JPH09166659A - 空中超音波送波器，空中超音波受波器，及びそれらを備えた空中超音波送受波器 - Google Patents
空中超音波送波器，空中超音波受波器，及びそれらを備えた空中超音波送受波器Info
- Publication number
- JPH09166659A JPH09166659A JP32673695A JP32673695A JPH09166659A JP H09166659 A JPH09166659 A JP H09166659A JP 32673695 A JP32673695 A JP 32673695A JP 32673695 A JP32673695 A JP 32673695A JP H09166659 A JPH09166659 A JP H09166659A
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用
のトランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動
子での超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器
と，その空中超音波送波器とその空中超音波受波器を提
供すること。 【解決手段】 空中超音波送受波器は，入出力端子４，
６をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続された
インダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前記第
１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほぼ等
しい静電容量ＣdおよびＣd ′とにより表される対称３
端子型圧電屈曲振動子からなるバイモル振動子１０を備
えている。空中超音波送受波器は，バイモル振動子１０
の前記第２の端子を開放し，この時の前記第１の端子か
ら見た共振周波数で所定の時間だけバイモルフ振動子１
０を駆動して空中に超音波を放射するとともに，次のタ
イミングで，バイモルフ振動子１０の前記第２の端子を
短絡して対象物から反射した超音波を受波する。
のトランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動
子での超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器
と，その空中超音波送波器とその空中超音波受波器を提
供すること。 【解決手段】 空中超音波送受波器は，入出力端子４，
６をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続された
インダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前記第
１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほぼ等
しい静電容量ＣdおよびＣd ′とにより表される対称３
端子型圧電屈曲振動子からなるバイモル振動子１０を備
えている。空中超音波送受波器は，バイモル振動子１０
の前記第２の端子を開放し，この時の前記第１の端子か
ら見た共振周波数で所定の時間だけバイモルフ振動子１
０を駆動して空中に超音波を放射するとともに，次のタ
イミングで，バイモルフ振動子１０の前記第２の端子を
短絡して対象物から反射した超音波を受波する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，空中に超音波を放
射し，対象とする物体から反射した超音波を測定するこ
とにより，対象物の有無や対象物までの距離を検出する
超音波式物体検出装置などに用いられる空中超音波送受
波器に関し，特に低い電圧で駆動が可能な，１個の超音
波振動子で超音波の送受を行う空中超音波送受波器に関
する。
射し，対象とする物体から反射した超音波を測定するこ
とにより，対象物の有無や対象物までの距離を検出する
超音波式物体検出装置などに用いられる空中超音波送受
波器に関し，特に低い電圧で駆動が可能な，１個の超音
波振動子で超音波の送受を行う空中超音波送受波器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図５および図６は従来の超音波式物体検
出装置の構成原理を示す説明図であり，図５は送波器５
１と受波器５２に別の超音波振動子を用いる場合であ
り，図６は１個の超音波振動子５３を送波，受波兼用と
した場合の構成原理図である。また，図７は一般の超音
波振動子の入力インピーダンスの周波数特性例であり，
共振周波数ｆr で入力インピーダンスは極小になり，反
共振周波数ｆa で入力インピーダンス極大になる。
出装置の構成原理を示す説明図であり，図５は送波器５
１と受波器５２に別の超音波振動子を用いる場合であ
り，図６は１個の超音波振動子５３を送波，受波兼用と
した場合の構成原理図である。また，図７は一般の超音
波振動子の入力インピーダンスの周波数特性例であり，
共振周波数ｆr で入力インピーダンスは極小になり，反
共振周波数ｆa で入力インピーダンス極大になる。
【０００３】従来の空中超音波送受波器においては，送
波の場合，低い駆動電圧で振動子を必要な振幅まで励振
することが可能な共振周波数ｆr で駆動し，インピーダ
ンスの高いｆa で受波するのが一般的であり，図５に示
したように送波に使用する超音波振動子の共振周波数ｆ
r と受波に使用する超音波振動子の反共振周波数ｆaを
等しくした２個の超音波振動子を用いるか，図６に示し
たように，１個の超音波振動子の反共振周波数ｆa で所
定の時間だけ超音波を放射し，次のタイミングで同じ超
音波振動子を受波器として使用する方式が採られてい
る。
波の場合，低い駆動電圧で振動子を必要な振幅まで励振
することが可能な共振周波数ｆr で駆動し，インピーダ
ンスの高いｆa で受波するのが一般的であり，図５に示
したように送波に使用する超音波振動子の共振周波数ｆ
r と受波に使用する超音波振動子の反共振周波数ｆaを
等しくした２個の超音波振動子を用いるか，図６に示し
たように，１個の超音波振動子の反共振周波数ｆa で所
定の時間だけ超音波を放射し，次のタイミングで同じ超
音波振動子を受波器として使用する方式が採られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし，図５に示され
た構成では，送波用と受波用に２個の超音波振動子必要
であり，図６に示された構成では，入力インピーダンス
の高いｆa で振動子を駆動するため，駆動電圧として高
電圧が必要となり，昇圧用のトランスを必要としてい
た。
た構成では，送波用と受波用に２個の超音波振動子必要
であり，図６に示された構成では，入力インピーダンス
の高いｆa で振動子を駆動するため，駆動電圧として高
電圧が必要となり，昇圧用のトランスを必要としてい
た。
【０００５】そこで，本発明の第１の技術的課題は，従
来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のトラ
ンスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子での
超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器を提供す
ることにある。
来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のトラ
ンスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子での
超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器を提供す
ることにある。
【０００６】また，本発明の第２の技術的課題は，前記
空中超音波送受波器に用いられる空中超音波送波器を提
供することにある。
空中超音波送受波器に用いられる空中超音波送波器を提
供することにある。
【０００７】さらに，本発明の第３の技術的課題は，前
記空中超音波送受波器に用いられる空中超音波受波器を
提供することにある。
記空中超音波送受波器に用いられる空中超音波受波器を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は，以上に示した
従来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のト
ランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子で
の超音波の送受を可能とするものであり，入出力端子を
なす一対の第１及び第２端子間に直列に接続されたイン
ダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前記第１及
び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほぼ等しい
静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される対称３端子
型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を開放し，この時の
前記第１の端子から見た共振周波数で所定の時間だけ前
記対称３端子型圧電屈曲振動子を駆動して空中に超音波
を放射するとともに，次のタイミングで前記対称３端子
型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を短絡して対象物か
ら反射した超音波を受波するように構成したことを特徴
としている。
従来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のト
ランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子で
の超音波の送受を可能とするものであり，入出力端子を
なす一対の第１及び第２端子間に直列に接続されたイン
ダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前記第１及
び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほぼ等しい
静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される対称３端子
型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を開放し，この時の
前記第１の端子から見た共振周波数で所定の時間だけ前
記対称３端子型圧電屈曲振動子を駆動して空中に超音波
を放射するとともに，次のタイミングで前記対称３端子
型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を短絡して対象物か
ら反射した超音波を受波するように構成したことを特徴
としている。
【０００９】また，本発明の空中超音波送波器は，入出
力端子をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続さ
れたインダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前
記第１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほ
ぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される対
称３端子型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を開放し，
この時の前記第１の端子から見た共振周波数で所定の時
間だけ前記対称３端子型圧電屈曲振動子を駆動して空中
に超音波を放射することを特徴としている。
力端子をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続さ
れたインダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，前
記第１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続されたほ
ぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される対
称３端子型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を開放し，
この時の前記第１の端子から見た共振周波数で所定の時
間だけ前記対称３端子型圧電屈曲振動子を駆動して空中
に超音波を放射することを特徴としている。
【００１０】さらに，本発明の空中超音波受波器は，入
出力端子をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続
されたインダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，
前記第１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続された
ほぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される
対称３端子型圧電屈曲振動子の前記対称３端子型圧電屈
曲振動子の前記第２の端子を短絡して対象物から反射し
た超音波を受波するように構成したことを特徴としてい
る。
出力端子をなす一対の第１及び第２端子間に直列に接続
されたインダクタンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，
前記第１及び第２の端子にそれぞれに並列に接続された
ほぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′とにより表される
対称３端子型圧電屈曲振動子の前記対称３端子型圧電屈
曲振動子の前記第２の端子を短絡して対象物から反射し
た超音波を受波するように構成したことを特徴としてい
る。
【００１１】ここで，本発明の前記空中超音波送波器，
前記空中超音波受波器，及び前記空中超音波送受波器の
各々において，前記対称３端子型圧電屈曲振動子は，圧
電セラミックの一面に，長さ方向両端から中央部に向か
って形成された一対の分割電極と，前記圧電セラミック
の裏面に形成された全面電極とを備えていることが好ま
しい。
前記空中超音波受波器，及び前記空中超音波送受波器の
各々において，前記対称３端子型圧電屈曲振動子は，圧
電セラミックの一面に，長さ方向両端から中央部に向か
って形成された一対の分割電極と，前記圧電セラミック
の裏面に形成された全面電極とを備えていることが好ま
しい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００１３】図１は本発明の実施の一形態による空中超
音波送受波器を示す図である。図１において，バイモル
フ振動子１０は，は振動子支持具２，３によって支持さ
れ，ケース７に収容されている。バイモルフ振動子１０
の表裏面に形成された電極は夫々はそれぞれ，アース端
子４，入力端子５，および出力端子６に接続されてい
る。また，バイモルフ振動子１０の上面に対向する位置
に反射板８が設けられている。この反射板８は，バイモ
ルフ振動子１０の中央部分と両側部分の超音波の位相を
合わせるために設けられている。
音波送受波器を示す図である。図１において，バイモル
フ振動子１０は，は振動子支持具２，３によって支持さ
れ，ケース７に収容されている。バイモルフ振動子１０
の表裏面に形成された電極は夫々はそれぞれ，アース端
子４，入力端子５，および出力端子６に接続されてい
る。また，バイモルフ振動子１０の上面に対向する位置
に反射板８が設けられている。この反射板８は，バイモ
ルフ振動子１０の中央部分と両側部分の超音波の位相を
合わせるために設けられている。
【００１４】図２は，図１の空中超音波送受波器に用い
るバイモルフ振動子１０の一例を示す斜視図である。図
２を参照して，バイモルフ振動子１０は，圧電セラミッ
ク板１を備えている。圧電セラミック板１の一方の面に
は，長さ方向中央部を中心に長さ方向に二分割された電
極１１，１２が施され，もう一方の面には全面電極１３
が施されている。圧電セラミック板１は，これらの電極
１１，１２，１３を用いて厚さ方向に分極され，さらに
金属板１４が下面に接着されてバイモルフ振動子を構成
している。
るバイモルフ振動子１０の一例を示す斜視図である。図
２を参照して，バイモルフ振動子１０は，圧電セラミッ
ク板１を備えている。圧電セラミック板１の一方の面に
は，長さ方向中央部を中心に長さ方向に二分割された電
極１１，１２が施され，もう一方の面には全面電極１３
が施されている。圧電セラミック板１は，これらの電極
１１，１２，１３を用いて厚さ方向に分極され，さらに
金属板１４が下面に接着されてバイモルフ振動子を構成
している。
【００１５】図２に示したバイモルフ振動子１０が図３
に示すように屈曲振動の一波長共振モードで振動してい
る場合，その等価回路は図４のように表され，対称３端
子型圧電屈曲振動子になる。
に示すように屈曲振動の一波長共振モードで振動してい
る場合，その等価回路は図４のように表され，対称３端
子型圧電屈曲振動子になる。
【００１６】ここで，図４を用いて，本発明の実施の一
形態によるバイモルフ振動子の動作原理について説明す
る。
形態によるバイモルフ振動子の動作原理について説明す
る。
【００１７】図４を参照すると，バイモルフ振動子は，
入力端子と出力端子の間に直列に接続されたインダクタ
ンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，入力端子と出力端
子それぞれに並列に接続されたほぼ等しい静電容量Ｃd
およびＣd ′により表される。
入力端子と出力端子の間に直列に接続されたインダクタ
ンスＬ，静電容量Ｃおよび抵抗Ｒと，入力端子と出力端
子それぞれに並列に接続されたほぼ等しい静電容量Ｃd
およびＣd ′により表される。
【００１８】このような等価回路で表される超音波振動
子は対称３端子型圧電屈曲振動子と呼ばれる。
子は対称３端子型圧電屈曲振動子と呼ばれる。
【００１９】このようなバイモルフ振動子では，Ｃd ′
＝Ｃd として出力端子を開放および短絡した場合の共振
周波数と反共振周波数はそれぞれ以下の式で与えられ
る。
＝Ｃd として出力端子を開放および短絡した場合の共振
周波数と反共振周波数はそれぞれ以下の式で与えられ
る。
【００２０】出力端子を開放した場合，下記数１式及び
数２式で表わされる。
数２式で表わされる。
【００２１】
【数１】
【数２】
【００２２】出力端子を短絡した場合，下記数３式及び
数４式で表わされる。
数４式で表わされる。
【００２３】
【数３】
【数４】
【００２４】上記数１式と上記数２式からわかるよう
に，出力端子開放の場合の共振周波数ｆr-o と出力端子
短絡の場合の反共振周波数ｆa-s と等しくなる。したが
って，出力端子を開放した状態でそのときの共振周波数
で超音波振動子を駆動することにより，低いインピーダ
ンスでの駆動が可能となり，駆動電圧は昇圧トランスが
不要な低い電圧で充分となる。一方，反射波を受波する
場合には，出力端子を短絡すると，送波された周波数が
そのときの反共振周波数に等しくなるため，高いインピ
ーダンスでの受波が可能となる。出力端子の開放と短絡
は，いわゆるアナログスイッチなどを使用することによ
り容易に可能であり，駆動および検出回路が特別複雑に
なることは無い。
に，出力端子開放の場合の共振周波数ｆr-o と出力端子
短絡の場合の反共振周波数ｆa-s と等しくなる。したが
って，出力端子を開放した状態でそのときの共振周波数
で超音波振動子を駆動することにより，低いインピーダ
ンスでの駆動が可能となり，駆動電圧は昇圧トランスが
不要な低い電圧で充分となる。一方，反射波を受波する
場合には，出力端子を短絡すると，送波された周波数が
そのときの反共振周波数に等しくなるため，高いインピ
ーダンスでの受波が可能となる。出力端子の開放と短絡
は，いわゆるアナログスイッチなどを使用することによ
り容易に可能であり，駆動および検出回路が特別複雑に
なることは無い。
【００２５】以上，本発明の実施の一形態による空中超
音波送受波器について説明したが，本発明に用いる対称
３端子型圧電屈曲振動子としては，必ずしも図２に示し
たバイモルフ振動子に限定されるものでは無く，等価回
路が図４に示すように表される屈曲振動子であれば良
い。
音波送受波器について説明したが，本発明に用いる対称
３端子型圧電屈曲振動子としては，必ずしも図２に示し
たバイモルフ振動子に限定されるものでは無く，等価回
路が図４に示すように表される屈曲振動子であれば良
い。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
従来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のト
ランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子で
の超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器とその
空中超音波送波器とその空中超音波受波器を提供するこ
とができ，実用的にその効果は大きい。
従来の空中超音波送受波器の欠点を除去し，昇圧用のト
ランスを必要としないで，しかも１個の超音波振動子で
の超音波の送受を可能とする空中超音波送受波器とその
空中超音波送波器とその空中超音波受波器を提供するこ
とができ，実用的にその効果は大きい。
【図１】本発明の実施の一形態による空中超音波送受波
器を示す断面図である。
器を示す断面図である。
【図２】図１の空中超音波送受波器に用いるバイモルフ
振動子を示す斜視図である。
振動子を示す斜視図である。
【図３】図２のバイモルフ振動子の振動モードを示す断
面図である。
面図である。
【図４】図２のバイモルフ振動子の等価回路を示す図で
ある。
ある。
【図５】従来の超音波式物体検出装置の構成原理の一例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図６】従来の超音波式物体検出装置の構成原理の他の
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図７】超音波振動子の入力インピーダンスの周波数特
性例である。
性例である。
１ 圧電セラミック板 ２，３ 支持具 ４ アース端子 ５ 入力端子 ６ 出力端子 ７ ケース ８ 反射板 １０ バイモルフ振動子 １１ 分割電極（入力電極） １２ 分割電極（出力電極） １３ 全面電極（アース電極） １４ 金属板 ５１ 送波器 ５２ 受波器 ５３ 送波受波兼用器
Claims (6)
- 【請求項１】 入出力端子をなす一対の第１及び第２端
子間に直列に接続されたインダクタンスＬ，静電容量Ｃ
および抵抗Ｒと，前記第１及び第２の端子にそれぞれに
並列に接続されたほぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′
とにより表される対称３端子型圧電屈曲振動子の前記第
２の端子を開放し，この時の前記第１の端子から見た共
振周波数で所定の時間だけ前記対称３端子型圧電屈曲振
動子を駆動して空中に超音波を放射するとともに，次の
タイミングで前記対称３端子型圧電屈曲振動子の前記第
２の端子を短絡して対象物から反射した超音波を受波す
るように構成したことを特徴とする空中超音波送受波
器。 - 【請求項２】 請求項１記載の空中超音波送受波器にお
いて，前記対称３端子型圧電屈曲振動子は，圧電セラミ
ックの一面に，長さ方向両端から中央部に向かって形成
された一対の分割電極と，前記圧電セラミックの裏面に
形成された全面電極とを備えていることを特徴とする空
中超音波送受波器。 - 【請求項３】 入出力端子をなす一対の第１及び第２端
子間に直列に接続されたインダクタンスＬ，静電容量Ｃ
および抵抗Ｒと，前記第１及び第２の端子にそれぞれに
並列に接続されたほぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′
とにより表される対称３端子型圧電屈曲振動子の前記第
２の端子を開放し，この時の前記第１の端子から見た共
振周波数で所定の時間だけ前記対称３端子型圧電屈曲振
動子を駆動して空中に超音波を放射することを特徴とす
る空中超音波送波器。 - 【請求項４】 請求項３記載の空中超音波送波器におい
て，前記対称３端子型圧電屈曲振動子は，圧電セラミッ
クの一面に，長さ方向両端から中央部に向かって形成さ
れた一対の分割電極と，前記圧電セラミックの裏面に形
成された全面電極とを備えていることを特徴とする空中
超音波送波器。 - 【請求項５】 入出力端子をなす一対の第１及び第２端
子間に直列に接続されたインダクタンスＬ，静電容量Ｃ
および抵抗Ｒと，前記第１及び第２の端子にそれぞれに
並列に接続されたほぼ等しい静電容量Ｃd およびＣd ′
とにより表される対称３端子型圧電屈曲振動子の前記対
称３端子型圧電屈曲振動子の前記第２の端子を短絡して
対象物から反射した超音波を受波するように構成したこ
とを特徴とした空中超音波受波器。 - 【請求項６】 請求項５記載の空中超音波受波器におい
て，前記対称３端子型圧電屈曲振動子は，圧電セラミッ
クの一面に，長さ方向両端から中央部に向かって形成さ
れた一対の分割電極と，前記圧電セラミックの裏面に形
成された全面電極とを備えていることを特徴とする空中
超音波受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32673695A JP3536876B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 空中超音波送波器，空中超音波受波器，及びそれらを備えた空中超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32673695A JP3536876B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 空中超音波送波器，空中超音波受波器，及びそれらを備えた空中超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09166659A true JPH09166659A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3536876B2 JP3536876B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=18191112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32673695A Expired - Lifetime JP3536876B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 空中超音波送波器，空中超音波受波器，及びそれらを備えた空中超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3536876B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004205232A (ja) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Tsutsui Denshi:Kk | 超音波測長装置 |
| JP2010154371A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Honda Electronic Co Ltd | 超音波センサ |
| JP2010252017A (ja) * | 2009-04-15 | 2010-11-04 | Honda Electronic Co Ltd | 超音波送受波装置 |
| JPWO2016158762A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2017-12-21 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子およびこれを備える超音波センサ |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32673695A patent/JP3536876B2/ja not_active Expired - Lifetime
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