专利名称：超声振子驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有使超声振子的驱动相位固定的相位固定电路而成的超声振子驱动装置。
背景技术：
现有的超声振子驱动装置如特开昭63-123476号公报等所公开的那样，一般具有相位固定电路(PLL[锁相环]电路)。在这样的现有的超声振子驱动装置中，以使驱动相位固定的方式，进行超声振子的驱动控制，使得超声振子的驱动频率在共振频率与反共振频率之间。
可是，在由上述结构构成的现有的超声振子驱动装置中，初始调整时已对超声振子的驱动相位进行了固定，如果电路部件随温度变化或电路常数随着时间的推移而变化，则驱动相位发生偏移，存在超声振子的驱动频率不在恰当的范围内的问题。另外，虽然也提出了通过手动进行相位调整的超声振子驱动装置，但由于在使用过程中超声振子的温度上升，共振频率等改变，也会发生驱动相位偏移，所以需要频繁地重新进行相位调整。特别是在Q值高的超声振子组件中，共振频率和反共振频率的差值很小，即使驱动相位有少许偏移，驱动相位也会发生大的变化，所以对性能的影响很大。
发明内容
鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种不需要由用户进行相位调整，总是能对超声振子进行最佳驱动的超声振子驱动装置。
为了达到上述目的，本发明的超声振子驱动装置是一种具有使超声振子的驱动相位固定的相位固定电路而成的超声振子驱动装置，在该装置中，根据上述超声振子的通电电流或表示同等动作的通电电流代替信号，自动地调整用上述相位固定电路固定的上述超声振子的驱动相位。
图1是表示本发明的超声振子驱动装置的一种实施形态的框图。
图2是表示相位延迟电路1的一种实施形态的电路图(a)、以及各部A～C点的电压波形图(b)。
图3是说明超声振子10及扼流圈9的阻抗特性的图。
图4是表示相位延迟电路1和第二相位调整电路15的一种实施形态的电路图。
图5是说明由微型计算机12进行的驱动相位的自动调整工作的流程图。
具体实施例方式
图1是表示本发明的超声振子驱动装置的一种实施形态的框图。如该图所示，本实施形态的超声振子驱动装置有将规定的相位延迟供给被输入的脉冲信号的相位延迟电路1；使从相位延迟电路1输出的脉冲信号进行逻辑反相的反相信号生成电路2；输出逻辑彼此反相的脉冲信号的第一、第二驱动器3、4；由直流电压生成交流电压的倒相电路5；只使特定的频率分量通过的带通调整滤波器6；根据带通调整滤波器6的输出信号进行相位调整的第一相位调整电路7；将从第一相位调整电路7输出的逻辑信号变换成数字脉冲信号的零交叉脉冲变换电路8；扼流圈9；超声振子10；将超声振子10的通电电流作为电压信号检测的变流器11；根据用变流器11获得的电压信号控制驱动相位的自动调整的微型计算机12；即使非通电时也能保持存储内容的非易失性存储器13；由发光二极管和蜂鸣器等构成的通知部14；以及根据来自微型计算机12的指示，进行相位延迟电路1的相位调整的第二相位调整电路15。另外，作为检测超声振子10的通电电流的检测单元，即使使用霍尔元件或其他电流检测器代替变流器11也没有关系。
倒相电路5有FET51、52、双重绝缘变压器53、以及电阻54。FET51、52的各栅连接在第一、第二驱动器3、4的输出端子上。FET51、52的两个源中通过电阻54接地的一方还连接在微型计算机12的初级电流检测端子上。
双重绝缘变压器53有线圈53a、53b、53c；以及使各线圈进行磁耦合的芯53d。线圈53a的一端连接在FET51的漏上，另一端连接在FET52的漏上。另外，线圈53a的中心抽头连接在负载电源上。由扼流圈9和超声振子10构成的串联电路连接在线圈53b的两端之间。线圈53c的两端连接在带通调整滤波器6的输入端上。之所以使用了双重绝缘变压器5，是为了强化初级与次级的绝缘的缘故，在不需要绝缘强化的情况下，也可以用通常的绝缘变压器。
另外，在本实施形态的超声振子驱动装置中，输送给超声振子10和控制系统电路的全部电力由外部供给。另外，通过与外部的通信，进行对微型计算机12的启动指示或停止指示等。但是，用户利用连接在微型计算机12上的键开关(图中未示出)等，也能直接操作。
接着，说明由上述结构构成的超声振子驱动装置的工作。图2是表示相位延迟电路1的一种实施形态的电路图(a)和在各部A～C点的电压波形图(b)。如该图所示，本实施形态的相位延迟电路1是有逻辑电路IC1、IC2、电容器C1以及电阻R1而成的固定延迟电路。但是，相位延迟电路1的结构不限定于此，也可以采用其他方式。
本实施形态的超声振子驱动装置在运转时，周期为T的脉冲信号从零交叉脉冲变换电路8输入到相位延迟电路1的A点。如果A点电位(即对逻辑电路IC1的输入)从低电平变成高电平，则逻辑电路IC1的输出从高电平变成低电平，电容器C1的充电电压经由电阻R1向逻辑电路IC1的输出端放电。因此，B点电位按照规定的时间常数从高电平变化到低电平。这时，如果B点电位使逻辑电路IC2的阈值电平下降，则逻辑电路IC2的输入从高电平变成低电平，逻辑电路IC2的输出从低电平反相成高电平。
也就是说，在相位延迟电路1中，利用电容器C1和电阻R1组成的时间常数，使C点电位相对于A点电位的逻辑反相延迟一段时间t1。其结果是，在超声振子10的驱动相位中产生相当于时间t1的相位差。另外，在逻辑电路IC1的输入从高电平变成低电平的情况下，也与上述相同，C点电位相对于A点电位的逻辑反相也延迟一段时间t1，产生相位差。
反相信号生成电路2使从相位延迟电路1输出的脉冲信号进行逻辑反相后供给第二驱动器4。因此，第一、第二驱动器3、4变成输出各种逻辑反相后的信号，所以构成倒相电路5的FET51、FET52交替地导通。因此，来自负载电源的电流经由线圈53a的中心抽头，交替地流过FET51和FET52，所以流过线圈53a的电流方向重复地反相，在次级的线圈53b中感应交流电压。在线圈53b中获得的次级电流通过扼流圈9，供给超声振子10。
这时，在双重绝缘变压器53的线圈53c中，生成表示超声振子10的驱动相位电流波形的电压信号，该电压信号被输出给带通调整滤波器6。但是，由于线圈53b、53c的缠绕方向不同，所以在线圈53c中产生的电压相位变成与次级电流偏移相位180度的逆相位。
如上所述，带通调整滤波器6是只使特定的频率分量通过的滤波器。另外，本实施形态的带通调整滤波器6由线圈和电容器的并联电路(图中未示出)构成，通过调节线圈的电感值或电容器的静电电容，用包含超声振子10的共振频率和反共振频率之间的所希望的频率进行调节，以便带通调整滤波器6的阻抗降至最低。因此，在从线圈53c输入的电压信号中包含的频率分量之中，超声振子10的共振频率和反共振频率以外的频率分量由带通调整滤波器6进行衰减。但是，带通调整滤波器6的内部结构不限定于线圈和电容器的并联电路，也可以采用其他方式。
带通调整滤波器6的输出信号被输入到第一相位调整电路7中。第一相位调整电路7与形成固定相位差的相位延迟电路1一起调整相位差，以便使整个环路的相位差保持在180度。
另外，上述的带通调整滤波器6和第一相位调整电路7一般说来在生产超声振子驱动装置时进行初始调整，以后多半按照固定值使用，但在用手动进行相位调整的超声振子驱动装置中，多半进行第一相位调整电路7的调整。
零交叉脉冲变换电路8是以该零交叉电位为基准，将从第一相位调整电路7输出的正弦波状模拟信号变换成以50％的占空比进行高电平/低电平反相的数字脉冲信号的电路，有对以后的信号处理进行简化的目的。另外，由于用脉冲化了的数字信号进行驱动相位的自动调整处理，所以能实现不易受信号电压变化的影响的精度高的自动调整。另外，如上所述，用零交叉脉冲变换电路8生成的数字脉冲信号被传送给相位延迟电路1。
如上所述，由相位延迟电路1、反相信号生成电路2、第一、第二驱动器3、4、倒相电路5、带通调整滤波器6、第一相位调整电路7以及零交叉脉冲变换电路8形成使超声振子10的驱动相位固定的PLL闭合电路。另外，在本实施形态的超声振子驱动装置内，作为对超声振子10的驱动相位变化影响大的元件，能举出相位延迟电路1内的电容器、带通调整滤波器6内的线圈或电容器以及第一相位调整电路7内的电容器。
其次，说明超声振子10及扼流圈9的阻抗特性。图3是说明超声振子10及扼流圈9的阻抗特性的图，(a)是表示超声振子10单独的阻抗特性曲线，(b)是表示由超声振子10及扼流圈9构成的串联电路的相角特性曲线，(c)是表示由超声振子10及扼流圈9构成的串联电路的阻抗特性曲线。另外，(a)～(c)的横轴皆表示频率，图中右侧是高频侧。
如图中(a)所示，作为超声振子10的驱动频率，最好在共振点与反共振点之间。另一方面，由超声振子10和扼流圈9构成的串联电路阻抗的极大点(参照图中(c))相当于相角为0度的点(参照图中(b))，成为流过由超声振子10及扼流圈9构成的串联电路的电流的极小点。这时，变流器11的次级线圈中感应的电压信号也变成极小值，所以如果探测到该电压信号的极小值，就总是能确定在最佳状态下驱动超声振子10用的基准点(基准频率)。
这样，超声振子10的通电电流成为最小的频率是由超声振子10及扼流圈9构成的串联电路的相角为0度的频率，该串联电路的阻抗变得最高，所以最适合作为驱动相位的基准点，能实现准确的自动校正。
接着，进行关于以上说明过的进行相位调整的结构的详细说明。图4是表示相位延迟电路1和第二相位调整电路15的一种实施形态的电路图。本实施形态的第二相位调整电路15与构成相位延迟电路1的电阻R1并联地将由开关SWa、SWb、SWc和调整用电阻Ra、Rb、Rc构成的三组串联电路连接起来构成。通过形成这样的结构，进行开关SWa～SWc的通/断控制，从而能将调整用电阻Ra～Rc构成8种组合，组装入相位延迟电路1中。
如上所述，由构成电路的电容值和电阻值决定相位延迟电路1的时间常数，在超声振子10的驱动相位中生成对应于该时间常数的相位差t1。因此，如果用微型计算机12对第二相位调整电路15的开关SWa～SWc进行通/断控制，则能改变决定相位延迟电路1的时间常数的电阻值，所以结果是，能调整超声振子10的驱动相位中产生的相位差t1。
另外，由于用由电容器和电阻构成的简单的CR时间常数电路进行调整，所以能实现电路结构的简化和降低成本。另外，由于是改变电容值或电阻值，以探测最佳的驱动相位的方式，所以能实现不易受构成相位延迟电路1和第二相位调整电路15的电容器及电阻器的误差和随时间变化的影响的自动调整。
另外，第二相位调整电路15的结构不限定于上述的结构，能进行各种变更，例如增减开关和调整用电阻的组合数目的结构、或者与构成相位延迟电路1的电阻R1串联地插入调整用电阻的结构等。另外，虽然图中未示出，但也可以作成与构成相位延迟电路1的电容器C1并联(或串联)地连接调整用电容器，使电容值变化的结构。
另外，在本实施形态的第二相位调整电路15中，作为切换调整用电阻Ra～Rc的连接的开关SWa～SWc，虽然使用触点开关，但开关种类不限定于此，能使用FET等半导体开关元件或收容了多个FET的IC、或者通过通信控制能改变电阻值的IC等。当然，切换电容值的情况也一样。
其次，说明上述的驱动相位的自动调整工作。图5是说明由微型计算机12进行的驱动相位的自动调整工作的流程图。另外，以下举例说明改变相位延迟电路1的电阻值，调整超声振子10的驱动相位的结构，关于电容值的变化，则省略其说明。
另外，通过检测超声振子10的通电电流(从变流器11输出的电压信号)、或表示同等的动作的通电电流代替信号(用电阻54进行了电压变换的双重绝缘变压器53的初级电流信号等)，能自动调整超声振子10的驱动相位，但在以下则举例说明根据从变流器11输出的电压信号进行相位调整工作的情况，关于检测其他通电电流代替信号的结构，则省略其说明。
首先，在步骤F1中，如果超声振子10的运转开始，则在接下来的步骤F2中，从微型计算机12将指示送给通知部14，以便通知现在正在自动调整超声振子10的驱动相位的意旨，在接受了该指示的通知部14中，进行发光二极管的点亮/闪烁或峰鸣器输出等。利用这样的通知工作，用户能确认需要暂时等待超声振子10的使用，所以提高了方便性。
另外，超声振子10的运转开始后，如果是每次实施驱动相位的自动调整的结构，则不仅部件的随时间的变化，而且这时的温度条件等也进行最佳的自动调整，能常时地谋求确保超声振子10的性能。
此后，在步骤F3中，从连接在微型计算机12上的非易失性存储器13中读出上次调整时确定的电阻值(或预先登记的初始值)的设定状态，接着在步骤F4中，设定前次确定值作为本次的自动调整开始时的初始电阻值。这样如果是将前次确定值作为基准值，开始自动调整的结构，则能谋求缩短自动调整时间。另外，通过将前次确定值存储在非易失性存储器13中，即使切换向微型计算机12的通电，再次向微型计算机12通电时也能调出前次确定值。
此后，在步骤F5中，如果超声振子驱动装置的振荡开始，则在步骤F6中，检测上述状态下的变流器11的电压信号。另外，接着在步骤F7中，通过切换开关SWa～SWc，相位延迟电路1中的电阻值在使超声振子10的驱动频率降低的方向(使相位延迟电路1中的延迟时间t1增大的方向)变化一个台阶，接着在步骤F8中，检测该状态下的变流器11的输出电压信号。
此后，在步骤F9中，进行在步骤F6中检测到的电压信号与在步骤F8中检测到的电压信号的比较。这里，如果步骤F8中的电压信号比步骤F6中的电压信号低，则流程接着前移到步骤F10，如果不低，则流程前移到步骤F16。
在步骤F9中，在断定了电压信号低的情况下，意味着现在的驱动频率接近于超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率。因此，在步骤F10中，为了使相位延迟电路1的电阻值再降低一个台阶而进行切换，接着在步骤F11中，检测该状态下的变流器11的输出电压信号。
此后，在步骤F12中，进行在步骤F8中检测到的电压信号与在步骤F11中检测到的电压信号的比较。这里，如果步骤F11中的电压信号比步骤F8中的电压信号低，则流程接着前移到步骤F13，如果不低，则流程前移到步骤F21。
在步骤F12中，在断定了电压信号更低的情况下，在步骤F13中，进行开关SWa～SWc的切换状态是否成为最低设定的判断。这里，如果开关SWa～SWc的切换状态不是最低设定，则流程返回到上述的步骤F10，为了使现在的驱动频率接近于超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率，相位延迟电路1的电阻值再降低一个台阶而进行切换。
另一方面，在重复上述的相位延迟电路1的电阻值变化(F10)和变流器11的电压信号检测/比较(F11、F12)的过程中，在开关SWa～SWc的切换状态成为最低设定的情况下，在步骤F13中，断定相位延迟电路1的电阻值不能设定得比其更低，流程接着前移到步骤F14。
原来，超声振子驱动装置被设计成在开关SWa～SWc的切换范围内，有超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率。因此，不管开关SWa～SWc是否为最低设定，变流器11的输出电压仍然比以前低时，能断定某个部件发生了故障等。因此，在步骤F14中，使超声振子驱动装置的振动工作停止，接着在步骤F15中，进行错误显示(通知)。此后，上述的一系列调整工作结束。这样，在驱动相位的自动调整单元中发生了不良现象的情况下，使运转停止，进行错误显示(通知)，由于作成这样的结构，所以用户能可靠地认识到自动调整单元的不良状况。
另一方面，在步骤F9中，在断定了步骤F8中的电压信号比步骤F6中的电压信号高的情况下，意味着现在的驱动频率远离超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率。因此，在步骤F16中，相位延迟电路1的电阻值被切换成提高两个台阶(即，比在步骤F3中读出的前次确定值高一个台阶)，接着在步骤F17中，检测该状态下的变流器11的输出电压信号。
此后，在步骤F18中，进行在步骤F6中检测到的电压信号与在步骤F17中检测到的电压信号的比较。这里，如果步骤F17中的电压信号比步骤F6中的电压信号低，则流程接着前移到步骤F19，如果不低，则流程前移到步骤F21。
在步骤F18中，在断定了电压信号低的情况下，在步骤F19中，进行开关SWa～SWc的切换状态是否成为最高设定的判断。这里，如果开关SWa～SWc的切换状态不是最高设定，则流程前移到步骤F20，为了使现在的驱动频率接近于超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率，相位延迟电路1的电阻值再提高一个台阶而进行切换。此后，流程返回到上述的步骤17。
另一方面，在重复进行上述的相位延迟电路1的电阻值变化(F20)和变流器11的电压信号检测/比较(F17、F18)的过程中，在开关SWa～SWc的切换状态成为最高设定的情况下，在步骤F19中，断定相位延迟电路1的电阻值不能设定得比其更高，流程前移到上述的步骤F14。然后，在步骤F14、F15中，超声振子驱动装置的振动工作停止，并且进行错误显示(通知)，上述的一系列调整工作结束。
另外，在上述的步骤F12或F18中，在断定了现在的电压信号比此前的电压信号高的情况下，意味着此前的驱动频率比现在的驱动频率接近于超声振子10的共振频率与反共振频率之间的基准频率。因此，在步骤F21中，相位延迟电路1的此前的电阻值被作为确定值，接着在步骤F22中，用该确定值改写非易失性存储器13内的前次确定值。
但是，在相位延迟电路1中的电阻值的可变分解度低的情况下，通过步骤F21中确定的开关设定，有时未必能使超声振子10的驱动频率为最佳频率。因此，在步骤F23中，根据需要，进行使在步骤F21中确定的基准频率提高或降低一个台阶等的修正。另外，该修正工作中必要的信息(例如，电阻值与驱动频率的相关关系)也可以预先存储在微型计算机12中。
此后，在步骤F24中，如果驱动相位的自动调整结束，则接着在步骤F25中，进行通知部14中的发光二极管的熄灭和峰鸣器输出的停止等。然后，超声振子驱动装置转移到正常运转。
如上所述，在本实施形态的超声振子驱动装置中，用微型计算机12检测超声振子10的通电电流，根据该通电电流，以数字方式使电容值或电阻值变化，所以没有模拟方式的判断误差，能实现由控制软件进行的自动调整。
另外，图5中虽然未记载，但在上述的自动调整工作中，即使在不能决定确定值的情况下，有时只是检测超声振子10的通电电流的变流器11有故障，所以通过将在步骤F3读出的前次确定值或初始值作为暂定的确定值来设定，也能使振动工作继续。通过制成这样的结构，即使在自动调整单元中发生了不良现象的情况下，也能在直至修理的期间暂且进行运转。
另外，同样地在图5中虽然未记载，但在上述的自动调整工作中，即使在不能决定确定值的情况下，也能再次返回到步骤F4重新进行自动调整。如果制成这样的结构，能实现更稳定的自动调整。
工业上的可利用性本发明的超声振子驱动装置能应用于有超声振子的全部装置(超声波清洗机等中)。如果采用本发明，则即使由于超声振子或超声振子驱动装置的部件的温度变化、或部件长期随时间的变化，使得进行了初始调整的超声振子的最佳驱动相位偏移，也不需要进行依赖于用户的直觉的手动调整。因此，对用户来说，不仅非常方便，而且能谋求对各种条件变化或长期的条件变化的性能维持。另外，在超声振子的Q值低的情况下(即，共振频率与反共振频率的差值大的情况下)等，除了上述的以外，也不需要相位固定电路(带通调整滤波器和相位调整电路)的初始调整。因此，具有能大幅度地改善超声振子驱动装置的生产效率的优点。
权利要求
1.一种超声振子驱动装置，它是具有使超声振子的驱动相位固定的相位固定电路而成的超声振子驱动装置，其特征在于根据上述超声振子的通电电流或表示同等动作的通电电流代替信号，自动地调整用上述相位固定电路固定的上述超声振子的驱动相位。
2.如权利要求1所述的超声振子驱动装置，其特征在于通过使构成上述相位固定电路的CR时间常数电路的时间常数变化，自动调整上述超声振子的驱动相位。
3.如权利要求2所述的超声振子驱动装置，其特征在于有检测上述超声振子的通电电流或表示同等的动作的通电电流代替信号的微型计算机，用该微型计算机的指令使上述CR时间常数电路的时间常数变化。
4.如权利要求3所述的超声振子驱动装置，其特征在于上述微型计算机使上述CR时间常数电路的时间常数变化，以便上述超声振子的通电电流或表示同等的动作的通电电流代替信号变成极小。
5.如权利要求1所述的超声振子驱动装置，其特征在于有即使非通电时也能保持存储内容的非易失性存储器，将通过上述驱动相位的自动调整而获得的相当于新的驱动相位的数据，作为该自动调整的确定值存储在上述非易失性存储器中。
6.如权利要求5所述的超声振子驱动装置，其特征在于参照存储在上述非易失性存储器中的前次确定值，进行上述驱动相位的自动调整。
7.如权利要求6所述的超声振子驱动装置，其特征在于在上述驱动相位的自动调整未结束的情况下，将存储在上述非易失性存储器中的前次确定值或预先登记的初始值，作为暂定的确定值来设定。
8.如权利要求1所述的超声振子驱动装置，其特征在于在上述驱动相位的自动调整未结束的情况下，通知该意旨，同时停止上述超声振子的驱动。
9.如权利要求8所述的超声振子驱动装置，其特征在于在停止了上述超声振子的驱动的情况下，在规定期间后再开始进行该超声振子的驱动，重新尝试进行上述驱动相位的自动调整。
10.如权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的超声振子驱动装置，其特征在于根据脉冲变换后的数字相位信号，进行上述驱动相位的自动调整。
11.如权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的超声振子驱动装置，其特征在于上述超声振子的驱动开始后，进行上述驱动相位的自动调整。
12.如权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的超声振子驱动装置，其特征在于在上述驱动相位的自动调整过程中，通知该意旨。
全文摘要
本发明的超声振子驱动装置有由时间常数电路构成的相位延迟电路；检测超声振子的通电电流的微型计算机；以及利用该微型计算机的指令改变相位延迟电路的时间常数的相位调整电路，它具有控制相位调整电路，使得超声振子的通电电流成为极小的结构。采用本结构，不需要用手动进行相位调整，总是能最佳地驱动超声振子。
文档编号B06B1/02GK1571705SQ0282054
公开日2005年1月26日 申请日期2002年10月15日 优先权日2001年10月17日
发明者咏田浩明 申请人:夏普株式会社