JP3158809B2 - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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Description
超音波を検出する超音波センサに関し、特に、圧電振動
板に超音波を導く構造が改良された超音波センサに関す
る。
窓ガラスの破壊を検出する超音波センサが知られてい
る。上記超音波センサの一例を、図1を参照して説明す
る。
ケース本体1と、該開口を閉成するように取り付けられ
たベース2とを有する。ケース本体1の上面には、複数
の貫通孔1aが形成されており、該貫通孔1aを通し
て、超音波がケース1本体内に導かれる。
ベース2に一体に設けられている。支持部2aの上端に
は、圧電振動板3が固定されている。圧電振動板3は、
金属板4の下面に圧電セラミック板5を貼り付けた構造
を有し、従って、ユニモルフ型の圧電振動板として構成
されている。
形成されている。電極6は、リード線7aにより端子8
に電気的に接続されている。他方、金属板4が、リード
線7bにより端子9に電気的に接続されている。
受信する側に別の振動体としてのイコライザー10が接
合されている。イコライザー10は、超音波が受信する
側に向かって開いたコーン型の形状を有する剛性材料に
より構成されている。
圧を印加して圧電振動板3を振動させ、それによって超
音波を発し、被検出物体で反射されてきた超音波が圧電
振動板3を変位させる。この変位に基づく電圧が、端子
8,9から取り出され、超音波を検出することが可能と
されている。
音波センサでは、すべての窓ガラスの破損に起因する超
音波を検出することを可能とするために、広い指向性を
有することが要求されている。また、窓ガラスの種類や
割れ方によって反射してくる超音波が異なるため、超音
波センサは、その感度周波数帯域が広いことも要求され
る。
いて指向性を広げるには、圧電振動板3として面積の小
さなものを用いればよい。しかしながら、圧電振動板3
の面積を小さくした場合には、圧電振動板3の共振周波
数がその寸法によっても決定されるため、感度周波数帯
域が、様々な窓ガラスの割れを検出し得る周波数帯域か
らずれることになる。また、圧電振動板とコーン状イコ
ライザ10の結合振動の2種類のモードが離れるため、
所定の感度レベルの帯域幅が狭くなる。すなわち、十分
な感度周波数帯域を得ることができなくなる。
と、振巾が小さくなるため、感度が低下する。本発明の
目的は、圧電振動板の大きさを小さくすることなく、広
い指向性を得ることができ、従って広い指向性と広い感
度周波数帯域の双方を実現し得る超音波センサを提供す
ることにある。
信する側の面に少なくとも1つの貫通孔が形成されたケ
ースと、ケース内に配置された圧電振動板と、圧電振動
板の超音波を送受信する側の面に接合されており、前記
圧電振動板と共に振動する振動体と、振動体からケース
外にまたは、前記振動体に超音波を導くために、ケース
内において該振動体の前方に配置された筒状部材とを備
える超音波センサである。
イコライザーのように、圧電振動板と共に振動し、超音
波の送信効率または受信効率を高めるための振動体を意
味し、前述したコーン型の他、種々の形状のものを含む
ものとする。
記振動体の前方に、筒状部材が配置されており、それに
よって超音波センサの指向性が高められる。この理由
を、図2を参照して説明する。
11に対して、音源Aから超音波が図示のように到達し
ているとする。この場合、筒状部材12が配置されてい
ない場合には、経路B1 と、経路B2 とを通る超音波に
おいて位相差が生じ、この位相差が半波長の整数倍の場
合に超音波同士の打ち消し合いが起こる。従って、指向
性が低下する。
いる場合には、音源Aから輻射される超音波は、経路B
1 とB3 との間で筒状部材12内に導かれることにな
る。よって、受信部11の面積を小さくすることなく音
源Aからの超音波の受信を確実に行うことができ、その
分だけ指向性を広げることができる。
音波も受信部11に到達することになるため、筒状部材
12を設けたことにより、感度の低下も防止され得る。
さらに、受信部11の面積を小さくする必要がないた
め、用途に応じて適宜の大きさの圧電振動板及び振動体
を用いることにより、感度周波数帯域を狭めることな
く、上記のような広指向性を実現することができる。
説明したが送信センサの場合も同様である。
ンサを示す断面図である。本実施例の超音波センサ21
は、一面が開口されたケース本体22とベース23とを
有する。ベース23は、ケース本体22の開口を閉成す
るようにケース本体22に取り付けられている。ケース
本体22及びベース23は、例えば合成樹脂もしくは金
属等の適宜の剛性材料により構成され得る。
22aが形成されている。複数の貫通孔22aは、超音
波をケース本体22内に導くために設けられている。ま
た、ケース本体22の上記超音波を受信する面の内面側
には、円筒状の筒状部材24が取り付けられている。筒
状部材24は、合成樹脂もしくは金属等の剛性を有する
材料で構成されており、貫通孔22aから進入してきた
超音波を後述の圧電振動板及び振動体に導くために設け
られている。
と一体に支持部23aが設けられている。支持部23a
は、ベース23と別体の部材で構成されていてもよい。
支持部23aの上端には、圧電振動板25が固定されて
いる。圧電振動板25は、本実施例では、金属板26の
下面に圧電セラミック板27を貼り合わせた構造を有す
る。
8が形成されている。電極28は、リード線29aを介
してリード端子30に、金属板26はリード線29bを
介してリード端子31に電気的に接続されている。従っ
て、リード端子30,31から電圧を印加することによ
り、圧電振動板25は屈曲モードで振動するように構成
されている。また、この屈曲振動モードの振動を実現す
るために、上記支持部23a,23aの上端は、圧電振
動板26の振動のノード点に接合されている。
動板25と共に振動する振動体32が接合されている。
本実施例では、振動体32は、図示のようにコーン型の
形状を有するイコライザーで構成されている。該振動体
32は、金属等の適宜の剛性部材で構成され、該振動体
32により、超音波の受信感度及び感度周波数帯域が広
げられている。
形状の振動体32の最大径部分よりも大きく、例えば該
最大径の1.2〜1.5倍程度とされることが好まし
く、かつケース22の内径よりも小さくされている。
型のものに限らず、上記作用を果たし得る限り、適宜の
形状のものを用いることができる。本実施例の超音波セ
ンサ21では、リード端子30,31から交流電圧を印
加することにより圧電振動板25が屈曲モードで振動
し、それに伴って振動体32も前後に振動する。その結
果、超音波がケース本体22の貫通孔22aから放射さ
れ、被検知物体に輻射される。被検知物体で反射された
超音波は、貫通孔22aを通してケース本体22内に導
かれ、さらに筒状部材24によって導かれて上記振動体
32及び圧電振動板25に伝えられる。そして、伝達し
てきた超音波により圧電振動板25が屈曲モードで変位
し、該変位に基づく電圧がリード端子30,31から取
り出され、超音波を検出することが可能とされている。
32の前方に配置されているため、前述したように受信
すべき超音波に対する指向性を広げることが可能とされ
ている。しかも、筒状部材24の作用により指向性を広
げることが可能とされているため、圧電振動板25につ
いては、その面積を特に小さくする必要がない。従っ
て、感度周波数帯域を維持したまま、指向性が拡大され
た超音波センサを提供することができる。
は、ケース本体22の天板の内面に別途用意された円筒
状の部材を接合することにより構成されていたが、図4
に示すように、筒状部34aの上端側にフランジ部34
bを有する筒状部材34を用い、該フランジ部34bを
ケース本体22の天板内面に貼り合わせることにより、
筒状部材34をケース本体22内に構成してもよい。
て、筒状部材24,34は、ケース本体22と同一材料
により一体に形成されていてもよい。さらに、図5に示
した変形例のように、ケース本体22の超音波受信側で
ある天板の内側に、ケース本体22の側壁22bにも至
る肉厚の筒状部材24を貼り付けてもよい。この場合、
筒状部材44は、上述した実施例の場合と同様に、ケー
ス本体22と一体に構成されていてもよい。
筒状部材34,44の作用により、指向性が広げられ
る。従って、図3に示した実施例の場合と同様に、感度
周波数帯域を狭めることなく指向性を広げることができ
る。
性を説明するための図である。図6において、実線Aは
実施例により得られた指向特性を示す曲線であり、破線
Bは筒状部材24を設けていない従来の超音波センサの
指向特性を示す曲線である。実線A及び破線Bの比較か
ら明らかなように、筒状部材24を設けたことにより指
向性が著しく広げられることがわかる。
の正面に対して±30°の範囲における感度の減衰量
は、従来の超音波センサにおいて−16dBであったの
に対し、上記筒状部材24を設けた実施例では、−2d
Bと著しく低減され、かつ感度周波数特性については、
従来例と上記筒状部材24を設けた実施例とで差がない
ことが確かめられた。
てユニモルフ型の圧電振動板を示したが、圧電振動板は
バイモルフ型の振動板で構成されていてもよい。また、
上記実施例は、受信センサに適用したものであるが、本
発明は送信用センサにも適用することができる。
方に超音波を導くための筒状部材が配置されているた
め、該筒状部材を設けたことにより指向性が著しく広げ
られる。筒状部材の作用により指向性を広げるものであ
るため、使用する圧電振動板の面積を小さくする必要が
ない。従って、感度周波数特性を維持したまま、広い指
向性の送信用もしくは受信用超音波センサを提供するこ
とができる。
域の双方を満たす超音波センサを提供することができ、
例えば自動車盗難防止用のガラス破壊検知装置等のよう
に、様々な方向に配置されている被検知物質からの超音
波を検出する必要がある場合、並びに種々の周波数の超
音波を検出する必要がある場合に最適な超音波センサを
提供することが可能となる。
す断面図。
説明するための図。
Claims (1)
- 【請求項1】 超音波を送受信する側の面に少なくとも
1つの貫通孔が形成されたケースと、 前記ケース内に配置された圧電振動板と、 前記圧電振動板の超音波を送受信する側の面に接合され
ており、前記圧電振動板と共に振動する振動体と、 超音波を振動体から前記ケース外に、または前記振動体
及び圧電振動板に超音波を導くために、前記ケース内に
おいて該振動体の前方に配置された筒状部材とを備え
る、超音波センサ。
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