JPS62254600A - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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- JPS62254600A JPS62254600A JP9878986A JP9878986A JPS62254600A JP S62254600 A JPS62254600 A JP S62254600A JP 9878986 A JP9878986 A JP 9878986A JP 9878986 A JP9878986 A JP 9878986A JP S62254600 A JPS62254600 A JP S62254600A
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- Japan
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- piezoelectric element
- case
- directivity
- ultrasonic
- sound wave
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- Pending
Links
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- 239000004033 plastic Substances 0.000 abstract description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 abstract description 8
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- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、超音波の送波と受波機能を有し、物体の検知
・計数を行う超音波センサに関する。
・計数を行う超音波センサに関する。
物体の検知・計数を目的とした検出スイッチとしては、
従来より光電スイッチが多用されている。
従来より光電スイッチが多用されている。
この光電スイッチは、光C主として赤外線)の反射と透
過を利用して物体の検知を行うので、検出体の光学的性
質(色、透明度による反射・透過率のちがい)の変化に
よって検出精度にバラツキを生じやすいという問題をも
っている。一方、超音波センサは空気中の超音波伝搬・
反射を利用したものであり、検出体の光学的性質や表面
の汚れなどの影響を受けずに高精度の検出が可能である
ので、検知センサ、近接スイッチ等の民生機器として、
近年その有用性が認識されてきている。
過を利用して物体の検知を行うので、検出体の光学的性
質(色、透明度による反射・透過率のちがい)の変化に
よって検出精度にバラツキを生じやすいという問題をも
っている。一方、超音波センサは空気中の超音波伝搬・
反射を利用したものであり、検出体の光学的性質や表面
の汚れなどの影響を受けずに高精度の検出が可能である
ので、検知センサ、近接スイッチ等の民生機器として、
近年その有用性が認識されてきている。
物体の検知・計数に関する精度および耐ノイズ性などを
向上させる観点から、超音波センサが具備すべき要件は
以下の通りである。
向上させる観点から、超音波センサが具備すべき要件は
以下の通りである。
+11超音波の指向性が尖鋭で、狙った場所・物だけを
とらえられる(狭指向性であること)。
とらえられる(狭指向性であること)。
(21超音波の到達距離を十分長くできる(印加電圧と
出力音圧の比、すなわち音圧特性に優れていること)。
出力音圧の比、すなわち音圧特性に優れていること)。
(3)短い時間間隔で正確な情報が得られる(超音波パ
ルスの豆ち上がり9文ち下がりが速かで、かつ超音波を
受波したときの変換効率が高いこと)。
ルスの豆ち上がり9文ち下がりが速かで、かつ超音波を
受波したときの変換効率が高いこと)。
(4)小型、軽量であること。
上記の特性はそれぞれ相反する性質をもっている。すな
わち、指向性は使用周波数と振動発生源として用いる圧
電素子の直径に反比例するので、指向性の尖鋭化のため
に周波数を上げると減衰が大きくなり%(2)項の超音
波の到達距離が低下してしまう。一方、圧電素子の直径
拡大は(41項の小形。
わち、指向性は使用周波数と振動発生源として用いる圧
電素子の直径に反比例するので、指向性の尖鋭化のため
に周波数を上げると減衰が大きくなり%(2)項の超音
波の到達距離が低下してしまう。一方、圧電素子の直径
拡大は(41項の小形。
軽量化に反する。(2)項の超音波の到達距離に着目し
て周波数を下げると(11項の指向性が劣ってくる。
て周波数を下げると(11項の指向性が劣ってくる。
(31項に関しては、センサを機械的品質係数(Qm
’)の低い材料で構成すれば好しい結果を得るが、+1
1(21項の特性は低下してしまう。したがって、所要
の性能をもつ超音波センサを提供するためには、構成材
料の組み合せおよびその形状等を実験的に検証して、そ
の結果から最適構成を決定する必要がある。
’)の低い材料で構成すれば好しい結果を得るが、+1
1(21項の特性は低下してしまう。したがって、所要
の性能をもつ超音波センサを提供するためには、構成材
料の組み合せおよびその形状等を実験的に検証して、そ
の結果から最適構成を決定する必要がある。
超音波センサの先行技術による構造例を第2図に示す。
第2図において、lは発泡プラスチ、りで作られた有底
筒状のケースであり、2は該ケースの底面に貼り合され
た圧電磁器の円板よりなる圧電素子で1表裏面には電極
3a、3bが形成されている。4は前記ケースの内部に
圧電素子2を封入するようケースの開口面に配設した蓋
板で、電気絶縁性をもつ材料で作られている。5a、5
bは端子ピンであり、リード線6 a 、 6 bを介
して電極3a、3bと電気的に導通している。
筒状のケースであり、2は該ケースの底面に貼り合され
た圧電磁器の円板よりなる圧電素子で1表裏面には電極
3a、3bが形成されている。4は前記ケースの内部に
圧電素子2を封入するようケースの開口面に配設した蓋
板で、電気絶縁性をもつ材料で作られている。5a、5
bは端子ピンであり、リード線6 a 、 6 bを介
して電極3a、3bと電気的に導通している。
この糧の構造を有する超音波センサにあっては。
所要周波数の交番電圧あるいはパルス状電圧を端子ピン
5a、5bを通して圧電素子2の表&面に形成された電
極3a、3bに印加すると、圧電素子2はこれと貼着し
てなる有底筒状ケース底面中央部1aと一体となって振
動し、底面IJIがら空中に向けて放射する送波器とし
て、また逆に空中に放射されている超音波が前記ケース
の底面1aに轟ると該底面に接合された圧電素子2に歪
を生じ、超音波強度に比例した電気信号を誘起し、これ
を端子ピンsa、sbより取り出す受波器として使用さ
れる。
5a、5bを通して圧電素子2の表&面に形成された電
極3a、3bに印加すると、圧電素子2はこれと貼着し
てなる有底筒状ケース底面中央部1aと一体となって振
動し、底面IJIがら空中に向けて放射する送波器とし
て、また逆に空中に放射されている超音波が前記ケース
の底面1aに轟ると該底面に接合された圧電素子2に歪
を生じ、超音波強度に比例した電気信号を誘起し、これ
を端子ピンsa、sbより取り出す受波器として使用さ
れる。
このような構成の超音波センサは、物体の検知センサあ
るいは近接スイッチとして使用できるものであるが、一
般民生用機器としてより一層の普及を図るためには送受
波感度の向上および指向性の尖鋭化などが求められてい
る。
るいは近接スイッチとして使用できるものであるが、一
般民生用機器としてより一層の普及を図るためには送受
波感度の向上および指向性の尖鋭化などが求められてい
る。
この発明の目的は、先行技術によって構成された超音波
センサより送受波感度、指向性などに優れた超音波セン
サを提供することにある。
センサより送受波感度、指向性などに優れた超音波セン
サを提供することにある。
この目的は本発明によれば、有底筒状をなす振動ケース
の底部を音波送受部として、その内面に圧電素子を貼着
してなるものにおいて、前記底部の外面に環状の凸部を
設けることにより達成される。
の底部を音波送受部として、その内面に圧電素子を貼着
してなるものにおいて、前記底部の外面に環状の凸部を
設けることにより達成される。
従来、超音波センサのケースは金属材料で裏作されてい
たが、金属は機械的品質係数(Qm ”)が高いため、
超音波パルス特性(パルスの文ち上がり。
たが、金属は機械的品質係数(Qm ”)が高いため、
超音波パルス特性(パルスの文ち上がり。
豆ち下がり)に問題があり、送受波感度が鈍感であった
。これに対し、エポキシ樹脂のごとき有機物を基体とし
てその内部にガラスバルーン、シラスバルーンなどの微
粒の中空球を無数分散した発泡プラスチ、りは、微粒中
空球の種類、添加量を制御することによってその音響イ
ンピーダンスを金属、セラミック等より小さくすること
ができ、突気との整合性が良好となるので送受波感度も
向止し、超音波センサ用途の振動ケースとして最近多用
されつつある。
。これに対し、エポキシ樹脂のごとき有機物を基体とし
てその内部にガラスバルーン、シラスバルーンなどの微
粒の中空球を無数分散した発泡プラスチ、りは、微粒中
空球の種類、添加量を制御することによってその音響イ
ンピーダンスを金属、セラミック等より小さくすること
ができ、突気との整合性が良好となるので送受波感度も
向止し、超音波センサ用途の振動ケースとして最近多用
されつつある。
以上の経緯から、本発明者らはセンサ構成材料としてこ
の発泡プラスチ、りを使用しで、形状に工夫することで
超音波センサとしての送受波感度の向上および指向性の
尖鋭化することを意図して夾験に取組み、以下の構成で
その目的を達成した。
の発泡プラスチ、りを使用しで、形状に工夫することで
超音波センサとしての送受波感度の向上および指向性の
尖鋭化することを意図して夾験に取組み、以下の構成で
その目的を達成した。
第1図は本発明によって構成した超音波センサの断面図
を示したものである。第1[3において11は有底筒状
の形状をもつ発泡プラスチックケースで、その音響イン
ピーダンスは155×1ONS/msである。12はP
b (Zr 、 Ti ) 03の組成を有する円板の
圧電磁器で作られた圧電素子であり、その表裏面には1
3a、13bのAgl!極が形成され、これは有底筒状
の発泡プラスチックケース11の底部の円面に貼着され
ている。llaは音波送受部であるが、この底部の外面
にはケース11と一体を成す環状の凸部11bが形成さ
れている。縞1図に示す超音仮センサのその他の構成は
先行技術による第2図と同様である。第1図および第2
図のごとく構成した超音波センサにおいてパルスの文ち
上がり、豆ち下がりを測定すると第1表のようになり、
第1図に示した本発明品の方がやや優れており、送受波
感度特性に問題のないことを示している。
を示したものである。第1[3において11は有底筒状
の形状をもつ発泡プラスチックケースで、その音響イン
ピーダンスは155×1ONS/msである。12はP
b (Zr 、 Ti ) 03の組成を有する円板の
圧電磁器で作られた圧電素子であり、その表裏面には1
3a、13bのAgl!極が形成され、これは有底筒状
の発泡プラスチックケース11の底部の円面に貼着され
ている。llaは音波送受部であるが、この底部の外面
にはケース11と一体を成す環状の凸部11bが形成さ
れている。縞1図に示す超音仮センサのその他の構成は
先行技術による第2図と同様である。第1図および第2
図のごとく構成した超音波センサにおいてパルスの文ち
上がり、豆ち下がりを測定すると第1表のようになり、
第1図に示した本発明品の方がやや優れており、送受波
感度特性に問題のないことを示している。
さらに指向特性を測定した結果を第4図に示す。
第4図の実線は先行技術で構成した第2図のものであり
、点線は第1図にその構成を示した本発明の実施例によ
る結果である。先行技術によるものは、主極の両側にレ
ベルの大きい副極を伴った指向特性になっている。この
副極のレベルが大であると、所定方向以外からのノイズ
を拾いやすいという欠点の原因となる。これに対し、実
施例によるものは副極レベルは小さくその指向性は良好
で、耐ノイズ性に優れていることが明らかである。これ
は、圧電素子から横方向に派生する振動を前記環状凸部
11bで分散、吸収してしまうため、良好な指向性を示
したものと考える。
、点線は第1図にその構成を示した本発明の実施例によ
る結果である。先行技術によるものは、主極の両側にレ
ベルの大きい副極を伴った指向特性になっている。この
副極のレベルが大であると、所定方向以外からのノイズ
を拾いやすいという欠点の原因となる。これに対し、実
施例によるものは副極レベルは小さくその指向性は良好
で、耐ノイズ性に優れていることが明らかである。これ
は、圧電素子から横方向に派生する振動を前記環状凸部
11bで分散、吸収してしまうため、良好な指向性を示
したものと考える。
第1図において、環状凸部11bの音波送受部11aか
らの突出長さは2〜10龍の範囲が最適であること、そ
して音波送受部11aの内径は圧電素子12の直径より
は大であれば、指向性は先行技術より良好になることが
実験的に確認できた。
らの突出長さは2〜10龍の範囲が最適であること、そ
して音波送受部11aの内径は圧電素子12の直径より
は大であれば、指向性は先行技術より良好になることが
実験的に確認できた。
なお、第3図に示したごとく、有底筒状の発泡プラスチ
、りの底部に段差を設けても本発明の意図する結果を得
ることができる。
、りの底部に段差を設けても本発明の意図する結果を得
ることができる。
以上の説明から明らかなように本発明によれば。
振動ケースの底部の外面に譲状の凸部を設けたことによ
り、超音波パルスのVち上がり、−iち下がり時間が短
く副極レベルが小さく耐ノイズ性に優れているので、検
知センサや近接スイッチとしての使用が十分可能である
という効果をもっている。
り、超音波パルスのVち上がり、−iち下がり時間が短
く副極レベルが小さく耐ノイズ性に優れているので、検
知センサや近接スイッチとしての使用が十分可能である
という効果をもっている。
第1図および第3図は本発明の実施例を示す超音波セン
サの縦断面図、第2図は先行技術に係る超音波センサを
示す縦断面図、第4図は先行技術と本発明の実施例によ
る指向特性を示す線図である。 1:有底筒状ケース、2:圧電素子、3a、3b:電極
、4:m板、5a、5b :端子ピン、5a、5b:リ
ード線、la:音波送受部、11:発泡プラスチ、り、
12:圧電素子、13a、13b:電極%14:蓄板、
15a、15b:端子ピン、16a、16b:リード線
、11a:音波送受部、1】b=環状凸部。 χ1(2) 12四 竿3151
サの縦断面図、第2図は先行技術に係る超音波センサを
示す縦断面図、第4図は先行技術と本発明の実施例によ
る指向特性を示す線図である。 1:有底筒状ケース、2:圧電素子、3a、3b:電極
、4:m板、5a、5b :端子ピン、5a、5b:リ
ード線、la:音波送受部、11:発泡プラスチ、り、
12:圧電素子、13a、13b:電極%14:蓄板、
15a、15b:端子ピン、16a、16b:リード線
、11a:音波送受部、1】b=環状凸部。 χ1(2) 12四 竿3151
Claims (1)
- 有底筒状をなす振動ケースの底部を音波送受部として
のの内面に圧電素子を貼着してなるものにおいて、前記
底部の外面に環状の凸部を設けたことを特徴とする超音
波センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9878986A JPS62254600A (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9878986A JPS62254600A (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 超音波センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62254600A true JPS62254600A (ja) | 1987-11-06 |
Family
ID=14229135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9878986A Pending JPS62254600A (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 超音波センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62254600A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007147319A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Nippon Soken Inc | 障害物検知装置 |
EP1310942A3 (de) * | 2001-11-09 | 2008-07-30 | Valeo Schalter und Sensoren GmbH | Ultraschallsensor mit einem topfförmigen Gehäuse und zugehöriges Herstellungsverfahren |
JP5387697B2 (ja) * | 2010-01-25 | 2014-01-15 | 株式会社村田製作所 | 超音波振動装置 |
JP2014527163A (ja) * | 2011-07-23 | 2014-10-09 | フオルクスヴアーゲン アクチエンゲゼルシヤフト | 自動車の組付けアッセンブリ |
-
1986
- 1986-04-28 JP JP9878986A patent/JPS62254600A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1310942A3 (de) * | 2001-11-09 | 2008-07-30 | Valeo Schalter und Sensoren GmbH | Ultraschallsensor mit einem topfförmigen Gehäuse und zugehöriges Herstellungsverfahren |
JP2007147319A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Nippon Soken Inc | 障害物検知装置 |
US7902968B2 (en) | 2005-11-24 | 2011-03-08 | Denso Corporation | Obstacle detection device |
JP5387697B2 (ja) * | 2010-01-25 | 2014-01-15 | 株式会社村田製作所 | 超音波振動装置 |
JP2014527163A (ja) * | 2011-07-23 | 2014-10-09 | フオルクスヴアーゲン アクチエンゲゼルシヤフト | 自動車の組付けアッセンブリ |
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