JPH08275278A - 構造振動及び音響振動の発生装置及び発生方法 - Google Patents
構造振動及び音響振動の発生装置及び発生方法Info
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- JPH08275278A JPH08275278A JP8011711A JP1171196A JPH08275278A JP H08275278 A JPH08275278 A JP H08275278A JP 8011711 A JP8011711 A JP 8011711A JP 1171196 A JP1171196 A JP 1171196A JP H08275278 A JPH08275278 A JP H08275278A
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造振動又は音響振動をリアルタイムに作動
し且つこれらの振動を検出して励振周波数と常時目標周
波数とを常時一致させ、これにより誘起振動の発生効率
を最大にする装置を提供することにある。 【解決手段】 ハウジング(16)に取り付けられるア
クチュエータ手段(12)、ハウジング(16)に取り
付けられるセンサ手段(14)、及びアクチュエータ手
段(12)とセンサ手段(14)とを接続する電子モジ
ュール(18)を有する、ハウジング内に振動信号を発
生させる自励振動装置。アクチュエータ手段(12)は
ハウジング(16)内に振動信号を創出する。センサ手
段(14)はアクチュエータ手段(12)により創出さ
れた振動信号を検出する。電子モジュール(18)は、
センサ手段(14)により検出され且つハウジング(1
6)の振動の共振モードを含む振動信号を増幅し且つ移
相する。次に、電子モジュール(18)は、これらの増
幅され且つ移相された信号をアクチュエータ手段(1
2)に供給して、ハウジング(16)の振動の主モード
でのハウジング(16)の振動を増強する。
し且つこれらの振動を検出して励振周波数と常時目標周
波数とを常時一致させ、これにより誘起振動の発生効率
を最大にする装置を提供することにある。 【解決手段】 ハウジング(16)に取り付けられるア
クチュエータ手段(12)、ハウジング(16)に取り
付けられるセンサ手段(14)、及びアクチュエータ手
段(12)とセンサ手段(14)とを接続する電子モジ
ュール(18)を有する、ハウジング内に振動信号を発
生させる自励振動装置。アクチュエータ手段(12)は
ハウジング(16)内に振動信号を創出する。センサ手
段(14)はアクチュエータ手段(12)により創出さ
れた振動信号を検出する。電子モジュール(18)は、
センサ手段(14)により検出され且つハウジング(1
6)の振動の共振モードを含む振動信号を増幅し且つ移
相する。次に、電子モジュール(18)は、これらの増
幅され且つ移相された信号をアクチュエータ手段(1
2)に供給して、ハウジング(16)の振動の主モード
でのハウジング(16)の振動を増強する。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは共振器に関
し、より詳しくはハウジング内の構造振動又は音響振動
の発生及び検出の両方を行なう装置に関する。
し、より詳しくはハウジング内の構造振動又は音響振動
の発生及び検出の両方を行なう装置に関する。
【0002】
【従来の技術】振動の構造モード又は音響モードの持続
共振を創出することが望まれる多くの用途がある。この
ような一用途としてのパーソナルページング装置では、
触覚的警報又は可聴警報を作る放射音波を発する構造振
動を創出することが望まれている。他の用途では、自動
車又はトラックのパネルの共振から音波を発生させ、自
動車又はトラックのホーンとして音波を使用することが
望まれている。更に別の用途では、一連の小さな振動ス
テップを通じて大きな相対並進運動又は回転運動を発生
させる共振リング又は寸動モータの、又は可撓機構の誘
起振動を通じて音響キャビティ内に圧縮波を発生させる
ことにより冷凍装置の一体圧縮機の振動の構造モードの
持続共振を発生させることが望まれている。上記全ての
用途において、一構造内の振動の構造モード又は音響モ
ードの持続共振は、振動を発生させるべき構造に一体に
取り付けられるアクチュエータのような機構を駆動する
ことにより達成できる。効率的に振動を発生させるに
は、アクチュエータは、目標構造の固有共振周波数と一
致する周波数すなわち振動の音響モードで駆動すべきで
ある。この固有周波数でアクチュエータを駆動すると、
駆動機構が非共振状態で駆動される場合よりも大きい振
幅の運動を所与のアクチュエータ入力から生じさせるこ
とにより、共振の固有ダイナミック増幅定数Qの利点が
得られる。
共振を創出することが望まれる多くの用途がある。この
ような一用途としてのパーソナルページング装置では、
触覚的警報又は可聴警報を作る放射音波を発する構造振
動を創出することが望まれている。他の用途では、自動
車又はトラックのパネルの共振から音波を発生させ、自
動車又はトラックのホーンとして音波を使用することが
望まれている。更に別の用途では、一連の小さな振動ス
テップを通じて大きな相対並進運動又は回転運動を発生
させる共振リング又は寸動モータの、又は可撓機構の誘
起振動を通じて音響キャビティ内に圧縮波を発生させる
ことにより冷凍装置の一体圧縮機の振動の構造モードの
持続共振を発生させることが望まれている。上記全ての
用途において、一構造内の振動の構造モード又は音響モ
ードの持続共振は、振動を発生させるべき構造に一体に
取り付けられるアクチュエータのような機構を駆動する
ことにより達成できる。効率的に振動を発生させるに
は、アクチュエータは、目標構造の固有共振周波数と一
致する周波数すなわち振動の音響モードで駆動すべきで
ある。この固有周波数でアクチュエータを駆動すると、
駆動機構が非共振状態で駆動される場合よりも大きい振
幅の運動を所与のアクチュエータ入力から生じさせるこ
とにより、共振の固有ダイナミック増幅定数Qの利点が
得られる。
【0003】従来、機械的に調整される一般的な励振装
置が上記種々の用途に使用されている。このような装置
では、特定構造の固有共振周波数のできる限り近くに一
致するように予調整された一定正弦信号が構造に入力さ
れる。しかしながら、このような機械的に調整される装
置は、装置自体の製造公差による誤差が生じ易い。ま
た、これらの装置は、装置の剛性及びマス特性に影響を
与える温度及び湿度等の種々の不確定要因により有効性
が制限される。更に、振動装置が適用される装置が、疲
労、クリープ及び微小クラック等により経時変化するた
め、装置の精度が損なわれる。また、装置の電子部品の
温度の変化により、該装置の駆動周波数がしばしばドリ
フトする。これらの多くの装置は上記条件を補償すべく
調節できるけれども、一般的な振動装置は、該装置が使
用される構造の共振周波数に一致するように励振周波数
を自動的に調節する手段を備えていない。
置が上記種々の用途に使用されている。このような装置
では、特定構造の固有共振周波数のできる限り近くに一
致するように予調整された一定正弦信号が構造に入力さ
れる。しかしながら、このような機械的に調整される装
置は、装置自体の製造公差による誤差が生じ易い。ま
た、これらの装置は、装置の剛性及びマス特性に影響を
与える温度及び湿度等の種々の不確定要因により有効性
が制限される。更に、振動装置が適用される装置が、疲
労、クリープ及び微小クラック等により経時変化するた
め、装置の精度が損なわれる。また、装置の電子部品の
温度の変化により、該装置の駆動周波数がしばしばドリ
フトする。これらの多くの装置は上記条件を補償すべく
調節できるけれども、一般的な振動装置は、該装置が使
用される構造の共振周波数に一致するように励振周波数
を自動的に調節する手段を備えていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記観点から、構造振
動又は音響振動をリアルタイムに作動し且つこれらの振
動を検出して励振周波数と常時目標周波数とを常時一致
させ、これにより誘起振動の発生効率を最大にする装置
が要望されている。
動又は音響振動をリアルタイムに作動し且つこれらの振
動を検出して励振周波数と常時目標周波数とを常時一致
させ、これにより誘起振動の発生効率を最大にする装置
が要望されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の技術によれば、
所望の通過帯域内の構造物の固有共振周波数で構造振動
及び音響振動を発生させると同時に、振動の帯域モード
を減衰させる自励振動装置が提供される。本発明の自励
振動装置は、ページング装置内の警報又は自動車のホー
ンとして機能することに特別な有効性を見出すことがで
きる。本発明の自励振動装置はまた、組立てラインで製
造される部品の試験装置、冷凍装置の一体圧縮機、及び
マイクロ電子冷却用小形ファンとしての機能に特別な有
効性を見出すことができる。本発明のアプローチでは、
ハウジング内に振動を発生させる装置が設けられる。該
装置は、振動信号を創出するための、ハウジングに取り
付けられるアクチュエータ手段を備えている。また、該
アクチュエータ手段により創出された振動信号を検出す
るためのセンサ手段がハウジングに取り付けられる。フ
ィードバック手段がアクチュエータ手段とセンサ手段と
を接続し、振動の共振モードを含むセンサ手段からの振
動信号を増幅し且つ移相する。フィードバック手段は、
増幅され且つ移相された信号をアクチュエータ手段に供
給し、この結果として、構造キャビティ又は音響キャビ
ティの固有共振周波数でハウジングの振動が増強され
る。振動の励振モードは、所望の用途に基づいて、構造
振動又は音響振動のいずれでもよい。
所望の通過帯域内の構造物の固有共振周波数で構造振動
及び音響振動を発生させると同時に、振動の帯域モード
を減衰させる自励振動装置が提供される。本発明の自励
振動装置は、ページング装置内の警報又は自動車のホー
ンとして機能することに特別な有効性を見出すことがで
きる。本発明の自励振動装置はまた、組立てラインで製
造される部品の試験装置、冷凍装置の一体圧縮機、及び
マイクロ電子冷却用小形ファンとしての機能に特別な有
効性を見出すことができる。本発明のアプローチでは、
ハウジング内に振動を発生させる装置が設けられる。該
装置は、振動信号を創出するための、ハウジングに取り
付けられるアクチュエータ手段を備えている。また、該
アクチュエータ手段により創出された振動信号を検出す
るためのセンサ手段がハウジングに取り付けられる。フ
ィードバック手段がアクチュエータ手段とセンサ手段と
を接続し、振動の共振モードを含むセンサ手段からの振
動信号を増幅し且つ移相する。フィードバック手段は、
増幅され且つ移相された信号をアクチュエータ手段に供
給し、この結果として、構造キャビティ又は音響キャビ
ティの固有共振周波数でハウジングの振動が増強され
る。振動の励振モードは、所望の用途に基づいて、構造
振動又は音響振動のいずれでもよい。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の種々の長所は、以下の説
明を読むことにより及び図面を参照することにより当業
者には明らかになるであろう。本発明の好ましい実施例
についての以下の記載は本質的説明に過ぎず、本発明又
はその用途又は用法を制限するものではない。図面を参
照すると、図1は、自励振動装置(その全体を番号10
で示す)の側面図である。装置10はアクチュエータ1
2及びセンサ14を有し、これらは両方共、図示のペー
ジング装置のハウジング16のようなハウジング内に取
り付けられている。アクチュエータ12及びセンサ14
は両方共、圧電磁器(PZT)変換器又は圧電ポリ二フ
ッ化ビニリデン(PVF2)変換器が好ましい。アクチュ
エータ12及びセンサ14は薄く、従って、装置が取り
付けられるハウジングの形状に順応できる。アクチュエ
ータ12及びセンサ14は、適当な接着剤又はクランプ
機構(図示せず)を用いて、ハウジング16の可撓性基
板17に取り付けられる。以下に詳細に述べる方法によ
り、アクチュエータ12はハウジング16内で振動を発
生させるのに使用され、センサ14はハウジング16内
で発生された振動を検出するのに使用される。アクチュ
エータ12及びセンサ14は、「密封容器内の流体圧力
を試験する方法及び装置(Method And Ap
paratus For Testing Fluid
Pressure InA Sealed Vess
el)」という名称に係るBlackburn等の19
92年12月4日付米国特許出願第986,035
号)、及び「「密封容器内の流体圧力を試験する方法及
び装置(Method And Apparatus
For Testing Fluid Pressur
e In A Sealed Vessel)」という
名称に係るBronowicki等の1994年9月2
3日付米国特許出願第08/311,607号(該出願
は、米国特許出願第986,035号の一部継続出願で
ある)に記載された形式のものが好ましい。これらの両
特許出願は、本願に援用する。
明を読むことにより及び図面を参照することにより当業
者には明らかになるであろう。本発明の好ましい実施例
についての以下の記載は本質的説明に過ぎず、本発明又
はその用途又は用法を制限するものではない。図面を参
照すると、図1は、自励振動装置(その全体を番号10
で示す)の側面図である。装置10はアクチュエータ1
2及びセンサ14を有し、これらは両方共、図示のペー
ジング装置のハウジング16のようなハウジング内に取
り付けられている。アクチュエータ12及びセンサ14
は両方共、圧電磁器(PZT)変換器又は圧電ポリ二フ
ッ化ビニリデン(PVF2)変換器が好ましい。アクチュ
エータ12及びセンサ14は薄く、従って、装置が取り
付けられるハウジングの形状に順応できる。アクチュエ
ータ12及びセンサ14は、適当な接着剤又はクランプ
機構(図示せず)を用いて、ハウジング16の可撓性基
板17に取り付けられる。以下に詳細に述べる方法によ
り、アクチュエータ12はハウジング16内で振動を発
生させるのに使用され、センサ14はハウジング16内
で発生された振動を検出するのに使用される。アクチュ
エータ12及びセンサ14は、「密封容器内の流体圧力
を試験する方法及び装置(Method And Ap
paratus For Testing Fluid
Pressure InA Sealed Vess
el)」という名称に係るBlackburn等の19
92年12月4日付米国特許出願第986,035
号)、及び「「密封容器内の流体圧力を試験する方法及
び装置(Method And Apparatus
For Testing Fluid Pressur
e In A Sealed Vessel)」という
名称に係るBronowicki等の1994年9月2
3日付米国特許出願第08/311,607号(該出願
は、米国特許出願第986,035号の一部継続出願で
ある)に記載された形式のものが好ましい。これらの両
特許出願は、本願に援用する。
【0007】更に図1に示すように、アクチュエータ1
2及びセンサ14は、電子モジュール18に接続されて
いる。電子モジュール18は、駆動増幅器20、センサ
増幅器22及び負減衰補償器24からなる。駆動増幅器
20は、アクチュエータ12に入力電圧を印加する。駆
動増幅器20には電源26により電力が供給される。電
源26は両電源(double−sided powe
r supply)でもよいし、本発明を自動車に実施
する場合には、電源が両電源として機能するように人工
接地を行なった片電源(single−sided p
ower supply)で構成することもできる。駆
動増幅器20及び電源26は、制御ユニット28により
制御される。制御ユニット28は、指令を受けたとき
に、駆動増幅器20によりアクチュエータ12を駆動さ
せることができる任意の形式の制御ユニットで構成でき
る。電子モジュール18は更に、センサ14により検出
された振動信号を対応する電圧信号に変換するための、
センサ14に接続されたセンサ増幅器22を有する。セ
ンサ増幅器は、演算増幅器又は当業者に良く知られた他
の任意の形式の増幅器で構成できる。
2及びセンサ14は、電子モジュール18に接続されて
いる。電子モジュール18は、駆動増幅器20、センサ
増幅器22及び負減衰補償器24からなる。駆動増幅器
20は、アクチュエータ12に入力電圧を印加する。駆
動増幅器20には電源26により電力が供給される。電
源26は両電源(double−sided powe
r supply)でもよいし、本発明を自動車に実施
する場合には、電源が両電源として機能するように人工
接地を行なった片電源(single−sided p
ower supply)で構成することもできる。駆
動増幅器20及び電源26は、制御ユニット28により
制御される。制御ユニット28は、指令を受けたとき
に、駆動増幅器20によりアクチュエータ12を駆動さ
せることができる任意の形式の制御ユニットで構成でき
る。電子モジュール18は更に、センサ14により検出
された振動信号を対応する電圧信号に変換するための、
センサ14に接続されたセンサ増幅器22を有する。セ
ンサ増幅器は、演算増幅器又は当業者に良く知られた他
の任意の形式の増幅器で構成できる。
【0008】また電子モジュール18は、センサ増幅器
22から受けた電圧信号(該電圧信号は、以下に詳述す
るように所定の通過帯域内にある)を増幅し且つ移相す
るための負減衰補償器24を有している。次に、負減衰
補償器24は、増幅され且つ移相された信号を駆動増幅
器20に出力する。駆動増幅器20は、これらの信号を
アクチュエータ12に入力して、ハウジング16内に共
振モード振動を励振し且つ非共振モード振動を減衰させ
る。かくして、電子モジュール18は正帰還機構として
機能し、自励振動装置10が、ハウジング16の主モー
ド振動でハウジング16内に振動を発生することを可能
にし、同時に、ハウジング16内の温度又は圧力の変
化、従って主モード振動の変化を自動的に調節すること
を可能にする。アクチュエータ12及びセンサ14と同
様に、電子モジュール18も上記米国特許出願第98
6,035号及び第311,607号に記載されてい
る。図3には、電子モジュール18の負減衰補償器22
がより詳細に示されている。負減衰補償器22は、帯域
通過フィルタ30及び低域通過フィルタ32を有してい
る。帯域通過フィルタ30はセンサ増幅器20の出力に
接続され、帯域通過フィルタ30の出力は低域通過フィ
ルタ32の入力に接続され、且つ低域通過フィルタ32
の出力は駆動増幅器20の入力に接続されている。帯域
通過フィルタ30は当業者に良く知られた形式の二極帯
域通過フィルタであり、低域通過フィルタ32も、当業
者に良く知られた形式の二極低域通過フィルタである。
別の構成として、両フィルタの順序を逆にすることもで
きる。
22から受けた電圧信号(該電圧信号は、以下に詳述す
るように所定の通過帯域内にある)を増幅し且つ移相す
るための負減衰補償器24を有している。次に、負減衰
補償器24は、増幅され且つ移相された信号を駆動増幅
器20に出力する。駆動増幅器20は、これらの信号を
アクチュエータ12に入力して、ハウジング16内に共
振モード振動を励振し且つ非共振モード振動を減衰させ
る。かくして、電子モジュール18は正帰還機構として
機能し、自励振動装置10が、ハウジング16の主モー
ド振動でハウジング16内に振動を発生することを可能
にし、同時に、ハウジング16内の温度又は圧力の変
化、従って主モード振動の変化を自動的に調節すること
を可能にする。アクチュエータ12及びセンサ14と同
様に、電子モジュール18も上記米国特許出願第98
6,035号及び第311,607号に記載されてい
る。図3には、電子モジュール18の負減衰補償器22
がより詳細に示されている。負減衰補償器22は、帯域
通過フィルタ30及び低域通過フィルタ32を有してい
る。帯域通過フィルタ30はセンサ増幅器20の出力に
接続され、帯域通過フィルタ30の出力は低域通過フィ
ルタ32の入力に接続され、且つ低域通過フィルタ32
の出力は駆動増幅器20の入力に接続されている。帯域
通過フィルタ30は当業者に良く知られた形式の二極帯
域通過フィルタであり、低域通過フィルタ32も、当業
者に良く知られた形式の二極低域通過フィルタである。
別の構成として、両フィルタの順序を逆にすることもで
きる。
【0009】帯域通過フィルタ30及び低域通過フィル
タ32は、協働して、センサ14により変換され且つセ
ンサ増幅器20により電圧信号に変換された電圧信号を
増幅し且つ移相すべく作動し、これにより、ハウジング
16の固有共振周波数又は主振動モードを増幅し且つ以
下に詳述する方法でハウジング16の共振モードを減衰
させる。帯域通過フィルタ30及び低域通過フィルタ3
2は、協働して、共振振動モードを含むことが知られて
いるかなり広い通過帯域において、センサ14及びセン
サ増幅器22からの信号を増幅し且つ移相する。負減衰
補償器24は、選択された高調波を通過させ且つ増幅す
ると同時に、所望の固有共振周波数範囲におけるループ
不安定性(loop instability)を創出
するための−90°移相を与えるように設計できる。図
1及び図2に示すように、駆動増幅器20がアクチュエ
ータ12を駆動すると、アクチュエータ12がハウジン
グ16の可撓性基板17を収縮させ且つ曲げるように、
マス38がアクチュエータ12に固定される。この結
果、マス38が振動して、人が感知し得るハウジングの
初期運動を引き起こす。かくして、ページング装置は、
該ページング装置を運ぶ人が感じ得る振動的すなわち触
覚的警報を与える。また、電子モジュール18は、自励
振動装置10の触覚作動と可聴作動とを切り換えるべ
く、負減衰補償器24の通過帯域の中心周波数を切り換
えるスイッチ44を有している。可聴モードでは、基板
17のより高次の共振が励振され、図2に番号42で概
略的に示す音波が発生される。
タ32は、協働して、センサ14により変換され且つセ
ンサ増幅器20により電圧信号に変換された電圧信号を
増幅し且つ移相すべく作動し、これにより、ハウジング
16の固有共振周波数又は主振動モードを増幅し且つ以
下に詳述する方法でハウジング16の共振モードを減衰
させる。帯域通過フィルタ30及び低域通過フィルタ3
2は、協働して、共振振動モードを含むことが知られて
いるかなり広い通過帯域において、センサ14及びセン
サ増幅器22からの信号を増幅し且つ移相する。負減衰
補償器24は、選択された高調波を通過させ且つ増幅す
ると同時に、所望の固有共振周波数範囲におけるループ
不安定性(loop instability)を創出
するための−90°移相を与えるように設計できる。図
1及び図2に示すように、駆動増幅器20がアクチュエ
ータ12を駆動すると、アクチュエータ12がハウジン
グ16の可撓性基板17を収縮させ且つ曲げるように、
マス38がアクチュエータ12に固定される。この結
果、マス38が振動して、人が感知し得るハウジングの
初期運動を引き起こす。かくして、ページング装置は、
該ページング装置を運ぶ人が感じ得る振動的すなわち触
覚的警報を与える。また、電子モジュール18は、自励
振動装置10の触覚作動と可聴作動とを切り換えるべ
く、負減衰補償器24の通過帯域の中心周波数を切り換
えるスイッチ44を有している。可聴モードでは、基板
17のより高次の共振が励振され、図2に番号42で概
略的に示す音波が発生される。
【0010】ここで、図1及び図3を参照して、本発明
の自励振動装置10の作動を説明する。制御ユニット2
8からの適当な指令を受けると、駆動増幅器20は、電
源26を介してアクチュエータ12を駆動し、これによ
り、番号34で概略的に示す周囲の低レベルの振動信号
をハウジング16内に創出する。番号36で概略的に示
すように、振動信号34がハウジング16の壁で反射さ
れると、センサ14は反射された振動信号を検出する。
センサ増幅器22は、検出した振動信号を対応する電圧
信号に変換し且つ該電圧信号を負減衰補償器24に供給
する。負減衰補償器24は、ハウジング16の固有共振
周波数で10dbより大きい利得(ゲイン)が得られる
ように、従って振幅を成長させるように設計されてい
る。振幅は、究極的には、電源26から駆動増幅器20
に印加される電圧により制限される。ハウジング16の
固有共振周波数は−90°移相を呈するので、負減衰補
償器24も付加的な−90°移相を与え、−180°の
ループ不安定性に必要な条件が得られるように設計され
ている。減衰補償器24の通過帯域及び利得帯域幅内に
包含される信号は増幅され且つ移相され、一方、通過帯
域及び利得帯域幅に包含されない信号は利得及び位相安
定化される。
の自励振動装置10の作動を説明する。制御ユニット2
8からの適当な指令を受けると、駆動増幅器20は、電
源26を介してアクチュエータ12を駆動し、これによ
り、番号34で概略的に示す周囲の低レベルの振動信号
をハウジング16内に創出する。番号36で概略的に示
すように、振動信号34がハウジング16の壁で反射さ
れると、センサ14は反射された振動信号を検出する。
センサ増幅器22は、検出した振動信号を対応する電圧
信号に変換し且つ該電圧信号を負減衰補償器24に供給
する。負減衰補償器24は、ハウジング16の固有共振
周波数で10dbより大きい利得(ゲイン)が得られる
ように、従って振幅を成長させるように設計されてい
る。振幅は、究極的には、電源26から駆動増幅器20
に印加される電圧により制限される。ハウジング16の
固有共振周波数は−90°移相を呈するので、負減衰補
償器24も付加的な−90°移相を与え、−180°の
ループ不安定性に必要な条件が得られるように設計され
ている。減衰補償器24の通過帯域及び利得帯域幅内に
包含される信号は増幅され且つ移相され、一方、通過帯
域及び利得帯域幅に包含されない信号は利得及び位相安
定化される。
【0011】一実施例では、図4及び図5に示すよう
に、二極帯域通過フィルタの周波数は所望の振動周波数
範囲より低く設定される。帯域通過フィルタの固有周波
数FBP以下では+90°移相がなされ、これらの低周波
振動を安定化又は減衰させる。これより高い周波数で
は、−90°移相が共振を不安定化させる。低域通過遮
断周波数FLPは、−270°(+90°)の全移相に対
し別の−180°移相を含む、所望の振動周波数範囲よ
り高い周波数に設定され、この場合も高周波数の振動を
安定化させる。また、この設計は、帯域通過周波数より
低く且つ低域通過遮断周波数より高い振動を利得安定化
する。なぜならば、フィルタがこれらの周波数より低い
信号及び高い信号をそれぞれ減衰させるからである。次
に、駆動増幅器20がアクチュエータ12を駆動すると
き、負減衰補償器24からの正帰還が駆動増幅器20に
供給される。図6は、自動車のホーンとして実施された
本発明の自励振動装置を示す。装置10′は、これが車
体パネル60の内部に取り付けられている点を除き、装
置10と同じである(本発明の装置が取り付けられてい
る車体パネルの部分は、図示の目的のみのため透明とし
て示されている)。装置10′は、自動車の車体パネル
60の固有共振周波数で車体パネルの振動を引き起こ
し、これにより自動車用の指向性ホーンが創出される。
に、二極帯域通過フィルタの周波数は所望の振動周波数
範囲より低く設定される。帯域通過フィルタの固有周波
数FBP以下では+90°移相がなされ、これらの低周波
振動を安定化又は減衰させる。これより高い周波数で
は、−90°移相が共振を不安定化させる。低域通過遮
断周波数FLPは、−270°(+90°)の全移相に対
し別の−180°移相を含む、所望の振動周波数範囲よ
り高い周波数に設定され、この場合も高周波数の振動を
安定化させる。また、この設計は、帯域通過周波数より
低く且つ低域通過遮断周波数より高い振動を利得安定化
する。なぜならば、フィルタがこれらの周波数より低い
信号及び高い信号をそれぞれ減衰させるからである。次
に、駆動増幅器20がアクチュエータ12を駆動すると
き、負減衰補償器24からの正帰還が駆動増幅器20に
供給される。図6は、自動車のホーンとして実施された
本発明の自励振動装置を示す。装置10′は、これが車
体パネル60の内部に取り付けられている点を除き、装
置10と同じである(本発明の装置が取り付けられてい
る車体パネルの部分は、図示の目的のみのため透明とし
て示されている)。装置10′は、自動車の車体パネル
60の固有共振周波数で車体パネルの振動を引き起こ
し、これにより自動車用の指向性ホーンが創出される。
【0012】図7は本発明の自励振動装置の別の実施例
を示し、この実施例では、アクチュエータと、センサ部
品とが単一の自動検出アクチュエータとして組み合わさ
れている。自動検出アクチュエータ12″は、図1及び
図2においてアクチュエータ12及びセンサ14がハウ
ジング16に取り付けられているのと同様にして、ハウ
ジング16″に連結されている。自動検出アクチュエー
タ12″は、該アクチュエータ12″によりハウジング
16″内に発生される振幅に応答して帯電される電極を
備えた圧電材料からなる。自動検出アクチュエータ1
2″は、論文「自動検出圧電作用:分析及び制御構造へ
の応用(Self−Sensing Piezoele
ctric Actuation: Analysis
andApplication to Contro
lled Structures)」(Anderso
n,Hagood及びGoodliffe著、1992
年、AIAA SDM 協議会会報)に記載されてい
る。この論文は本願に援用する。自動検出アクチュエー
タ12″が接続される電子モジュール18″は、図1及
び図2に示した電子モジュール18と同様に、駆動増幅
器20″及び負減衰補償器24″を有している。電子モ
ジュール18″は、対応コンデンサCf1を備えた電荷増
幅器50と、対応コンデンサCf2を備えた電荷増幅器5
2と、基準コンデンサCr とを有する点で、電子モジュ
ール18とは異なっている。基準コンデンサCr は、電
荷増幅器70及びコンデンサCf2と一緒に、電力増幅器
20″の入力VO で自動検出アクチュエータ12″に接
続されている。電荷増幅器70及びコンデンサCf1は、
第2位置で自動検出アクチュエータ12″に接続されて
いる。電荷増幅器70及びコンデンサCf1は自動検出ア
クチュエータ12″に帯電される電荷を決定し、一方、
基準コンデンサCr 及び電荷増幅器72は基準電荷を与
える。帯電した電荷及び基準電荷は合計されて、自動検
出アクチュエータ12″の歪みに比例する信号を形成す
る。次に、この信号は負減衰補償器24″に入力され
る。次に負減衰補償器24″は、負減衰補償器24と同
様にして、自動検出アクチュエータ12″の歪みに比例
する入力信号を移相し且つ増幅して、ハウジング16″
の固有共振周波数で信号を増幅し且つ振動の非共振モー
ドを負に減衰させる。全てのモードに同じ補償器が適用
されるので、利得及び移相は励振周波数によってのみ決
定される。
を示し、この実施例では、アクチュエータと、センサ部
品とが単一の自動検出アクチュエータとして組み合わさ
れている。自動検出アクチュエータ12″は、図1及び
図2においてアクチュエータ12及びセンサ14がハウ
ジング16に取り付けられているのと同様にして、ハウ
ジング16″に連結されている。自動検出アクチュエー
タ12″は、該アクチュエータ12″によりハウジング
16″内に発生される振幅に応答して帯電される電極を
備えた圧電材料からなる。自動検出アクチュエータ1
2″は、論文「自動検出圧電作用:分析及び制御構造へ
の応用(Self−Sensing Piezoele
ctric Actuation: Analysis
andApplication to Contro
lled Structures)」(Anderso
n,Hagood及びGoodliffe著、1992
年、AIAA SDM 協議会会報)に記載されてい
る。この論文は本願に援用する。自動検出アクチュエー
タ12″が接続される電子モジュール18″は、図1及
び図2に示した電子モジュール18と同様に、駆動増幅
器20″及び負減衰補償器24″を有している。電子モ
ジュール18″は、対応コンデンサCf1を備えた電荷増
幅器50と、対応コンデンサCf2を備えた電荷増幅器5
2と、基準コンデンサCr とを有する点で、電子モジュ
ール18とは異なっている。基準コンデンサCr は、電
荷増幅器70及びコンデンサCf2と一緒に、電力増幅器
20″の入力VO で自動検出アクチュエータ12″に接
続されている。電荷増幅器70及びコンデンサCf1は、
第2位置で自動検出アクチュエータ12″に接続されて
いる。電荷増幅器70及びコンデンサCf1は自動検出ア
クチュエータ12″に帯電される電荷を決定し、一方、
基準コンデンサCr 及び電荷増幅器72は基準電荷を与
える。帯電した電荷及び基準電荷は合計されて、自動検
出アクチュエータ12″の歪みに比例する信号を形成す
る。次に、この信号は負減衰補償器24″に入力され
る。次に負減衰補償器24″は、負減衰補償器24と同
様にして、自動検出アクチュエータ12″の歪みに比例
する入力信号を移相し且つ増幅して、ハウジング16″
の固有共振周波数で信号を増幅し且つ振動の非共振モー
ドを負に減衰させる。全てのモードに同じ補償器が適用
されるので、利得及び移相は励振周波数によってのみ決
定される。
【0013】図8は、本発明の自励振動装置の作動を示
すフローチャートであり、その全体を番号100で示
す。ステップ102において、装置は、該装置が取り付
けられたハウジング内に振動信号を発生する。ステップ
104で、装置は、発生された振動信号を検出する。ス
テップ106で、振動信号が負減衰補償器24の通過帯
域外にある場合は、ステップ108に示すように、振動
信号が減衰され且つ位相安定化される。ステップ106
で、振動信号が通過帯域内にあるときは、ステップ11
0で引き続き信号が増幅され且つ不安定化に向けて移相
される。ステップ112で、信号が、振動の主音響モー
ド又は構造モードの信号でない場合には、ステップ11
4に示すように、負減衰補償器24がこれらの信号を増
幅器20に供給し、該増幅器20はこれらの振動モード
を小さな度合いに増幅する。振動が主固有共振周波数を
有する場合には、ステップ116に示すように、負減衰
補償器24は信号を大きな度合いに増幅し且つこの増幅
された信号を駆動増幅器20に伝達して、ハウジング内
の固有共振モードの振幅を増大させる。固有共振周波数
の振幅は、該周波数が、一定限度(通常、電源26によ
り駆動増幅器20に印加される電圧により定まる)に到
達するまで増加し続ける。かくして、ハウジング16
は、振動の主音響モード又は構造モードで共振し続け
る。ステップ118において、特定の適用が完了した場
合には、駆動増幅器20は、アクチュエータ12の駆動
を停止させる。適用が完了していない場合は、駆動増幅
器20は、該増幅器が制御ユニット28から停止指令を
受けるまでアクチュエータ12を駆動し続ける。
すフローチャートであり、その全体を番号100で示
す。ステップ102において、装置は、該装置が取り付
けられたハウジング内に振動信号を発生する。ステップ
104で、装置は、発生された振動信号を検出する。ス
テップ106で、振動信号が負減衰補償器24の通過帯
域外にある場合は、ステップ108に示すように、振動
信号が減衰され且つ位相安定化される。ステップ106
で、振動信号が通過帯域内にあるときは、ステップ11
0で引き続き信号が増幅され且つ不安定化に向けて移相
される。ステップ112で、信号が、振動の主音響モー
ド又は構造モードの信号でない場合には、ステップ11
4に示すように、負減衰補償器24がこれらの信号を増
幅器20に供給し、該増幅器20はこれらの振動モード
を小さな度合いに増幅する。振動が主固有共振周波数を
有する場合には、ステップ116に示すように、負減衰
補償器24は信号を大きな度合いに増幅し且つこの増幅
された信号を駆動増幅器20に伝達して、ハウジング内
の固有共振モードの振幅を増大させる。固有共振周波数
の振幅は、該周波数が、一定限度(通常、電源26によ
り駆動増幅器20に印加される電圧により定まる)に到
達するまで増加し続ける。かくして、ハウジング16
は、振動の主音響モード又は構造モードで共振し続け
る。ステップ118において、特定の適用が完了した場
合には、駆動増幅器20は、アクチュエータ12の駆動
を停止させる。適用が完了していない場合は、駆動増幅
器20は、該増幅器が制御ユニット28から停止指令を
受けるまでアクチュエータ12を駆動し続ける。
【0014】理解されようが、本願に開示の自励振動装
置は、広範囲の用途に実施できる。本発明の自励振動装
置は、特定ハウジング内に振動の構造モード又は音響モ
ードを発生させるのに使用できる。本発明の自励振動装
置は、アクチュエータ自体への最小の電力入力で、駆動
機構により、特定ハウジングをその固有共振周波数で共
振させることができる。かくして、本発明の自励振動装
置は、ハウジング内に持続共振モードを発生し、且つ、
装置を機械的に調節して変化を補償することなく、正帰
還ループを介して、ハウジング内の温度及び圧力の変動
によるハウジング内の固有周波数の変化を自動的に調節
する。特許請求の範囲の記載を考慮に入れて本願明細書
及び図面を研究することにより、当業者には本発明の種
々の他の特徴が明らかになるであろう。
置は、広範囲の用途に実施できる。本発明の自励振動装
置は、特定ハウジング内に振動の構造モード又は音響モ
ードを発生させるのに使用できる。本発明の自励振動装
置は、アクチュエータ自体への最小の電力入力で、駆動
機構により、特定ハウジングをその固有共振周波数で共
振させることができる。かくして、本発明の自励振動装
置は、ハウジング内に持続共振モードを発生し、且つ、
装置を機械的に調節して変化を補償することなく、正帰
還ループを介して、ハウジング内の温度及び圧力の変動
によるハウジング内の固有周波数の変化を自動的に調節
する。特許請求の範囲の記載を考慮に入れて本願明細書
及び図面を研究することにより、当業者には本発明の種
々の他の特徴が明らかになるであろう。
【図1】ページング装置に具現した本発明の自励振動装
置の好ましい実施例を示す斜視図である。
置の好ましい実施例を示す斜視図である。
【図2】ページング装置に具現した本発明の自励振動装
置の好ましい実施例を示す側面図である。
置の好ましい実施例を示す側面図である。
【図3】図1及び図2の電子モジュールをより詳細に示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図4】本発明の負減衰補償器により得られる利得応答
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図5】本発明の負減衰補償器により得られる位相応答
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図6】自動車のホーンとして使用される本発明の第1
の変更実施例を示す側面図である。
の変更実施例を示す側面図である。
【図7】本発明の第2の変更実施例の一部はブロック図
の形態で且つ一部は概略図の形態で示す側面図である。
の形態で且つ一部は概略図の形態で示す側面図である。
【図8】本発明の自励振動装置の実施に使用される方法
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
10 自励振動装置 12 アクチュエータ 14 センサ 16 ハウジング 18 電子モジュール 20 駆動増幅器 22 センサ増幅器 24 負減衰補償器 26 電源 28 制御ユニット 30 帯域通過フィルタ 32 低域通過フィルタ 50 電荷増幅器 52 電荷増幅器
Claims (15)
- 【請求項1】 ハウジングに振動信号を発生させる装置
において、 前記振動信号を創出すべく前記ハウジングに取り付けら
れるアクチュエータ手段と、 該アクチュエータ手段により創出された前記振動信号を
検出すべく前記ハウジングに取り付けられるセンサ手段
と、 前記ハウジングの振動の共振モードを含む前記センサ手
段からの前記振動信号を増幅し且つ移相するための、前
記アクチュエータ手段とセンサ手段とを接続するフィー
ドバック手段とを有し、該フィードバック手段は、前記
増幅され且つ移相された信号を前記アクチュエータ手段
に供給して、前記ハウジングがその固有共振周波数で振
動することを増強することを特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記フィードバック手段は、 前記センサ手段で検出された前記振動信号を増幅するた
めの、前記センサ手段に接続されたセンサ増幅器と、 負減衰信号を作るため前記センサ増幅器からの前記増幅
された振動信号を移相する負減衰補償器と、 前記アクチュエータ手段を駆動し且つ前記負減衰信号を
前記アクチュエータに供給する駆動増幅器とを有し、 前記フィードバック手段は前記ハウジングの振動を発生
させ、前記フィードバック手段は、前記ハウジングの前
記固有共振周波数が前記ハウジングの圧力変化又は温度
変化により変化するとき、前記ハウジングの前記固有共
振周波数を追跡すべく周波数を変化できることを特徴と
する請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記アクチュエータ手段は圧電セラミッ
ク変換器からなることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項4】 前記センサ手段は圧電セラミック変換器
からなることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項5】 前記センサ手段はポリ二フッ化ビニリデ
ンフィルムからなることを特徴とする請求項1に記載の
装置。 - 【請求項6】 前記アクチュエータ手段はポリ二フッ化
ビニリデンフィルムからなることを特徴とする請求項1
に記載の装置。 - 【請求項7】 前記ハウジングの前記固有共振周波数は
音響周波数であることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項8】 前記ハウジングの前記固有共振周波数は
構造周波数であることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項9】 前記アクチュエータ手段及び前記検出手
段はアクチュエータ内に配置されていることを特徴とす
る請求項1に記載の装置。 - 【請求項10】 前記フィードバック手段は前記振動信
号を−90°移相して、前記負減衰信号を作ることを特
徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項11】 前記アクチュエータ手段は、第1位置
において前記ハウジングの可撓性基板に取り付けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項12】 前記センサ手段は、第2位置において
前記ハウジングの可撓性基板に取り付けられることを特
徴とする請求項10に記載の装置。 - 【請求項13】 前記フィードバック手段は前記ハウジ
ング内に取り付けられることを特徴とする請求項11に
記載の装置。 - 【請求項14】 ハウジングと、 該ハウジングの一部を撓ませ且つ前記ハウジング内で振
動信号を創出するための、前記ハウジングに取り付けら
れるアクチュエータと、 該アクチュエータにより前記ハウジング内に創出された
前記振動信号を検出するための、前記ハウジングに取り
付けられるセンサと、 前記アクチュエータ及びセンサに接続された電子モジュ
ールとを有し、該電子モジュールは、 前記センサにより検出された前記振動信号を電圧信号に
変換するためのセンサ増幅器と、 前記ハウジングの振動の共振モードを含むことが知られ
ている通過帯域において、前記センサ増幅器からの前記
電圧信号を移相及び増幅するための負減衰補償器と、 前記アクチュエータを駆動し且つ前記通過帯域において
増幅され且つ移相された信号を前記アクチュエータに供
給して、前記ハウジングをその固有共振周波数で共振さ
せる駆動増幅器とを有し、 前記通過帯域からの前記移相された信号が前記固有共振
周波数での前記ハウジングの振動を増強し、 前記ハウジング内の剛性特性及びマス特性の変動による
前記ハウジングの固有共振周波数の変化に適合して、固
有共振周波数での前記ハウジングの振動を持続させるこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項15】 ハウジングを設け、 該ハウジング内に振動信号を発生させ、 該振動信号を検出し、 前記振動信号を増幅し、 前記ハウジングの振動の共振モードを含む通過帯域にお
いて前記振動信号を移相し、 前記ハウジングの前記固有共振周波数における前記振動
信号の振幅を増大すべく、前記増幅され且つ移相された
信号を前記アクチュエータに供給し、 前記ハウジング内の剛性特性及びマス特性の変化により
前記固有共振周波数が変化するときに前記ハウジングの
前記固有共振周波数を追跡すべく、前記アクチュエータ
に供給される前記増幅され且つ移相された信号を変化さ
せることを特徴とする振動の持続共振モードを創出する
方法。
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