超音波センサーの送受信について

2012/10/23 16:13

このQ&Aのポイント

超音波センサーの送受信回路を設計しています。部品の入手性が問題となっていますが、トランスを使用せずに駆動する方法を知りたいです。
送信回路にはFETを使用したフルブリッジ回路を考えていますが、受信部の回路構成についてはわかりません。
出力電圧がmVオーダーのセンサーからの入力保護にはバリスタを使用する方法がありますが、これでトランスを使用しない回路が実現できるのか知りたいです。

noname#230358

測定・分析
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noname#230359

2012/10/23 20:40 回答No.2

＞希望の定格に合うトランスがないため確かにその通りだと思います。＞トランスを使わないで、超音波センサーを駆動する回路トランスを使って駆動回路の電圧をn倍に昇圧して超音波センサーを駆動することを想定して回答します。駆動回路は、直流を電源として、スイッチ素子を利用して交流を作ります。　単純に言えば、直流電圧を、もとの設計のｎ倍とすれば、もとの回路と同じ形式の回路が使えます。もちろん、スイッチ素子にはｎ倍の耐圧のものが必要です。このように設計すれば、トランスレスとすることが可能です。とりあえず、以上を１次回答と致します。このヒントだけで回路設計ができる方であれば、このような質問をなさらないように思います。まだまだ疑問点があろうかと思いますので、どしどし追記して下さい。 40535のご質問を早期に締めきっていますが、十分に納得なさっているのか甚だ疑問が残ります。「kWオーダー」とは、尖頭出力がkWオーダーなのか連続定格出力がkWなのか、などによって駆動回路の設計は大きく変わるものと思います。もう少し、背景となる情報を提示なさることが良さそうに感じます。受信(増幅)回路が受け付けることの可能な電圧となるように、抵抗分圧回路などで電圧を調整すれば、トランスレスとすることは可能と思います。しかしながら、受信(増幅)回路が受け付けることの可能なコモンモード電圧と、信号電圧（ノーマルモード電圧）の関係から、トランスを介した方が良好な性能を安価に得られる可能性があると思います。受信側の回路では、トランス及び周辺部の電力損失が製品性能における決定的な要素となることは少ないと思いますので、市場に流通しているトランスを設計に取り込むことができる可能性は大きいと思います。回答(4)さんのご指摘は的確だと思います。送信（駆動）側の基本設計には、次のURLに示される、圧電素子のアドミッタンス特性のようなデータに基づき駆動周波数を決めることが必要と思います。 http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/keisoku/bipolar/bp_piezo.html 超音波振動子の特性と整合回路について http://www.nfuture.co.jp/powerpp/tyouonpa.files/frame.htm ご参考まで＞入力部の保護についてですが、＞センサーからの出力電圧がmVオーダーであることを考えると＞バリスタを使って保護回路を構成すれば、＞トランスを使わないで済むのではないかと考えておりますが＞如何でしょうか。受信側のアンプが壊れないことだけを担保するのであれば、バリスタを使った方法でもOKのようにも思います。しかしながら、お問い合わせの内容から推測すると、反射した超音波信号を送信波を停止させた直後に的確に捉える必要があるものと思います。このような場合は、強大な送信信号が印加された状態においても、受信アンプを飽和させないようにして、動作点を一定に保っておくことが必要と思います。このような機能が必要な場合は、単純なリミッター回路ではなく、相当のノウハウが必要と想像します。

質問者

お礼 2012/10/29 10:00

皆様。返信が遅くなり誠に申し訳ありません。参考にさせて頂きます。

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noname#230359

2012/10/24 01:15 回答No.4

毎度ＪＯです。過去の投稿から推測すると（http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=277175&event=QE0004）１）２０年以上前の設計で、圧電素子をドライブする周波数が５００ｋＨｚも有るとは思えませんこの５００ｋＨｚは計測結果ですか？？　オシロでの測定の様ですが、そのオシロの周波数帯域は幾つでしょう安価なデジタルオシロで周波数帯域が１００ｋＨｚとかですと、エリアッシングが発生し、折り返しノイズを観測する事となり、正確な周波数が観測出来ません２）圧電素子は通常、１００～数１００Ｖの電圧で駆動されますが、素子の特性から３Ａも流れるとは思えません仮に３Ａ流れたとすると、圧電素子が１ｋＷの電力消費をする事になり、とても現実的ではありませんが、デューティー1/500なら平均２Ｗですから大目の発熱となりますこの３Ａは電流プローブ等による実測値ですか？　実測値とするならば、１ｋＷのスイッチング電源を設計する事と同じとなり、相当なノウハウと放熱対策・ノイズ対策が必要となります（デューティー1/500でも）本回路を設計する場合、仮に５００ｋＨｚで３Ａ出力とするならば、最近の設計ではトランスを使用せず全て半導体になるでしょう圧電素子を使用した超音波センサーですから、５００ｋＨｚで３Ａ出力　　↓ オーバーシュート無しに停止させる　　↓ 受信回路を動作させて５００ｋＨｚを増幅　　↓ ５００ｋＨｚの帯域フィルタで、帯域外のノイズ低減　　↓ ５００ｋＨｚの成分を微分回路で検出　　↓ 送信から受信までの時間を計測　　但し、反射が複数有ったり、複数反射の反射レベルがマチマチの場合、微分回路が非常に複雑になります仮に５００ｋＨｚで３Ａ出力ならば、パワーＭＯＳＦＥＴによるフルブリッジ回路で出力します送受信を同一の圧電素子で行うなら、入力信号は数ｍＶ程度でしょうから、入力を増幅するＯＰアンプの入力保護を考えねばなりません、Ｒとクリップダイオードで可能か？？上記の投稿内容が理解出来ないなら、設計及び制作は無理です関係する書物を読破したとしても、基本的な所が理解出来るのみで回路設計に関わるノウハウや、実装技術までは習得出来ません

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noname#230359

2012/10/24 00:34 回答No.3

ご予算の問題もあるでしょうが↓のを買ったほうが結局は安く済むと思います http://echo-denshi.co.jp/pzt.htm バイポーラ型　２チャンネル電源 ENP-6032B \520,000 出力電圧 0～±300V http://www.mess-tek.co.jp/Product/Piezo_CTL/Index.htm M-2629シリーズ　-10～+300V

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