JPS5953493B2 - vibrating transducer - Google Patents
vibrating transducerInfo
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- JPS5953493B2 JPS5953493B2 JP12393878A JP12393878A JPS5953493B2 JP S5953493 B2 JPS5953493 B2 JP S5953493B2 JP 12393878 A JP12393878 A JP 12393878A JP 12393878 A JP12393878 A JP 12393878A JP S5953493 B2 JPS5953493 B2 JP S5953493B2
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- piezoelectric element
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、振動子の固有振動数が振動子の周囲の流体密
度や振動子に加わつている張力によつて変化することを
利用して、密度や力(圧力)を振動子の固有振動数変化
から求める振動式トランスジューサに関するものである
。Detailed Description of the Invention The present invention utilizes the fact that the natural frequency of a vibrator changes depending on the density of the fluid surrounding the vibrator and the tension applied to the vibrator. This relates to a vibrating transducer in which the value is determined from changes in the natural frequency of the vibrator.
第1図は片端固定の円筒振動子の駆動周波数ーゲイン特
性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the drive frequency-gain characteristics of a cylindrical vibrator with one end fixed.
この円筒振動子の駆動および振動検出は圧電素子(駆動
は一個の圧電素子)でもつて行われ、ゲインは駆動用圧
電素子への印加電圧に対する振動検出用圧電素子(常に
最大振幅が生ずる位置にはられる)の出力電圧の比をデ
シベルで表示したものである。なお、この円筒振動子は
、恒弾性材料(ヤング率は19500kg/一であり、
比重は8.15である)でなり、外径20mm、厚さ0
.1mm、長さ30mmのものである。この第1図にお
いて、A、B、C、D、Eは、それぞれ面内振動の振動
モードが3次、4次、2次、5次、6次で、軸方向振動
モードが共に1次の場合のゲインを示している。また、
F、Gはそれぞれ面内振動の振動モードが5次、4次で
、軸方向の振動モードが共に2次の場合のゲインを示し
ている。この円筒振動子において、3次の振動モード(
第1図A)と2次の振動モード(第1図C)の各振動数
は、4次の振動モード(第1図B)の振動数に非常に接
近している。しかも、それらのゲインは4次の振動モー
ドの場合より大きい。従来から、二以上の振動モードの
振動数が近い場合、得ようとする振動モードの腹の部分
に圧電素子をはりそこから得られた信号をバンドパスフ
ィルタを通して正帰還することによつて、一定の振動モ
ードで振動させる方法が用いられているが、この従来の
方法で、第1図のような特性を示Jす円筒振動子を4次
の振動モードで振動させることは不可能である。また、
各振動モードの振動数がそれほど接近していない場合で
あつても、バンドパスフィルタのみでモードリジエクシ
ヨンを行う従来装置においては、その効果が小さい。5
本発明の目的は、モードリジエクシヨンが良好な振動
式トランスジューサを実現すること、すなわち、円筒振
動子を確実に一定の振動モードで振動させることができ
る振動式トランスジューサを実現することにある。Driving and vibration detection of this cylindrical vibrator are performed by a piezoelectric element (driving is done by one piezoelectric element), and the gain is determined by the piezoelectric element for vibration detection (where the maximum amplitude always occurs) with respect to the voltage applied to the driving piezoelectric element. This is the ratio of the output voltages (in decibels) expressed in decibels. Note that this cylindrical vibrator is made of constant elastic material (Young's modulus is 19500 kg/1,
The specific gravity is 8.15), the outer diameter is 20 mm, and the thickness is 0.
.. It has a diameter of 1 mm and a length of 30 mm. In this figure, A, B, C, D, and E have 3rd, 4th, 2nd, 5th, and 6th in-plane vibration modes, respectively, and 1st-order axial vibration modes. It shows the gain in case. Also,
F and G indicate gains when the in-plane vibration modes are fifth-order and fourth-order, respectively, and the axial vibration modes are both second-order. In this cylindrical vibrator, the third-order vibration mode (
The frequencies of each of the vibration modes of FIG. 1A) and the second vibration mode (FIG. 1C) are very close to the frequencies of the fourth vibration mode (FIG. 1B). Moreover, their gains are larger than those of the fourth vibration mode. Conventionally, when the frequencies of two or more vibration modes are close to each other, a piezoelectric element is installed at the antinode of the vibration mode to be obtained, and the signal obtained from the piezoelectric element is fed back through a band-pass filter to provide a constant value. However, with this conventional method, it is impossible to vibrate a cylindrical vibrator exhibiting the characteristics shown in FIG. 1 in a fourth-order vibration mode. Also,
Even when the frequencies of each vibration mode are not very close to each other, the effect of the conventional device that performs mode relocation using only a bandpass filter is small. 5
An object of the present invention is to realize a vibratory transducer with good mode relocation, that is, to realize a vibratory transducer that can reliably vibrate a cylindrical vibrator in a constant vibration mode.
ク 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。H The present invention will be explained in detail below using the drawings.
第2図は本発明に係る振動式トランスジューサの円筒振
動子を示す図で、イは開放端側からみた図、口は側面か
らみた図である。この円筒振動子は面内振動モードが4
次で軸方向振動モードが1丁次のものを得るためのもの
である。図において、1は円筒振動子本体、2、3は同
一特性の駆動用の圧電素子である。圧電素子3は、4次
の振動モードの他の腹(圧電素子2が取付けられた部分
が一つの腹を形成するのでこれ以外の腹)でしかも圧電
素子2が取付けられた腹と円筒の中心に関して対称の位
置にない腹に取付けられている。本実施例では、圧電素
子3が圧電素子2に対して90゜だけずれた位置に取付
けられている。圧電素子2,3の軸方向の取付位置は、
円筒振動子本体1の軸方向振動モードの節の部分、した
がつて本実施例においては円筒振動子本体1の固定端付
近である。4は4次の振動モードの腹(圧電素子2,3
が取付けられている腹以外の腹であれば良い)に取付け
られた振動検出用の圧電素子である。FIG. 2 is a diagram showing a cylindrical vibrator of a vibratory transducer according to the present invention, where A is a view seen from the open end side, and the mouth is a view seen from the side. This cylindrical vibrator has 4 in-plane vibration modes.
The next step is to obtain a one-order axial vibration mode. In the figure, 1 is a cylindrical vibrator main body, and 2 and 3 are driving piezoelectric elements having the same characteristics. The piezoelectric element 3 is located at the other antinode of the fourth-order vibration mode (the part where the piezoelectric element 2 is attached forms one antinode), and also between the antinode where the piezoelectric element 2 is attached and the center of the cylinder. It is mounted on the belly in a non-symmetrical position. In this embodiment, the piezoelectric element 3 is mounted at a position shifted by 90 degrees from the piezoelectric element 2. The axial mounting positions of the piezoelectric elements 2 and 3 are as follows:
This is the node portion of the axial vibration mode of the cylindrical vibrator body 1, and therefore near the fixed end of the cylindrical vibrator body 1 in this embodiment. 4 is the antinode of the fourth vibration mode (piezoelectric elements 2 and 3
It is a piezoelectric element for vibration detection that is attached to an antinode (any antinode other than the antinode to which it is attached).
本実施例において圧電素子2,3が取付けられた腹は、
4次の振動モードにおいて共に山あるいは谷になるので
、圧電素子2,3には同相の駆動電圧が印加されるよう
になつている。このように構成された円筒振動子の振動
について説朋する。In this embodiment, the antinode to which the piezoelectric elements 2 and 3 are attached is
Since both peaks and valleys occur in the fourth vibration mode, driving voltages of the same phase are applied to the piezoelectric elements 2 and 3. The vibration of the cylindrical vibrator constructed in this way will be explained.
第3図は、第1図の場合と同一形状の円笥振動子本体1
を、第2図に示す位置に取付けられた圧電素子2,3で
振動させたときの特性を示したものである。この場合の
ゲインも、最大振幅が生ずる部分に振動検出用圧電素子
を接着して求めた。したがつて、第2図の圧電素子4の
出力信号に基づき求めたものではない。第3図の特性と
第1図の特性とを比較すると明らかなように、本実施例
においては、奇数の振動モードおよび2次の振動モード
がきわめて弱小化され、4次の振動モードが強められて
いる。Figure 3 shows the circular oscillator body 1 having the same shape as that in Figure 1.
This figure shows the characteristics when vibrated by the piezoelectric elements 2 and 3 attached at the positions shown in FIG. The gain in this case was also determined by bonding a piezoelectric element for vibration detection to the portion where the maximum amplitude occurs. Therefore, it is not determined based on the output signal of the piezoelectric element 4 shown in FIG. As is clear from comparing the characteristics shown in FIG. 3 and the characteristics shown in FIG. ing.
この結果、円筒振動子が4次の振動モードで振動してい
る場合にのみ、圧電素子4から大きな交番電圧が出力さ
れる。振動モードが4次のものにはBの他にGがあるが
、両者は6KHzも離れており、ゲインも大差ないから
、圧電素子4の出力信号をフイルタを通すことにより、
面内振動モードが4次で軸方向振動モードが1次の信号
のみを容易に選択することができる。した力fつて、振
動トランスジユーサの一部としての円筒振動子を、この
振動モードで確実に振動させることができる。また、第
2図において、圧電素子2,3に逆相の駆動電圧を印加
すれば、奇数次および4次の振動モードのリジエクシヨ
ンを行うことができ、2次の振動モードのみの信号が得
られる。As a result, a large alternating voltage is output from the piezoelectric element 4 only when the cylindrical vibrator is vibrating in the fourth-order vibration mode. In addition to B, there is G in the fourth-order vibration mode, but since they are separated by 6 kHz and the gain is not much different, by passing the output signal of the piezoelectric element 4 through a filter,
Only signals whose in-plane vibration mode is fourth-order and whose axial vibration mode is first-order can be easily selected. With this force f, the cylindrical vibrator as a part of the vibration transducer can be reliably vibrated in this vibration mode. In addition, in Fig. 2, by applying a drive voltage of opposite phase to the piezoelectric elements 2 and 3, the odd-order and fourth-order vibration modes can be reset, and a signal of only the second-order vibration mode can be obtained. .
第4図は、第1図および第3図と同様の条件で得られた
特性図である。この第4図を第1図と対比すれば、良好
なモードリジエクシヨンがなされていることがわかる。
第5図は本発明の他の実施例の円筒振動子を開放端側か
らみた図である(第2図に対応する部分には同一符号を
付し説明を省略する)。FIG. 4 is a characteristic diagram obtained under the same conditions as FIGS. 1 and 3. Comparing FIG. 4 with FIG. 1, it can be seen that good mode relocation is achieved.
FIG. 5 is a view of a cylindrical vibrator according to another embodiment of the present invention, viewed from the open end side (portions corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals and explanations are omitted).
この円筒振動子は面内振動モードが3次で軸方向振動モ
ードが1次のものを得るためのものである。このため、
圧電素子3が圧電素子2に対して60゜だけずれた位置
に取付けられており、また、圧電素子ノ2,3が取付け
られた振動モード(3次)の腹が互に逆方向に移動する
ことから圧電素子3には圧電素子2と逆相の駆動電圧が
印加されるようになつている。第6図は第2図と同一形
状の円筒振動子本体1を用いた場合の特性図である。こ
の場,合、2次および4次の振動モードのリジエクシヨ
ンが良好になされている。したがつて、この円筒振動子
は、3次の面内振動モードで確実に振動し得るものとな
る。以上の説明は2次〜4次の振動モードについてフで
あるが、他の振動モードについても同様である。This cylindrical vibrator is used to obtain a third-order in-plane vibration mode and a first-order axial vibration mode. For this reason,
The piezoelectric element 3 is installed at a position offset by 60 degrees from the piezoelectric element 2, and the antinode of the vibration mode (tertiary) in which the piezoelectric elements 2 and 3 are installed moves in opposite directions. Therefore, a driving voltage having a phase opposite to that of the piezoelectric element 2 is applied to the piezoelectric element 3. FIG. 6 is a characteristic diagram when the cylindrical vibrator main body 1 having the same shape as that in FIG. 2 is used. In this case, the second-order and fourth-order vibration modes are well repositioned. Therefore, this cylindrical vibrator can reliably vibrate in the third-order in-plane vibration mode. The above explanation applies to the second to fourth vibration modes, but the same applies to the other vibration modes.
また、圧電素子3の取付位置は、得ようとする振動モー
ドの腹でありさえすれば良い。ただし、圧電素子2が取
付けられた腹と円筒の中心に関して対称の位置にある腹
であつてはならない。7なぜなら、対称の位置にあると
、モードリジエクシヨンとして働く変形の拘束条件が少
くなるからである。Furthermore, the mounting position of the piezoelectric element 3 only needs to be at the antinode of the desired vibration mode. However, the antinode must not be located at a symmetrical position with respect to the antinode to which the piezoelectric element 2 is attached and the center of the cylinder. 7. This is because the symmetrical position reduces the constraints on the deformation that acts as mode rejudgement.
さらに、駆動用圧電素子を振動モードの二つの腹に配置
した例を示したが、三以上の腹に取付けても良い。この
ようにすれば、モードリジクエクシヨン機能がさらに向
上する。この場合、共に山(あるいは谷)になる腹に取
付けられた圧電素子群と、共に谷(あるいは山)になる
腹に取付けられた圧電素子群とを、逆相で駆動する必要
がある(圧電素子として逆極性のものを用いれば同5相
で駆動しても良い)。なお、片端固定の特定の円筒振動
子について本発明の効果(モードリジエクシヨン)を示
したが、上記の説明から明らかなように、両端固定等の
円筒振動子についても同様の効果を得ることがフできる
。Furthermore, although an example has been shown in which the driving piezoelectric elements are arranged at two antinodes of the vibration mode, they may be attached at three or more antinodes. In this way, the model logic execution function is further improved. In this case, it is necessary to drive the piezoelectric element group attached to the antinodes of the peak (or valley) and the piezoelectric element group attached to the antinodes of the valley (or peak) in opposite phases (piezoelectric If elements with opposite polarities are used, they may be driven with the same five phases). Although the effect of the present invention (mode redirection) has been shown for a specific cylindrical vibrator with one end fixed, as is clear from the above explanation, the same effect can also be obtained with a cylindrical vibrator with both ends fixed. can be done.
また、駆動手段は圧電素子によるものに限らず、電磁力
や静電力を用いたものでも良い。以上説明したように、
本発明によれば、モードリジエクシヨンが良好な振動式
トランスジユーサを実現することができる。Further, the driving means is not limited to one using a piezoelectric element, but may be one using electromagnetic force or electrostatic force. As explained above,
According to the present invention, it is possible to realize a vibrating transducer with good mode relocation.
第1図は片端固定円筒振動子の周波数−ゲイン特性を示
す図、第2図は本発明に係る振動式トランスジユーサの
円筒振動子を示す構成図、第3図は第2図の円筒振動子
の特性図、第4図は本発明に係る他の振動式トランスジ
ユーサの円筒振動子の特性図、第5図は本発明に係る他
の振動式トランスジユーサの構成図、第6図は第5図の
円筒振動子の特性図である。
1・・・・・・円筒振動子本体、2,3・・・・・・駆
動用圧電素子、4・・・・・・振動検出用圧電素子。Fig. 1 is a diagram showing the frequency-gain characteristics of a cylindrical vibrator with one end fixed, Fig. 2 is a block diagram showing the cylindrical vibrator of the vibratory transducer according to the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing the cylindrical vibration of Fig. 2. FIG. 4 is a characteristic diagram of a cylindrical vibrator of another vibrating transducer according to the present invention, FIG. 5 is a configuration diagram of another vibrating transducer according to the present invention, and FIG. is a characteristic diagram of the cylindrical vibrator shown in FIG. 5. 1... Cylindrical vibrator body, 2, 3... Piezoelectric element for drive, 4... Piezoelectric element for vibration detection.
Claims (1)
一定振動モードの腹のうち円筒の中心に関して対称の位
置にない少なくとも二つの腹に外力を与える駆動手段と
を備え、上記振動モードで円筒振動子を振動させるよう
に構成したことを特徴とする振動式トランスジューサ。1 comprising a cylindrical vibrator and a driving means for applying an external force to at least two antinodes of a constant vibration mode in in-plane vibration of the cylindrical vibrator that are not located at symmetrical positions with respect to the center of the cylinder, A vibrating transducer characterized in that the vibrator is configured to vibrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12393878A JPS5953493B2 (en) | 1978-10-06 | 1978-10-06 | vibrating transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12393878A JPS5953493B2 (en) | 1978-10-06 | 1978-10-06 | vibrating transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5550115A JPS5550115A (en) | 1980-04-11 |
| JPS5953493B2 true JPS5953493B2 (en) | 1984-12-25 |
Family
ID=14873062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12393878A Expired JPS5953493B2 (en) | 1978-10-06 | 1978-10-06 | vibrating transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5953493B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4975010B2 (en) * | 2008-12-25 | 2012-07-11 | 横河電子機器株式会社 | Pressure sensor manufacturing method and pressure sensor |
-
1978
- 1978-10-06 JP JP12393878A patent/JPS5953493B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5550115A (en) | 1980-04-11 |
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