＰＬより所定周波数Δｆ低い周波
数ｆ′で振動させろか、または（１１）ピークデイツプ
ＰＤを与える最高周波数ｆＰｒｌより所定周波数Δｆ大
きい周波数ｆ′で振動させるようにしている。尚、Δｆ
の値は超音波振動子の音圧レベル−周波数特性に依存す
る。

このようにすれば、温度変化に応じて発振周波数が変化
しても、該周波数はｆＰＬ　”””　ＰＭの間に入って
くることはないから、第９図（ｂｌに示すような低周波
振動が生じることがなく、従って、誤動作することもな
い。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、超音波振動子を振動させる高周波
信号の発生源として、発振周波数が回路の時定数により
決定される発振器を設け、該発振器の発振周波数を決定
する抵抗素子に温度補正用の磁気抵抗素子を直列に接続
したから、温度変化があっても、常に超音波振動子を最
大音圧周波数で振動させろことができるようになり、超
音波応用装置の感度を向上させることができる。

又、本発明によれば、共振周波数と反共振周波数間にお
いて、インピーダンスのピークデイツプ与える周波数の
うち最低周波数より所定周波数低い周波数、またはピー
クデイツプを与える最高周波数より所定周波数大きい周
波数を超音波振動子の振動周波数とするように構成した
から、超音波発生回路が温度変動に応じて振動周波数を
音圧−定となるように変化しても、該周波数はｆＰＬ＝
ｆＰ、の間に入ってくることはなく、従って不法侵入の
ない場合には受信超音波信号が低周波で振動することが
なく、盗難防止装置が誤動作することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる超音波発生装置の回路図、 第２図は磁気抵抗素子の温度−抵抗特性図、第３図は発
信回路の動作説明図、 第４図は発振回路の動作説明用波形図、第５図は本発明
に係わる発振回路の周波数−温度特性図、 第６図は盗難防止装置のブロック図、 第７図は理想的な超音波振動子のインピーダンス−周波
数特性及び音圧レベル−周波数特性図、第８図はピーク
デイツプを有する超音波振動子のインピーダンス−周波
数特性及び音圧レベル−周波数特性図、 第９図は受信された超音波信号波形図、第１０図は本発
明に係わる超音波振動子の振動周波数決定方法の説明図
、 第１１図は各種温度における超音波振動子の音圧レベル
−周波数特性図である。 １１・・無安定マルチバイブレータ、 １２・・超音波振動子、 １１、Ｉ２・　・ＣＭＯＳゲート、 Ｒ・・直列抵抗部、Ｒ１・・可変抵抗、ＭＲ・・磁気抵
抗素子 特許出願人　　　　　　　　アルパイン株式会社代理人
　　　　　　　　　　弁理士　齋藤千幹第１図 ■ 第３図 第２図 周囲温度　ＴａＣＣ） 第 図 第９ 図 （ｂ） 第８ 図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波信号により振動して超音波を発生する超音
   波振動子を備えた超音波発生装置において、前記高周波
   信号の発生源として発振周波数が回路の時定数により決
   定される発振器を設け、該発振器の発振周波数を決定す
   る抵抗素子に温度補正用の磁気抵抗素子を直列に接続し
   てなることを特徴とする超音波発生装置。
2. （２）超音波振動子の周波数−インピーダンス特性に関
   し、共振周波数と反共振周波数間においてピーク部を与
   える周波数のうち最低周波数より所定周波数低い周波数
   、または前記ピーク部を与える最高周波数より所定周波
   数大きい周波数を前記高周波信号の周波数とする請求の
   範囲第１項記載の超音波発生装置。