JPS599077B2 - 超音波発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波発振器に関し、特に例えば電歪素子を
用いたものにおいて効率よく発振させるような超音波発
振器に関する。

一般に、車両検知や魚群探知等のように或る領域におい
て物体の有無を検知する場合、電歪素子を用いた超音波
発振器が実用に供されている。

従来では、電歪素子の固有の振動周波数にほぼ等しい周
波数（すなわち共振周波数）で超音波を発振する場合と
、電歪素子の固有の振動周波数とは異なる周波数（すな
わち反共振周波数）で発振させる場合があつた。本願出
願人が各種の実験を行なつた結果、共振周波数で超音波
を発振させた方が、伝送効率の優れていることがわかつ
た。一方、電歪素子固有の振動周波数は素子そのものに
よつて異なるため、共振周波数あるいは反共振周波数で
超音発振させる場合、電歪素子の交換に際して発振周波
数の調整をその都度しなければならず、交換にたいへん
不便、面倒であるといラ問題点がある。それゆえに、こ
の発明の主たる目的は、比較的簡単な構成であつて常に
共振周波数で発振するような超音波発振器を提供するこ
とである。

この発明の他の目的は、製作時または電歪素子の交換時
等において調整を要することなく自動的に共振周波数と
なるように自動調整機能を有する超音波発振器を提供す
ることである。

この発明を要約すれば、或る繰返し周期で間欠一 的に
電歪素子に電気的発振信号を加えて機械的振動（超音波
）を発生させた場合、該超音波の送波後も電歪素子は慣
性によつて固有の周波数で短時間振動し残響信号を発生
することに鑑みて、残響信号の周波数に基づいて電歪素
子に加える電気的発振信号の周波数を制御し、それによ
つて電歪素子固有の共振周波数の超音波を発生させるも
のである。

第１図はこの発明の一実施例の超音波発振器のプロツク
図である。

構成において、電圧制御発振回路１は入力電圧に応じて
発振出力の周波数を変化するものであつて、その発振出
力ａをアナログスイツチ２および位相比較回路８の一方
入力として与える。このアナログスイツチ２の他方入力
には、超音波の送波を或る繰返し周期で間欠的に送波さ
せるために、送波タイミングパルス発生器５の出力パル
スｂが与えられる。アナログスイツチ２の出力ｄは送波
増幅器３を介して電歪素子４に与えられる。この電歪素
子４は超音波を発生して送波するとともに、慣性により
短時間に残響信号を発生し、さらに超音波が或る物体に
向つて送波され当該物体に当つて反射波として帰つてき
たときに該反射波を受波する。また、この電歪素子４の
超音波および残響発生出力ｅは、アナログスイツチ６の
一方入力として与えられる。このアナログスイツチ６の
他方入力には、残響検知タイミングパルス発生器７の出
力パルスｃが与えられる。このパルス発生器７は例えば
送波タイミングパルス発生器５の出力パルスｂの立下り
時点から；定時間だけパルスを発生するものである。ア
ナログスイツチ６はパルスｃ期間において残響信号を導
出し、その出力ｆを位相比較回路８に与える。この位相
比較回路８は電圧制御発振回路１の出力周波数と残響信
号の周波数とを位相比較し、その出力を低域フイルタ９
に与える。この低域フイルタ９の出力は電圧保持回路１
０に与えられる。この電圧保持回路１０の出力は電圧制
御回路１の制御入力として与えられる。第２図はこの実
施例を説明するための第１図各部の波形図を示し、特に
第２図ａは電圧制御発振回路１の出力波形図であり説明
し易くするために一定周波数の場合を示すがこの実施例
によつて適宜可変される。

また、第２図ｂは送波タイミングパルス発生器５の出力
波形図、第２図ｃは残響検知タイミングパルス発生器の
出力波形図、第２図ｄはアナログスイツチ２出力の送波
波形図、第２図ｅは電歪素子４の発生する送波および残
響波形図、第２図ｆはアナログスイツチ６出力の残響波
形図を示す。次に、第１図および第２図を参照してこの
実施例の動作を説明しよう。前記電圧制御発振回路１は
所定の周波数で発振し、その発振出力ａを前記アナログ
スイツチ２および前記位相比較回路８に与える。

アナログスイツチ２は前記送波タイミングパルス発生器
５から与えられる送波タイミングパルス期間（第２図ｂ
参照）に発振出力ａを送波信号ｄ（第２図ｃ参照）とし
て導出する。この送波信号ｄは前記送波増幅器３で増幅
された後、前記電歪素子４に印加される。この電歪素子
４は発振出力ａの周波数で機械的に振動して超音波を発
生し、或る方向に向けて送波する。送波期間後（すなわ
ち送波タイミングパルスｂ後）、該電歪素子４は慣性に
より固有の周波数で振動する残響信号を発生する。この
送波および残響信号ｅ（第２図ｅ参照）がアナログスイ
ツチ６に与えられる。このアナログスイツチ６は前記残
響検知タイミングパルス発生器７から与えられるパルス
ｃ′（第２図ｃ参照）期間にゲートされるため、残響信
号ｆ（第２図ｆ参照）のみを取り出して位相比較回路８
に与える。この位相比較回路８は発振出力ａの位相時間
ｔｌと残響信号ｆの位相時間Ｔ２とを演算比較し、位相
差信号を導出して低域フイルタ９に与える。このフイル
タ９は位相差信号に基づいて或る電圧レベル信号を導出
して、該電圧信号を前記電圧保持回路１０に与えて少な
くとも送波タイミングパルスｂの一周期間保持させる。
この電圧信号は、前記電圧制御発振回路１の制御入力と
して与えられ、その発振出力ａの位相ｔ１が残響信号ｆ
の位相Ｔ２と等しくなるように、電圧制御発振回路１の
発振出力周波数を制御する。例えば、残響信号ｆの位相
の方が発振出力ａの位相よりも進んでいるとき（ｔ１〉
Ｔ２）、位相比較回路８は正の位相差信号を低域フイル
タ９に与える。

このフイルタ９は相対的に高い電圧レベル信号を導出し
、電圧保持回路１０を介して電圧制御発振回路１の発振
周波数を高くするように制御する。逆に、残響信号ｆの
位相の方が発振出力ａの位相よりも遅れているとき（ｔ
１くＴ２）、電圧制御発振回路１の発振周波数を低くす
るように制御する。すなわち、発振出力ａの位相と残響
信号ｆの位相とが等しくなるように制御することによつ
て、電圧制御発振回路１の発振出力周波数を電歪素子４
の固有の振動周波数に一致させる。それによつて、送波
の周波数が電歪素子４の振動周波数と共振周波数になる
ように制御する。上述のごとく、この実施例によれば、
比較的簡単な構成によつて電歪素子固有の振動周波数と
共振周波数の超音波を発振することができ、かつ従つて
効率の優れた超音波発振器が得られる。また、常時共振
周波数で発振するように帰還制御するため、製作時また
は電歪素子交換時等において、電気信号発振器の周波数
を調整することなく、自動調整が可能となる。このため
、きわめて熟練を要する調整作業が省ける。以上のよう
に、この発明によれば、比較的簡単な構成によつて常に
共振周波数で発振するとともに、自動調整のできる超音
波発振器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の超音波発振器のプロツク
図である。 第２図はこの実施例を説明するための第１図各部の波形
図である。図において、１は電圧制御発振回路、２およ
び６はアナログスイツチ、３は送波増幅器、４は電歪素
子、５は送波タイミングパルス発生器、７は残響検知タ
イミングパルス発生器、８は位相比較回路、９は低域ク
イルタ、１０は電圧保持回路を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的発振信号を発生する電気信号発振手段と、前
   記電気信号発振手段出力の電気的発振信号を受けて該電
   気的発振信号を機械的振動に変換する素子とを備えた超
   音波発振器において、前記電気信号発振手段出力を間欠
   的に前記素子に与える手段、前記電気信号発振手段出力
   が前記素子に与えられる間欠期間後の一定期間に前記素
   子の残響信号を検出する手段、および前記素子の振動周
   波数が常にその素子固有の共振周波数となるように、前
   記残響信号検出手段出力に基づいて前記電気信号発振手
   段の発振周波数を制御する手段をさらに備えた超音波発
   振器。 ２ 前記制御手段は、前記電気信号発振手段出力と前記
   残響信号検出手段出力との位相を比較することに基づい
   て前記電気信号発振手段の発振周波数を制御することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波発振器。 ３ 前記制御手段は、前記電気信号発振手段出力と前記
   残響信号検出手段出力との位相を比較する手段と、該比
   較手段の位相差出力に基づく信号を一定期間保持する手
   段とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波発振器。