(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通電極、送信用電極、および前記送信用電極とは独立した受信用電極を有する３端子型の超音波トランスデューサと、
前記送信用電極に駆動信号を出力して前記超音波トランスデューサから超音波を送信させるように構成された送信回路と、
前記受信用電極からの受信信号を受信するように構成された受信回路と、
前記受信信号の残響信号から前記超音波トランスデューサの共振周波数を測定するように構成された周波数測定回路と、
前記残響信号から前記超音波トランスデューサのＱ値を測定するように構成されたＱ値測定回路とを備える、超音波装置。
【請求項２】
前記Ｑ値測定回路で測定されたＱ値と、前記周波数測定回路で測定された共振周波数とに基づいて、前記超音波トランスデューサの異常を判定するように構成された判定部をさらに備える、請求項１に記載の超音波装置。
【請求項３】
前記Ｑ値測定回路によるＱ値の測定時、および前記周波数測定回路による共振周波数の測定時に、前記送信用電極を接地するように構成された切換部をさらに備える、請求項１または２に記載の超音波装置。
【請求項４】
前記Ｑ値測定回路は、
前記残響信号の振幅の包絡線を検出するように構成された包絡線検出回路と、
前記包絡線において、第１の振幅から第２の振幅まで振幅が減衰するまでの減衰時間を測定するように構成された減衰時間測定回路と、
前記第１および第２の振幅、前記減衰時間、および前記超音波トランスデューサの共振周波数に基づいて、前記超音波トランスデューサのＱ値を算出するように構成されたＱ値算出回路とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波装置。
【請求項５】
前記Ｑ値測定回路および前記周波数測定回路で共通に使用するクロック信号を生成するように構成されたクロック信号生成回路をさらに備える、請求項４に記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波装置に関し、より特定的には、送信用端子と受信用端子とが独立して設けられた３端子型の超音波トランスデューサのＱ値および共振周波数を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサから超音波を送信し、被検出物で反射した反射波を超音波トランスデューサによって受信することによって、被検出物との距離などを測定する超音波装置が実用に供されている。【０００３】
超音波トランスデューサの振動面に、泥等の異物が付着したり、付着した水滴が凍結したりすると、超音波振動子による送波や受波が適切にできなくなる状態となり得る。その結果、超音波振動子の前方にある被検出物の存在を正しく検出できない可能性がある。【０００４】
特許第２９９８２３２号公報（特許文献１）は、泥等の異物の付着を検知できる超音波センサを開示する。この超音波センサは、超音波振動子の共振周波数を検出し、この共振周波数を監視して固有周波数と比較することにより超音波振動子の動作異常を検知する。【０００５】
また、特開２０１５−１０８８８号公報（特許文献２）は、超音波パルスを送波することによって超音波振動子に発生する残響振動から、超音波振動子の共振周波数およびＱ値を測定し、測定された共振周波数およびＱ値を用いて出力振幅を予測することによって、近距離にある物体の検知性能を向上させる構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９９８２３２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および特許文献２で用いられている超音波トランスデューサ（超音波センサ）は、いずれも超音波を送波するための送信用振動子（送信用電極）と反射波を受波するための受信用振動子（受信用電極）とが共通となっている、いわゆる２端子型の超音波振動子を用いるものである。このような２端子型の超音波トランスデューサにおいて、共振周波数およびＱ値を測定する場合、送受波用振動子に接続される送信回路および受信回路のインピーダンスの影響により、共振周波数およびＱ値を正確に測定することができない場合が生じ得る。【０００８】
特に、特許文献２の構成においては、送信回路（駆動回路）に送信信号の昇圧用のトランスが結合されているため、このトランスのインダクタンスが超音波トランスデューサの共振周波数およびＱ値に影響を与えてしまう。【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、超音波トランスデューサの共振周波数およびＱ値を精度よく測定することによって、超音波トランスデューサの異常検出精度を向上させた超音波装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による超音波装置は、超音波トランスデューサと、送信回路と、受信回路と、周波数測定回路と、Ｑ値測定回路とを備える。超音波トランスデューサは、送信用電極、受信用電極、および共通電極を有する３端子型の超音波トランスデューサである。送信回路は、送信用電極に駆動信号を出力して超音波トランスデューサから超音波を送信させる。受信回路は、受信用電極からの受信信号を受信する。周波数測定回路は、受信信号の残響信号から超音波トランスデューサの共振周波数を測定する。Ｑ値測定回路は、受信信号の残響信号から超音波トランスデューサのＱ値を測定する。【００１１】
好ましくは、超音波装置は、Ｑ値測定回路で測定されたＱ値と、周波数測定回路で測定された共振周波数とに基づいて、超音波トランスデューサの異常を判定するように構成された判定部をさらに備える。【００１２】
好ましくは、超音波装置は、Ｑ値測定回路によるＱ値の測定時、および周波数測定回路による共振周波数の測定時に、送信用電極を接地するように構成された切換部をさらに備える。【００１３】
好ましくは、Ｑ値測定回路は、包絡線検出回路と、減衰時間測定回路と、Ｑ値算出回路とを含む。包絡線検出回路は、残響信号の振幅の包絡線を検出する。減衰時間測定回路は、包絡線において、第１の振幅から第２の振幅まで振幅が減衰するまでの減衰時間を測定する。Ｑ値算出回路は、第１および第２の振幅、減衰時間、および超音波トランスデューサの共振周波数に基づいて、超音波トランスデューサのＱ値を算出する。【００１４】
好ましくは、超音波装置は、Ｑ値測定回路および周波数測定回路で共通に使用するクロック信号を生成するように構成されたクロック信号生成回路をさらに備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超音波トランスデューサの共振周波数およびＱ値の測定において、送信回路のインピーダンスの影響を低減できるので、共振周波数およびＱ値を精度よく測定することが可能となる。これにより、超音波トランスデューサの異常検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に従う超音波装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１における送信回路の第１の例を示す図である。
【図３】図１における送信回路の第２の例を示す図である。
【図４】水滴の付着とＱ値および共振周波数の変化との関係を示すグラフである。
【図５】泥の付着とＱ値および共振周波数の変化との関係を示すグラフである。
【図６】図１の検出回路の詳細を示す図である。
【図７】受信信号の残響信号からＱ値および共振周波数を測定する手法の詳細を説明するための図である。
【図８】図６の検出回路をさらに詳細に説明するための図である。
【図９】検出回路の変形例を示す図である。
【図１０】超音波装置の他の変形例を示す図である。
【図１１】本実施の形態２に従う超音波装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１における送信回路の一例を示す図である。
【図１３】送信用回路を接地した場合と接地しない場合のＱ値の測定誤差を比較したグラフである。
【図１４】送信用回路を接地した場合と接地しない場合の共振周波数の測定誤差を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に従う超音波装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、超音波装置１００は、送信回路１１０と、超音波トランスデューサ１２０と、増幅器１３０と、受信回路１４０と、異常判定回路１５０と、検出回路２００とを備える。
【００１９】
送信回路１１０は、超音波トランスデューサ１２０を駆動することによって、超音波トランスデューサ１２０から超音波を送信するための回路である。送信回路１１０は、メモリ１１２と、制御回路１１４と、信号生成回路１１６とを含む。制御回路１１４は、メモリ１１２に格納されているデータを読み出して、超音波トランスデューサ１２０の駆動に適した制御信号ＤＲＶを信号生成回路１１６に出力する。信号生成回路１１６は、制御回路１１４から出力された制御信号ＤＲＶに基づいて、直流電圧から交流電圧（超音波パルス：送信信号）を生成する。信号生成回路１１６は、生成した交流電圧を必要に応じて増幅し、超音波トランスデューサ１２０に供給する。信号生成回路１１６の詳細な構成については後述する。
【００２０】
超音波トランスデューサ１２０は、送信用電極１２１（端子ＴＸ）と、受信用電極１２２（端子ＲＸ）と、共通電極１２３（端子ＣＯＭ）と、圧電体１２４とを含む、いわゆる３端子型の超音波トランスデューサである。送信用電極１２１および共通電極１２３は、送信回路１１０の信号生成回路１１６に接続される。受信用電極１２２は、増幅器１３０を介して受信回路１４０および検出回路２００と接続される。
【００２１】
圧電体１２４は、超音波を送信するための送信用領域１２４Ａと、超音波の反射波を受信するための受信用領域１２４Ｂとを含む。送信用電極１２１は、圧電体１２４の送信用領域１２４Ａを間に挟んで共通電極１２３に対向するように配置されており、送信用領域１２４Ａに電気的に接続されている。受信用電極１２２は、圧電体１２４の受信用領域１２４Ｂを挟んで共通電極１２３に対向するように配置されており、受信用領域１２４Ｂに電気的に接続されている。共通電極１２３は、送信用領域１２４Ａおよび受信用領域１２４Ｂに電気的に接続されている。
【００２２】
送信用電極１２１は、信号生成回路１１６からの送信信号を受ける。圧電体１２４の送信用領域１２４Ａは、当該送信信号によって送信用電極１２１を振動させることによって送信用電極１２１から気中などに向けて超音波を送信（送波）する。
【００２３】
受信用電極１２２は、送信用電極１２１から送信された超音波が物体によって反射された反射波を受信（受波）して振動する。圧電体１２４の受信用領域１２４Ｂは、送信用電極１２１の振動を電気信号に変換し、当該電気信号を受信信号として増幅器１３０へ出力する。
【００２４】
増幅器１３０は、たとえば抵抗とオペアンプ（いずれも図示せず）とを含んで構成される反転増幅回路であり、送信用電極１２１からの受信信号を増幅して、受信回路１４０および検出回路２００へ出力する。
【００２５】
受信回路１４０は、増幅器１３０で増幅された受信信号を受ける。受信回路１４０は、当該受信信号の電圧値を検出し、その検出値ＲＣＶを制御回路１１４へ出力する。
【００２６】
検出回路２００は、増幅器１３０で増幅された受信信号に基づいて、後述するように超音波トランスデューサ１２０の共振周波数（ＦＲＱ）およびＱ値（ＱＶ）を測定する。測定された共振周波数およびＱ値は、異常判定回路１５０に出力される。本実施の形態においては、送信用電極１２１と受信用電極１２２とが分離された３端子型の超音波トランスデューサ１２０の受信用電極１２２に検出回路２００を設けることで、共振周波数およびＱ値の測定において、送信回路１１０のインピーダンスの影響を低減することができる。
【００２７】
なお、超音波トランスデューサを用いた最近のシステムにおいては、上記のような、受信信号の残響信号の包絡線の検出機能および共振周波数の測定機能を予め備えているものがある。そのため、受信回路にＱ値測定回路を設けることで、もともと備えられている包絡線の検出機能および共振周波数測定回路をＱ値測定のために共通化することができる。したがって、比較的容易にＱ値測定回路を実現することができる。
【００２８】
異常判定回路１５０は、検出回路２００で測定された共振周波数およびＱ値に基づいて、超音波トランスデューサ１２０に、水滴や泥などが付着しているか否かの異常を判定する。異常判定回路１５０による判定結果は、制御回路１１４に出力される。なお、図１においては、異常判定回路１５０が、制御回路１１４と独立した回路として記載されているが、異常判定回路１５０の機能が制御回路１１４に含まれる構成であってもよい。
【００２９】
制御回路１１４は、受信回路１４０からの検出値ＲＣＶに基づいて物体の有無や移動および物体までの距離に関する情報を把握する。また、制御回路１１４は、異常判定回路１５０において異常が検出された場合には、図示しない通知装置を用いて異常の発生をユーザに通知する。超音波装置１００は、たとえば車などに搭載される超音波センサとして使用することができる。
【００３０】
図２は、図１の送信回路１１０の詳細を説明するための図である。図２を参照して、信号生成回路１１６は、正電源Ｖｔｘ＋および負電源Ｖｔｘ−と、スイッチング素子（切換部）ＳＷ１，ＳＷ２とを含んで構成される。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、正電源Ｖｔｘ＋と負電源Ｖｔｘ−との間に直列に接続され、いわゆるハーフブリッジ回路を形成する。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との間の接続ノードは、超音波トランスデューサ１２０の送信用電極１２１（ＴＸ）に接続される。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、制御回路１１４からの制御信号ＤＲＶにより制御され、直流の正電源Ｖｔｘ＋と負電源Ｖｔｘ−から、超音波トランスデューサ１２０を駆動するための交流電圧（送信信号）を生成する。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１を導通状態とするとともにスイッチング素子ＳＷ２を非導通状態とすることによって、超音波トランスデューサ１２０に正パルスを出力することができる。逆に、スイッチング素子ＳＷ１を非導通状態とするとともにスイッチング素子ＳＷ２を導通状態とすることによって、超音波トランスデューサ１２０に負パルスを出力することができる。
【００３１】
超音波トランスデューサ１２０の共通電極１２３（ＣＯＭ）は、送信回路１１０において接地電位ＧＮＤに接続される。
【００３２】
図３は、図１の送信回路の他の例を示す図である。図３の送信回路１１０Ａにおいては、信号生成回路１１６Ａがフルブリッジ回路を形成している点で図２と異なる。
【００３３】
図３を参照して、信号生成回路１１６Ａは、直流電源Ｖｔｘと、スイッチング素子（切換部）ＳＷ３〜ＳＷ６とを含む。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は、直流電源Ｖｔｘと接地電位ＧＮＤとの間に直列に接続される。また、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６も、直流電源Ｖｔｘと接地電位ＧＮＤとの間に直列に接続される。このように、スイッチング素子ＳＷ３〜ＳＷ６は、フルブリッジ回路を形成する。
【００３４】
スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４との間の接続ノードには、超音波トランスデューサ１２０の送信用電極１２１（ＴＸ）が接続される。スイッチング素子ＳＷ５とスイッチング素子ＳＷ６との間の接続ノードには、超音波トランスデューサ１２０の共通電極１２３（ＣＯＭ）が接続される。
【００３５】
スイッチング素子ＳＷ３〜ＳＷ６は、制御回路１１４からの制御信号ＤＲＶにより制御され、直流電源Ｖｔｘから超音波トランスデューサ１２０を駆動するための交流電圧（送信信号）を生成する。具体的には、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６を導通状態とするとともに、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５を非導通状態とすることによって、超音波トランスデューサ１２０に正パルスを出力することができる。逆に、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６を非導通状態とするとともに、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５を導通状態とすることによって、超音波トランスデューサ１２０に負パルスを出力することができる。
【００３６】
次に、図４および図５を用いて、超音波トランスデューサ１２０の共振周波数とＱ値から、超音波トランスデューサ１２０に水滴および泥の付着の有無を判定する手法について説明する。
【００３７】
図４は、超音波トランスデューサ１２０の表面に水滴が付着した場合の、共振周波数およびＱ値の変化を示したグラフである。図４（ａ）には水滴の付着量（滴下数）と共振周波数との関係が示されており、図４（ｂ）には水滴の付着量（滴下数）とＱ値との関係が示されている。図４からわかるように、水滴の滴下数が多くなるほど共振周波数が低下しているが、Ｑ値については水滴の滴下数が変化してもほぼ同じ値を維持している。
【００３８】
一方、超音波トランスデューサ１２０の表面に泥が付着した場合の、共振周波数およびＱ値の変化を示したグラフを図５に示す。図５（ａ）には泥の付着量と共振周波数との関係が示されており、図５（ｂ）には泥の付着量とＱ値との関係が示されている。図５からわかるように、泥が付着した場合には、泥の付着の程度（付着量および乾燥状態）によって、共振周波数およびＱ値がともに変化している。
【００３９】
このように、超音波トランスデューサ１２０の共振周波数とＱ値の変化を測定することによって、超音波トランスデューサ１２０の表面に水滴や泥が付着する異常を検出することができる。そのため、超音波トランスデューサ１２０への水滴や泥の付着による異常を精度よく検出するためには、共振周波数およびＱ値の測定精度を向上させることが必要となる。
【００４０】
図６は、図１における検出回路２００の詳細を示す図である。図６を参照して、検出回路２００は、Ｑ値測定回路２１０と、共振周波数測定回路２５０とを含む。また、Ｑ値測定回路２１０は、包絡線検波回路２２０と、減衰時間測定回路２３０と、Ｑ値算出回路２４０とを含む。
【００４１】
共振周波数測定回路２５０は、増幅器１３０で増幅された受信信号を受ける。共振周波数測定回路２５０は、受信信号の残響信号から、超音波トランスデューサ１２０の共振周波数を測定する。測定された共振周波数は、Ｑ値算出回路２４０および異常判定回路１５０に出力される。
【００４２】
包絡線検波回路２２０は、受信信号の残響信号の包絡線を算出する。減衰時間測定回路２３０は、包絡線検波回路２２０で得られた包絡線における任意の２点の振幅電圧間の減衰時間を測定する。Ｑ値算出回路２４０は、減衰時間測定回路２３０で用いた包絡線の２点の振幅電圧とその減衰時間、および共振周波数測定回路２５０で測定された共振周波数を用いてＱ値を算出し、異常判定回路１５０に出力する。
【００４３】
図７を用いて、共振周波数測定回路２５０における共振周波数の測定と、Ｑ値測定回路２１０におけるＱ値の測定の詳細な手法についてさらに説明する。
【００４４】
図７を参照して、送信用電極１２１が超音波を送信した場合、送信を終了しても、超音波トランスデューサ１２０は、しばらくの間は超音波トランスデューサ１２０の固有振動数（共振周波数）で振動する。一般的に、このときの振動を「残響振動」と称し、そのときに受信信号に現れる信号を「残響信号」と称する。残響信号は、図７の実線の曲線ＬＮ１のように、時間とともに徐々に振幅が減少しながら振動する信号となる。
【００４５】
この残響信号における隣り合うピーク間の時間が、残響振動の周期ＴＲＥＳであり、周期ＴＲＥＳの逆数が超音波トランスデューサ１２０の共振周波数ｆＲＥＳ（＝１／ＴＲＥＳ）に対応する。したがって、隣り合うピーク間の時間間隔、あるいは、振幅がゼロとなるゼロクロスの時間間隔を測定することで、超音波トランスデューサ１２０の共振周波数を測定することができる。
【００４６】
また、Ｑ値は一般的に、減衰信号の減衰比をζとするとＱ＝１／２ζと表すことができる。そして、図７のように、振幅ａｎから振幅ａｎ＋ｍまでのｍ周期分の振幅の減衰を考えた場合、Ｑ値は以下の式（１）のように表すことができる。
【００４７】
【数１】
0006658922.tif 000002
【００４８】
しかしながら、式（１）のような計算手法では、残響信号の各ピークの振幅を求める回路が別途必要となる。ここで、残響信号の包絡線（図７中の一点鎖線の曲線ＬＮ２）を利用し、包絡線上の任意の２点間の振幅（ａＨＩＧＨ，ａＬＯＷ）とし、その２点間の減衰時間をｔＤＭＰとすると、式（１）は以下の式（２）のように書き換えることができる。
【００４９】
【数２】
0006658922.tif 000003
【００５０】
なお、図７においては、理解を容易にするために、２つの振幅ａＨＩＧＨ，ａＬＯＷを、ピークの振幅ａｎ，ａｎ＋ｍとしており、ｔＤＭＰ＝ｍ・ＴＲＥＳの関係が成立する。しかしながら、２つの振幅は、必ずしもピークの振幅である必要はなく、包絡線上の点であれば任意の点とすることができる。すなわち、包絡線を用いることによって、ピーク振幅を検出することなくＱ値を測定することができる。
【００５１】
図８は、図７で説明した演算を実行するための、図６における減衰時間測定回路２３０および共振周波数測定回路２５０をさらに詳細に示した図である。
【００５２】
図８を参照して、共振周波数測定回路２５０は、比較器２５１と、カウンタ２５２と、周波数算出回路２５３とを含む。
【００５３】
比較器２５１は、増幅された受信信号と交流接地電位ＡＣ＿ＧＮＤとを比較することによって、受信信号における直流バイアスを除去して、受信信号を交流信号に変換する。カウンタ２５２は、比較器２５１から出力された受信信号のゼロクロスの時間間隔をカウントする。周波数算出回路２５３は、カウンタ２５２からのカウンタ値に基づいて、ゼロクロスの時間から残響信号の周期ＴＲＥＳを算出し、その逆数をとることで共振周波数ｆＲＥＳ（＝ＦＲＱ）を算出する。
【００５４】
減衰時間測定回路２３０は、比較器２３１．２３２と、排他的論理和（ＸＯＲ）回路２３３と、カウンタ２３４とを含む。
【００５５】
比較器２３１は高振幅側のしきい値ａＨＩＧＨと包絡線の値とを比較し、比較器２３２は低振幅側のしきい値ａＬＯＷと包絡線の値とを比較する。ＸＯＲ回路２３３は、比較器２３１，２３２の出力から、包絡線の振幅がａＨＩＧＨからａＬＯＷに減衰するまでの間、論理ＨＩＧＨの信号を出力する。カウンタ２３４は、ＸＯＲ回路２３３の出力が論理ＨＩＧＨの時間をカウントすることによって、包絡線の振幅がａＨＩＧＨからａＬＯＷに減衰するまでの減衰時間ｔＤＭＰを算出する。そして、Ｑ値算出回路２４０は、振幅ａＨＩＧＨ，ａＬＯＷ、減衰時間ｔＤＭＰ、および周期ＴＲＥＳに基づいて、上記の式（２）からＱ値を算出する。
【００５６】
なお、図８においては、減衰時間測定回路２３０のカウンタ２３４および共振周波数測定回路２５０のカウンタ２５２に共通のクロック信号ｆＣＬＫを出力するためのクロック信号生成回路２６０がさらに設けられている。このような共通のクロック信号ｆＣＬＫを用いた場合、カウンタ２３４におけるカウント値をＮＤＭＰとし、カウンタ２５２におけるカウント値をＮＲＥＳとすると、ｔＤＭＰ＝ＮＤＭＰ／ｆＣＬＫ、ＴＲＥＳ＝ＮＲＥＳ／ｆＣＬＫとなるため、上記の式（２）は以下の式（３）のように書き換えることができる。
【００５７】
【数３】
0006658922.tif 000004
【００５８】
すなわち、カウンタ２３４，２５２に対して共通のクロック信号ｆＣＬＫを用いることによって、カウンタのカウント値のみを使用してＱ値を測定できる。そのため、クロック信号の周波数精度の影響を除去でき、Ｑ値の測定精度をさらに高めることが可能となる。
【００５９】
上述のように、測定されたＱ値および共振周波数は異常判定回路１５０に入力され、異常判定回路１５０において、図４および図５で示したような関係に基づいて、水滴および泥の付着による異常の判定がなされる。
【００６０】
以上のように、３端子型の超音波トランスデューサを用い、その受信用電極に検出回路を接続して超音波トランスデューサの共振周波数およびＱ値を測定することによって、送信回路のインピーダンスの影響を低減し、共振周波数およびＱ値の測定精度を向上させることができる。これにより、超音波トランスデューサへの水滴，泥の付着による異常の検出精度を高めることができる。
【００６１】
（変形例１）
図９は、実施の形態１の超音波装置１００の検出回路の変形例を示す図である。変形例１における検出回路２００Ａにおいては、図８で示した検出回路２００の共振周波数測定回路２５０に、さらに分周回路２５４が追加された構成となっている。図９において、図８と重複する要素の説明は繰り返さない。
【００６２】
図９を参照して、分周回路２５４は、比較器２５１から出力された受信信号を分周する。カウンタ２５２は、分周回路２５４で分周された信号に基づいて、残響信号の周期ＴＲＥＳを算出する。分周回路２５４により、複数周期の時間に基づいて周期ＴＲＥＳ（すなわち、共振周波数ｆＲＥＳ）を算出することができるので、測定される共振周波数の分解能（精度）をさらに高めることができる。
【００６３】
（変形例２）
図１０は、実施の形態１の超音波装置１００において、検出回路２００の前段にＡ／Ｄ変換回路１６０をさらに追加した変形例を示す図である。図１０の変形例においては、検出回路２００での信号処理がデジタル回路で実行される。
【００６４】
なお、変形例２の構成は、変形例１の構成と組合わされてもよい。
［実施の形態２］
実施の形態１のように３端子型の超音波トランスデューサを用いた場合、送信回路１１０のインピーダンスの影響をある程度低減することができるが、送信回路１１０のインピーダンスが変動すると、静電容量測定値も変動し得る。
【００６５】
そこで、実施の形態２においては、受信側の検出回路２００で共振周波数およびＱ値を測定する際に、送信用電極１２１を接地することによって、送信回路１１０のインピーダンスを固定し、静電容量測定の安定化を図る構成について説明する。
【００６６】
図１１は、実施の形態２に従う超音波装置１００＃の全体ブロック図である。図１１においては、実施の形態１の図１における送信回路１１０が送信回路１１０＃に置き換わったものとなっている。送信回路１１０＃では、図１における送信回路１１０の構成に加えて、送信用電極１２１と接地電位ＧＮＤとの間の導通と非導通とを切換可能な切換部（スイッチング素子）ＳＷ７が設けられている。スイッチング素子ＳＷ７は、検出回路２００において共振周波数およびＱ値の測定が行なわれる際に導通状態とされて、送信用電極１２１を接地電位ＧＮＤに接続する。
【００６７】
図１２は、実施の形態１の図２に対応する図であり、信号生成回路１１６がハーフブリッジ回路として形成される場合の送信回路１１０＃を示す。送信回路１１０＃においては、スイッチング素子ＳＷ７の一方端が、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との間の接続ノード（すなわち、送信用電極１２１）に電気的に接続され、他方端が接地電位ＧＮＤに接続されている。スイッチング素子ＳＷ７は制御回路１１４によって駆動され、検出回路２００において共振周波数およびＱ値の測定が行なわれる際に導通状態とされる。
【００６８】
これによって、ＴＸ−ＣＯＭ間のインピーダンスが短絡されて完全に除去されるため、送信回路のインピーダンスの影響を排除することが可能となる。
【００６９】
なお、図には示していないが、信号生成回路１１６がフルブリッジ回路で形成される場合には、スイッチング素子ＳＷ７を設けなくとも、図１２と同様に送信側の回路のインピーダンスの影響を排除することが可能である。より具体的には、図３において、スイッチング素子ＳＷ４を導通状態とすることによって、ＴＸ−ＣＯＭ間を短絡することができるので、新たにスイッチング素子ＳＷ７を設ける必要はない。
【００７０】
図１３および図１４は、Ｑ値および共振周波数の測定時に、送信用電極を接地した場合（実施の形態２）と接地しなかった場合（実施の形態１）での、Ｑ値および共振周波数の設計値との誤差をシミュレーションした結果を示すグラフである。なお、Ｑ値および共振周波数とも、それぞれ素子温度が−４０℃、＋２５℃、＋８５℃の場合についてシミュレーションを行なっている。
【００７１】
図１３および図１４に示されるように、いずれの温度の場合においても、Ｑ値および共振周波数について、送信用電極を接地した場合の測定誤差が、送信用電極を接地しなかった場合の測定誤差よりも小さく（ゼロに近く）なっていることがわかる。
【００７２】
以上のように、３端子型の超音波トランスデューサを用い、その受信用電極に検出回路を接続して超音波トランスデューサの共振周波数およびＱ値を測定するとともに、共振周波数およびＱ値の測定の際に送信用電極を接地することによって、共振周波数およびＱ値への送信回路のインピーダンスの影響を排除することができる。これにより、共振周波数およびＱ値の測定精度をさらに向上させることができるので、超音波トランスデューサへの水滴，泥の付着による異常の検出精度を高めることができる。
【００７３】
なお、実施の形態２は、実施の形態１の変形例についても適用することが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１００，１００＃  超音波装置、１１０，１１０Ａ，１１０＃  送信回路、１１２  メモリ、１１４  制御回路、１１６，１１６Ａ  信号生成回路、１２０  超音波トランスデューサ、１２１  送信用電極、１２２  受信用電極、１２３  共通電極、１２４  圧電体、１２４Ａ  送信用領域、１２４Ｂ  受信用領域、１３０  増幅器、１４０  受信回路、１５０  異常判定回路、１６０  Ａ／Ｄ変換回路、２００，２００Ａ  検出回路、２１０  Ｑ値測定回路、２２０  包絡線検波回路、２３０  減衰時間測定回路、２３１，２３２，２５１  比較器、２３３  ＸＯＲ回路、２３４，２５２  カウンタ、２４０  Ｑ値算出回路、２５０  共振周波数測定回路、２５３  周波数算出回路、２５４  分周回路、２６０  クロック信号生成回路、ＣＯＭ，ＲＸ，ＴＸ  端子、ＧＮＤ  接地電位、ＳＷ１〜ＳＷ７  スイッチング素子、Ｖｔｘ，Ｖｔｘ＋，Ｖｔｘ−  電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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