JPS5936271B2 - 超音波振動体制動方法 - Google Patents
超音波振動体制動方法Info
- Publication number
- JPS5936271B2 JPS5936271B2 JP5185077A JP5185077A JPS5936271B2 JP S5936271 B2 JPS5936271 B2 JP S5936271B2 JP 5185077 A JP5185077 A JP 5185077A JP 5185077 A JP5185077 A JP 5185077A JP S5936271 B2 JPS5936271 B2 JP S5936271B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impedance
- ultrasonic
- converter
- equation
- vibrator
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は振動体の制動方法に関する。
振動体である超音波振動素子（以下たんに振動子という
）を電気的勢力で駆動する場合、特に計測等のためにパ
ルス的に駆動するとき、振動子のＱが高いこと、同制動
インピーダンスの存在等により応答が遅れ、音響特性の
応答特性が問題になる。
）を電気的勢力で駆動する場合、特に計測等のためにパ
ルス的に駆動するとき、振動子のＱが高いこと、同制動
インピーダンスの存在等により応答が遅れ、音響特性の
応答特性が問題になる。
超音波出力の応答特性を向上させるために機械的制動に
よる方法が主として実施されている。この方法は使用周
波数帯域が、数１００ＫＨＺ以上の領域では比較的有効
であるが、１００ＫＨＺ以下では効果がすくない。本発
明の目的は、振動体の駆動の際、機械的な制動がなく、
振動レスポンスの良好な超音波振動体制動方法を提供す
ることにある。
よる方法が主として実施されている。この方法は使用周
波数帯域が、数１００ＫＨＺ以上の領域では比較的有効
であるが、１００ＫＨＺ以下では効果がすくない。本発
明の目的は、振動体の駆動の際、機械的な制動がなく、
振動レスポンスの良好な超音波振動体制動方法を提供す
ることにある。
前記目的を達成するために本発明による超音波振動体制
動方法は、超音波振動素子とその素子を駆動する増幅器
との間に負イミタンス変換器を挿入し、前記駆動増幅器
の出力インピーダンス、前記振動素子の制動インピーダ
ンス、および前記振動素子と前記増幅器間のインピーダ
ンスの内前記変換器によるインピーダンスを除いたイン
ピーダンスを前記変換器により発生させた負インピーダ
ンスにより相殺するように構成してある。
動方法は、超音波振動素子とその素子を駆動する増幅器
との間に負イミタンス変換器を挿入し、前記駆動増幅器
の出力インピーダンス、前記振動素子の制動インピーダ
ンス、および前記振動素子と前記増幅器間のインピーダ
ンスの内前記変換器によるインピーダンスを除いたイン
ピーダンスを前記変換器により発生させた負インピーダ
ンスにより相殺するように構成してある。
上記構成によれば本発明の目的を完全に達成することが
できる。
できる。
以下従来の駆動方法と比較しながら本発明による制動方
法をさらに詳しく説明する。
法をさらに詳しく説明する。
第１図は従来の振動子駆動方法を説明するためのブロッ
ク図である。
ク図である。
図において１は信号発振器、２は駆動増幅器、３は超音
波発信器である。第２図は本発明による振動子制動方法
を説明するためのブロック図である。図において１は信
号発振器、２は駆動増幅器、３は超音波発信器、４は負
ィミタンス変換器である。第３図は電歪型振動子の等価
回路を示す。
波発信器である。第２図は本発明による振動子制動方法
を説明するためのブロック図である。図において１は信
号発振器、２は駆動増幅器、３は超音波発信器、４は負
ィミタンス変換器である。第３図は電歪型振動子の等価
回路を示す。
Ｃｄは制動キャパシタンス、Ｌｍは等価インダクタンス
、Ｃｍは等価キャパシタンス、ｒｍは等価抵抗である。
振動子の等価質量をＭ、同等価スチフネスをＳ、音響放
射抵抗を含む振動子の等価機械抵抗をＲＭ、振動子の力
係数をＡとすると、Ｌｍ、Ｃｍ、ｒｍはそれぞれ次式で
与えられる。Ｌｍ＝Ｍ／ Ａ２、Ｃｍ＝Ａ２／５、、ｒ
ｍ＝ＲＭ／Ａ２。第４図は負イミタンス変換器の構成例
を示す回路図である。端子ａ−ａ’からみた入ガイシヒ
ータンスをＺＮｉ、端子ｂ−ｂ’に接続されたインピー
ダンスをＺＬとすればこれ等について次の関係が成立す
る。ただしＫは負イミタンス変換器の回路定数により決
定される正の定数である。
、Ｃｍは等価キャパシタンス、ｒｍは等価抵抗である。
振動子の等価質量をＭ、同等価スチフネスをＳ、音響放
射抵抗を含む振動子の等価機械抵抗をＲＭ、振動子の力
係数をＡとすると、Ｌｍ、Ｃｍ、ｒｍはそれぞれ次式で
与えられる。Ｌｍ＝Ｍ／ Ａ２、Ｃｍ＝Ａ２／５、、ｒ
ｍ＝ＲＭ／Ａ２。第４図は負イミタンス変換器の構成例
を示す回路図である。端子ａ−ａ’からみた入ガイシヒ
ータンスをＺＮｉ、端子ｂ−ｂ’に接続されたインピー
ダンスをＺＬとすればこれ等について次の関係が成立す
る。ただしＫは負イミタンス変換器の回路定数により決
定される正の定数である。
負イミタンス変換器はその回路構成上開放安定型負イミ
タンス変換器、短絡安定型負イミタンス変換器の２種に
大別される。第４図に示した変換器は前者に属する。次
に本発明方法による制動効果について述べる。第５図は
本発明による超音波駆動時のモデルを示す。このモデル
で次の電気機械変換の基本式が成立する。、▲υＩＪＬ
Ｕノ▼−几▼ 第５図のモデルで１は信号発振器、２は駆動増幅器、Ｖ
は同増幅器の出力電圧、Ｉは同増幅器の出力電流、ＲＯ
は同増幅器の出力インピーダンスを示す。
タンス変換器、短絡安定型負イミタンス変換器の２種に
大別される。第４図に示した変換器は前者に属する。次
に本発明方法による制動効果について述べる。第５図は
本発明による超音波駆動時のモデルを示す。このモデル
で次の電気機械変換の基本式が成立する。、▲υＩＪＬ
Ｕノ▼−几▼ 第５図のモデルで１は信号発振器、２は駆動増幅器、Ｖ
は同増幅器の出力電圧、Ｉは同増幅器の出力電流、ＲＯ
は同増幅器の出力インピーダンスを示す。
−ＣＮ、−ＲＮは、前述した式（１）の示すように負イ
ミタンス変換器により生じた負イミタンス成分である。
Ｉｔ（ｔ）は振動子の動インピーダンスの中を流れる電
流である。（２）式の中でＦは発信器に作用する外力、
Ｙｍ＝１／Ｚｍは振動子動アドミタンス、ｉは振動子の
振動速度である。Ｙｆ）は第５図の端子Ｃ−Ｃ’より左
側をみたときのアドミツタンス、Ｙｄは振動子制動アド
ミツタンスである。式（２）よりＦ＝０としてＶを求め
（３）式を得る。
ミタンス変換器により生じた負イミタンス成分である。
Ｉｔ（ｔ）は振動子の動インピーダンスの中を流れる電
流である。（２）式の中でＦは発信器に作用する外力、
Ｙｍ＝１／Ｚｍは振動子動アドミタンス、ｉは振動子の
振動速度である。Ｙｆ）は第５図の端子Ｃ−Ｃ’より左
側をみたときのアドミツタンス、Ｙｄは振動子制動アド
ミツタンスである。式（２）よりＦ＝０としてＶを求め
（３）式を得る。
Ｉｔ（ｔ）のレスポンスを調べるために、第５図により
、ｉ（ｔ）ｔをラプラス変換したＩｔ（ｓ澄求めると、
次の（４）式が得られる。第２図に示した負イミタンス
変換器の負インピーダンスＺＮｉ（第１式参照）を次の
（５）式であらオ）せるものとし、式（４）中で次の（
６）（７）式の関係が成立するように第４図のＺＬを設
定する。
、ｉ（ｔ）ｔをラプラス変換したＩｔ（ｓ澄求めると、
次の（４）式が得られる。第２図に示した負イミタンス
変換器の負インピーダンスＺＮｉ（第１式参照）を次の
（５）式であらオ）せるものとし、式（４）中で次の（
６）（７）式の関係が成立するように第４図のＺＬを設
定する。
すなわち振動子制動インピーダンスと駆動増幅器の出力
インピーダンスの合成インビーダンスを負イミタンス変
換器の入力負イミタンスと等しくすれは式（４）は次の
（８）式になる。第６図はパルス幅変調された正弦波の
駆動増幅器出力Ｖを示す。
インピーダンスの合成インビーダンスを負イミタンス変
換器の入力負イミタンスと等しくすれは式（４）は次の
（８）式になる。第６図はパルス幅変調された正弦波の
駆動増幅器出力Ｖを示す。
第Ｔ図は第１図に示した従来の方法による発振器の振動
子３を上記出力Ｖで駆動した時の振動速度波形を示す。
第６図に示した信号Ｖは次の（９）式、そのラプラス変
換Ｖ（ｓ）はａω式で与えられる。
子３を上記出力Ｖで駆動した時の振動速度波形を示す。
第６図に示した信号Ｖは次の（９）式、そのラプラス変
換Ｖ（ｓ）はａω式で与えられる。
φは駆動信号振幅、ωは角周波数、τｏはパルス幅、ｈ
（ｔ−τｏ）は時間推移関数である。
（ｔ−τｏ）は時間推移関数である。
Ｑ１式と（８）式よりＩｔ（Ｓ）は次のａυ式となり振
動子の振動速度Ｖ（ｓ）は次のａ力式、この１”式をラ
プラス逆変換により座表軸を時間軸に戻すａ［式が得ら
れる。第８図はＡ３）式、つまり本発明方法による場合
の振動速度波形を示す。第８図から完全な制動が行なわ
れていることがわかる。第９図は本発明方法を用いた発
信器の１実施例を示す回路図である。
動子の振動速度Ｖ（ｓ）は次のａ力式、この１”式をラ
プラス逆変換により座表軸を時間軸に戻すａ［式が得ら
れる。第８図はＡ３）式、つまり本発明方法による場合
の振動速度波形を示す。第８図から完全な制動が行なわ
れていることがわかる。第９図は本発明方法を用いた発
信器の１実施例を示す回路図である。
図において１は信号発振器、２は駆動増幅器、３は振動
子、ＺＬは負イミタンス変換器の負荷である。以上説明
したように、本発明方法によれば駆動増幅器の出力イン
ピーダンスと振動子の制動インピーダンスを相殺するよ
うな負のインピーダンスを負イミタンス変換器より発生
させたことにより広い超音波周波数帯域にわたり理想的
な制動が可能となり、振動体としての特性を著るしく向
上させることができる。
子、ＺＬは負イミタンス変換器の負荷である。以上説明
したように、本発明方法によれば駆動増幅器の出力イン
ピーダンスと振動子の制動インピーダンスを相殺するよ
うな負のインピーダンスを負イミタンス変換器より発生
させたことにより広い超音波周波数帯域にわたり理想的
な制動が可能となり、振動体としての特性を著るしく向
上させることができる。
したがつて超音波計測等に応用するとその効果は著るし
い。
い。
第１図は従来の超音波発信器駆動方法によつて構成した
超音波発信器のプロツク図、第２図は本発明方法による
超音波発信器のプロツク図第３図は電歪型振動子の等価
回路、第４図は負イミタンス変換器の回路例を示す回路
図、第５図は本発明方法による発信器の動作時のモデル
を示す図、第６図は駆動増幅器の出力電圧波形を示すグ
ラフ、第Ｔ図は従来の方法による場合の振動速度波形を
示すグラフ、第８図は本発明による場合の振動速度波形
を示すグラフ、第９図は本発明方法による発振器の実施
例を示す回路図である。 １ ・・・・・・信号発振器、２・・・・・・駆動増幅
器、３・・・・・・超音波発信器、４・・・・・・負イ
ミタンス変換器。
超音波発信器のプロツク図、第２図は本発明方法による
超音波発信器のプロツク図第３図は電歪型振動子の等価
回路、第４図は負イミタンス変換器の回路例を示す回路
図、第５図は本発明方法による発信器の動作時のモデル
を示す図、第６図は駆動増幅器の出力電圧波形を示すグ
ラフ、第Ｔ図は従来の方法による場合の振動速度波形を
示すグラフ、第８図は本発明による場合の振動速度波形
を示すグラフ、第９図は本発明方法による発振器の実施
例を示す回路図である。 １ ・・・・・・信号発振器、２・・・・・・駆動増幅
器、３・・・・・・超音波発信器、４・・・・・・負イ
ミタンス変換器。
Claims (1)
- １ 超音波エネルギーを送出する超音波振動体において
、超音波振動素子と前記振動素子を駆動する増幅器との
間に負イミタンス変換器を挿入し、前記駆動増幅器の出
力インピーダンス、前記振動素子の制動インピーダンス
、および前記振動素子と前記増幅器間のインピーダンス
の内前記変換器によるインピーダンスを除いたインピー
ダンス等の振動体の制動に障害となるインピーダンス成
分を前記変換器により発生させた負インピーダンスによ
り相殺するように構成したことを特徴とする超音波振動
体制動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5185077A JPS5936271B2 (ja) | 1977-05-06 | 1977-05-06 | 超音波振動体制動方法 |
| US05/881,678 US4156823A (en) | 1977-05-06 | 1978-02-27 | Method for damping an ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5185077A JPS5936271B2 (ja) | 1977-05-06 | 1977-05-06 | 超音波振動体制動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53137126A JPS53137126A (en) | 1978-11-30 |
| JPS5936271B2 true JPS5936271B2 (ja) | 1984-09-03 |
Family
ID=12898317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5185077A Expired JPS5936271B2 (ja) | 1977-05-06 | 1977-05-06 | 超音波振動体制動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5936271B2 (ja) |
-
1977
- 1977-05-06 JP JP5185077A patent/JPS5936271B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53137126A (en) | 1978-11-30 |
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