JPS61133882A - 圧電性超音波トランスデユ−サの作動装置 - Google Patents

圧電性超音波トランスデユ−サの作動装置

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JPS61133882A
JPS61133882A JP25202384A JP25202384A JPS61133882A JP S61133882 A JPS61133882 A JP S61133882A JP 25202384 A JP25202384 A JP 25202384A JP 25202384 A JP25202384 A JP 25202384A JP S61133882 A JPS61133882 A JP S61133882A
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ヘルベルト ゲスラー
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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〕 本発明は高周波での電気的エネルギーを機械的振動に変
換するピエゾ効果を利して流体を超微粒子にする装置に
関する。
〔従来の技術〕
米国特許第4.275.363号によって、この種の装
置は知られている。
その中では、トランスデユーサは発振器によって駆動エ
ネルギーが連続的に供給されており、そのトランスデユ
ーサはトランスデユーサ回路での電流と電圧との位相関
係によってそれ自体が制御されるPLLの助けにより制
御されている。この装置での振動は発振器によって生じ
、超音波トランスデユーサへ付与されている。この装置
は以下のような欠点をもたらす。
〔発明が解決しようとする問題点〕
すなわち、アトマイザ(atomizer)の信頼性あ
る機能が負荷時、あるいは作動状態が変動した場合の振
動の開始時点においては保証されない。なぜなら、それ
はトランスデユーサのインピーダンスと、このインピー
ダンスにともなうトランスデユーサ中での電流と電圧と
の位相関係とが共に負荷変動に対応してかなり大きく変
動するからである。それが、最適な振動−周波数の再同
調が不可能となる理由である。前記米国特許第4,27
5,363号その他によってトランスデユーサの容量を
真に補償することは不可能である。なぜならトランスデ
ユーサの容量は負荷の変動につれて変化するからである
流体の密度が異なる場合、トランスデユーサを取り換え
た後その他の場合のように、温度の変化及び電圧の変動
によって負荷の変動は振動の開始時に起こり得る。
たとえば、流体の残留する液滴によっであるいは微粒化
されていない流体中の流れによって、振動開始前にはト
ランスデユーサは顕著に濡れる。
この事は微粒相でのそれに対して非常に異なる電気−機
械的特性を生ずる。上述の米国特許その他の装置におい
て発振器の自動同調は全く不可能である。このことがト
ランスデユーサの信頼性と作動性能とを減少させる。そ
れ故、この装置は多くの応用には不適合である。
〔発明の目的〕
本発明は超音波トランスデユーサを作動させる装置を創
り出すことによりこれら上述した欠点を回避する必要性
にもとづいてなされたものである。
本発明のトランスデユーサとしての特性は変化する作動
条件に最適な方法にて遍従適合し得るものであり、それ
が本装置が可能な限りの多くの応用に適合し得る理由で
ある。
〔問題を解決するための手段〕
この問題点は、トランスデユーサは短いパルスによって
動作エネルギーを供給され、ドライブ回路はパルス間の
時間にてカットオフされて、この時間中、並列回路が変
圧器の二次巻線のインダクタンスと、該トランスデユー
サの作動インピーダンスとを含んでおり、該トランスデ
ユーサは自由振動状態でその機械的共振周波数にて振動
をなし、変化する該トランスデユーサ電圧は前記変圧器
の巻線から適宜の位相にて前記トランスデユーサ回路に
エネルギーパルスを供給するべ(測定量として取り出さ
れることを特徴とする流体微粒化用圧電性超音波トラン
スデユーサの作動装置を提供することによって解決され
る。
並列共振回路はトランスデユーサの機械的負荷変動の結
果変化するインピーダンスである。変化するインピーダ
ンスは、もし、そのインピーダンスが正確に選択されて
いるならばトランスデユーサの自動的な出力調整をなし
得る。測定量は、短いエネルギーパルスを調整するのに
必要であるが、これは発生器としてパルスの非存在期間
中機械的振動を変換する圧電性仮によって得られる。本
発明の1実施例ではエネルギーパルスは変圧器の前に置
かれたトランジスタスイッチによって並列共振回路へと
伝達されている。PLL部を同期するために該変圧器と
PLL部との間にはフィルタがある。トランスデユーサ
の負荷の増加に対応して、トランスデユーサ出力の増加
は、トランスデユーサの特別な型式のものに前記変圧器
の二次巻線を同調させることで得られる。このように負
荷の増加は電気的共振周波数を離調することによってト
ランスデユーサ回路の電圧を大きくしている。
本発明によって得られる利点は、トランスデユーサがそ
の非常に短いエネルギーパルスによって生じる機械的共
振周波数にて自由振動を持ち得る点にあり、従って、最
適な微粒化(atomizing )が種々異なる作動
条件において保証される。
本発明にもとずく装置の以下に述べる種々の利点により
材料が比較的少くてすむ。
アトマイザは、もし、掃引発生器によって修正された短
いエネルギーパルスがそれに影響を及ぼすならば、各位
置において及びそのおのおの適宜な負荷のもとに並列共
振回路から十分なエネルギーを取り出すことによって振
動を開始する。
本微粒化装置は単位時間当りの微粒化される流体に比例
して微粒化される液体の範囲内に相当するエネルギーを
吸収する。たとえ微粒化される流体の密度あるいは粘性
のような特性が変化したとしても、本装置の吸収能力は
同様に適用される。
トランスデユーサは、無負荷作動時の許容されない方法
では、すなわち流体の存在しない状態では起動しない。
なぜなら吸収能力は無負荷作動時には自動的により小さ
くなるからである。
並列共振回路へ伝達されるパルスエネルギーは作動電圧
には殆ど依存しない。この事が電源が大きく変動しても
一定の微粒化能力を引き出すのである。
本発明にもとづくこの微粒化装置は一45℃までの低温
領域でさえ作動することができる。
この微粒化装置は約85%の高い効率で作動する。
トランスデユーサの二次巻線からの配線は主に正弦波電
圧を運ぶ。それゆえ、高調波によって干渉を減少させる
ことはそれほどやっかいなものではない。
大部分が正弦波状トランスデユーサ振動の故に、微粒化
に寄与せずエネルギー損失をともなうので望ましくはな
いが本装置内に存在する、より高い機械的振動が最適に
抑制される。
トランスデユーサは自由弾性振動で作動するから、圧電
性板上には正弦波・圧力のみが存在する。
従って、矩形波電圧による場合に比較して圧電性板の製
品寿命は、より大きくなり、電気機械エネルギー変換時
性の変化は減少する。
〔実施例〕
以下において本発明の1実施例を示す添付図面を参照し
て本発明の詳細な説明する。
超音波トランスデユーサ回路はトランスデユーサの作動
インピーダンスと変圧器の二次巻線のインダクタンスと
を含む並行共振回路(4)である(ある種のトランスデ
ユーサにはそのトランスデユーサに並列にコンデンサを
接続することが必要である。)。
この実施例では、変圧器(3)はパルス変圧器として働
く。この変圧器の一次巻線(5)は短い幅のパルスによ
って振動を持続するに要するエネルギーを伝達するため
のものである。−次巻vA(5)はトランジスタスイッ
チ(6)に直接的に接続される。電圧制御型発振部(V
、C,0)(10)と位相比較部(11)とを含むPL
L部(7)からのパルスがトランジスタスイッチ(6)
を動作させるが、このPLL部はどこでも入手できる集
積回路にて実現できる。PLL部(7)とトランジスタ
スイッチとの間にドライバー回路(8)がある。
本装置を変動する動作条件に対して、調整、適応させる
ために、トランスデユーサ(1)の振動−周波数は変圧
器の巻線にて取り出される。測定された電圧はフィルタ
(9)の助けを借りてPLL部(7)へ伝達される。こ
のフィルタは測定された発振周波数の位相のずれ及び周
波数クリツピングを生ずる。フィルタ通過後、測定量は
PLL部を同期する。PLL部の発振部(10)は掃引
発生器(12)に連結されていて、トランスデユーサの
固有振動数を検知するようになっている。
もしPLL部の同期がとれない場合、たとえばスイッチ
ング操作時あるいはトランスデユーサ負荷の急激な変化
が困難な時、PLL部は掃引発生器を作動させる。
もし、たとえばトランスデユーサがその振動開始前に、
その微粒化面上にまだ微粒化されていない液滴によって
その振動開始を制動される場合、掃引発生器は同様な方
法で作動状態におかれる。
発振器は掃引発生器ののこぎり波電圧を介して掃引され
る。もし、発振器の周波数がトランスデユーサの固有周
波数に相当するならば、液滴が振り切られるかあるいは
振動が流体を通しての流れの中で開始した後は、PLL
部が同期して掃引発生器を停止する。
連続的振動を得るのに必要なエネルギーは適宜な位相で
の短い期間のエネルギーパルスによってpLt[にて創
出される。このエネルギーパルスはトランスデユーサが
自由振動で発振する回路へトランジスタスイッチ(6)
及び変圧器(3)の介在にて伝達される。このようにし
て、超音波トランスデユーサは安定に作動する。
もし、変化する温度、あるいは負荷によって生じるトラ
ンスデユーサの作動条件の変化が存在する場合、これら
変化した作動条件による測定量は変圧器の一次巻線にお
いて取り出されてフィルタを介してPLL部へ伝達され
る。測定量によって、短いエネルギーパルスが調整のた
めに準備されて並列共振回路中のトランスデユーサへと
伝達されてトランスデユーサ周波数及びその出力を制御
する。
もし、トランスデユーサが安定な方法で作動するならば
、PLL部の周波数は微粒化することによるエネルギー
損失を、自由振動で発振するトランスデユーサへ伝達さ
れる極めて短いエネルギーパルスにて補償するという唯
1つの目的を有している。
極めて短いエネルギーパルスの結果、トランスデユーサ
の振動は影響を受けないが、微粒化は正弦波状の電気的
、機械的振動エネルギーの量によってもたらされる。超
音波トランスデユーサは自由正弦波振動で発振し、この
自由振動は機械的にはトランスデユーサの弾性波によっ
て決まり、電気的にはトランスデユーサの大きい信号の
インピーダンスによって決まり、その実部・虚部とはそ
れぞれトランスデユーサの負荷と、付与されたインダク
タンスとに依存する。
〔発明の効果〕
以上述べたように、並列共振回路においての超音波圧電
性トランスデユーサがその自由な固を振動数で発振振動
し、その時極めて短いエネルギーパルスを該並列回路へ
伝達することによって持続自由振動を保持させ、トラン
スデユーサの時間依存性の電圧を測定して供給されたパ
ルスを調整し、適宜な位相にて伝達することにより、特
に振動開始前後において、更には種々の負荷条件の急激
な変動に対しても最適な微粒化機能を有する装置が提供
できるものである。このような本発明の特有の効果はい
ままでなかったものであり、本発明によってはじめて達
せられたものである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示すブロック図である。 1・・・・・・トランスデユーサ、2・・・:・・変圧
器(3)の二次巻線、3・・・・・・変圧器、4・・・
・・・並列共振回路、8・・・・・・ドライブ回路、1
0・・・・・・PLLt+II御型発振器(V、C,O
) 手続補正書(方幻 昭和60年 4月15日 特許庁長官 志 賀   学  殿 1、 事件の表示  昭和59年W第252023号2
、  発明の名称 圧電性超音波トランスデユーサの作動装置3、  補正
をする者 胴中との心 特許出願人 氏 名  へルベルト ゲスラー 4o  代理人

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)動作エネルギーを発生するためにPLL制御発振
    器をともなったドライブ回路が、また、トランスデュー
    サへ伝達するために変圧器が使用され、かつ該発振器を
    制御するに要する測定量が該変圧器の二次巻線より取り
    出されるようになっている圧電性超音波トランスデュー
    サの作動装置において、特にトランスデューサ(1)は
    短いパルスによって動作エネルギーを供給され、該ドラ
    イブ回路はパルス間の時間にてカットオフされて、この
    時間中、並列回路(4)が変圧器の二次巻線(2)のイ
    ンダクタンスと、該トランスデューサの作動インピーダ
    ンスとを含んでおり、該トランスデューサは自由振動状
    態でその機械的共振周波数にて振動をなし、変化する該
    トランスデューサ電圧は前記変圧器の巻線から適宜の位
    相にて前記トランスデューサ回路にエネルギーパルスを
    供給するべく測定量として取り出されることを特徴とす
    る流体微粒化用圧電性超音波トランスデューサの作動装
    置。
  2. (2)前記短期間エネルギーパルスは前記変圧器の前に
    置かれたトランジスタスイッチによって前記並列回路(
    4)に伝達されることを特徴とする前記特許請求の範囲
    第1項記載の装置。
  3. (3)フィルタ(9)が前記変圧器と前記PLL制御発
    振器との間に存在することを特徴とする前記特許請求の
    範囲第1項あるいは第2項記載の装置。
  4. (4)前記変圧器(3)の前記二次巻線が特別な型のト
    ランスデューサへ同調され、これにより合成並列共振回
    路(4)の電気的共振周波数が前記トランスデューサ回
    路において電圧増加が存在するように影響するトランス
    デューサの負荷の増加によって離調されるようになって
    いることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項、第2
    項、あるいは第3項記載の装置。
JP25202384A 1984-11-30 1984-11-30 圧電性超音波トランスデユ−サの作動装置 Pending JPS61133882A (ja)

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JPS61133882A true JPS61133882A (ja) 1986-06-21

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS567669A (en) * 1979-06-29 1981-01-26 Tohoku Metal Ind Ltd Ultrasonic oscillating circuit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS567669A (en) * 1979-06-29 1981-01-26 Tohoku Metal Ind Ltd Ultrasonic oscillating circuit

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