JP6935408B2 - 圧電変換器及び音響発生装置を励起する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の超音波変換器を励起する方法に関する。この種の方法は、音波を発生するために形成され、変換器周波数範囲を定義する動作周波数を有する少なくとも一つの超音波変換器の励起を含んでなる。本方法はさらに、該超音波変換器への電気的接続手段を有する発生器を使用する。その際、該発生器は、可変励起周波数による電気的駆動信号を発生するために形成されている。

圧電性結晶を超音波変換器―本願明細書においては変換器とも略称する―として使用することは公知に属する。該結晶は、電気信号によって振動させられ、それによって超音波域の音波を発信することができる。こうして発信された音波は、例えば、部材の汚染を除去するために使用することが可能である。好ましくは、該変換器は、それぞれの構造に起因する共振周波数にて、動作させられる。その際、その共振周波数が多かれ少なかれ互いに大きく相違する複数の圧電変換器が使用されることが少なくない。これによって、一方で、さまざまなサイズの汚染物―分離除去される該汚染物の該サイズは該変換器の該共振周波数に比例している―を除去し得るように、該変換器の周波数帯域を広げることが意図される。他方で、変換器の該振動をさまざまな共振周波数と重ね合わせることにより、発信された該音波フィールドは総じてより均質となり、これが該清浄度品質に好適に作用し得る。

該圧電変換器を動作させるための該励起周波数を静的にプリセットするのではなく、該励起周波数を時間的に可変化することはすでに知られている。これはスイープ変調と称される。従来公知のアプリケーションは、固定プリセットされた掃引範囲内で反復される周波数応答曲線によるスイープ変調を使用する。その際、該励起周波数が時間と共に線形変化する周波数応答曲線が知られている。その場合、該励起周波数の該信号は、鋸刃状の形又は三角波状の形を有していてよい。

欧州特許第１９９７１５９号明細書はメガソニック処理装置とそれに属する作業方法を開示しており、その際、該メガソニック処理装置は、少なくとも３００ｋＨｚの基本共振周波数にて動作させられる圧電変換器を使用する。記述説明された方法において、該圧電変換器を動作させるための該励起周波数は、使用される該圧電変換器のすべての基本共振周波数を含んだ範囲内で可変化される。その際、該スイープ変調のこの範囲は、該圧電変換器の該基本共振周波数によって決定される周波数範囲（“変換器範囲”）を越えて上昇及び下降する。その際、重要な点は、該変換器範囲が、該励起周波数の該スイープ変調の間、対称的に上方及び下方へ上昇あるいは下降させられることである。これにより、すべての基本共振周波数が該駆動信号によって励起されることが保証されることになる。特に、これによって、該圧電変換器の該共振周波数が温度又は経年影響によって変化し得るという事実が顧慮されることとなる。

同様な装置ないし方法は、文献米国特許出願公開第２００５／０００３７３７号明細書、米国特許出願公開第２００５／００９８１９４号明細書並びに米国特許第７００４０１６号明細書からも公知である。これらの文献においてそれぞれ、該変換器周波数の該範囲を上回るないし下回るスイープ変調が開示されている。その際、該変換器範囲の上回り及び下回りはそれぞれ対称的に形成されている。

従来の技術から公知の該スイープ変調方法の問題は、該変換器範囲の対称的な上回りないし下回りを実現するために、該スイープ変調が相対的に大きな周波数偏移を有することである。ただし、この種の大きな周波数偏移は、必須な該駆動信号を供する該発生器の電力部における損失の高まりと結び付いている。これによって、該発生器には、該スイープ変調時に該周波数偏移の達成可能な最大値を制限し得る大きな熱損失が生ずる。加えてさらに、周波数偏移が高まると、サウンドコンバータ（超音波コンバータ、超音波素子、超音波変換器等）の機械的負荷も増加する。さらに、狭帯域ないし高度有効システムにあっては、さもないと、所望されない共振周波数ないし振動モードも励起されることがあるために、該スイープ変調の該周波数偏移は過大であってはならないという問題が生ずる。最悪の場合には、これによって、該システム全体が損傷又は破壊されることがあろう。

欧州特許第１９９７１５９号明細書 米国特許出願公開第２００５／０００３７３７号明細書 米国特許出願公開第２００５／００９８１９４号明細書 米国特許第７００４０１６号明細書

本発明の目的は、該スイープ変調の該利点を効果的に利用し得ると同時に上述した問題を回避することのできる、超音波変換器の改善された励起方法を開示することである。

上記目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法及び請求項１１に記載の特徴を有する音響発生装置によって達成される。好適な発展態様は従属請求項に記載した通りである。

本願出願人側によれば、該変換器を励起するための本発明による方法は、ある回数の周波数掃引（スイープ変調）に際し、該周波数掃引が開始される最小周波数と目標周波数との間の第一の周波数差が、量的に、該周波数掃引が終了させられる最大周波数と目標周波数との間の第二の周波数差とは相違する場合に、特に好適に形成される旨認識された。その際、上記目標周波数は、一般に、量的に上記最小周波数と上記最大周波数との間にある周波数として定義されている。上記最小周波数及び／又は上記最大周波数及び／又は上記目標周波数は、少なくとも一回の周波数掃引の後に、次のように―つまり、実施されたすべての周波数掃引にわたって形成される上記第一の差の算術平均値と、同じく実施されたすべての周波数掃引にわたって形成される上記第二の差の算術平均値とが、量的に、基本的に等しいように―変更される。

その際、該励起周波数の周波数掃引は、上記最小周波数と上記最大周波数との間で実施され、その際、該励起周波数は、該周波数掃引の過程において、基本的に、上記最小周波数と上記最大周波数との間のすべての値を少なくとも一回有する。したがって、該励起周波数が、該周波数掃引の開始時に、量的に、上記最小周波数に等しく、かつ、該周波数掃引の終了時に、量的に、上記最大周波数に等しいことは、本発明の趣旨の範囲内にある。同じく、上記と反対のケースも可能である。また、該励起周波数が、周波数掃引の過程において、複数回にわたって、量的に、上記最小周波数及び／又は上記最大周波数に等しいことも、本発明の範囲内にある。

本発明による方法の趣旨において音波を発生させるために、単一の変換器、好ましくは圧電変換器を使用することが可能である。この変換器は、製造に起因して、該層厚さが不均等であることがあり、そのために、同一構造タイプの変換器のそれぞれの該共振周波数が互いにやや異なっていることがある。加えてさらに、単一の変換器のさまざまな領域が異なった温度影響に曝されていることがあり、これによって、その共振周波数が互いにやや異なった部分共振周波数に分裂していることがある。それゆえ、単一の変換器あるいは先に上述した趣旨の変換器が一つの変換器周波数範囲を決定することも可能である。

該スイープ変調の該周波数偏移は、上記最大周波数と上記最小周波数との間の差として定義される。総回数の周波数掃引のうちの一定回数の周波数掃引に際する、本発明と結び付いた上記最小周波数、上記最大周波数及び／又は上記目標周波数の該変化は、基本的にすべての周波数掃引に際する該周波数偏移が従来の技術において開示されるものよりも小さく形成されるという利点をもたらす。これにより、電力を発生させる発生器の温度損失を極小化し得ると同時に、該変換器の故障発生確率を低減させることができる。

好ましくは、少なくとも一回の周波数掃引の終了後に、上記最小周波数及び／又は上記最大周波数は変化させられる。これにより、該周波数掃引の、上記目標周波数を中心とした変化を達成することができる。上記最小ないし最大周波数の変化は制御技術的に容易に実施可能であり、回路複雑度の高まりを要しない。

本発明による方法の好ましい実施形態において、上記最小周波数、上記最大周波数及び上記目標周波数は次のようにして―つまり、第一回周波数掃引に際し、上記第一の周波数差が第一の値（Ａ）を有し、上記第二の周波数差が第二の値（Ｂ）を有するようにして―選択される。続いての周波数掃引に際し、少なくとも上記目標周波数並びに、好ましくは、上記最小周波数及び上記最大周波数も、次のようにして―つまり、上記第一の周波数差が上記第二の値（Ｂ）を有し、上記第二の周波数差が上記第一の値（Ａ）を有するように―変化させられ、その際、好ましくは、上記第一の値と上記第二の値は相違している（Ａ≠Ｂ）。この種の、上記目標周波数を中心として、交互に対称的に形成された該周波数差の選択は、本願出願人により、特に好適と見なされる。その際、上記励起周波数は、いずれの周波数掃引の後にも、再び上記最小周波数から開始して上記最大周波数まで引き上げることができるため、上記励起周波数の該時間的推移は鋸歯状である。したがって、複数の周波数掃引にわたる上記周波数差の順序は以下の値つまり（ＡＢ―ＢＡ―ＡＢ―ＢＡ―ＡＢ―ＢＡ）を有することができよう。上記励起周波数の該変化の“進行方向”はいずれの周波数掃引の後にも変化可能であるため、例えば、上記最大周波数の到達後に、上記励起周波数を再び減少させることができ、かくて、上記励起周波数の該時間的推移は三角波状である。これら二つの変化の組み合わせ又はなおその他の変化を設けることも本発明の範囲内にある。その際、重要な点は、上記周波数差が、それぞれの該周波数掃引の間、上述した該値の組み合わせを有することができることである。

特に好ましくは、少なくとも一回の周波数掃引の終了後に、上記目標周波数が変化させられる。該周波数掃引のこうした形の変化は、該所望の目標周波数が正確には判明していず、本方法の過程ないし該周波数掃引の過程において初めて決定されなければならない場合に、特に好適に形成される。このようにして、少なくとも一つの該超音波変換器の所望の動作点をフレキシブルにかつ具体的な要件の種類に応じて決定することが可能である。

別途実施形態において、少なくとも一回の周波数掃引、好ましくはすべての周波数掃引の過程において、該励起信号の該励起周波数は次のようにして―つまり、該励起信号が第一の時点（ｔ_１）に上記最小周波数を、第二の時点（ｔ_２）に上記目標周波数を、そして第三の時点（ｔ_３）に上記最大周波数を有するように―変化させられ、その際、上記第二の時点は上記第一と第三の時点の間にあり、かつ、上記第一の時点と上記第二の時点との間の第一の時間差並びに上記第二の時点と上記第三の時点との間の第二の時間差は量的に等しい。

これは、換言すれば、周波数掃引の間、上記目標周波数は、基本的に、該周波数掃引の該総時間の正確に該半分の経過後に到達可能であることを意味している。ただし、逆の推論によれば、これはまた、上記第一の時点と上記第二の時点との間並びに上記第二の時点と上記第三の時点との間の上記駆動信号の該時間的推移ｆ（ｔ）が、上記目標周波数が正確に上記最小周波数と上記最大周波数との間の真ん中に位置していなければ、互いに異なった勾配を有することを意味している。本発明による方法の範囲において、上記第一の時間差と上記第二の時間差とが量的に等しいとのことは確かに必須ではない。だが、この量的同一性は、該スイープ変調の反復速度が高調波搬送波信号例えば正弦波状搬送波信号によって生成又は誘起される場合に、特に好適に形成されることができる。この場合、上記第一の時点、上記第二の時点及び上記第三の時点は、好適には、該高調波搬送波信号の特異点例えば転回点又は極値点に該当する。

上記第二の時点の領域における上記駆動信号の該周波数変化は流動的（数学的に言えば、微分可能）であってよいが、ただしそれはまた数学的な跳躍不連続の形で形成されていてもよい。

基本的に、上記励起周波数は、周波数掃引の過程において、ほぼ如何なる任意の時間的推移を有していてもよい。

本発明による方法の特に好適な発展態様が存在するのは、上記第一及び上記第二の時間差が量的に等しい場合である。ただし、本発明による方法は決してそれに限定されるものではなく、上記最小周波数、上記最大周波数及び上記目標周波数が適切に選択されれば、上記第一及び上記第二の時間差は量的に異なっていてもよい。

好ましくは、上記周波数掃引は次のようにして―つまり、少なくとも一回の周波数掃引、好ましくはすべての周波数掃引の過程において、上記周波数の一次導関数（又は上記励起周波数の周波数変化率）は時間に応じて、上記第一の時点（ｔ_１）と上記第二の時点（ｔ_２）との間に不変の第一の導関数値を有し、上記第二の時点（ｔ_２）と上記第三の時点（ｔ_３）との間に不変の第二の導関数値を有するようにして―選択される。これは回路技術的には、不定の値を有する上記励起周波数の導関数又は時間的変化よりも容易に実現可能である。

好ましい実施形態において、上記周波数掃引は次のようにして―つまり、少なくとも一回の周波数掃引、好ましくはすべての周波数掃引の過程において、上記第一の導関数値と上記第二の導関数値とが互いに相違するようにして―選択される。

上記第一の時点と上記第二の時点との間の上記駆動信号の該時間的推移ｆ（ｔ）並びに上記第二の時点と上記第三の時点との間のそれが互いに異なった勾配を有する場合には、ｆ（ｔ）線図による該グラフ表示に際し、さもなければ該周波数と該時間とが線形相関する場合に、屈曲が生じ得る。該屈曲角度は１８０°より小さいか又はそれより大きくてよい。

特に好ましくは、少なくとも一つの変換器、好ましくは複数の変換器、最も好ましくはすべての変換器が、複数の、好ましくはすべての周波数掃引の間、それぞれの共振周波数にて励起される。これによって、上記励起の効率を向上させることができる。

特に好ましくは、少なくとも一つの変換器、好ましくは複数の変換器、最も好ましくはすべての変換器は、複数の、好ましくはすべての周波数掃引の間、同一オーダーのそれぞれの共振周波数にて、好ましくはそれぞれの基本共振周波数にて励起される。好適には、この形の方法において、同一オーダーの共振周波数によるすべての変換器の励起に際し、該変換器の該運転パラメータが同等であるために、発信された該音波フィールドの該均質性が高められこととなる。もしも、異なったオーダーの共振周波数にて変換器が励起されるとすれば、スペクトル幅の異なった共振パターンが生じ得ることになるために、個々の該変換器によって発信された該音波の該重なり合いによって、場合により、該音場の不均質性が招来され得ることになろう。

本発明の好ましい実施形態において、上記目標周波数は基本的に、少なくとも一つの変換器の共振周波数、好ましくは基本共振周波数に相応して選択され、及び／又は、該変換器周波数範囲内の周波数、好ましくは、該変換器周波数範囲内の少なくともいくつかの、好ましくはすべての共振周波数の算術平均によって形成される周波数に相応して選択される。上記目標周波数のこの種の選択は、一回の周波数掃引の過程ないし複数の周波数掃引の過程において、可能な限りすべての共振周波数ないし一つのオーダーのすべての共振周波数がカバーされるという利点をもたらす。これによって、またも、上記変換器の上記励起の該効率が高められる。

本発明のその他の好ましい特徴及び実施形態は、図面を参照した下記実施例の説明から判明する通りである。

図１は、本発明による音響発生装置を概略的に示す図である。 図２は、インピーダンス―周波数線図によって、従来の技術によるスイープ変調を示す図である。 図３は、図１に示した該スイープ変調を該周波数―時間線図によって示す図である。 図４は、本発明によるスイープ変調をインピーダンス―周波数線図によって示す図である。 図５は、本発明によるスイープ変調の、図４に属する周波数―時間線図を示す図である。 図６は、インピーダンス―周波数線図によって、図４に示した本発明による該スイープ変調のさらに別な態様を示す図である。 図７は、図６に属する該周波数―時間線図を示す図である。 図８は、本発明によるスイープ変調のフローチャートを示す図である。 図９は、本発明によるスイープ変調の別途実施形態をインピーダンス―周波数線図によって示す図である。 図１０は、図９に示した該スイープ変調のさらに別の態様をインピーダンス―周波数線図によって示す図である 図１１は、本発明によるさらに別のスイープ変調を周波数―時間線図にて示す図である。

図１は、本発明による方法を使用することのできるアプリケーション例―ただし、本アプリケーションに限定されるわけではない―に基づいた本発明による音響発生装置を示す図である。水ないしその他の適切な洗浄媒体５を満たした容器４内に、汚染のある、洗浄さるべき部材６が入れられている。容器４及びその中にある水（洗浄媒体）５には、超音波を発生し、それを媒体５に発信するために形成された少なくとも一つの超音波変換器７（実線にて表示）が結合されている。これらの超音波は、それ自体公知のように、該汚染からの部材６の洗浄を行なう。一つの超音波変換器７を設けるだけでなく、複数の超音波変換器（図１中には、点線で相応して示唆されている）を設けることも本発明の範囲に属する。

超音波変換器７は、（周波数）発生器９と（回線８を介して）電気的及び信号技術的に作用連携している。発生器９は、可変励起周波数１により高周波励起信号を発生させるように形成された信号ユニット１０を有している。上記励起信号は、信号ユニット１０ないし発生器９から、該電気的作用連携手段８、例えば信号回線を介して、超音波変換器７へ伝送される。超音波変換器７はそれによって（超）音波を発生するように励起され、それが、相応して部材６を洗浄するために、媒体５に伝達される。

図２には、従来の技術による超音波変換器７の励起周波数１の変調方法が概略的に示されている。図２は、超音波変換器７の、該超音波変換器７がこうした場合に通例有する、インピーダンス曲線３を示している。発生器９によって発生させられる励起周波数１は、最小周波数ｆ_ｍｉｎと最大周波数ｆ_ｍａｘとの間を変化させられる。最小周波数ｆ_ｍｉｎと最大周波数ｆ_ｍａｘの間には目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌが存在している。図２に示した本実施例において、上記インピーダンス曲線３は、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌの領域に、極大値２を有している。これに関連して、極大値２の箇所での超音波変換器７の共振周波数に言及することとする。その共振周波数（単数／複数）近傍での超音波変換器７の該励起は、所与の励起出力に関する該振動振幅を高め、それによって、音響変換の効率を向上させる。できるだけ高い効率を達成するために、超音波変換器７をその共振周波数（単数／複数）の領域で励起することは公知に属する。

最小周波数ｆ_ｍｉｎと目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌとの間の第一の周波数差Δｆ_１は、図２において、最大周波数ｆ_ｍａｘと目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌとの間の第二の周波数差Δｆ_２と量的に等しい。従来の技術にあっては、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌを中心とした、最小周波数ｆ_ｍｉｎと最大周波数_ｆｍａｘとのこの種の対称的な、量的に等しい構成が特に良好な結果をもたらすことを前提としている。

図３は、周波数―時間線図によって、励起周波数１の時間依存性を示している。これは、図２と同様に、従来の技術から取り出されている。第一の周波数差Δｆ_１と第二の周波数差Δｆ_２は、図２と同様に、量的に等しい。

時点ｔ_Ｚｉｅｌは、励起周波数１が量的に周波数ｆ_Ｚｉｅｌに等しい時点として定義されている。時点ｔ_ｍｉｎは、励起周波数１が量的に周波数ｆ_ｍｉｎに等しい時点として定義されている。時点ｔ_ｍａｘは、周波数１が量的に周波数ｆ_ｍａｘに等しい時点として定義されている。第一の時間差Δｔ_１は、時点ｔ_Ｚｉｅｌと時点ｔ_ｍｉｎとの間の該差から計算される。第二の時間差Δｔ_２は、時点ｔ_ｍａｘと時点ｔ_Ｚｉｅｌとの間の該差から計算される。図３において、第一の時間差Δｔ_１は量的に第二の時間差Δｔ_２に等しい。

周波数掃引は、時点ｔ_ｍｉｎで開始し、時点ｔ_ｍａｘで終了するか又はその逆である。したがって、図３において、励起周波数１は、周波数掃引の間、直線の形を有している。

従来の技術から、このタイプの周波数変調を実施するさまざまな方法が公知である。励起周波数１が、周波数掃引の終了後に、再び最小周波数ｆ_ｍｉｎに設定される場合には、鋸歯状変調と称される。励起周波数１が、周波数掃引の終了後に、再び最小周波数ｆ_ｍｉｎに設定されるのではなく、最大周波数ｆ_ｍａｘから出発して線形に減少させられる場合には、三角波変調と称される。該目標周波数を中心とした励起周波数１の該変調の上記対称的構成は、上記公知の方法において、励起周波数１の一次導関数が、周波数掃引の間、量的に不変であることを条件付ける。最小周波数ｆ_ｍｉｎ、最大周波数ｆ_ｍａｘ並びに目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌは、従来の技術によれば、周波数掃引の終了後に、規則的に変化させられることはない。ここから、とりわけ、発生器９―この発生器９は励起周波数１を発生させあるいは上記励起信号を供する―に係わる既述した短所がもたらされる。これらの短所は、とりわけ、発生器９に生ずる熱損失の高まりにあり、それは該スイープ変調に使用された該周波数偏移と比例関係にある。周波数偏移の増大は熱損失の増加を引き起こす。

図４には、超音波変換器７を動作させるための励起信号１の本発明による変調方法を表している。目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌは、先に図２を参照して説明したように、本実施例において、超音波変換器７のインピーダンス曲線３の極大値２の領域に位置している。最小周波数ｆ_ｍｉｎは、量的に、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌよりも小であり、最大周波数ｆ_ｍａｘは、量的に、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌよりも大である。最大周波数ｆ_ｍａｘと最小周波数ｆ_ｍｉｎは次のようにして―すなわち、第一の周波数差Δｆ_１が、量的に、第二の周波数差Δｆ_２よりも小であるようにして―選択される。したがって、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌは、ｆ_ｍｉｎとｆ_ｍａｘの間の中央には位置していない。

図４に属する該周波数―時間線図は図５に表されている。時点ｔ_Ｚｉｅｌと時点ｔ_ｍｉｎとの間の第一の時間差Δｔ_１と、時点ｔ_ｍａｘと時点ｔ_Ｚｉｅｌとの間の第二の時間差Δｔ_２とは、量的に等しい。これによって、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の領域における励起周波数１の一次時間導関数は、少なくとも算術平均で、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の領域における励起周波数１の一次時間導関数よりも小である。図４に示したように、時点ｔ_ｍｉｎから時点ｔ_Ｚｉｅｌまでの領域並びに時点ｔ_Ｚｉｅｌから時点ｔ_ｍａｘまでの領域における該時間と共に生ずる励起周波数１の該変化はそれぞれ、直線の形を有している。その際、この場合にあって、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の領域における該直線の勾配は、量的に、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の領域におけるそれよりも大である。これは、換言すれば、超音波変換器７はｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の領域において、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の領域におけるよりも小さな周波数帯にわたって該同一時間だけ励起されることを意味している。つまり、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の該第二の領域に比較して、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の該第一の領域における周波数変化率は低いとも言うことができる。

第一の時点ｔ_ｍｉｎと第二の時点ｔ_Ｚｉｅｌとの間並びに第二の時点ｔ_Ｚｉｅｌと第三の時点ｔ_ｍａｘとの間における駆動信号（励起周波数ｆ（ｔ））の該時間的推移は互いに異なった勾配を有しているため、該グラフ表示に際して、該ｆ（ｔ）線図に屈曲が生ずる。図５に示した態様によれば、該屈曲角度は１８０°よりも小である。

図６は、図４と同様な該インピーダンス―周波数線図における超音波変換器７の同一のインピーダンス曲線３を示している。目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌは、またも、超音波変換器７のインピーダンス曲線３の極大値２の領域にある。図６にあっては、図４とは反対に、第一の周波数差Δｆ_１は、量的に、第二の周波数差Δｆ_２よりも大であることが認められる。これは、図７の該周波数―時間線図から看取することができる。またも、双方の時間差Δｔ_１とΔｔ_２は量的に等しい。該時間にわたる励起周波数１の該変化は、またも、ｔ_ｍｉｎからｔ_Ｚｉｅｌまでの第一の領域とｔ_Ｚｉｅｌからｔ_ｍａｘまでの該第二の領域において、直線の形を有している。ただし、その際、図５とは反対に、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の該第一の領域における励起周波数１の該一次時間導関数は、量的に、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の該第二の領域におけるそれよりも大である。別な表現をすれば、図７において、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の領域における該直線の該勾配は、量的に、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の領域におけるそれよりも小である。

第一の時点ｔ_ｍｉｎと第二の時点ｔ_Ｚｉｅｌとの間並びに第二の時点ｔ_Ｚｉｅｌと第三の時点ｔ_ｍａｘとの間における上記駆動信号（励起周波数ｆ（ｔ））の該時間的推移は互いに異なった勾配を有しているため、該グラフ表示に際して、該ｆ（ｔ）線図にまたも屈曲が生ずる。図７に示した態様によれば、該屈曲角度は１８０°よりも大である。

図４及び５に示した、上記超音波変換器の最小周波数ｆ_ｍｉｎ、最大周波数ｆ_ｍａｘ及び目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌ並びにインピーダンス曲線３の間の相関関係は、平均して、すべての周波数掃引のおおよそ半分で使用される。該周波数掃引のおおよそ残りの半分については、図６及び図７に示した相応した該パラメータの組み合わせが使用される。

図８には、本発明による方法の個々のステップの例示的な時間的フローが表されている。先ず、最小周波数ｆ_ｍｉｎ、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌ及び最大周波数ｆ_ｍａｘが次のようにして―つまり、上記第一の周波数差の値がΔｆ_１＝Ａであり、上記第二の周波数差の値がΔｆ_２＝Ｂであるようにして―選択される。第一回周波数掃引において、発生器９の信号ユニット１０によって、最小周波数ｆ_ｍｉｎに等しい励起周波数１で駆動信号が発生させられ、超音波変換器７（ないし複数の超音波変換器）へ送られる。該第一回周波数掃引の過程において、励起周波数１は最大周波数ｆ_ｍａｘまで引き上げられる。第一回周波数掃引の終了後に、最小周波数ｆ_ｍｉｎ、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌ及び／又は最大周波数ｆ_ｍａｘは次のように―つまり、第一の周波数差Δｆ_１の値が今やＢであり、第二の周波数差Δｆ_２の値が今やＡであるように―変化させられる。励起周波数１は、今や、最大周波数ｆ_ｍａｘから最小周波数ｆ_ｍｉｎまで減少させられる。これによって、上記駆動信号あるいは上記駆動信号の励起周波数１の三角波状推移が生ずる。既述したように、該推移は、上記励起周波数が上記第一回周波数掃引の終了後に再び最小周波数ｆ_ｍｉｎから出発して引き上げられる場合には、例えば鋸歯状であってもよい。

最大周波数ｆ_ｍａｘ又は上記周波数掃引範囲内のその他のいずれの周波数も、励起周波数１の該変調のスタート点として使用可能であることは言うまでもない。

該第二回周波数掃引の終了後に、上記双方の周波数差の値は再びΔｆ_１＝Ａ及びΔｆ_２＝Ｂとして選択される。該第三回周波数掃引の終了後には、相応して、再びΔｆ_１＝Ｂ及びΔｆ_２＝Ａが選択され、等々である。

したがって、すべての周波数掃引をカバーする算術平均にて、第一の周波数差Δｆ_１及び第二の周波数差Δｆ_２は量的に等しく、それぞれ、値（Ａ＋Ｂ）／２を有する。該周波数―時間線図において、このことは、ｔ_ｍｉｎとｔ_Ｚｉｅｌとの間の上記第一の領域における励起周波数１の該一次時間導関数が平均で、量的に、ｔ_Ｚｉｅｌとｔ_ｍａｘとの間の上記第二の領域におけるそれとおおよそ等しいとのことを意味している。

励起周波数１の該変化は、該周波数―時間線図において、直線の形を有することができるだけでなく、別様の形又は推移を取ることができる。例えば、励起周波数１は時間と共に二乗変化―ｆ＝ｆ（ｔ^２）―させることが可能である。

図９及び１０はそれぞれ、励起周波数１を変調するための本発明によるさらに別の方法をインピーダンス―周波数線図で示している。図２、４及び６とは異なって、該目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌは、超音波変換器７のインピーダンス曲線３の極大値２とはまったく相違していている。むしろ、目標周波数ｆ_Ｚｉｅｌ及び、相応して、最小周波数ｆ_ｍｉｎ並びに最大周波数ｆ_ｍａｘは、インピーダンス曲線３の任意の箇所に位置していてよい。

図１１には、第一の時間差Δｔ_１と第二の時間差Δｔ_２が量的に互いに相違しているケースの、励起周波数１の該変化の時間的推移が表されている。第一の時間差Δｔ_１と第二の時間差Δｔ_２との間の比率が所定であれば、第一の周波数差Δｆ_１と第二の周波数差Δｆ_２が量的に互いに相違していても、周波数掃引内の励起周波数１の該変化の該時間的推移は屈曲のない直線の形を有することも可能である。

Claims (19)

1. 一つ又は複数の、音波を発生させるために形成され、変換器周波数範囲を定義する動作周波数を有する変換器（７）を励起するための方法であって、
   前記変換器（７）への電気的接続回線（８）と、可変励起周波数（１）による電気的励起信号を発生させるための周波数掃引機能とを有すると共に、前記変換器（７）のための電気的励起信号―該励起信号は前記変換器（７）に供給される―を発生させる発生器（９）を有し、
   前記発生器（９）は調節可能な掃引速度で、最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）と最大周波数（ｆ_ｍａｘ）との間の周波数掃引範囲内に目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）が定義され得る、該周波数掃引範囲において総回数の周波数掃引を実施する方法において、
   前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）、前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）及び前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は次のようにして―つまり、前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）と前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）との間の第一の周波数差（Δｆ_１）が、総回数の周波数掃引のうち第一回数の周波数掃引に際し、量的に、前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）と前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）との間の第二の周波数差（Δｆ_２）とは相違するようにして―選択され、
   前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）及び／又は前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）及び／又は前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は、少なくとも一回の周波数掃引の後に、次のように―つまり、実施された周波数掃引全体にわたって形成された前記第一の周波数差（Δｆ_１）の算術平均値と、実施された周波数掃引全体にわたって形成された前記第二の周波数差（Δｆ_２）の算術平均値とが、量的に等しいように―変更されることを特徴とする方法。
2. 前記最小周波数（ｆ _ｍｉｎ ）、前記最大周波数（ｆ _ｍａｘ ）及び前記目標周波数（ｆ _Ｚｉｅｌ ）は、前記第一の周波数差（Δｆ _１ ）が、総回数の周波数掃引のすべての周波数掃引に際し、量的に、前記第二の周波数差（Δｆ _２ ）とは相違するようにして選択される請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも一回の周波数掃引の後に、前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）及び／又は前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）が変更される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）、前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）及び前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は次のようにして―つまり、第一回周波数掃引に際し、前記第一の周波数差（Δｆ_１）が第一の値（Ａ）を有し、前記第二の周波数差（Δｆ_２）が第二の値（Ｂ）を有するようにして―選択され、
   その後に続く該周波数掃引に際し、少なくとも前記目標周波数は次のように―つまり、前記第一の周波数差（Δｆ_１）が前記第二の値（Ｂ）を有し、前記第二の周波数差（Δｆ_２）が前記第一の値（Ａ）を有するように―変更される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記最小周波数（ｆ _ｍｉｎ ）、前記最大周波数（ｆ _ｍａｘ ）及び前記目標周波数（ｆ _Ｚｉｅｌ ）が、第一回周波数掃引に際し、前記第一の周波数差（Δｆ _１ ）が前記第一の値（Ａ）を有し、前記第二の周波数差（Δｆ _２ ）が前記第二の値（Ｂ）を有するようにして選択され、その後に続く該周波数掃引に際し、前記最小周波数（ｆ _ｍｉｎ ）及び前記最大周波数（ｆ _ｍａｘ ）も、前記第一の周波数差（Δｆ _１ ）が前記第二の値（Ｂ）を有し、前記第二の周波数差（Δｆ _２ ）が前記第一の値（Ａ）を有するように変更される請求項４に記載の方法。
6. 前記第一の値（Ａ）と前記第二の値（Ｂ）とが相違している、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は、少なくとも一回の周波数掃引の終了後に、変更される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 少なくとも一回の周波数掃引の過程において、前記駆動信号の前記励起周波数（１）は次のようにして―つまり、前記駆動信号が第一の時点（ｔ_１）に前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）を、第二の時点（ｔ_２）に前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）を、かつ第三の時点（ｔ_３）に前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）を有するように―変化させられ、
   その際、前記第二の時点（ｔ_２）は前記第一の時点（ｔ_１）と前記第三の時点（ｔ_３）との間にあり、前記第一の時点（ｔ_１）と前記第二の時点（ｔ_２）との間の第一の時間差（Δｔ_１）と、前記第二の時点（ｔ_２）と前記第三の時点（ｔ_３）との間の第二の時間差（Δｔ₂）とが量的に等しい、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記周波数掃引は次のようにして―つまり、少なくとも一回の周波数掃引の過程において、前記周波数の一次導関数は時間に応じて、前記第一の時点（ｔ_１）と前記第二の時点（ｔ_２）との間に不変の第一の導関数値を有し、前記第二の時点（ｔ_２）と前記第三の時点（ｔ_３）との間に不変の第二の導関数値を有するようにして―選択される、請求項８に記載の方法。
10. 前記周波数掃引が次のようにして―つまり、少なくとも一回の周波数掃引の過程において、前記第一の導関数値と前記第二の導関数値とが互いに相違するようにして―選択される、請求項９に記載の方法。
11. 複数の周波数掃引の間に、少なくとも一つの前記変換器（７）は、それぞれの共振周波数により励起される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 複数の周波数掃引の間に、少なくとも一つの前記変換器（７）は、同一オーダーのそれぞれの共振周波数により励起される、請求項１１に記載の方法。
13. 複数の周波数掃引の間に、少なくとも一つの前記変換器（７）は、同一オーダーのそれぞれの基本共振周波数により励起される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記目標周波数は、少なくとも一つの変換器（７）の共振周波数に応じて選択され、及び／又は、前記変換器周波数範囲内の周波数に応じて選択される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記目標周波数は、少なくとも一つの変換器（７）の共振周波数に応じて選択され、及び／又は、前記変換器周波数範囲内の少なくともいくつかの共振周波数の算術平均から形成される周波数に応じて選択される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記目標周波数は、少なくとも一つの変換器（７）の共振周波数に応じて選択され、及び／又は、前記変換器周波数範囲内のすべての共振周波数の算術平均から形成される周波数に応じて選択される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記共振周波数は、基本共振周波数である、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 少なくとも一つの変換器（７）と、前記変換器（７）への電気的接続回線（８）を有する発生器（９）とを備えた音響発生装置であって、
    前記発生器（９）は前記変換器（７）のための電気的励起信号を発生させるために設けられていると共に、可変励起周波数（１）により、前記変換器（７）に供給される、電気的励起信号を発生させるための周波数掃引機能を有し、
    前記発生器（９）は調節可能な掃引速度で、最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）と最大周波数（ｆ_ｍａｘ）との間の周波数掃引範囲内に目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）が定義され得る、該周波数掃引範囲において総回数の周波数掃引を実施し、
    その際、前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）、前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）及び前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は次のようにして―つまり、前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）と前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）との間の第一の周波数差（Δｆ_１）が、総回数の周波数掃引のうち第一回数の周波数掃引に際し、量的に、前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）と前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）との間の第二の周波数差（Δｆ_２）とは相違するようにして―選択可能であり、
    前記最小周波数（ｆ_ｍｉｎ）及び／又は前記最大周波数（ｆ_ｍａｘ）及び／又は前記目標周波数（ｆ_Ｚｉｅｌ）は、少なくとも一回の周波数掃引の後に、次のように―つまり、実施された周波数掃引全体にわたって形成された前記第一の周波数差（Δｆ_１）の算術平均値と、実施された周波数掃引全体にわたって形成された前記第二の周波数差（Δｆ_２）の算術平均値とが、量的に等しいように―変更可能である、音響発生装置。
19. 前記最小周波数（ｆ _ｍｉｎ ）、前記最大周波数（ｆ _ｍａｘ ）及び前記目標周波数（ｆ _Ｚｉｅｌ ）は、前記第一の周波数差（Δｆ _１ ）が、総回数の周波数掃引のすべての周波数掃引に際し、量的に、前記第二の周波数差（Δｆ _２ ）とは相違するようにして選択可能である、請求項１８に記載の音響発生装置。

Images