JP6721233B2 - 振動速度検出装置 - Google Patents
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- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Description
また本発明では、前記超音波発振器は、前記振動モードにおける共振周波数付近で前記超音波振動子を機械振動させ、前記入力手段は、前記共振周波数(A形共振周波数)動作時の前記力係数(A形力係数)のデジタル信号を入力するものであるため、超音波振動子を共振周波数付近で駆動したときの放射面の振動速度をより正確に求めることができる。
さらに本発明では、前記デジタル信号処理手段は、前記電圧に関するデジタル信号を微分処理するための遅延素子及び第1減算器と、前記第1減算器の減算結果に対して前記制動容量のデジタル信号に対応した係数を乗算するための第1係数可変乗算器と、前記電流に関するデジタル信号から前記第1係数可変乗算器の乗算結果を減算するための第2減算器と、前記第2減算器の減算結果に対して前記力係数のデジタル信号に対応した係数を乗算し、その乗算結果を前記振動速度として出力する第2係数可変乗算器とを備えるため、後退差分法によって離散化近似したデジタル信号処理手段を構成することができる。そして、本発明のデジタル信号処理手段を用いることにより、共振周波数付近で超音波振動子を駆動したときの動作に対応したデジタル信号処理が行われるため、共振周波数付近での放射面の振動速度をより正確に求めることができる。
請求項2に記載の発明によると、超音波発振器と超音波振動子との間に振動速度検出装置を設けることにより、超音波振動子の放射面に音響負荷が加わった状態でも振動速度を容易に測定することができる。従って、超音波発生装置の使用現場において、超音波振動子の放射面における振動速度をリアルタイムで検出、モニタリングすることができる。また、本発明の振動速度検出装置では電気音響変換の基本式を演算に用いているので、光を用いるフォトニクスセンサやレーザードップラー振動計と比較して、低コストで放射面の振動速度を検出することができる。さらに、本発明の振動速度検出装置では、超音波振動子の電気端子における電圧及び電流に加えて、制動容量及び力係数を用いて放射面の振動速度が算出されるので、特許文献1の従来技術と比較して振動速度を正確に求めることができる。また、特性の異なる超音波振動子を測定する場合でも、その超音波振動子の制動容量及び力係数を入力手段から入力することにより、放射面の振動速度を正確に求めることができる。この場合、特許文献2のように超音波振動子のインピーダンスに応じて回路変更を行う必要がなく、簡単かつ低コストで放射面の振動速度を求めることができる。
また本発明では、前記超音波発振器は、前記振動モードにおける***振周波数付近で前記超音波振動子を機械振動させ、前記入力手段は、前記***振周波数(B形共振周波数)動作時の前記力係数(B形力係数)のデジタル信号を入力することから、超音波振動子を***振周波数付近で駆動したときの放射面の振動速度をより正確に求めることができる。
さらに本発明では、前記デジタル信号処理手段は、前記電流に関するデジタル信号に対して前記制動容量のデジタル信号に対応した係数を乗算するための第1係数可変乗算器と、前記第1係数可変乗算器の乗算結果を積分処理するための遅延素子及び加算器と、前記電圧に関するデジタル信号から前記加算器の加算結果を減算するための減算器と、前記減算器の減算結果に対して前記力係数のデジタル信号に対応した係数を乗算し、その乗算結果を前記振動速度として出力する第2係数可変乗算器とを備えるため、後退差分法によって離散化近似したデジタル信号処理手段を構成することができる。そして、本発明のデジタル信号処理手段を用いることにより、***振周波数付近で超音波振動子を駆動したときの動作に対応したデジタル信号処理が行われるため、***振周波数付近での放射面の振動速度をより正確に求めることができる。
以下、本発明を超音波発生装置に具体化した第1の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
[第2の実施の形態]
2…超音波発振器
3…超音波振動子
4…振動速度検出装置
7…放射面
11…検出手段としての電圧検出器
12…検出手段としての電流検出器
16,17…変換手段としてのA/D変換器
18…デジタル信号処理手段としてのデジタル信号処理部
27a,27b…入力手段としての外部入力端子
31,43…遅延素子
32…第1減算器
33,42…第1係数可変乗算器
35…第2減算器
36,46…第2係数可変乗算器
44…加算器
45…減算器
AA…共振周波数(A形共振周波数)動作時のA形力係数
AB…***振周波数(B形共振周波数)動作時のB形力係数
Cd…制動容量
Claims (3)
- 所定の振動モードで振動して超音波を放射する放射面を有する超音波振動子と、前記超音波振動子を前記振動モードにおける共振周波数付近で機械振動させるための超音波発振器とを備え、前記放射面から前記超音波を放射して所定の処理を行う超音波発生装置において、前記超音波振動子と前記超音波発振器との間に設けられる振動速度検出装置であって、
前記超音波振動子の制動容量、及び前記振動モードでの前記放射面における力係数を示すデジタル信号としての前記共振周波数動作時の前記力係数のデジタル信号を入力する入力手段と、
前記超音波振動子の電気端子に接続され、前記電気端子における電圧及び電流をアナログ信号として検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記電圧及び前記電流に関するアナログ信号をデジタル信号に変換する変換手段と、
前記制動容量、前記力係数、前記電圧及び前記電流のデジタル信号を用いて、電気音響変換の基本式に基づく演算を行い、前記超音波振動子の前記放射面における振動速度を算出するデジタル信号処理手段と
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記電圧に関するデジタル信号を微分処理するための遅延素子及び第1減算器と、
前記第1減算器の減算結果に対して前記制動容量のデジタル信号に対応した係数を乗算するための第1係数可変乗算器と、
前記電流に関するデジタル信号から前記第1係数可変乗算器の乗算結果を減算するための第2減算器と、
前記第2減算器の減算結果に対して前記力係数のデジタル信号に対応した係数を乗算し、その乗算結果を前記振動速度として出力する第2係数可変乗算器と
を備える
ことを特徴とする振動速度検出装置。 - 所定の振動モードで振動して超音波を放射する放射面を有する超音波振動子と、前記超音波振動子を前記振動モードにおける***振周波数付近で機械振動させるための超音波発振器とを備え、前記放射面から前記超音波を放射して所定の処理を行う超音波発生装置において、前記超音波振動子と前記超音波発振器との間に設けられる振動速度検出装置であって、
前記超音波振動子の制動容量、及び前記振動モードでの前記放射面における力係数を示すデジタル信号としての前記***振周波数動作時の前記力係数のデジタル信号を入力する入力手段と、
前記超音波振動子の電気端子に接続され、前記電気端子における電圧及び電流をアナログ信号として検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記電圧及び前記電流に関するアナログ信号をデジタル信号に変換する変換手段と、
前記制動容量、前記力係数、前記電圧及び前記電流のデジタル信号を用いて、電気音響変換の基本式に基づく演算を行い、前記超音波振動子の前記放射面における振動速度を算出するデジタル信号処理手段と
を備え、
前記デジタル信号処理手段は、
前記電流に関するデジタル信号に対して前記制動容量のデジタル信号に対応した係数を乗算するための第1係数可変乗算器と、
前記第1係数可変乗算器の乗算結果を積分処理するための遅延素子及び加算器と、
前記電圧に関するデジタル信号から前記加算器の加算結果を減算するための減算器と、
前記減算器の減算結果に対して前記力係数のデジタル信号に対応した係数を乗算し、その乗算結果を前記振動速度として出力する第2係数可変乗算器と
を備える
ことを特徴とする振動速度検出装置。 - 前記変換手段におけるサンプリング周波数を、前記超音波振動子の駆動周波数の2倍以上に設定したことを特徴とする請求項1または2に記載の振動速度検出装置。
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