JPS6089780A - 超音波送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明に、超音ｅｈ利用して目標物体までの距離測定を
行なういわゆる超音波ｆｉｌｌ距装置や物体の有無の検
知を行なういわゆる超音波物体検知装置等において使用
きれる超音波送受信装置に関し、特に超音波の送受波器
として単一の圧電型→！ラミックセンサを有する超音波
送受信装置に関するものでらる。

従来例の構成とその問題点 近年、測定技術の進歩とともに上述したような超音波測
距装置あるいは超音波物体検知装置に、例えばカメラの
自動焦点調節装置や自動車のバックセンサーに使用する
等、種々のものが提案、実用化され、またこれらの装置
の超音波送受信装置において超音波の送信、受信を同一
部分で行なう超音波送受ＨＲｇとしては、コンデンサ型
のセンサあるいニ圧電型セラミックセンサがよく知られ
ている。

ここで、上記２種の送受波器の違いについて言及してみ
ると、コンデンサ型のセンサに圧電型土ラミックセンサ
に比較して、感度、値段、温度特性の点において不利で
おることが認識されている。

しかしながら、例えば３ｏｃｙｎ前後の極めて近距離に
らる目標物体に対する７Ｉｉｌｌ距動作あるいに物体検
知動作全光えた場合、圧″屯型セラミックセンサに比し
てコンデンサ型センサが有利となることも、周知である
。

このことは、コンデンサ型のセンサに、比較的低い機械
的Ｑｋ利用できることがら、例えば所定期間の超音波の
送信動作特性を急峻な特性とすることが可能であるのに
対し、圧電型セラミックセンサげ、Ｑが高いため送信動
作を停止しても自由振動による振動動作が継続して行な
われるため送信動作特性を急峻にすることができないこ
とから明らかである。

即ち、超音波を利用した測距装置あるいに物体検知装置
は、基本的には目標物体からの反射波を受信したか否か
を検出する動作を行なわなければその機能を達成できな
いことにいう寸でもなく、従って、上記した約３０ｃｒ
ＩＩ前後の近距離に目標物体がある場合、超音波を送信
してから反射波が帰ってくるまでの時間が極短時間とな
ることから、送信動作特性が急峻でなく所定の送信動作
終了後にも振動動作が行なわれるとすると、同一部分で
超音波の送受信を行なう場合、この振動動作が上記極短
時間内に終了しなければ目標物体からの反射波の受信時
の動作との区別が行なえないことになり、かかる点から
近距離の目標物体の測距動作および物体検知動作につい
てに、送信動作終了後急峻に振動動作のなくなるコンデ
ンサ型センサの方が有利となるわけである。

ところで、実際に実用化されている装置の内、カメラの
自動焦点調節装置に使用されている超音波測距装置にお
いて、上述したような近距離側の動作について調べてみ
ると、コンデンサ型のセンサを使用している場合的２７
αの距離から測距可能であるのに対し、圧電型セラミッ
クセンサを使用している場合には、約１ｍの距離からし
か測距可能とならず、近距離側の測距動作のみに関して
ははるかにコンデンサ型センサの方が優れていることが
確認できた○ しかしながら、圧電型セラミックセンサの有する値段等
のコンデンサ型センサに対して有利な点も実用化を考え
た場合無視することはできず、現在、圧電型セラミック
センザによる近距離側動作限界の能力上昇が強く望１れ
ているわけである。

発明の目的 本発明は、上述したような点を考慮してなしたもので、
その目的は、約２６ｃ１ｎ程度の極近距離から反射波の
受信動作を確実に行なうことのできる圧電型セラミック
センサを超音波送受波器として使用した超音波送受信装
置を提供することである。

発明の構成 本発明による超音波送受信装置は、超音波送受波器であ
る圧電型セラミックセンサに所定期間送信周波数の交流
信号を送信信号として供給する送信回路部と、上記送信
回路部の動作終了と同期して上記圧電型セラミックセン
サに時間とともに下降する直流電圧を供給する直流電圧
供給回路部とを備えて構成されることを特徴とする。

実施例の説明 第１図は、本発明による超音波送受信装置の一実施例を
示す電気回路図であり、図中、１はＡ点で示したベース
に供給される送信周波数を有する送信動作信号を増幅す
るトランジスタ、２はＢ点で示した入力端に所定期間例
えば５００μｓｅｃの間所定レベルの電圧Ｖが供給され
ることにより上記送信動作信号と共に送信信号を二次側
に出力するトランスを示し、かかるトラクジスク１．ト
ランス２は従来より送信回路部としてよく知られている
。

３は、トランス２の出力である送信信号を整流するダイ
オード４およびトランス２と振動系を形成するコンデン
サ６およびかかるダイオード４、コンデンサ５の夫々と
並列接続された放電用の抵抗６からなる直流電圧供給手
段を示している。

７は、直流電圧供給手段３を介して送信信号が現われる
出力端Ｃと接続される信号入力端りを有し、超音波の送
受信を行なう圧電型セラミックセンサ、８および９は、
上記出力端Ｃと接続される入力端Ｅを介して得られる受
信信号を増幅する信号増幅部１３の一部を構成する第１
．第２の結合コンデンサ、１０，１１は同じく信号増幅
部１３を構成するアンプ１２の保護用ダイオードを夫々
示している。

以下、」二記如くの構成からなる本発明による超音波送
受信装置の一実施例の動作について、第２図に示した第
１図中の任意点の信号波形図と共に説明する。

尚、以下の説明は、まず圧電型セラミックセンサ７およ
び増幅部１３が出力端Ｃに接続されていないものとして
行なう。

今、第１図中のＡ点に第２図イに示した如くの送信周波
数を有する送信動作信号が供給されている状態で、図中
のＢ点で示したトランス２の一次巻線の一端に、期間Ｔ
を有する所定電圧Ｖが時点ちよりｔｌまで供給されたと
すると、トランジスタ１は先の送信周波数に同期して動
作することになり、従って、トランス２は二次巻線の出
力端であるＦ点に送信周波数を有した送信信号として従
来使用されている交流信号を第２図り時点ちからｔｌに
おいて示したように出力することになる。

しかしながら、図示した本発明の一実施例においては、
上記Ｆ点の交流信号は、ダイオード４、コンデンサ６、
抵抗６からなる直流電圧供給手段３によって制御される
ことになることから、出力端Ｃには、第２図ノ・の時点
ちからｔｒｉでに示した如くの振動電圧が出力されるこ
とになる。

即ち、第２図口に示した如くの交流信号をダイオード４
の順方向降下電圧ＶＤ分だけ残して直流バイアスした形
の送信信号が、期間Ｔにおいて出力端Ｃに得られること
になる。

次に、Ｆ点の交流信号がなく々つた時点ｔ１以降につい
て考えてみる。

トランス２の一次側へのエネルギー供給が停止され交流
信号が時点ｔ１で々くなると、詳しく述べるまでもない
が、図示した回路においては、トランス２と直流電圧供
給手段３との間で振動動作が生じることになる。

振動動作が行なわれると、直流電圧供給手段３のコンデ
ンサ５は、上記振動動作によシ発生する振動電圧をダイ
オード４で整流した電圧で瞬時に充電されることになる
。

しかしながら、上記コンデンサ６の充電電荷は第１図か
らも明らかではあるが抵抗６が並列接続されていること
から放出されてゆくことになる。

即ち、時点ｔ１以後の出力端Ｃの状態は本発明において
は直流電圧供給手段３を有しておシ、この手段３により
例えば第２図ヒ→の時点ｔ１以後に図示しであるような
特性の直流電圧が出力される。換言すれば、コンデンサ
５がまず任意の所定レベルまで充電され、以後その充電
電荷が抵抗６との間で決まる時定継に従って放電される
ことから、上記任意の所定レベルから時間と共に徐々に
下降してゆく直流電圧が出力されることになるわけであ
る。

次に、第２図ＰＩに示した如くの出力電圧を出力する出
力端ＧＫ実際に圧電型セラミックセンサ７および信号増
幅部１３を接続した場合について述べる。

この場合、圧電型セラミックセンサ７が電気的には、イ
ンダクタム、抵抗Ｒ，コンダクタＣの直列体にコンダク
タＣが並列接続された成分として機能するため、エネル
ギーの供給期間Ｔおよびエネルギー供給停止時点ｔ１に
おいて生じていた振動動作が上記圧電型セラミックセン
サ７の容量成分等が加わった状態で生じることになるこ
とから、出力端ＧＫは、第３図に示した如く、先の期間
Ｔにおいては少し信号波形はゆるやかになり、また時点
ｔｉ以降については、ピークの下降してゆく振動電圧が
現われることになる。

一方、一般に圧電型セラミックセンサの振動体として使
用される圧電素子は、直流電圧が印加されると、その印
加された方向と自身の分極方向によって決まる特定方向
に彎曲する特性を有することが知られている。

従って、前述した第２図（／→に示した如くの時点ｔ１
以後、徐々に下降してゆく直流電圧は、実際に圧電型セ
ラミックセンサ７を接続した場合、第３図に示した如く
の特性と々るものの、圧電型セラミックセンサ７の圧電
素子を特定方向に強制的に彎曲せしめようと働くことに
なり、従って従来のような自由振動動作系は形成されな
くなる。

即ち、実際には、圧電型セラミックセンサ７は、振動形
態となるが、かかる状態は、従来交流送信信号の供給停
止により生じていた自由振動による振動形態とは異なり
、コンデンサ５の充電電圧である直流電圧が供給された
状態において生じた抑制された振動形態となるわけであ
る。

この結果、上記本発明による超音波送受信装置における
時点ｔ１以後の振動動作は極めて短時間即ち、第３図か
らも明らか々ように先に説明した抵抗６とコンデンサ５
で決定される時定数にしたがって例えば１．３ｍ５ｅＣ
以内という約２５ｆｆの近距離からの反射波を検出する
ために必要な時間約１．５ｍ５ｅＣより充分に短かい時
間内に収束できることになる。

従って本発明による装置は、目標物体からの反射波を送
信終了後の極めて短かい時間経過後より検出できること
になり、実際に確認してみるさ、従来装置よりはるかに
優れた約２５ｏｎの近距離にある目標物体からの反射波
を検出できることが確認できた。

尚、上述した収束時間は、超音波送受信装置としての期
待される特性を考慮して抵抗６の抵抗値等を調整する等
の作業によシ、適宜、設定できることはいうまでもない
。

さらに、実用面から考えると、送信動作による振動動作
と反射波の受信動作との区別ができれば問題ないわけで
あシ、近距離の目標物体からの反射波のレベルが高いこ
とを考えると、上述した収束時間は、測定したい近距離
側限界から反射波が帰ってくるまでの時間内に設定する
必要はなく、例えば、上記時間内に所定レベル以下に収
束する特性となるよう設定しても良く、上述した収束時
間の設定は、極めて自由席の大きな設定動作となること
は明らかである。

第４図は、本発明による超音波送受信装置の他の実施例
を示す要部電気回路図である。

第４図からも明らかではあるが、この実施例においては
、直流電圧供給手段３を構成する抵抗６が、信号増幅部
１３の第１の結合コンデンサ８と並列接続された形と寿
っている。

このだめ、第１図に示した実施例においては、抵抗６が
圧電型セラミックセンサ７と並列接続されていることか
ら、反射波による信号をも放出してしまい後段の増幅部
１３の特性等への配慮が必要と々る煩わしさを有してい
るのに対し、かかる実施例においては、」＝記如くの煩
わしさは生じ力い。

発明の効果 本発明による超音波送受信装置は、圧電型セラミックセ
ンサを単一の超音波送受波器として使用する場合に、極
めて近距離にある目標物体からの反射波を検出できるこ
とにカる極めて大きな、かつ、実用価値の高い効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波送受信装置の一実施例を示
す電気回路図、第２図は第１図の回路図の任意点におけ
る信号波形図、第３図は第１図の回路図におけるＣ、Ｄ
、Ｅ点を接続した状態での０点の信号波形図、第４図は
本発明による超音波送受信装置の他の実施例を示す要部
電気回路図を示している。 ２・・・・・・トランス、３・・−・・・直流電圧供給
手段、４・・・・・・ダイオード、５・・・・・・コン
デンサ、６・・・・・・抵抗、７・・・・・・圧電型セ
ラミックセンサ、８，９・・・・・・結合コンデンサ、
１３・・−・・−信号増幅部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　面 ｇ；１２図 第３図 第　４　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波送受波器である？１１−の圧電型セラミッ
   クセンサと、前記圧電型セラミックセンサに所定期間送
   信周波数の交流信号を送信信号として供給する送信回路
   部と、前記送信回路部の動作終了と同期して前記圧電型
   セラミックセンサに時間とともに除々に下降する直流電
   圧を検知したい目標物体捷での近距離側限界によって任
   意に決定される所定期間供給する直流電圧供給手段とを
   備えた超音波送受信装置。
2. （２）　直流電圧供給手段は、前記送信回路部の前記圧
   電型セラミックセンザへの給電ル−プに直列に押入され
   るコンデンサと、前記センサと並列に接続されるダイオ
   ードと、前記圧電型セラミックセンサと並列ニ接続され
   、前記コンデンサの放？ｌｉ：　／Ｉ／−プを形成する
   抵抗とからなる特許請求の範囲第１項に記載の超音波送
   受信装置。
3. （３）直流電圧供給手段に、前記送信回路部の前記圧電
   型セラミックセンサへの給電ループに直列に挿入される
   コンデンサと、前記センサと並列に接続されるダイオー
   ドと、前記コンデンサと並列関係に接続されると共に前
   記センサとこのセンサの受信波を増幅する信号増幅部の
   アンプを結合する結合コンデンサと並列に接続され前記
   コンデンサの放電ループを形成する抵抗とからなる特許
   請求の範囲第１項に記載の超音波送受信装置。