JP2009004916A - 超音波出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動信号入力が遮断された圧電セラミック振動板の残響振動出力を速やかに減衰でき、受信側でのＳ／Ｎ比を向上できる超音波出力装置を提供する。
【解決手段】 圧電セラミック振動板の第一主表面上にて駆動電圧の入力側となる第一主電極２３と絶縁分離した形で部分電極２４を設け、第一主電極２３及び部分電極２４の一方を検出側電極、他方を入力側電極として、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後に、検出側電極に現れる残響振動信号を位相反転し、これを圧電セラミック振動板２１に残留する残響振動を低減するための残響抑制信号として入力側電極に帰還入力する。残響振動信号そのものの逆相振動入力により該残響振動をアクティブにキャンセルできる。
【選択図】 図８

Description

本発明は超音波出力装置に関する。

特開２００４−２５１６５３号公報

従来、都市ガスや水などの流量を計測するための超音波流量計が知られている。その際の測定原理として、一般には「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流路の流体流れ方向上流側及び下流側に一対の超音波送受信部を設け、それら超音波送受信部間の超音波送受信方向を交互に切り替えるとともに、上流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが下流側超音波送受信部に到達するまでの時間（順方向伝播時間）と、下流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが上流側超音波送受信部に到達するまでの時間（逆方向伝播時間）とを計測して、両者の時間差から流路を流れる流体の平均流速度及び流量を求めるものである（例えば、特許文献１）。

上記のような流量計に使用される超音波送受信部（超音波トランスデューサ）は振動駆動部が圧電セラミック振動板にて構成され、測定用の駆動電圧入力により超音波ビームを送出した後は停止され、次の測定まで待機することになる。しかし、圧電セラミック振動板は機械的振動子としての特性を有しているため、超音波送受信部への駆動電圧入力を停止しても振動が直ちには停止せず残響振動出力を継続するため、受信側でのＳ／Ｎ比低下の要因となる場合がある。

本発明の課題は、駆動信号入力が遮断された圧電セラミック振動板の残響振動出力を速やかに減衰でき、受信側でのＳ／Ｎ比を向上できる超音波出力装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の超音波出力装置は、
板厚方向に分極処理された圧電セラミック振動板と、
圧電セラミック振動板を挟んで対向形成されるとともに、該圧電セラミック振動板の第一主表面を覆う第一主電極と、同じく第二主表面を覆う第二主電極とからなる主電極対と、
圧電セラミック振動板の第一主表面上にて第一主電極と絶縁分離した形で設けられた部分電極と、
圧電セラミック振動板に測定用超音波振動を発生させるための測定駆動信号を主電極対に入力する測定駆動信号入力手段と、
第一主電極及び部分電極の一方を検出側電極、他方を入力側電極として、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後に、検出側電極に現れる残響振動信号を位相反転し、これを圧電セラミック振動板に残留する残響振動を低減するための残響抑制信号として入力側電極に帰還入力する反転帰還回路を有した残響抑制信号入力手段と、を備えたことを特徴とする。

上記本発明の超音波出力装置によると、圧電セラミック振動板の第一主表面上にて駆動電圧の入力側となる第一主電極と絶縁分離した形で部分電極を設け、第一主電極及び部分電極の一方を検出側電極、他方を入力側電極として、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後に、検出側電極に現れる残響振動信号を位相反転し、これを圧電セラミック振動板に残留する残響振動を低減するための残響抑制信号として入力側電極に帰還入力するようにしたから、残響振動信号そのものの逆相振動入力により該残響振動をアクティブにキャンセルできる。その結果、残響振動を速やかにかつ効率的に減衰でき、受信側でのＳ／Ｎ比を向上することができる。また、同じ圧電セラミック振動板に入力するべき残響抑制信号が、同じ圧電セラミック振動板に由来する残響振動信号に基づいて生成されるので、圧電セラミック振動板や電極等の温特挙動や経時劣化の傾向が同一であり、その影響を受けにくい利点もある。

なお、本発明の超音波出力装置は、電気機械変換素子である圧電セラミック振動板を振動駆動部として採用しているので、別の超音波出力装置から放出された超音波を受けたとき、その超音波が励起する圧電セラミック振動板の機械的振動を、第一主電極から電気信号波形として取り出すことができ、超音波受信素子としても用いることができる。

反転帰還回路は、圧電セラミック振動板、主電極対及び部分電極と、それら電極への入出力配線とを一体化したセンサモジュールに一体に組み込むことができる。これにより、装置要部のコンパクト化を図ることができるとともに線引き回しによる構造複雑化を可否でき、また、反転帰還回路と各電極への配線距離を短縮できるので、耐ノイズ性を向上することができる。

一方、圧電セラミック振動板、主電極対及び部分電極と、それら電極への入出力配線とを一体化したセンサモジュールの入出力配線の端子部に、該センサモジュールとは別体形成された反転帰還回路を外付け接続することも可能である。これにより、測定対象となる構造体に取り付けるセンサモジュールの小形化を図ることができ、また、反転帰還回路を外付け化することで、反転帰還回路の制御回路構成の多機能化等にも容易に対応することができる。

部分電極は第一主電極よりも小面積に形成することができる。これにより、圧電セラミック振動板の第一主表面において測定用の振動駆動を司る第一主電極の面積を大きく確保でき、主電極対による圧電セラミック振動板の振動駆動特性を良好に確保することができる。この場合、該部分電極を検出側電極として使用すれば、残響抑制信号も大面積の第一主電極を経て圧電セラミック振動板に入力できるので、残響振動の制動効果を大いに高めることができる。

この場合、部分電極と第一主電極とを短絡する短絡経路上に反転帰還回路を設けることができる。そして、該短絡経路上にて反転帰還回路の残響抑制信号の出力側に、当該短絡経路を導通及び遮断の間で切り替える残響抑制信号入力スイッチと、第一主電極への測定駆動信号の入力期間中は短絡経路が遮断状態となり、測定駆動信号の入力遮断後に短絡経路が導通状態となるように残響抑制信号入力スイッチを切り替え制御する残響抑制信号入力スイッチ制御手段と、を設けることができる。この構成では、残響抑制信号入力スイッチの切り替え制御により、測定駆動信号の入力と残響抑制信号の生成及び帰還入力とを、簡単な回路構成によりスムーズに切り替えることができる。

反転帰還回路は反転増幅回路として構成することができる。反転増幅回路の増幅率（ゲイン）により残響抑制信号の入力レベルを適性値に設定することが容易である。部分電極が第一主電極よりも小面積に形成され、該部分電極が検出側電極として使用される場合、反転増幅回路は、短絡経路を遮断状態として測定した部分電極に現れる残響振動の信号電圧の振幅と、同じく第一主電極に現れる残響振動の信号電圧の振幅との差が縮小する向きに、部分電極に現れる残響振動の信号電圧を１より大きい増幅率にて反転増幅して第一主電極に入力するものとして構成できる。すなわち、部分電極の小面積化によりその残響振動の検出電圧レベルが低くなっても、反転増幅回路のゲインを大きく設定することで十分な電圧レベルの残響抑制信号を発生でき、ひいては残響振動を速やかに減衰させることができる。

また、上記の反転増幅回路は、増幅率を予め定められた範囲内にて可変調整可能に構成することができる。圧電セラミック振動板や電極の温特変化あるいは経時劣化等により、残響抑制信号の適正レベルが変化しても、反転増幅回路の増幅率を変化させることで容易に対応することができる。

一方、反転帰還回路は反転バッファ回路（インバータ回路）として構成することもできる。反転帰還回路を安価なインバータＩＣで構成することが可能となり、回路コストの低減を図ることができる。この場合、複数個の反転バッファ回路を短絡経路に並列挿入し、該反転バッファ回路の短絡経路への接続個数を切り替える反転バッファ回路接続スイッチ機構を設けることで、それら反転バッファ回路による残響抑制信号出力のシンク電流ひいては残響抑制信号の入力レベルを可変とすることができる。

次に、測定駆動信号の入力経路は、第一主電極と部分電極とに分配形成することができる。この場合、測定駆動信号を第一主電極と部分電極とに該入力経路を介して同時に印加することができ、圧電セラミック振動板の振動駆動効率を一層高めることができる。この場合、入力経路の該部分電極側への分配経路を常時導通状態に形成する一方、該入力経路の第一主電極側への分配経路は、測定駆動信号を第一主電極に入力する主経路と、該主経路と並列に形成され反転帰還回路が設けられる副経路とにさらに分岐するとともに、残響抑制信号入力スイッチが主経路と副経路との一方を入力経路に対し排他的かつ切り替え可能に接続するものとして構成することができる。そして、残響抑制信号入力スイッチ制御手段は、第一主電極への測定駆動信号の入力期間中は主経路が入力経路と導通し、副経路が入力経路から遮断される一方、測定駆動信号の入力遮断後は主経路が入力経路から遮断され、副経路が入力経路と導通するように残響抑制信号入力スイッチを切り替え制御するものとして構成することができる。これにより、第一主電極と部分電極とを同時に振動駆動しつつも、残響抑制信号の発生・入力を問題なく行なうことができる。

一方、部分電極は、測定駆動信号の印加に伴い圧電セラミック振動板に生ずる超音波振動の圧電モニタリング信号を取り出すためのモニタ用電極に兼用することができる。これにより、駆動信号が入力された圧電セラミック振動板の振動波形をリアルタイムでモニタリングできる。

例えば、駆動信号が入力された後、圧電セラミック振動板での遅延を含めて、実際にいつ超音波振動が圧電セラミック振動板に発生したかを、この部分電極の波形を監視することで知ることができる。従って、駆動信号の入力タイミングから部分電極の出力に振動波形が現れるまでの時間を計測すれば、駆動信号の入力タイミングから超音波の被測定流体への放出タイミングに至る遅延時間を正確に把握できる。特に、遅延時間が振動駆動部の経時劣化に伴い変動した場合でも、部分電極の出力監視により該遅延時間を特定することで、超音波伝播時間の測定基準を、超音波の被測定流体への実際の放出タイミングに近づけることができ、超音波出力装置のゼロ点流量が経時ドリフトの影響を受け難くなる。なお、部分電極の出力に特定の振動波形が現れるタイミングを検知して、これを超音波伝播時間の測定基準として使用することも当然可能である。この場合、遅延時間自体を測定により特定する必要は必ずしも生じない。

この場合、残響抑制信号入力手段は、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後において、部分電極に生ずる圧電モニタリング信号の波形における予め定められたタイミング基準点を検出し、当該タイミング基準点に基づいて残響抑制信号の入力タイミングを決定するように構成できる。これにより、残響抑制信号の入力タイミングを適正タイミング（理想的なタイミングは、残響振動に対し残響抑制信号の位相が１８０゜ずれていることである）に正確に調整することができる。この場合、測定駆動信号を第一主電極と部分電極とに該入力経路を介して同時に印加するようにすれば、測定駆動信号遮断後における部分電極の電圧監視をスイッチ切り替え無しに実施でき、残響抑制信号の入力タイミングをより高精度に調整することができる。

次に、残響抑制信号入力手段は、残響抑制信号の入力時間を可変調整可能に構成することができる。これにより、残響抑制信号の入力時間を、残響振動の減衰抑制を最適化する上で好都合な値に容易に調整できる。

残響抑制信号入力手段は残響抑制信号を、入力遮断期間により互いに隔てられた複数の入力期間に分割して入力するものとして構成できる。このように残響抑制信号を分割入力することで、残響振動と、これに基づいて発生させる残響抑制信号との間で多少の位相ずれ（１８０゜からのずれ）が生じていた場合でも、該残響抑制信号に含まれる同相成分の影響を低減することができる。

また、残響抑制信号入力手段は、残響抑制信号の入力電圧レベルを可変調整可能に構成することもできる。これにより、残響抑制信号の入力電圧レベルを、残響振動の減衰抑制を最適化する上で好都合な値に容易に調整できる。また、残響抑制信号は、電圧レベルが徐々に減少するように入力することも可能である。残響振動と、これに基づいて発生させる残響抑制信号との間で多少の位相ずれ（１８０゜からのずれ）が生じていた場合でも、該残響抑制信号に含まれる同相成分の影響を低減することができる。

次に、圧電セラミック振動板の第一主表面にて第一主電極と第二主電極の一部領域を切り欠いて、その切り欠かれた領域に部分電極を形成することができる。これにより、圧電セラミック振動板の主表面を覆う第一主電極又は第二主電極と部分電極とを、周知の電極パターニング手法（例えばフォトリソグラフィー）により一括形成できる利点がある。

なお、部分電極についても出力取出時の電圧基準を接地により与えてやる必要があるので、第一主電極と部分電極とで第二主電極を共用する構成が、振動駆動部の構造を簡略化する上でも好都合である。具体的には、第一主電極は第二主電極よりも圧電セラミック振動板に対する被覆面積を小さく形成し、該圧電セラミック振動板の第二主表面の第一主電極に覆われていない残余領域に部分電極を形成するとよい。

この場合、部分電極を圧電セラミック振動板の第二主表面の外周縁領域に形成しておくと、該部分電極による圧電セラミック振動板の振動駆動特性への影響を軽減することができる。

圧電セラミック振動板が円板状に形成される場合、第一主電極は該圧電セラミック振動板の外周縁に沿う円状の外周縁形状を有するものとして形成できる。この場合、当該円状の外周縁の一部を半径方向内側に凹状に引っ込ませる形で第一主電極の一部を切り欠き、その切欠き領域の内側に部分電極を形成することができる。このようにすると、部分電極の形成面積を十分縮小しつつ、出力取り出し用のワイヤや半田付け部を容易に形成することができる。

また、第一主電極側の外周縁は、部分電極との隣接位置にて、該第一主電極と部分電極との間に所定幅の隙間を形成する形で、該部分電極の外周縁に倣う形状に形成することができる。これにより、第一主電極と部分電極との絶縁を確保しつつ、圧電セラミック振動板の振動駆動上のデッドエリアとなる、第一主電極と部分電極との間の露出部を最小限に留めることができる。第一主電極と部分電極との間に形成される隙間の幅は、０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とするのがよい。０．５ｍｍ以下では第一主電極と部分電極との絶縁性を十分に確保できなくなる場合があり（例えば、メッキ不良や導電性異物付着によるブリッジングなど）、２．５ｍｍ以下では圧電セラミック振動板の振動駆動上のデッドエリアが増加しすぎ、超音波振動の駆動効率が低下する問題につながる。

本発明の超音波出力装置の実施形態を、超音波流量計に適用した場合を例にとり、図面を参照しつつ説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の基本構成である。この超音波流量計１には、被測定流体ＧＦの流路を形成する流路形成部３と、流路形成部３に対し被測定流体ＧＦの流通方向Ｏにおいて互いに異なる位置に設けられ、一方が被測定流体ＧＦへの測定用超音波の送出側となり、他方が該測定用超音波の受信側となるように機能するとともに、各々測定用超音波として、予め定められた向きへの指向性を有する超音波ビームＳＷを送出可能な対をなす超音波送受信部２ａ，２ｂとを備えている。流路形成部３と超音波送受信部２ａ，２ｂとが流量計本体１Ｍを構成し、該流量計本体１Ｍと制御回路部１Ｅとにより超音波流量計１の全体が構成されている。そして、超音波送受信部２ａ，２ｂが超音波出力装置の要部を構成する。

流路形成部３は例えば金属製である。測定対象がガスの場合、流路形成部３の軸断面形状は壁部３Ｊにより閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状、楕円形状、正方形状、矩形状等のいずれを採用してもよい。本実施形態では、流路形成部３は矩形状の流路断面を有するものとして形成され、上壁部３Ｊａに上流側超音波送受信部２ａが、また下壁部３ｊｂに下流側超音波送受信部２ｂが取り付けられている。つまり、対をなす超音波送受信部２ａ，２ｂが流路を挟む形で振り分けて配置されている。

超音波送受信部２ａ，２ｂは超音波振動子を有した超音波トランスデューサである。いずれも、本発明の超音波出力装置として構成され、駆動電圧の印加により超音波ビームを送出する超音波送出機能と、超音波ビームの受信により電気信号（受信信号）を出力する超音波受信機能とを複合して備える。いずれも全く同一の構造を有するので、その一方で代表させて説明する（以下、符号「２」により代表させる）。

図２は、超音波送受信部２（超音波出力装置）の断面構造の一例を示すものである。超音波送受信部２は、その要部（振動駆動部）が、板厚方向に分極処理された圧電セラミック振動板２１と、圧電セラミック振動板２１を挟んで対向形成されるとともに、該圧電セラミック振動板２１の第一主表面を覆う第一主電極２３と、同じく第二主表面を覆う第二主電極４６とからなる主電極対と、圧電セラミック振動板２１の第一主表面上にて第一主電極２３と絶縁分離した形で設けられた部分電極２４とを備える。

圧電セラミック振動版２１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛等のペロブスカイト型強誘電性セラミックにて構成されており、板厚方向に分極処理されている。また、各電極２２，２３，２４はＣｕ等の金属蒸着膜からなる。

主電極対２２，２３は、圧電セラミック振動板２１の第二主表面を覆う第二主電極２２が接地（ＧＮＤ）側に接続され、同じく第一主表面を覆う第一主電極２３が測定用の駆動電源に接続される。部分電極２４は、それら第二主電極２２及び第一主電極２３のいずれよりも圧電セラミック振動板２１に対する被覆面積を小さく形成されている。図８に示すように、電極第一主電極２３は第二主電極２２よりも圧電セラミック振動板２１に対する被覆面積が小さく設定され、該圧電セラミック振動板２１の第一主表面の第一主電極２３に覆われていない残余領域に部分電極２４が形成される。

部分電極２４は、圧電セラミック振動板２１の第一主表面の外周縁領域に形成されている。具体的には、圧電セラミック振動板２１が円板状に形成され、第一主電極２３は該圧電セラミック振動板２１の外周縁に沿う円状の外周縁形状を有する。そして、当該円状の外周縁の一部を半径方向内側に凹状に引っ込ませる形で第一主電極２３の一部を切り欠き、その切欠き領域２３ｃの内側に部分電極２４が形成されている。第一主電極２３側の外周縁は、部分電極２４との隣接位置にて、該第一主電極２３と部分電極２４との間に所定幅の隙間２０を形成する形で、該部分電極２４の外周縁に倣う形状に形成されている。なお、第一主電極２３と部分電極２４との間に形成される隙間２０の幅ｗは、０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に調整される。

図２に戻り、圧電セラミック振動板２１は、第一主電極２３及び部分電極２４の形成された第一主表面側がケーシング２９の底部２８の内面と対向する形で該ケーシング２９内に配置されている。ケーシング２９の底部２８の裏面には、駆動端子４３及びモニタ端子４４が突出形成され、第一主電極２３及び部分電極２４がこれら駆動端子４３及びモニタ端子４４にそれぞれ接続されている。駆動端子４３は、圧電セラミック振動板２１に測定用超音波振動を発生させるための測定駆動信号の出力回路に接続され、該測定駆動信号を主電極対に入力するための測定駆動信号入力手段を構成する。

次に、図８に示すように、部分電極２４を検出側電極、第一主電極２３を入力側電極として、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後に、検出側電極に現れる残響振動信号を位相反転し、これを圧電セラミック振動板２１に残留する残響振動を低減するための残響抑制信号として入力側電極に帰還入力する反転帰還回路１００が設けられている。該反転帰還回路１００は残響抑制信号入力手段の要部をなすものであり、本実施形態では、図２に示すように、反転帰還回路１００は基板１００Ｓに実装され、圧電セラミック振動板２１、主電極対及び部分電極２４と、それら電極への入出力配線とを一体化したセンサモジュール、すなわち超音波送受信部２（以下、センサモジュール２とも称する）に一体に組み込まれてなる。

図８に示すように、反転帰還回路１００は、部分電極２４と第一主電極２３とを短絡する短絡経路上に設けられており、該短絡経路上にて反転帰還回路１００の残響抑制信号の出力側に、当該短絡経路を導通及び遮断の間で切り替える残響抑制信号入力スイッチＳＷＭが設けられている。該残響抑制信号入力スイッチＳＷＭは、後述のマイコン１１により、第一主電極２３への測定駆動信号の入力期間中は短絡経路が遮断状態となり、測定駆動信号の入力遮断後に短絡経路が導通状態となるように切り替え制御される。つまり、マイコン１１が残響低減信号入力手段の機能上の要部を構成する。

図８において、反転帰還回路１００は反転増幅回路として構成されている。具体的には、該反転増幅回路はオペアンプＩＣ０と、ゲイン決定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなり、部分電極２４にて検出された残響振動信号がオペアンプＩＣ０の反転入力端子に入力されている。また、オペアンプＩＣ０の非反転入力端子は接地されている。前述のとおり、検出側電極となる部分電極２４は第一主電極２３よりも小面積に形成されており、上記反転増幅回路は、短絡経路を遮断状態として測定した部分電極２４に現れる残響振動の信号電圧の振幅と、同じく第一主電極２３に現れる残響振動の信号電圧の振幅との差が縮小する向きに、部分電極２４に現れる残響振動の信号電圧を１より大きい増幅率にて反転増幅して第一主電極２３に入力するように、ゲイン決定用の抵抗Ｒ１，Ｒ２の各値が定められている。

図２に戻り、ケーシング２９は、底部２８と、該底部２８の周縁から立ち上がる側壁部３０と、該側壁部３０の底部２８と反対側の開口を塞ぐ天面部２９ｔとが互いに導通する金属部材にて形成されている。天面部２９ｔの内面には、圧電セラミック振動板２１の第二主表面を覆う第二主電極２２が導電性接着層４６を介して密着配置され、ケーシング２９を介して第二主電極２２が接地されるようになっている。駆動端子４３及びモニタ端子４４は、該底部２８を貫通して裏面側に延出している。また、接地端子４１は底部２８に一体化される形で突出形成されている。また、反転帰還回路１００が実装される基板１００Ｓは底部２８上に固定されている。また、該基板１００Ｓ上に実装された残響抑制信号入力スイッチＳＷＭ（図８）の電源端子４５、及びオペアンプＩＣ０（図８）の電源端子４６も、各々底部２８を貫通して裏面側に延出している。

なお、金属製のケーシング２９が接地導体を兼用しているので、図３に示すように、接地端子を省略し、ケーシング２９の外周面に接地接続部（ここでは、図１の流路形成部３の壁部に形成された取付ねじ孔と螺合する取付ねじ部４１ｔｈ）を形成するようにしてもよい。

次に、図２に示すように、天面部２９ｔの外側主表面には、当該天面部２９ｔとの接触側と反対側の主表面に超音波放出面が形成された音響インピーダンス整合層２５が密着配置されている。音響インピーダンス整合層２５は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料をマトリックスとし、空隙形成用フィラー（例えば、ガラスバルーン）を分散させた複合材料により円板状に形成されている。他方、側壁部３０の内周面にはゴム製の絶縁リングが嵌め込まれ、圧電セラミック振動板２１と底部２８との間の空隙はシリコーン系等のゲル状高分子材料２６により充填され、その周囲が樹脂等の絶縁体４７により覆われている。超音波の伝達効率を向上させるために、該音響インピーダンス整合層２５の空隙形成用フィラーの体積配合比率は、圧電セラミック振動板２１と被測定流体（ここでは都市ガス）との中間の音響インピーダンス値（例えば、両者の幾何平均値を目標値とする）となるように調整されている。なお、目的とする音響インピーダンス値を得るために、空隙形成用フィラーを混入しない樹脂材料で音響整合層２５を構成することもある。

図１に戻り、制御回路部１Ｅには、前述の超音波駆動機構４と周辺回路ブロック７〜１１が設けられている。超音波駆動機構４は、送信部５、受信部６及び切り替え部４ｓを有する。送信部５は、超音波送受信部２ａ，２ｂに対して駆動信号を入力するための回路である。受信部６はスイッチ等から構成され、このスイッチを切り替えることにより、前述の駆動モードの切り替えがなされる。この受信部６の切り替え制御は切り替え部４ｓにより行われる。増幅部７は、受信部６により受信された超音波を所定の増幅率で増幅し、ゼロクロスポイント検出部９に入力する。ゼロクロスポイント検出部９は、受信した超音波波形に含まれる特定順位波（例えば、第３波）のゼロクロスポイントを検出するものである。時間計測部１０は、第一駆動モードでの、上流側超音波送受信部２ａから発信された超音波ビームＳＷが下流側超音波送受信部２ｂに到達するまでの順方向伝播時間と、第二駆動モードにおける下流側超音波送受信部２ｂから発信された超音波ビームＳＷが上流側超音波送受信部２ａに到達するまでの逆方向伝播時間とを計測するものである。また、マイコン１１は、上記の順方向伝播時間と逆方向伝播時間との時間差から、流路を流れる被測定流体の平均流速度及び流量を計算する。

図７に示すように、超音波送受信部２は、外部からの駆動信号を受けることで、その信号が圧電セラミック振動版にて機械振動に変換され、さらに音響インピーダンス整合層２５を伝播して被測定流体へ放射されるので、上記の駆動信号の入力タイミングから超音波が被測定流体に放出されるまでに一定の遅延時間が存在する。そして、従来の流量計測（図７：（３））では、駆動信号の入力タイミングを超音波の被測定流体への放出タイミングと等価とみなし、これを超音波伝播時間の計測起点として用いていた。ところが、この計測方法では、超音波伝播時間に上記に遅延時間が計測誤差として含まれてしまうことは明らかであり、該遅延時間が、振動駆動部の経時劣化や、順方向計測時と逆方向計測時との間での、温度変化に対する非対象性などに伴い変動すると（図７：（１））、該遅延時間の、本来の超音波伝播時間（図７：（２））への誤差寄与率も変動し、超音波伝播時間の計測補正が不可能になってしまう問題がある。

しかし、本実施形態における超音波出力装置２の構成、すなわち、振動駆動部の要部をなす圧電セラミック振動板２１に、駆動用の電極以外に、駆動電圧の印加に伴い当該の圧電セラミック振動板２１に生ずる超音波振動の圧電モニタリング信号を取り出すための部分電極２４を設けた構成を採用することで、駆動信号が入力された圧電セラミック振動板の振動波形をリアルタイムでモニタリングできる。

すなわち、図７中に破線で示すごとく、駆動信号が入力された後、圧電セラミック振動板の遅延を含んだ形で、実際にいつ超音波振動が圧電セラミック振動板２１に発生したかを、この部分電極２４の波形を監視することで知ることができる。従って、駆動信号の入力タイミングから部分電極２４の出力に振動波形が現れるまでの時間を計測すれば、駆動信号の入力タイミングから超音波の被測定流体への放出タイミングに至る遅延時間を把握できる。その結果、遅延時間が振動駆動部の経時劣化に伴い変動した場合でも、部分電極２４の出力監視により該遅延時間を特定することで、超音波伝播時間の測定基準を、超音波の被測定流体への実際の放出タイミングに近づけることができ（図７：（４））、計測誤差を減ずることができる。

図４は、図１の回路構成の詳細例を示すものである。２つの超音波送受信部２ａ，２ｂは、いずれも接地端子４１ａ，４１ｂが個別のスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して接地ラインＧＮＤに接続されている。接地ラインＧＮＤはスイッチＳＷ５を開始して接地導通とフロートとの間で切り替え可能になっている。一方、駆動端子４３ａ，４３ｂは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２により駆動入力ラインＩＮＰに、択一的に接続切り替え可能につながれている。また、モニタ端子４４ａ，４４ｂは、スイッチＳＷ８，ＳＷ９によりモニタラインＭＮＴに、択一的に接続切り替え可能につながれている。さらに、駆動入力ラインＩＮＰとモニタラインＭＮＴとは、増幅部７に対し、スイッチＳＷ６，ＳＷ７により択一的に接続切り替え可能につながれている。

なお、駆動入力ラインＩＮＰ上には、並列の双方向ダイオード対からなるインピーダンス変換用のブートストラップ回路５１が設けられている。また、モニタラインＭＮＴと接地ラインＧＮＤとの間には、並列の双方向ダイオード対からなる過電圧保護回路５２が配置されている。さらに、駆動入力ラインＩＮＰ上と接地ラインＧＮＤとの間には、耐ノイズ性向上と駆動入力電圧安定化を図るための抵抗Ｒ２が挿入されている。また、モニタラインＭＮＴ上には、増幅部７への入力インピーダンス調整用の抵抗Ｒ１が挿入されている。増幅部７は、入力上段側から、圧電セラミック振動板に生ずる電荷量変化を電圧変換するチャージアンプ７１と、該チャージアンプ７１の出力電圧を反転増幅する反転増幅部７２とを有する。なお、チャージアンプ７１に代え、圧電セラミック振動板の電極電圧を入力とする電圧アンプを用いてもよい。

図５は、ゼロクロスコンパレータ部９の回路構成例を示すものであり、増幅部７の波形出力の入力信号は、該入力信号をＧＮＤ基準で方形波化する第一コンパレータ９１と、同じく下限振幅（振幅下限値Ｖｓ）を規制しつつ方形波化する第二コンパレータ９２とに分配入力される。第一コンパレータ９１の出力は、セットリセットフリップフロップ（ＲＳＦＦ）回路９３のセット端子に、第二コンパレータ９２の出力は同じくリセット端子に入力され、該セットリセットフリップフロップ（ＲＳＦＦ）回路９３の出力変化エッジをトリガとする形で、単安定回路にて構成されたゼロクロスポイントパルス発生回路９４が、増幅部７からの入力波形のうち振幅Ｖｓを超える半波によるゼロクロスポイントに対応したパルス波形をゼロクロスポイント検出信号として出力する。このパルス波形は、クロックパルス発生回路９６からのクロック入力と同期して動作するパルスカウンタ回路９５にて計測され、規定数のパルス入力を計数することにより伝播時間の検出信号を出力する。

図６は、各部の動作シーケンスを示すタイミング図である。駆動パルス（測定駆動信号）の入力により励起された振動波形の増幅出力（Ｖａ）は、第一コンパレータ９１により方形波化される一方（Ｖｂ１）第二コンパレータ９２は、振幅Ｖｓを閾値とした反転波形にて上記振動波形を方形化する。これにより、第一コンパレータ９１の方形波出力は、振幅Ｖｓを超える半波が入力された場合にのみＲＳＦＦ回路９３によりラッチされ、ゼロクロスポイントパルス発生回路９４へのパルス出力トリガとなる入力エッジを生ずる。本実施形態では、振幅が漸増する初期振動波形の所定順位波のゼロクロスポイント（ここでは、第二正半波のゼロクロスポイント（つまり、波形開始点から３番目のゼロクロスポイント）から認識されるように、第二コンパレータ９２の振幅閾値が定められている。

図４の回路は、以下のように動作する。なお、各スイッチの繰り替え駆動は、図１のマイコン１１が所定の制御プログラムを実行することにより制御される。まず、上流側超音波送受信部２ａに駆動信号パルスが入力される。このとき、ＳＷ１，ＳＷ７，ＳＷ８がＯＮとなり、ＳＷ３，４，５もＯＮとなる。他方、ＳＷ２，ＳＷ６，ＳＷ９はＯＦＦとなる。これにより、上流側超音波送受信部２ａは駆動端子４３ａにて振動励起され、前述の遅延時間を経てモニタ端子４４ａに駆動モニタ波形が現れる。この波形は、モニタラインＭＮＴ（ＳＷ７）を経て増幅部７からゼロクロスコンパレータ９に入力され、前述のごとく、所定順位波のゼロクロスポイントが特定され、伝播時間検出信号が時間計測回路１０に出力される。時間計測回路１０は、駆動信号の入力タイミングを起点として、モニタ波形の上記ゼロクロスポイントまでの時間ｔ０（図７）を測定する。

上流側超音波送受信部２ａからは上記駆動入力に基づく超音波が被測定媒体中に放出されているので、この波形が下流側超音波送受信部２ｂに到達するまでの間に、ＳＷ７，ＳＷ８をＯＦＦとして、ＳＷ２，ＳＷ６をＯＮとする切り替えを行なう（ＳＷ１，３，４，５はＯＮ状態を．ＳＷ９はＯＦＦ状態を継続する）。これにより、下流側超音波送受信部２ｂの受信波形が駆動ラインＭＮＴ（ＳＷ６）を経て増幅部７からゼロクロスコンパレータ９に入力され、所定順位波のゼロクロスポイントが特定され、伝播時間検出信号が時間計測回路１０に出力される。時間計測回路１０は、駆動信号の入力タイミングを起点として、受信波形の上記ゼロクロスポイントまでの時間ｔｘ（図７）を測定する。これにより、最終的な順方向伝播時間をｔｘ−ｔ０として算出できる。

続いて、上流側超音波送受信部２ａと下流側超音波送受信部２ｂとの送受信関係を入れ替えて同様の測定が行なわれる。すなわち、下流側超音波送受信部２ｂに駆動信号パルスを入力するため、ＳＷ２，ＳＷ７，ＳＷ９がＯＮとなり、ＳＷ３，４，５もＯＮとなる。他方、ＳＷ１，ＳＷ６，ＳＷ８はＯＦＦとなる。これにより、下流側超音波送受信部２ｂは駆動端子４３ｂにて振動励起され、前述と同様に所定順位波のゼロクロスポイントが特定され、伝播時間検出信号が時間計測回路１０に出力される。時間計測回路１０は、駆動信号の入力タイミングを起点として、モニタ波形の上記ゼロクロスポイントまでの時間ｔ０’を測定する。次に、ＳＷ７，ＳＷ９をＯＦＦとして、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ６をＯＮとする切り替えを行なう（ＳＷ２，３，４，５はＯＮ状態を．ＳＷ８はＯＦＦ状態を継続する）。これにより、上流側超音波送受信部２ａの受信波形のゼロクロスポイントが特定され、伝播時間検出信号が時間計測回路１０に出力される。時間計測回路１０は、駆動信号の入力タイミングを起点として、受信波形の上記ゼロクロスポイントまでの時間ｔｘ’を測定する。これにより、最終的な逆方向伝播時間をｔｘ’−ｔ０’として算出できる。そして、前述の順方向伝播時間ｔｘ−ｔ０を合わせ用いて、周知の方法にて流速（あるいは流量）を算出することができる。

ここで、上記超音波送受信部２ａ，２ｂのいずれにおいても、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後に、検出側電極である部分電極２４にて残響振動信号が検出され、図８の反転帰還回路１００により反転増幅され、残響抑制信号として入力側電極である第一主電極２３に帰還入力される。すなわち、残響振動信号そのものの逆相振動入力により該残響振動をアクティブにキャンセルでき、残響振動を速やかにかつ効率的に減衰でき、受信側でのＳ／Ｎ比を向上することができる。

具体的には、測定駆動信号の主電極対への入力遮断後において、部分電極２４に生ずる圧電モニタリング信号の波形上のタイミング基準点として、図４のゼロクロスコンパレータが出力するゼロクロスポイント検出信号（図６）がマイコン１１に分配入力される。マイコン１１は、該ゼロクロスポイント検出信号を受けるまでの期間を測定駆動信号の入力期間とみなし、その間、図８の残響低減信号入力スイッチＳＷＭをＯＦＦ（開状態）として、反転帰還回路１００が設けられる短絡経路を遮断状態とする。これにより、反転帰還回路１００の出力は第一主電極２３に入力されず、測定駆動信号入力との干渉が回避される。一方、ゼロクロスポイント検出信号が検出されると、マイコン１１は、残響低減信号入力スイッチＳＷＭを直ちにＯＮ（閉状態）として、反転帰還回路１００が設けられる短絡経路を導通状態とする。すると、反転帰還回路１００の残響抑制信号出力が第一主電極２３に入力され、残響振動がキャンセルされる。残響低減信号入力スイッチＳＷＭは、当該超音波送受信部が受信側として動作駆動されるまでの期間内にてＯＦＦ状態に戻される。

前述の通り、部分電極２４は第一主電極２３よりも小面積に形成され、図９のタイミング図に示すように、短絡経路を遮断状態として測定したときの（つまり、残響抑制信号の第一主電極２３への帰還入力がない状態での）、部分電極２４に現れる残響振動の信号電圧の振幅は、同じく第一主電極２３に現れる残響振動の信号電圧の振幅よりも小さい。しかし、反転帰還回路１００は、これを１より大きい増幅率にて反転増幅して第一主電極２３に入力するので、部分電極２４の小面積化によりその残響振動の検出電圧レベルが低くなっているにも拘わらず十分な電圧レベルの残響抑制信号を発生でき、ひいては残響振動を速やかに減衰させることができる。

以下、上記本発明の種々の変形例について説明する。
図８の回路構成では、部分電極２４が検出側電極となり、第一主電極２３が入力側電極となるように、短絡経路への反転帰還回路１００の挿入方向が定められていたが、図１０に示すように、両者を入れ替えて構成することも可能である。

また、マイコン１１は、図１１に示すように、残響低減信号入力スイッチＳＷＭを単一期間（Ｔ０）にて連続的に閉状態とすることで、残響低減信号を一括入力させるように制御していたが、図１２及び図１３に示すように、スイッチ遮断期間により互いに隔てられた複数の入力期間（Ｔ１’，Ｔ２’，‥）に分割して入力するものとして構成できる。図１２においては、各入力期間Ｔ１’，Ｔ２’，‥が互いに等しく設定されているのに対し、図１３においては、入力期間Ｔ１’，Ｔ２’，‥が徐々に減少するように設定されている。また、残響低減信号の合計入力時間は、マイコン１１による残響低減信号入力スイッチＳＷＭのＯＮ持続時間の調整制御により、可変設定可能とすることもできる。

次に、図１４に示すように、反転帰還回路１００を構成する反転増幅回路は、その出力ゲインを可変に構成することが可能である。図１４の実施形態では、負帰還抵抗の値を可変に構成することでゲイン調整を行なうようにしている。具体的には、負帰還抵抗を構成する抵抗アレーＲ５１，Ｒ５２，‥，Ｒｎを、各抵抗に個別に対応するスイッチアレーＳＷ５１，ＳＷ５２，‥，ＳＷｎのマイコン１１による開閉制御により接続／遮断切り替えし、その接続個数に応じて合成抵抗値を可変できるように構成している。

従って、検出側電極への残響振動入力レベルが同一であっても、反転増幅回路のゲイン（増幅率）変更により残響低減信号の入力電圧レベルを可変調整することができる。例えば、図１１に示すように、残響低減信号入力スイッチＳＷＭを単一期間（Ｔ０）にて連続的に閉状態とすることで、残響低減信号を一括入力する場合は、この期間内に上記ゲインを時間とともに減少させることで、残響低減信号を、電圧レベルが徐々に減少するように入力することが可能となる。また、図１２及び図１３に示すように、スイッチ遮断期間により互いに隔てられた複数の入力期間（Ｔ１’，Ｔ２’，‥）に分割して残響低減信号を入力する場合は、時系列的に後に位置する入力期間ほどゲインを小さく設定することで、残響低減信号を、電圧レベルが徐々に減少するように入力することが可能となる。

なお、図１４では、センサモジュール２の入出力配線の端子部（４１，４３，４４）に、該センサモジュール２とは別体形成された反転帰還回路１００’の基板を外付け接続するように構成している。これにより、図１５に示すように、センサモジュール２’は反転帰還回路の基板を内蔵する必要がなくなり、構成が簡略化される（具体的には、反転帰還回路１００’に関連する端子４５及び４６が省略される）。

次に、図１６に示す実施形態では、反転帰還回路１００が反転バッファ回路（インバータＩＣ１）により構成されている。図１６の構成では、測定駆動信号の入力経路が第一主電極２３と部分電極２４とに分配形成され、該入力経路の該部分電極２４側への分配経路が常時導通状態に形成されている。他方、該入力経路の第一主電極２３側への分配経路は、測定駆動信号を第一主電極２３に入力する主経路と、該主経路と並列に形成され反転帰還回路１００が設けられる副経路とにさらに分岐しており、残響低減信号入力スイッチＳＷ０，ＳＷ１により、主経路と副経路との一方が入力経路に対し排他的かつ切り替え可能に接続される。この実施形態では残響低減信号入力スイッチを、主経路と副経路とに個別に設けられるＳＰＳＴスイッチＳＷ０，ＳＷ１の組にて構成しているが、これを１個のＳＰＤＴスイッチにて構成することも可能である。

ここでもマイコン１１が残響低減信号入力スイッチ制御手段として動作し、第一主電極２３への測定駆動信号の入力期間中は主経路が入力経路と導通し、副経路が入力経路から遮断される一方（ＳＷ０がＯＮ、ＳＷ１がＯＦＦ）、測定駆動信号の入力遮断後は主経路が入力経路から遮断され、副経路が入力経路と導通する（ＳＷ０がＯＦＦ、ＳＷ１がＯＮ）ように残響低減信号入力スイッチＳＷ０、ＳＷ１が切り替え制御される。この動作により、図１６の下に示すように、図１０と同様の残響低減信号の入力シーケンスが実現する。

なお、図１７に示すように、複数個の反転バッファ回路ＩＣ１，ＩＣ２，‥，ＩＣｎを短絡経路に並列挿入し、それら反転バッファ回路ＩＣ１，ＩＣ２，‥，ＩＣｎの短絡経路への接続個数を切り替える反転バッファ回路接続スイッチ機構（ＳＷ１，ＳＷ２，‥，ＳＷｎ）１０５を設けることもできる。反転バッファ回路の接続個数に応じて、残響低減信号出力のシンク電流を可変に調整することができる。そして、検出側電極への残響振動入力レベルが同一であれば、残響低減信号出力のシンク電流値（すなわち、反転バッファ回路の接続個数）の変更により残響低減信号の入力電圧レベルを可変調整することができる。

また、図１８及び図１９の構成では、接続方向が互いに逆の１対の反転バッファ回路ＩＣ１，ＩＣ２を並列に設けた例である。図１８の構成は、反転帰還回路１００の基板をセンサモジュール２に内蔵した例である。この場合、センサモジュール２の外観端子構造は図２の構成と略同じとなるが、図２に援用して示すように、端子の割り振りは以下のように変更されている。
・駆動端子４３ → 反転バッファ回路ＩＣ１の電源端子４３’
・モニタ端子４４ → 駆動端子４４’
・スイッチＳＷＭの電源端子４５ → スイッチＳＷ０の電源端子４５’
・オペアンプＩＣ０の電源端子４６ → スイッチＳＷ１の電源端子４６’

上記構成は、第一主電極２３の電極面積Ｓ１に対して部分電極２４の面積Ｓ２が一定以上に大きくなったとき（例えば３≦Ｓ１／Ｓ２≦１０程度のとき）の振動位相制御をより安定化させたい場合に有効に活用できる。具体的には、スイッチＳＷ０を開いた状態にて、スイッチＳＷ１を開きスイッチＳＷ２を閉じると、部分電極２４側で振動検出され、インバータＩＣ２にて反転バッファリングされつつ第一主電極２３に入力される（第一残響抑制入力）。他方、スイッチＳＷ２を開きスイッチＳＷ１を閉じると、第一主電極２３側で振動検出され、インバータＩＣ１にて位相反転されつつ部分電極２４に入力される形となる（第二残響抑制入力）。第一残響抑制入力により大面積側の第一主電極２３を振動抑制駆動し、第二残響抑制入力により小面積側の部分電極２４を振動抑制駆動する制御を交互に繰り返すことにより、残響振動に対する残響低減信号の位相ずれを小さくすることができ、より効果的な残響抑制を図ることができる。

また、図１９では、回路構成は図１８と等価であるが、反転バッファ回路接続スイッチ機構１０５のみを外付け基板１０２としてセンサモジュール２から分離した実施形態を示すものである。センサモジュール２と外付け基板１０２とはコネクタ１０１により接続される。

本発明の適用対象となる超音波流量計の全体構成を示す模式図。 本発明の超音波出力装置に使用するセンサモジュールの一実施形態を示す縦断面図。 図２の変形例を示す縦断面図。 図１の回路部分の詳細を示す図。 図４のゼロクロスコンパレータ回路の構成例を示す回路図。 図５のゼロクロスコンパレータ回路の動作シーケンスを示すタイミング図。 図１の超音波流量計の動作説明図。 図１の超音波出力装置の、本発明の要旨に係る第一実施形態を示す回路図。 図８の回路の動作シーケンスを示すタイミング図。 図８の変形例を示す回路図。 残響低減信号の入力シーケンスの第一例を示すタイミング図。 同じく第二例を示すタイミング図。 同じく第三例を示すタイミング図。 図１の超音波出力装置の、本発明の要旨に係る第二実施形態を示す回路図。 図１４の回路構成とする場合のセンサモジュールの一構成例を示す縦断面図。 図１の超音波出力装置の、本発明の要旨に係る第二実施形態を示す回路を、残響低減信号の入力シーケンスを示すタイミング図とともに示す図。 図１６の第一変形例を示す回路図。 図１６の第二変形例を示す回路回路を、残響低減信号の入力シーケンスを示すタイミング図とともに示す図。 図１６の第三変形例を示す回路図。

符号の説明

１ 超音波流量計
２ 超音波送受信部（センサモジュール）
１１ マイコン（測定駆動信号入力手段、残響抑制信号入力手段、残響抑制信号入力スイッチ制御手段）
２１ 圧電セラミック振動板
２２，２３ 主電極対
２２ 第二主電極
２３ 第一主電極
２４ 部分電極
１００，１００’ 反転帰還回路
ＳＷＭ，ＳＷ０，ＳＷ１ 残響抑制信号入力スイッチ

Claims (17)

1. 板厚方向に分極処理された圧電セラミック振動板と、
   前記圧電セラミック振動板を挟んで対向形成されるとともに、該圧電セラミック振動板の第一主表面を覆う第一主電極と、同じく第二主表面を覆う第二主電極とからなる主電極対と、
   前記圧電セラミック振動板の前記第一主表面上にて前記第一主電極と絶縁分離した形で設けられた部分電極と、
   前記圧電セラミック振動板に測定用超音波振動を発生させるための測定駆動信号を前記主電極対に入力する測定駆動信号入力手段と、
   前記第一主電極及び前記部分電極の一方を検出側電極、他方を入力側電極として、前記測定駆動信号の前記主電極対への入力遮断後に、前記検出側電極に現れる残響振動信号を位相反転して、これを前記圧電セラミック振動板に残留する残響振動を低減するための残響抑制信号として前記入力側電極に帰還入力する反転帰還回路を有した残響抑制信号入力手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波出力装置。
2. 前記圧電セラミック振動板、前記主電極対及び前記部分電極と、それら電極への入出力配線とを一体化したセンサモジュールに前記反転帰還回路が一体に組み込まれてなる請求項１記載の超音波出力装置。
3. 前記圧電セラミック振動板、前記主電極対及び前記部分電極と、それら電極への入出力配線とを一体化したセンサモジュールの前記入出力配線の端子部に、該センサモジュールとは別体形成された前記反転帰還回路が外付け接続されてなる請求項１記載の超音波出力装置。
4. 前記部分電極が前記第一主電極よりも小面積に形成され、該部分電極が前記検出側電極として使用される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
5. 前記部分電極と前記第一主電極とを短絡する短絡経路上に前記反転帰還回路が設けられるとともに、
   該短絡経路上にて前記反転帰還回路の前記残響抑制信号の出力側に、当該短絡経路を導通及び遮断の間で切り替える残響抑制信号入力スイッチと、
   前記第一主電極への前記測定駆動信号の入力期間中は前記短絡経路が遮断状態となり、前記測定駆動信号の入力遮断後に前記短絡経路が導通状態となるように前記残響抑制信号入力スイッチを切り替え制御する残響抑制信号入力スイッチ制御手段と、を有する請求項４記載の超音波出力装置。
6. 前記反転帰還回路が反転増幅回路として構成されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
7. 前記部分電極が前記第一主電極よりも小面積に形成され、該部分電極が前記検出側電極として使用されるとともに、前記反転増幅回路は、前記短絡経路を遮断状態として測定した前記部分電極に現れる前記残響振動の信号電圧の振幅と、同じく前記第一主電極に現れる前記残響振動の信号電圧の振幅との差が縮小する向きに、前記部分電極に現れる前記残響振動の信号電圧を１より大きい増幅率にて反転増幅して前記第一主電極に入力するものである請求項６記載の超音波出力装置。
8. 前記反転増幅回路は、増幅率が予め定められた範囲内にて可変調整可能に構成されてなる請求項６又は請求項７に記載の超音波出力装置。
9. 前記反転帰還回路が反転バッファ回路として構成されている請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
10. 複数個の前記反転バッファ回路が前記短絡経路に並列挿入されるとともに、それら反転バッファ回路による前記残響抑制信号出力のシンク電流を可変とするために、該反転バッファ回路の前記短絡経路への接続個数を切り替える反転バッファ回路接続スイッチ機構を有する請求項９記載の超音波出力装置。
11. 前記測定駆動信号の入力経路が前記第一主電極と前記部分電極とに分配形成され、該入力経路の前記該部分電極側への分配経路が常時導通状態に形成される一方、該入力経路の前記第一主電極側への分配経路は、前記測定駆動信号を前記第一主電極に入力する主経路と、該主経路と並列に形成され前記反転帰還回路が設けられる副経路とにさらに分岐するとともに、前記残響抑制信号入力スイッチが前記主経路と前記副経路との一方を前記入力経路に対し排他的かつ切り替え可能に接続するものとして構成され、
    前記残響抑制信号入力スイッチ制御手段は、第一主電極への前記測定駆動信号の入力期間中は前記主経路が前記入力経路と導通し、前記副経路が前記入力経路から遮断される一方、前記測定駆動信号の入力遮断後は前記主経路が前記入力経路から遮断され、前記副経路が前記入力経路と導通するように前記残響抑制信号入力スイッチを切り替え制御するものである請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
12. 前記部分電極は、前記測定駆動信号の印加に伴い前記圧電セラミック振動板に生ずる超音波振動の圧電モニタリング信号を取り出すためのモニタ用電極に兼用されてなる請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
13. 前記残響抑制信号入力手段は、前記測定駆動信号の前記主電極対への入力遮断後において、前記部分電極に生ずる前記圧電モニタリング信号の波形における予め定められたタイミング基準点を検出し、当該タイミング基準点に基づいて前記残響抑制信号の入力タイミングを決定するものである請求項１２記載の超音波出力装置。
14. 前記残響抑制信号入力手段は、前記残響抑制信号の入力時間が可変調整可能に構成されてなる請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
15. 前記残響抑制信号入力手段は、前記残響抑制信号の入力電圧レベルが可変調整可能に構成されてなる請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
16. 前記残響抑制信号入力手段は前記残響抑制信号を、電圧レベルが徐々に減少するように入力するものである請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の超音波出力装置。
17. 前記残響抑制信号入力手段は前記残響抑制信号を、入力遮断期間により互いに隔てられた複数の入力期間に分割して入力するものである請求項１６記載の超音波出力装置。

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