JPS5952388B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は物体検知装置に関するもので、特に電歪素子
を用いた超音波物体検知装置に関する。

電歪素子を用いた超音波検知器の発振周波数を設定する
方法は従来は電歪素子の両端の電圧を電圧計で見ながら
発振周波数を手動で変化させ、電歪素子の電圧が最大に
なる周波数、すなわち反共振周波数を求めていた。

ところでこの反共振周波数は電歪素子によって多少のば
らつきがあり、よって検知装置と電歪素子とを結合する
ごとに発振周波数を調整する必要があった。

この発明は上記の点を考慮してなされたものであって、
その目的は発振周波数を自動的に反共振周波数に設定で
きる電歪素子を用いた物体検知装置を提供することであ
る。

上記の目的を達成するためにこの発明では常時発振信号
に周波数変調を行ない、検知装置に使用されている電歪
素子の両端の電圧と変調信号とを比較することにより物
体検知装置の発振周波数を制御してこの周波数を反共振
周波数に自動的に調整するようにする。

まづこの発明の詳細な説明する。

第１図は電歪素子のインピーダンス特性を示す特性曲線
であって、縦軸はインピーダンスｔｚｔを、横軸は周波
数ｆを示す。

図示するように反共振周波数ｆ８はインピーダンス１ｚ
１の最大値のところにある。

そこで発振周波数を反共振周波数ｆ８とするためにはイ
ンピーダンスｌｚｌを最大値にすればよいことになる。

次に第２図は電歪素子のインピーダンスを出力電圧に変
換するための電気回路を示す図であって、ｅは発振器、
Ｒは抵抗器、■はインピーダンス特性を有する素子、た
とえば電歪素子、ｅｏｕｔは出力電圧（端子電圧）であ
る。

端子電圧ｅ。ｕｔは電歪素子■のインピーダンス１２１
に比例した大きさである。

そこで端子電圧と周波数との特性曲線は第３図に示すも
のになる。

反共振周波数ｆ８を求めるにはこの電圧周波数特性曲線
の傾斜を求めればよい。

すなわちｆ８より低い周波数では傾斜が一正゛であり、
ｆ８より高い周波数では傾斜が゛“負゛である。

そこで発振周波数に周波数変調をかけ、周波数ｆ２．ｆ
１に対応する電圧差■２−■１の正負を判定する。

■２−ｖ１が正であれば傾斜は”正″であり、Ｖ２−■
１が負で゛あれは゛イ頃斜は“負″で゛ある。

以上の原理を利用して、Ｖ２−■１を観測し、その値が
、ｎ正″であれば発振周波数を高め、１″負″であれば
発振周波数を低めるように制御すれば発振周波数を反共
振周波数ｆａに固定することができる。

次にこの発明を図示する実施例について詳細に説明する
。

第４図はこの発明の１実施例の構成を示すためのブロッ
ク図であって、１は直流電圧発生部、２は加算部、３は
加算部２の出力を入力される電圧制御発振器（常時発振
器）、４は発振器３の出力を入力される増幅器、５は増
幅器４の出力を加えられる抵抗器、６は抵抗器５を介し
て増幅器４の出力を加えられる電歪素子、７は抵抗器５
を介して増幅器４の出力を加えられる正負判定部、８は
変調波発振部で、その出力は判定部７と加算部２とに入
力される。

判定部７の出力は直流電圧発生部１に加えられ、発生部
１の出力は加算部２に入力される。

次に動作を説明する。

電源投入時は直流電圧発生部１で初期値の電圧が発生さ
れる。

その値をＥ。とする。変調波発生部８で発振された電圧
を△■とすると加算部２の出力信号はＥ。

＋△Ｖとなる。電圧制御発振器３にＥ。

＋△■なる信号が入力されると第５図イに示すように周
波数ｆ。

よりも△ｆだけ変化したｆ。＋△ｆなる周波数が発振さ
れる。

ただしｆ。はＥ。なる直流電圧が加わったときの発振周
波数、△ｆは△■なる電圧変化により変化する発振周波
数である。

発振器３で発振された信号は増幅器４で増幅され、抵抗
器５を介して電歪素子６に加えられる。

周波数ｆ。なる信号が電歪素子６に加わったときの電圧
をＶ。

とするとｆ。＋△ｆなる電圧が電歪素子６に加わると電
歪素子６の端子電圧は第５図口に示すように■。

＋△■ｏとなる。第５図口に示すように電歪素子６に力
旧っる信号の周波数が反共振周波数ｆａよりも低いが高
いかに応じて、周波数△ｆの増加に対して電歪素子６の
端子電圧の変化△ｖｏは正又は負となる。

それ故■。

とＶ。＋△■ｏとの差、すなわち△Ｖｏの正負を判定部
７で判定し、その結果により△■ｏが正ならば直流電圧
発生部１の出力電圧を増加させ、△Ｖｏが負ならば減少
させて発振器３の発振周波数を制御し、その周波数を電
歪素子６の反共振周波数になるように制御する。

以上の動作をさらに第６図について説明する。

第４図の各部の出力を図示するようにＡ、 Ｂ。

Ｃ，Ｄ （またはＥ）、 Ｆ、 Ｇとする。

直流電圧発生部１の出力Ａの初期電圧Ｅ。

に変調波発振部８の出力Ｂ（△■）が加算部２で加算さ
れると、発振器３の出力りはｆ。

＋△ｆｏとなる。この場合ｆ。なる周波数が反共振周波
数ｆａより小さがったとすると、電歪素子６の端子電圧
ＦはＶ。

がらＶ。十△ｖｏに上昇する。

このとき△■ｏは正の値である（第６図Ｆ左半部参照）
。

また、ｆｏなる周波数がｆ８より大である場合は△■ｏ
は負の値である（第６図Ｆ右半部参照）。

出力Ｆは判定部７に加わり、同時に発振器８の出力Ｂも
判定部７に加わる。

判定部７の構成を第７図に示す。

第７図において、１１はダイオード、１２はコンデンサ
、１３は抵抗器で、ダイオード１１．コンデンサ１２と
抵抗器１３とで検波回路が構成される。

１４は増幅器で、上記検波回路の出力の変化分△■を増
幅する。

１５は排他的オア回路で、増幅器１４の出力と発振器８
の出力Ｂとを入力される。

１６は抵抗器、１７はコンデンサで、排他的オア回路１
５のパルス出力はコンテ゛ンサ１７によって保持される
。

第５図口において、周波数ｆ。が電歪素子の反共振周波
数ｆ８より小さいときは△■は正の値であるから、検波
回路１１，１２．１３の出力波形は第６図Ｇからも判る
ように変調波発振部８の出力波形と同相である。

周波数ｆ。が反共振周波数ｆ８より大であった場合は変
調波発振部８の出力の増加による電歪素子６への周波数
の増加に対して電歪素子６の端子電圧は減少し△Ｖは負
となるので整流器１１，１２．１３の出力は第６図Ｇの
右半部のごとくなり、変調波発振部８の出力と検波回路
１１，１２，１３の出力波形は１８０度の位相差を有す
ることになる。

両波形が同相であれば排他的オア回路１５の出力は負で
あり、１８０度の位相差がある場合は排他的オア回路１
５の出力は正である。

上述の動作によって、△Ｖｏの正負を判定することがで
きる。

即ち、電歪素子６に印加される信号の周波数の大小に応
じてその端子電圧の変化大小を判定すればよい。

第８図は直流電圧発生部１の構成を示すものである。

第８図において、２１は比較増幅器で、基準電圧Ｅ。

を発生する機能と、判定部７の電圧のフォロワの機能と
を有し、周波数ｆ。

がｆ８より小さいときは判定部７から負の出力が負側（
一側）に加わり、発生部１の出力電圧は高まってゆき、
また周波数ｆ。

がｆ８より大きいときは判定部７から一側に加わる出力
は正であり、発生部１の出力電圧は低下してゆく。

いづれの場合にも発生部１の出力電圧が変化してゆくこ
とにより発振器３の周波数がｆ。

からｆｉ＋ ・・・と変化して行き、ｆａに等しくなっ
たとき発生部１の出力電圧はそのときの値に保たれ、電
圧制御発振器３の発振周波数は反共振周波数ｆａに調整
されることになる。

以上説明したようにこの発明によれば電歪素子を用いた
物体検知器の発振周波数を常に電歪素子の反共振周波数
に自動的に設定するとかでき、電歪素子の反共振周波数
にばらつきがあってもそれぞれの反共振周波数に設定す
るとかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電歪素子の周波数・インピーダンス特性曲線、
第２図は電歪素子を用いたインピーダンス・電圧変換回
路図、第３図は第２図の周波数と端子電圧との関係を示
す曲線、第４図はこの発明の１実施例の構成を示すため
のブロック図、第５図イ５口および第６図は動作説明図
、第７図は第４図の判定部の構成を示すための電気回路
図、第８図は第４図の直流電圧発生部の構成を示すため
のブロック図である。 １・・・直流電圧発生部、２・・・加算部、３・・・電
圧制御発振器、６・・・電歪素子、７・・・正負判定部
、８・・・変調波発振部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電歪素子などのインピーダンス特性を有する素子を
   使用した超音波検知器において、電歪素子を駆動する周
   波数を発振する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器
   の出力を増幅して前記電歪素子を駆動する増幅器と、駆
   動中の前記電歪素子の端子電圧を検出する端子電圧検出
   回路と、前記電圧制御発振器から異なる周波数の信号を
   出力させるように電圧制御発振器の入力電圧を制御する
   ための信号を出力する駆動周波数制御回路と、前記具る
   周波数が印加されたことによる前記電歪素子の端子電圧
   の大小を判定する判定回路と、この判定回路の出力を受
   けて前記電歪素子の端子電圧が大きくなるよう前記電圧
   制御発振器の入力を制御する制御回路とを有する物体検
   知装置。