JPH03111782A - 超音波距離計 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、超音波を空中に送受信して距離を測定する超
音波距離計に関するものである。

更に詳述すれば、本発明は、測定可能範囲を拡大し得る
超音波距離計の送受波器の構造の改善に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 第７図は従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

図において、１は円筒状の信号用高分子圧電膜である。

信号用高分子圧電膜１は、第８図に示す如く、円周方向
αに延伸した後、第９図に示す如く、円筒状に形成され
る。この場合は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が
用いられている。

１１．１２は信号用高分子圧電膜１の両面に設けられた
電極である。１１１，１２１は電［！１１゜１２に、そ
れぞれ一端が取付けられたリード線である。

第１０図に信号用高分子圧電膜１と電極１１゜１２の構
成を示す。

１３は接着剤、１４は保護膜である。

２は信号用高分子圧電膜１を、その呼吸振動を阻害しな
いように、上下端面において、保持する円柱状の保持体
である。保持体２は、耐候性等に勝れたプラスチック、
例えば、テフロン、塩化ビニール等が用いられている。

２１は保持体２の周面の両端部を残して深さが浅くリン
グ状に設けられ、信号用高分子圧電ｙＩＡ１と室３を構
成する四部である。

４は信号用高分子圧電膜１の一端に頭部側が取付けられ
、送受信する超音波に指向性を付与する円錐状の反射傘
である。

５は保持体２に設けられ室３と外部とを連通ずる均圧孔
である。

以上の構成において、信号用高分子圧電Ｊｌ！１に電気
パルスを印加すると、信号用高分子圧電１１９１は延伸
方向αに伸縮するか、信号用高分子圧電膜１は円筒状に
形成されているので、半径方向の呼吸振動に変換される
。この呼吸振動によって発生された超音波は、反射され
、ドーナツ状のビームとなって第１図の下方に進行する
。

一方、信号用高分子圧電膜１に外部から圧力が加われば
、信号用高分子圧電膜１の伸縮が生じ、電極１１．１２
間に電圧を発生する。

信号用高分子圧電膜１は、 （１）音響インピーダンスが小さく、水、空気等とのマ
ツチングがとりやすい。

（２）内部でのエネルギー減衰が大きく、継続時間の短
いパルスの送受信ができる。

（３）可視性があるため薄膜への製造・加工が容易であ
る。

という特徴を有する。

これらの特徴を生かし、第９図に示したように、膜の長
さ方向の振動を半径方向の振動に変換して使用する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な装置においては、第１１図（Ａ
）に示す電気駆動パルスがなくなったあとにも、第１１
図（Ｂ）に示すように、減衰性の振動すが続く、これを
、残留振動すと言うことにする。

測定対象までの距離が短い場合には、第１１図（Ｃ）に
示すごとく、残留振動すが残っている間に、反射波Ｃが
到達してしまい、両者の分離・判別が不可能になること
がある。すなわち、至近距離の測定が困難となる。

逆に、測定対象までの距離か長い場合には、第１１図（
Ｄ）に示すごとく、反射波振幅が、極めて小さくなるの
で、受信電圧を電気的に大きく増幅する必要が生ずる。

この際、同時に残留振動すによる起電力も増幅するため
、残留振動すの方を間違って検出しないためには、残留
振動すの振幅が反射波Ｃの振幅よりも小さくなる時点ま
で、反射波Ｃの検出禁止領域（不感帯）ｅを、第１１図
（Ｅ）に示すごとく、設けておく必要がある。あるいは
、残留振動すの減衰に合わせてゲインをあげるゲインコ
ントロール回路（ＴＶＧ回路）を、信号増幅に採用して
いる。

ゲインコントロール回路（ＴＶＧ回路）では、近距離の
場合、一般に反射波は大きい事が期待出来るので、ゲイ
ンを小とし、従って、残留振動のゲインを小に出来る。

距離が遠くなるに従って、ゲインを増大させている。

このため、不感帯内に入ってしまう至近距離や、ゲイン
コントロール回路（ＴＶＧ回路）のゲインが小さい近距
離で、泡等の反射波が小さい場合は、測定困難となって
いる。

以上の事から、遠距離を測定ｌ−ようとすれば、近距離
の測定が不可能となり、一方、近距離まで測定できるよ
うにする（不感帯を短くする。）と、反射の小いさい遠
距離の測定が困難になるという問題が生ずる。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、測定可能範囲を拡大し得る超音波距離
計を提供するにある。

く課題を解決するための手段〉 この目的を達成するために、本発明は、円柱状の保持体
と、該保持体の周面の両端部を残してリング状に設けら
れた凹部と、前記保持体の周面の前記凹部以外の部分に
接着剤により接着され該凹部と室を構成する円筒状の信
号用高分子圧電膜と、該高分子圧電膜の外周面と内周面
とにそれぞれ設けられた電極と、前記信号用高分子圧電
膜に結合された制動用高分子圧電膜と、該制動用高分子
圧電膜の外周面と内周面とにそれぞれ設けられた電極と
、前記信号用高分子圧電膜に生じる残留振動の逆位相電
圧を前記制動用高分子圧電膜に加える位相反転回路と、
前記保持体の一端に頭部側が取付けられ送受信する超音
波に前記保持体の軸方向の指向性を付与する円錐状の反
射傘とを備える送受波器を具備してなる超音波距離計を
構成したものである。

〈作用〉 以上の構成において、信号用高分子圧電膜に電気パルス
を印加すると、信号用高分子圧電膜は半径方向に呼吸振
動を起こす、この呼吸振動によって発生された超音波は
、反射傘により進行方向を変換され、ドーナツ状のビー
ムとなって進行する。

一方、信号用高分子圧電膜に外部がら圧力が加われば、
信号用高分子圧電膜の伸縮が生じ、電極間に電圧を発生
する。

而して、位相反転回路を介して、信号用高分子圧電膜に
生じる残留振動の逆位相電圧を、制動用高分子圧電膜に
加える事により、残留振動を減少させる事が出来る。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図は
第１図の部品構成説明図、第３図は第１図の電気回路説
明図である。

図において、第７図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。

以下、第７図と相違部分のみ説明する。

６１は、信号用高分子圧電膜１に結合された制動用高分
子圧電膜である。

６２は、制動用高分子圧電膜６１の外周面と内周面とに
それぞれ設けられた電極である。

第２図に、制動用高分子圧電膜６１と電′１ｊ１６２と
の振動膜の構成図を示す。

６３は、信号用高分子圧電膜１に生じる残留振動の逆位
相電圧を制動用高分子圧電膜６１に加える位相反転回路
である。

第３図において、７１は発振器、７２は増幅器、７３は
超音波距離計の本体回路、Ａ、Ｂ、Ｃはスイッチである
。

以上の構成において、信号用高分子圧電ｖ、Ｉに電気パ
ルスを印加すると、信号用高分子圧電膜１は半径方向に
呼吸振動を起こす、この呼吸振動によって発生された超
音波は、反射＊４により進行方向を変換され、ドーナツ
状のビームとなって進行する。

一方、信号用高分子圧ｔ１１！ｔに外部から圧力が加わ
れば、信号用高分子圧電膜１の伸縮が生じ、電極間に電
圧を発生する。

而して、位相反転回路６３を介して、信号用高分子圧電
膜１に生じる残留振動の逆位相電圧を、制動用高分子圧
電膜６１に加える事により、残留振動を減少させる事が
出来る。

即ち、第３図において、スイッチＡをＯＮ、スイッチＢ
をＯＦＦにして、発振器７１にて、駆動パルスを信号用
高分子圧電Ｍ１に印加する。印加終了後、スイッチＡを
ＯＦＦ、スイッチＢをＯＮ、スイッチＣをＯＮの状態に
する。残留振動は増幅器７２にて、増幅されたのち、位
相反転回路６３を介して、制動用高分子圧電ＪＬ１６１
への駆動電圧となる。

第４図（Ａ）は送受信用電気駆動パルスａ、第４図（Ｂ
）は制動用高分子圧電膜６１を使用した場合、第４図（
Ｃ）は制動用高分子圧電膜６１を使用しない場合を示す
。

残留振動ｂ−は残留振動すに比較して、振動のレベル、
時間が著しく小さくなっている。

なお、増幅器７２の増幅率は信号用高分子圧電膜１と制
動用高分子圧電Ｍ６１との結合度合い、及び振動膜の機
械電気結合係数などにより最適値を定める。

この結果、 （１）不感帯が短く出来る事から至近距離の計測が可能
となる。

（２）ゲインが大幅にアップ出来るので、泡、粉体レベ
ル等の反射率の低い測定対象に対しても、正確容易に測
定が可能となる。

（３）長距離の距離計測が容易になる。

第５図は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

前述の第２図実施例では、残留振動を検出し、フィード
バックをかける構成にしているが、本実施例においては
、駆動パルスを印加後、位相反転させた駆動パルスの数
パルスを制動用高分子圧電膜６１に印加させたものであ
る。

第６図に、この場合の波形図を示す。

なお、前述の実施例においては、均圧孔５が設けられて
いると説明したが、普通一般においては、必要ない、但
し、非常に高圧雰囲気で使用される場合には必要となる
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、円柱状の保持体と、該
保持体の周面の両端部を残してリング状に設けられた四
部と、前記保持体の周面の前記凹部以外の部分に接着剤
により接着され該凹部と室を構成する円筒状の信号用高
分子圧電膜と、該高分子圧電膜の外周面と内周面とにそ
れぞれ設けられた電極と、前記信号用高分子圧電膜に結
合された制動用高分子圧電膜と、該制動用高分子圧電膜
の外周面と内周面とにそれぞれ設けられた電極と、前記
信号用高分子圧電膜に生じる残留振動の逆位相電圧を前
記制動用高分子圧電膜に加える位相反転回路と、前記保
持体の一端に頭部側が取付けられ送受信する超音波に前
記保持体の軸方向の指向性を付与する円錐状の反射傘と
を備える送受波器を具備してなる超音波距離計を構成し
た。

この結果、 （１）不感帯が短く出来る事から至近距雅の計測か可能
となる。

（２）ゲインが大幅にアップ出来るので、泡、粉体レベ
ル等の反射率の低い測定対象に対しても、正確容易に測
定が可能となる。

（３）長距離の距離計測が容易になる。

従って、本発明によれば、測定可能範囲を拡大し得る超
音波距離計を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成説明図、第２図は
第１図の部品構成説明図、第３図は第１図の電気回路説
明図、第４図は第１図の動作説明図、第５図は本発明の
他の実施例の要部構成説明図、第６図は第５図の動作説
明図、第７図は従来より一般に使用されている従来例の
構成説明図、第８図、第９図は第７図の動作説明図、第
１０図は第７図の部品説明図、第１１図は第７図の動作
説明図である。 １・・・信号用高分子圧電膜、１１．１２・・・電極、
１１１　１２１・・・リード線、２・・・保持体、２１
・・・凹部、３・・・室、４・・・反射傘、５・・・均
圧孔、６１・・・制動用高分子圧電膜、６２・・・電極
、６３・・・位相反転回路、７１・・・発振器、７２・
・・増幅器、７３・・・本体回路、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・ス
イッチ。 ７第 図 第４図 ＯＮ時間 第 ？ 図 第 ？ 図 願晋〈− 第１０図 １４津ＲＨ！１４ 第 １／ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円柱状の保持体と、 該保持体の周面の両端部を残してリング状に設けられた
   凹部と、 前記保持体の周面の前記凹部以外の部分に接着剤により
   接着され該凹部と室を構成する円筒状の信号用高分子圧
   電膜と、 該高分子圧電膜の外周面と内周面とにそれぞれ設けられ
   た電極と、 前記信号用高分子圧電膜に結合された制動用高分子圧電
   膜と、 該制動用高分子圧電膜の外周面と内周面とにそれぞれ設
   けられた電極と、 前記信号用高分子圧電膜に生じる残留振動の逆位相電圧
   を前記制動用高分子圧電膜に加える位相反転回路と、 前記保持体の一端に頭部側が取付けられ送受信する超音
   波に前記保持体の軸方向の指向性を付与する円錐状の反
   射傘と を備える送受波器を具備してなる超音波距離計。