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JPS6018227B2 - Ultrasonic generator - Google Patents
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JPS6018227B2 - Ultrasonic generator - Google Patents

Ultrasonic generator

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Publication number
JPS6018227B2
JPS6018227B2 JP5852078A JP5852078A JPS6018227B2 JP S6018227 B2 JPS6018227 B2 JP S6018227B2 JP 5852078 A JP5852078 A JP 5852078A JP 5852078 A JP5852078 A JP 5852078A JP S6018227 B2 JPS6018227 B2 JP S6018227B2
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JP
Japan
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ultrasonic transducer
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controlled
current
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Application number
JP5852078A
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Japanese (ja)
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JPS54150115A (en
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祥二 三代
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Taga Electric Co Ltd
Original Assignee
Taga Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波変換器を駆動する発振装置の発振周波
数を超音波変換器の共振周波数に追尾させて最大効率の
状態で動作させるようにした超音波発生装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic generator that operates at maximum efficiency by tracking the oscillation frequency of an oscillation device that drives an ultrasonic transducer to the resonance frequency of the ultrasonic transducer. It is something.

一般に、超音波応用装置に用いられる超音波変換器は機
械的共振特性を有し、その電気−機械変換効率を高める
ためにその共振周波数にて駆動されるのが望ましい。
Generally, an ultrasonic transducer used in an ultrasonic application device has mechanical resonance characteristics, and is preferably driven at that resonance frequency in order to increase its electro-mechanical conversion efficiency.

しかるに、その共振特性はQが高く、特にホーンを用い
て振動振幅の拡大を行なったものほどそのQが大きく共
振特性は鋭くなり、実際の使用に当って外部条件、たと
えば超音波変換器の使用温度、駆動レベルおよび負荷レ
ベル等により、また加工機等においてホーンが先端の工
具の交換が必要な場合、その共振周波数が変化するので
駆動発振装置の発振周波数は超音波変換器の共振周波数
を良好に追尾しなければならない。この目的のために従
来は、超音波変換器より振動速度信号をたとえば振動系
にとりつけた亀歪素子などによる振動検出器によってと
り出し、これを駆動増幅器の入力信号として帰還させる
ことにより超音波変換器の共振周波数を追尾して発振す
る振動帰還型発振器が広く用いられている。
However, its resonance characteristics have a high Q, and in particular, the more the vibration amplitude is expanded using a horn, the higher the Q and the sharper the resonance characteristics. The resonant frequency changes depending on temperature, drive level, load level, etc., or if a tool with a horn at the tip of a processing machine needs to be replaced. must be tracked. Conventionally, for this purpose, a vibration velocity signal is extracted from an ultrasonic transducer using a vibration detector such as a tortoise strain element attached to the vibration system, and this is fed back as an input signal to a drive amplifier to convert the ultrasonic wave. Vibration feedback oscillators that oscillate by tracking the resonance frequency of a device are widely used.

ここで、超音波変換器はその基本共振周波数の他に多数
の副共振周波数を有するため、これらの不要な副共振周
波数にて帰還発振が行なわれないよう帰還ループ内にバ
ンドパスフィルタが内蔵され、これにより基本共振周波
数のみにて発振するよう構成されている。ところが、こ
の手段では超音波変換器の共振周波数が外部条件により
変化したとき同時にバンドパスフィルタのために帰還ル
ープ内の位相ずれを伴い追尾特性が悪化し、またこの位
相ずれを少なくするためにバンドパスフィルタのQを下
げると超音波変換器の副共振周波数にて異常発振を起こ
すようになるという欠点がある。また、他の手段として
超音波変換器の駆動電圧あるいは駆動電流と振動速度信
号とのあらかじめ定められた位相差からの移相量を位相
比較器で検出し、この位相比較器の出力により制御され
る電圧制御発振器を設け、この電圧制御発振器の出力信
号を駆動増幅器の入力とすることにより超音波変換器の
共振周波数を追尾して発振器の発振周波数が変化するよ
うに構成したものがある。この方式の場合、最近位相固
定ループPLL用の集積回路素子ICが容易に入手でき
るようになったのでかなり簡単となり、しかも製作も容
易になっているものの全体の構成としては各種の付属機
能素子が必要であり、複雑でコスト高となっている。さ
らに、超音波変換器用の駆動増幅器としてスイッチング
増幅器を用いると出力電圧は矩形波となり、一般的に用
いられている亀歪形変換器を駆動する場合に矩形波の高
調波成分は変換器の制動容量に多く流れるために出力電
流が正弦波とならずバイク状の急激な電流となり、高電
力駆動時にはトランジスタ等のスイッチング子を破壊さ
せてしまう恐れがある。したがって、このような場合に
は駆動増幅器の出力側に高調波減衰フィル夕を挿入した
り駆動増幅器を正弦波で駆動させる等の対策が必要であ
る。しかるに、駆動増幅器の出力側に固定コイルやコン
デンサによる周波数依存性の共振回路を挿入すると、駆
動周波数が変換の共振周波数を追尾して変化したとき駆
動増幅器の出力電圧と出力電流の位相がずれて出力駆動
素子の効率低下を来たすだけでなく破壊を招き易い。そ
こで、このようなフィルタ素子は極力用いないようにし
なければならない。したがって、これらの点を考慮する
と必然的に駆動増幅器も正弦波駆動するのが好ましく、
その入力信号も正弦波で駆動されなければならないが、
一般的には電圧制御発振器の出力は矩形波となっており
、実用上は発振器の出力を正弦波に波形整形したのち駆
動増幅器に入力させている。ところが、このような波形
整形回路は一般的に矩形波を積分して三角波とし、さら
に積分して正弦波とするため回路が複雑となり、さらに
積分回路は周波数依存性により周波数が高くなるにした
がってその出力振幅が減少する−ため、追尾周波数の変
化する範囲が広い場合には出力電圧が一定にならず問題
となる。本発明は、このような点に鑑みなされたもので
、全体構成を一層簡単なものにして超音波変換器の共振
周波数を追尾して発振周波数を変化させうる超音波発生
装置を得ることを目的とするものである。
Since the ultrasonic transducer has many sub-resonant frequencies in addition to its basic resonant frequency, a bandpass filter is built into the feedback loop to prevent feedback oscillation at these unnecessary sub-resonant frequencies. , so that it is configured to oscillate only at the fundamental resonant frequency. However, with this method, when the resonance frequency of the ultrasonic transducer changes due to external conditions, the tracking characteristics deteriorate due to a phase shift in the feedback loop due to the bandpass filter. There is a drawback that lowering the Q of the pass filter causes abnormal oscillation at the sub-resonant frequency of the ultrasonic transducer. As another method, a phase comparator detects the amount of phase shift from a predetermined phase difference between the drive voltage or drive current of the ultrasonic transducer and the vibration velocity signal, and the output of the phase comparator is used to control the vibration velocity signal. There is a system in which a voltage controlled oscillator is provided and the output signal of the voltage controlled oscillator is input to a drive amplifier to track the resonant frequency of the ultrasonic transducer and change the oscillation frequency of the oscillator. In the case of this method, integrated circuit element ICs for phase-locked loop PLLs have recently become easily available, making it considerably simpler and easier to manufacture, but the overall configuration requires various accessory functional elements. necessary, complex and costly. Furthermore, when a switching amplifier is used as a driving amplifier for an ultrasonic transducer, the output voltage becomes a rectangular wave, and when driving a commonly used tortoise-distortion transducer, the harmonic components of the rectangular wave act as dampers of the transducer. Since a large amount of current flows through the capacitor, the output current does not become a sine wave, but becomes a rapid current like a motorcycle, which may destroy switching elements such as transistors when driven at high power. Therefore, in such a case, it is necessary to take measures such as inserting a harmonic attenuation filter on the output side of the drive amplifier or driving the drive amplifier with a sine wave. However, if a frequency-dependent resonant circuit consisting of a fixed coil or a capacitor is inserted on the output side of the drive amplifier, when the drive frequency changes to track the conversion resonance frequency, the output voltage and output current of the drive amplifier will be out of phase. This not only reduces the efficiency of the output drive element but also tends to cause destruction. Therefore, it is necessary to avoid using such filter elements as much as possible. Therefore, considering these points, it is naturally preferable to drive the drive amplifier with a sine wave.
Its input signal must also be driven with a sine wave, but
Generally, the output of a voltage controlled oscillator is a rectangular wave, and in practice, the output of the oscillator is waveform-shaped into a sine wave and then input to the drive amplifier. However, such a waveform shaping circuit generally integrates a rectangular wave to create a triangular wave, and then integrates it to create a sine wave, making the circuit complex.Furthermore, the integration circuit becomes more complex as the frequency increases due to frequency dependence. Since the output amplitude decreases, if the range in which the tracking frequency changes is wide, the output voltage will not be constant, causing a problem. The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to obtain an ultrasonic generator that can change the oscillation frequency by tracking the resonant frequency of an ultrasonic transducer by simplifying the overall configuration. That is.

本発明は、超音波変換器の駆動電圧あるいは駆動電流と
振動速度信号との間のあらかじめ定められた位相差から
の移相量を検出する位相比較器を設け、この位相比較器
の出力により制御される電圧制御バンドパスフィル夕を
振動速度信号から超音波変換器の駆動増幅器の入力への
帰還ループ内に設けたことを特徴とするものである。
The present invention provides a phase comparator that detects the amount of phase shift from a predetermined phase difference between the drive voltage or drive current of the ultrasonic transducer and the vibration velocity signal, and controls by the output of this phase comparator. A voltage-controlled bandpass filter is provided in the feedback loop from the vibration velocity signal to the input of the drive amplifier of the ultrasonic transducer.

したがって、振動速度信号を電圧制御バンドパスフィル
タを通して超音波変換器の駆動増幅器の入力へ帰還させ
ることにより、超音波変換器の共振周波数を追尾して発
振周波数を変化させることができ、また電圧制御バンド
パスフィルタの共振周波数の変化範囲は超音波変換器の
外部条件による共振周波数の変化をカバーする範囲に予
め定めておき、そのQも高く設定できることにより、副
共振周波数にて異常発振することはなく十分安定し、し
かも追尾誤差の非常に少ない性能を得ることができるよ
う構成したものである。本発明の−実施例を図面に基い
て説明する。
Therefore, by feeding back the vibration velocity signal through a voltage-controlled bandpass filter to the input of the drive amplifier of the ultrasonic transducer, the resonant frequency of the ultrasonic transducer can be tracked and the oscillation frequency can be changed, and the oscillation frequency can also be controlled by voltage control. The range of change in the resonant frequency of the bandpass filter is predetermined to cover changes in the resonant frequency due to external conditions of the ultrasonic transducer, and its Q can also be set high to prevent abnormal oscillation at the sub-resonant frequency. The structure is such that it is sufficiently stable and can achieve performance with very little tracking error. Embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

まず、第1図に示すものは定電圧駆動変換器、一般的に
は磁歪振動子を駆動する場合の原理を示すためのブロッ
ク図で、1は電圧制御バンドパスフィルタで、この電圧
制御バンドパスフィルタ1の出力は駆動増幅器2により
増幅されこれで駆動される超音波変換器3に入力されて
いる。この超音波変換器3は機械的振動を発生するもの
で、その振動速度信号4が前記電圧制御バンドパスフィ
ルタ1の入力信号とされている。また、前記超音波変換
器3の駆動電圧あるいは駆動電流5と前記振動速度信号
4とを入力とする位相比較器6が設けられ、これらの予
め定められた位相差からの移相量に比例したこの位相比
較器6による直流出力電圧7によって前記電圧制御バン
ドパスフイルタ1の共振周波数が制御されている。した
がって、超音波変換器3の駆動電圧あるいは駆動電流5
と振動速度信号4との位相差が予め定められた値となる
よう電圧制御バンドパスフィルタ1の共振周波数を制御
して帰還ループ内の位相を制御するために超音波変換器
3は共振周波数にて駆動されるものである。ここで、超
音波変換器3としては磁歪振動子に限らず電歪振動子で
もその並列共振周波数を用いて駆動する場合は同様に適
用しうる。
First, what is shown in Figure 1 is a block diagram showing the principle of driving a constant voltage drive converter, generally a magnetostrictive resonator. 1 is a voltage controlled band pass filter; The output of the filter 1 is amplified by a driving amplifier 2 and input to an ultrasonic transducer 3 driven by the driving amplifier 2. This ultrasonic transducer 3 generates mechanical vibration, and its vibration velocity signal 4 is used as an input signal to the voltage-controlled bandpass filter 1. Further, a phase comparator 6 is provided which receives the drive voltage or drive current 5 of the ultrasonic transducer 3 and the vibration velocity signal 4 as input, and the phase comparator 6 receives the drive voltage or drive current 5 of the ultrasonic transducer 3 and the vibration velocity signal 4 as input, and the phase comparator 6 receives the drive voltage or the drive current 5 of the ultrasonic transducer 3 and the vibration velocity signal 4 as inputs. The resonant frequency of the voltage-controlled bandpass filter 1 is controlled by the DC output voltage 7 from the phase comparator 6. Therefore, the driving voltage or driving current 5 of the ultrasonic transducer 3
In order to control the phase in the feedback loop by controlling the resonance frequency of the voltage-controlled bandpass filter 1 so that the phase difference between the signal and the vibration velocity signal 4 becomes a predetermined value, the ultrasonic transducer 3 It is driven by Here, the ultrasonic transducer 3 is not limited to a magnetostrictive vibrator, but can be similarly applied to an electrostrictive vibrator if the ultrasonic transducer 3 is driven using its parallel resonance frequency.

また、振動速度信号4は従来公知の方法、たとえば露歪
素子などの振動検出素子を機械振動系に取付けたもの、
超音波変換器3に流れる電流を取り出したものあるいは
電気回路的に検出したもの等でよく、位相比較器6とし
てはその両入力の位相差が900必要なクオドレーチャ
ー型比較器等においては適宜移相回路が一方の入力側に
挿入される。そして、この位相比較器6の出力は必要に
応じて直流増幅器およびローパスフイルタを通した後電
圧制御バンドパスフィルタ1を制御するものとされてい
る。さらに、帰還ループ内には超音波変換器3の共振周
波数にてループ位相が零となるように適宜移相回路が挿
入される。また、第2図は定電流駆動型変換器、一般的
には亀歪振動子を駆動させる場合を示すブロック図で、
第1図において駆動増幅器2と超音波変換器3との間に
電圧電流変換回路8、すなわち定電圧性駆動電源を定電
流性駆動電源に変換するインピーダンス反転回路を挿入
したもので、超音波変換器3、とくに霞歪振動子の直列
共振周波数にて駆動する場合に負荷の変動時の定速度制
御が行なわれるようにしたものである。
The vibration velocity signal 4 may be obtained using a conventionally known method, for example, by attaching a vibration detection element such as a dew strain element to a mechanical vibration system.
The current flowing through the ultrasonic transducer 3 may be extracted or detected using an electric circuit, and the phase comparator 6 may be used as appropriate for a quadrature type comparator, etc. that requires a phase difference of 900° between its two inputs. A phase shift circuit is inserted on one input side. Then, the output of the phase comparator 6 is passed through a DC amplifier and a low-pass filter as necessary, and then is used to control the voltage-controlled band-pass filter 1. Furthermore, a phase shift circuit is appropriately inserted into the feedback loop so that the loop phase becomes zero at the resonance frequency of the ultrasonic transducer 3. Also, Figure 2 is a block diagram showing the case of driving a constant current drive type converter, generally a tortoise strain oscillator.
In FIG. 1, a voltage-current conversion circuit 8, that is, an impedance inversion circuit that converts a constant-voltage drive power source into a constant-current drive power source, is inserted between the drive amplifier 2 and the ultrasonic converter 3. When the device 3 is driven at the series resonance frequency of the Kasumi strain oscillator, constant speed control is performed when the load fluctuates.

ここで、電圧電流変換回路8は駆動増幅器2を含めて定
電流性駆動電源であれば他の公知手段、たとえば振動速
度が一定となるように駆動増幅器2の増幅度を制御した
り、スイッチング増幅器でその出力パルス幅を制御した
りあるいはスイッチング増幅器でその電源電圧を制御す
るなどの手段でも同様に動作するものである。
Here, the voltage-current conversion circuit 8 includes the drive amplifier 2, and may be controlled by other known means as long as it is a constant current drive power source, such as by controlling the amplification degree of the drive amplifier 2 so that the vibration speed is constant, or by using a switching amplifier. The same operation can be achieved by controlling the output pulse width using a switching amplifier or by controlling the power supply voltage using a switching amplifier.

つづいて、第3図により蚤歪振動子を駆動する場合にお
ける具体例を説明する。
Next, a specific example of driving a fleas strain vibrator will be described with reference to FIG.

まず、電圧制御バンドパスフイルタ1としてブリツジド
Tフイルタが使用され、その共振周波数は抵抗器9.1
0、コンデンサ11,12およびそのゲートバイアス電
圧によって制御されて可変抵抗器として動作する電界効
果トランジスタ13の内部抵抗により決定される。すな
わち、電圧制御バンドパスフィルタ1の共振周波数は前
記電界効果トランジスタ13のゲートバイアス電圧によ
って制御される。また、この電圧制御バンドパスフィル
タ1の出力は駆動増幅器2の入力とされて増幅された後
、電圧電流変換回路8に入力されている。そして、駆動
増幅器2の出力電圧は出力トランス14の一次コイル1
5に印加され、そのセンタータップがアースされた二次
コイル16に生じた電圧がそれぞれ180o位相の異な
る電圧として取り出されてコイル17、コンデンサ18
を通った後合成されて定電流性出力電流となるようにさ
れている。ここで、コイル17とコンデンサ18は霞歪
振動子3aの共振周波数にて同調がとられ、コイル17
とコンデンサ18との接続点より取り出される定電流性
出力電流が駆動増幅器2の出力電圧に比例した一定電流
となり振動速度検出トランス19の一次コイル2川こ差
動的に流れ電歪振動子3aの正側電極板21,22より
電歪素子23,24に流れ込み、その電流が負側端子2
5より出力トランス14の二次コイル16のセンタータ
ップにリターンするようにされている。また、霞歪振動
子3aはェクスポネンシヤルステップ形状の弾性振動体
26および他方の弾性振動体27によりサンドイッチ状
に挟まれた亀歪素子23,24の間に正側電極板21,
22に挟まれた絶縁体28を有し、これらがたとえば中
心部にてボルトにより締結されて構成されている。
First, a bridged T filter is used as the voltage controlled bandpass filter 1, and its resonance frequency is set by the resistor 9.1.
0, capacitors 11 and 12, and the internal resistance of field effect transistor 13, which operates as a variable resistor and is controlled by its gate bias voltage. That is, the resonant frequency of the voltage-controlled bandpass filter 1 is controlled by the gate bias voltage of the field effect transistor 13. Further, the output of the voltage-controlled bandpass filter 1 is input to a drive amplifier 2, amplified, and then input to a voltage-current conversion circuit 8. The output voltage of the drive amplifier 2 is then applied to the primary coil 1 of the output transformer 14.
5, the voltages generated in the secondary coil 16 whose center tap is grounded are extracted as voltages with different phases of 180 degrees, and are applied to the coil 17 and the capacitor 18.
After passing through the circuit, the output current is synthesized into a constant current output current. Here, the coil 17 and the capacitor 18 are tuned at the resonant frequency of the haze distortion oscillator 3a, and the coil 17
The constant current output current taken out from the connection point between the capacitor 18 and the capacitor 18 becomes a constant current proportional to the output voltage of the drive amplifier 2, which flows differentially between the two primary coils of the vibration speed detection transformer 19 and the electrostrictive vibrator 3a. The current flows into the electrostrictive elements 23 and 24 from the positive electrode plates 21 and 22, and the current flows into the negative terminal 2.
5 and returns to the center tap of the secondary coil 16 of the output transformer 14. In addition, the Kasumi strain vibrator 3a has a positive electrode plate 21 and a Kasumi strain element 23 and 24 sandwiched between an elastic vibrating body 26 in the shape of an exponential step and the other elastic vibrating body 27.
The insulator 28 is sandwiched between two insulators 22, and these are fastened, for example, with bolts at the center.

ここで、露歪素子23,24は電歪振動子3aの軸方向
共振振動応力が互いに異なる位置に配置されているため
、それぞれの蚤歪素子23,24に流れる勤電流が異な
るとともにそれぞれの電歪素子23,24の制動容量に
流れる電流はその値が同一であることにより、それぞれ
の函歪素子23,24に流れ込む電流の差を振動速度検
出トランス19により検出し、その二次コイル29に生
ずる駆動電圧が振動速度信号4となる。また、電歪振動
子3aに並列にこの露歪振動子3aの制動容量を共鯛整
合して制動電流を打ち消すコイル30が接続されている
。そして、前記振動速度信号4はダイオードによりその
振幅が制限された後コンパレータ31により矩形波に変
換され、さらに位相比較器6の両入力が90oの位相差
となるよう積分器32により900位相シフトされて位
相比較器6の一方の入力とされている。また、駆動電圧
5は抵抗、ダイオードにより振幅制限された後コンパレ
ータ33により矩形波に変換されて位相比較器6の他方
の入力とされている。さらに、コンパレータ31により
矩形波として取り出された振動速度信号4は可変抵抗器
34により適当なしベルに調整された後前記電圧制御バ
ンドパスフィルタ1の入力とされている。そして、位相
比較器6により振動速度信号4と駆動電圧5の予め定め
られた位相差である900からの移相量に比例した出力
が取り出され直流増幅器35により適当なしベルに増幅
された後、振幅制限器36により電圧制御バンドパスフ
イルターの共振周波数の変化範囲が霞歪振動子3aの副
共振周波数に及ばないよう振幅制限されて電圧制御バン
ドパスフィルターの共振周波数を制御する電界効果トラ
ンジスター3に入力されている。
Here, since the dew strain elements 23 and 24 are arranged at positions where the axial resonance vibration stress of the electrostrictive vibrator 3a is different from each other, the force currents flowing through the dew strain elements 23 and 24 are different, and the respective electric currents are different. Since the currents flowing into the braking capacities of the strain elements 23 and 24 have the same value, the difference between the currents flowing into the respective box strain elements 23 and 24 is detected by the vibration speed detection transformer 19, and the secondary coil 29 is The resulting drive voltage becomes the vibration velocity signal 4. Further, a coil 30 is connected in parallel to the electrostrictive vibrator 3a to co-match the braking capacity of the electrostrictive vibrator 3a and cancel the braking current. The amplitude of the vibration velocity signal 4 is limited by a diode, and then converted into a rectangular wave by a comparator 31, and further phase-shifted by an integrator 32 by 900 degrees so that both inputs of a phase comparator 6 have a phase difference of 90 degrees. is used as one input of the phase comparator 6. Further, the driving voltage 5 is amplitude limited by a resistor and a diode, and then converted into a rectangular wave by a comparator 33, which is then inputted to the other input of a phase comparator 6. Furthermore, the vibration velocity signal 4 taken out as a rectangular wave by the comparator 31 is adjusted to a suitable zero level by a variable resistor 34, and is then input to the voltage-controlled band-pass filter 1. Then, an output proportional to the amount of phase shift from 900, which is a predetermined phase difference between the vibration velocity signal 4 and the drive voltage 5, is extracted by the phase comparator 6, and after being amplified to an appropriate level by the DC amplifier 35, The amplitude is limited by the amplitude limiter 36 so that the variation range of the resonant frequency of the voltage-controlled band-pass filter does not reach the sub-resonant frequency of the haze distortion oscillator 3a, and the field-effect transistor 3 controls the resonant frequency of the voltage-controlled band-pass filter. It has been entered.

このような構成において、振動子駆動電流は電圧電流変
換器8の作用により電圧制御バンドパスフィルターの入
力電圧、すなわち可変抵抗器34により設定された値に
従った一定電流となり、これにより亀歪振動子3aは負
荷の大きさに関係なく定振幅動作を行う。そして、駆動
電圧5と振動速度信号4との位相差が零となるよう位相
比較器16の出力電圧は直流増幅器35および振幅制限
器36を通して電圧制御バンドパスフィルタ1の共振周
波数を制御して、駆動増幅器2、電圧電流変換器8、亀
歪振動子3a、振動速度信号4、コンパレータ31そし
て電圧制御バンドパスフィルターの入力への帰還ループ
による発振周波数が常に亀歪振動子3aの共振周波数と
なるよう動作する。
In such a configuration, the vibrator drive current becomes a constant current according to the input voltage of the voltage-controlled bandpass filter, that is, the value set by the variable resistor 34 due to the action of the voltage-current converter 8, and thereby the tortoise distortion vibration The child 3a performs constant amplitude operation regardless of the magnitude of the load. Then, the output voltage of the phase comparator 16 controls the resonant frequency of the voltage-controlled bandpass filter 1 through a DC amplifier 35 and an amplitude limiter 36 so that the phase difference between the drive voltage 5 and the vibration velocity signal 4 becomes zero. The oscillation frequency generated by the feedback loop to the input of the drive amplifier 2, voltage-current converter 8, tortoise distortion oscillator 3a, vibration velocity signal 4, comparator 31, and voltage-controlled bandpass filter always becomes the resonant frequency of the tortoise distortion oscillator 3a. It works like that.

ここで、コンパレータ31はその増幅度を充分大きくと
り、少ない入力信号レベルにても飽和出力レベルとなる
ようにすれば、函歪振動子3aの重負荷時においても発
振が停止するようなことはなく、また重負荷時からの発
振の立上りも良好で実用上充分な機能が得られるもので
ある。
Here, if the amplification degree of the comparator 31 is set to be sufficiently large so that the saturated output level is achieved even with a small input signal level, the oscillation will not stop even when the box strain oscillator 3a is heavily loaded. Moreover, the rise of oscillation is good even under heavy loads, and sufficient functionality can be obtained for practical use.

このように、本発明の超音波発生装置は発振周波数決定
要素としては電圧制御バンドパスフィルタ1を帰還ルー
プ内に挿入し、超音波変換器3の駆動電圧あるいは駆動
電流5と振動速度信号4との位相差が設定値に近づくよ
うに電圧制御バンドパスフィルタ1の共振周波数を制御
することで、その追尾誤差が非常に少なく安定した超音
波変換器駆動を行なうものである。
As described above, in the ultrasonic generator of the present invention, the voltage-controlled bandpass filter 1 is inserted into the feedback loop as an oscillation frequency determining element, and the driving voltage or driving current 5 of the ultrasonic transducer 3 and the vibration velocity signal 4 are By controlling the resonant frequency of the voltage-controlled bandpass filter 1 so that the phase difference approaches the set value, the ultrasonic transducer can be driven stably with very little tracking error.

また、電圧制御バンドパスフィルターの入力として矩形
波あるいは三角波などの信号を直接入力させても必然的
に周波数選択特性を有するためにその出力電圧は歪の少
ない正弦波が得られ、波形整形回路が不要となり全体の
構成が簡単となる。なお、電圧電流変換回路8として一
層公知なものである第4図に示すインピーダンス反転回
路を用いてもよい。この場合、コイル37およびコンデ
ンサ38の直列共振周波数を亀歪振動子3cの共振周波
数にほぼ同調させ、コンデンサ38に並列に露歪振動子
3aを接続すると電歪振動子3aに流れる勤電流が一定
電流となって定振幅動作を行なうものであり、第3図に
おける電圧電流変換回路8として適用できる。本発明は
、上述したように発振周波数決定要素として電圧制御バ
ンドパスフィル夕を帰還ループ内に挿入し、超音波変換
器の駆動電圧あるいは駆動電流と振動速度信号との位相
差が設定値に近づくように電圧制御バンドパスフィルタ
の共振周波数を制御させたので、全体の構成を簡単にし
て追尾誤差が非常に少なく安定した超音波変換器駆動を
行なうことができ、また超音波変換器と駆動増幅器との
間に電圧電流変換器を挿入したので、超音波変換器を雷
歪振動子とした場合でも良好に動作させることができる
等の効果を有するものである。
Furthermore, even if a signal such as a rectangular wave or a triangular wave is directly input as an input to a voltage-controlled bandpass filter, the output voltage will be a sine wave with little distortion because it has frequency selection characteristics, and the waveform shaping circuit will This becomes unnecessary and the overall configuration becomes simple. Incidentally, as the voltage-current conversion circuit 8, a more well-known impedance inversion circuit shown in FIG. 4 may be used. In this case, if the series resonance frequency of the coil 37 and the capacitor 38 is approximately tuned to the resonance frequency of the tortoise strain vibrator 3c, and the dew strain vibrator 3a is connected in parallel to the capacitor 38, the working current flowing through the electrostrictive vibrator 3a is constant. It becomes a current and performs a constant amplitude operation, and can be applied as the voltage-current conversion circuit 8 in FIG. 3. As described above, the present invention inserts a voltage-controlled bandpass filter into the feedback loop as an oscillation frequency determining element, so that the phase difference between the drive voltage or drive current of the ultrasonic transducer and the vibration velocity signal approaches a set value. By controlling the resonant frequency of the voltage-controlled bandpass filter in this way, the overall configuration can be simplified and the ultrasonic transducer can be driven stably with very little tracking error. Since a voltage-current converter is inserted between the ultrasonic transducer and the ultrasonic converter, it is possible to operate the ultrasonic transducer well even when the ultrasonic transducer is used as a lightning distortion vibrator.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図および第
2図は原理的なブロック図、第3図は具体的な回路図、
第4図はその一部の変形例を示す回路図である。 1…・・・電圧制御バンドパスフィルタ、2・・…・駆
動増幅器、3・・・・・・超音波変換器、3a・・・・
・・電歪振動子(超音波変換器)、4・・…・振動速度
検出信号、5・・・・・・駆動電圧(あるいは駆動電流
)、6・・・・・・位相比較器、8・・・・・・電圧電
流変換回路。 弟イ図寛之図 第3図 第4図
The drawings show one embodiment of the present invention; FIGS. 1 and 2 are principle block diagrams, FIG. 3 is a specific circuit diagram,
FIG. 4 is a circuit diagram showing a partial modification thereof. 1... Voltage control band pass filter, 2... Drive amplifier, 3... Ultrasonic transducer, 3a...
... Electrostrictive vibrator (ultrasonic transducer), 4 ... Vibration speed detection signal, 5 ... Drive voltage (or drive current), 6 ... Phase comparator, 8・・・・・・Voltage-current conversion circuit. Hiroyuki's younger brother Izu Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超音波変換器の駆動電圧あるいは駆動電流と振動速
度信号との間のあらかじめ定められた位相差からの移相
量を検出する位相比較器を設け、この位相比較器の出力
により制御される電圧制御バンドパスフイルタを振動速
度信号から超音波変換器の駆動増幅器の入力への帰還ル
ープ内に設けたことを特徴とする超音波発生装置。 2 電圧制御バンドパスフイルタをブリツジドTフイル
タとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
超音波発生装置。 3 超音波変換器の駆動電圧あるいは駆動電流と振動速
度信号との間のあらかじめ定められた位相差からの移相
量を検出する位相比較器を設け、この位相比較器の出力
により制御される電圧制御バンドパスフイルタを振動速
度信号から超音波変換器の駆動増幅器の入力への帰還ル
ープ内に設け、前記超音波変換器と前記駆動増幅器との
間に電圧電流変換回路を挿入したことを特徴とする超音
波発生装置。 4 電圧制御バンドパスフイルタをブリツジドTフイル
タとしたことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
超音波発生装置。 5 超音波変換器を電歪振動子としたことを特徴とする
特許請求の範囲第3項または第4項記載の超音波発生装
置。
[Claims] 1. A phase comparator is provided to detect the amount of phase shift from a predetermined phase difference between the drive voltage or drive current of the ultrasonic transducer and the vibration velocity signal, and An ultrasonic generator characterized in that a voltage-controlled bandpass filter controlled by the output is provided in the feedback loop from the vibration velocity signal to the input of the drive amplifier of the ultrasonic transducer. 2. The ultrasonic generator according to claim 1, wherein the voltage-controlled bandpass filter is a bridged T filter. 3 A phase comparator is provided to detect the amount of phase shift from a predetermined phase difference between the drive voltage or drive current of the ultrasonic transducer and the vibration velocity signal, and the voltage controlled by the output of this phase comparator is provided. A control bandpass filter is provided in a feedback loop from the vibration velocity signal to the input of a drive amplifier of the ultrasonic transducer, and a voltage-current conversion circuit is inserted between the ultrasonic transducer and the drive amplifier. Ultrasonic generator. 4. The ultrasonic generator according to claim 3, wherein the voltage-controlled bandpass filter is a bridged T filter. 5. The ultrasonic generator according to claim 3 or 4, characterized in that the ultrasonic transducer is an electrostrictive vibrator.
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