JPH05509280A - 糸状体の検出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 糸状体の検出 本発明は糸状体（ｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ　ｂｏｄｉｅｓ）を検出する、例えば 、綿フレーム（ｃｏｔｔｏｎ　ｆｒａｍｅ）のような織物紡糸機（ｔｅｘｔｉｌ ｅｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ）内における糸（ｔｈｒｅａｄ）の継続的 な存在を検出するための、方法と装置に関する。

典型的には、そのような織機（ｔｅｘｔｉｌｅ　ｍａｃｈｉｎｅｌは、各々の糸 を紡績（ｄｒａｗ）するためのドローフレーム（ｄｒａｗ　ｆｒａｍｅ）を具備 している。添付の図１は、そのようなドローフレームの概略斜視図を示す。糸材 （ｔｈｒｅａｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｌは、入側ローラー２００、ゴムベルト２０ １ａ及び２０１ｂの間を通り、各々のローラー２０２及び出側ローラー２０４の 周囲を回る。ベルト２０１ｂはプレート２０３によって支えられている。各々の ペアのローラーは異なる速度で回転し、原材料２０５（粗糸（ｒｏｖｉｎｇｌ　 ］が機械を通って進むにつれて、しだいにより速（回転するローラーに遭遇する ようになっている。これは、粗糸２０５から細い糸を引き出す効果を持つ。糸は 、最後に、連続して、各々ビッグ−チル及びバルーンリングとして知られている ２つのリングのようなガイド（図示されず）、を通過し、回転してボビン２０７ 上に巻かれる。

あいにく、織機中における糸はしばしば切れる。これが起きると、切れた部分に 続く引かれている糸は、パイプ２０６を通って不良品ビン２０６へと取り去られ たり、図１中の出側ローラー上に、２０８で示されるように、入側又は出側ロー ラー上にたまって巻き付き（ｌａｐｓ）を形成したりするであろう。もしこれが 続くのが見過ごされたら、多量の貴重な原材料がムダになって、機械からの有用 な生産量は減少する。さらに、機械内の自由に遊ぶ糸の端が原因で、他の問題や 損害が引き起こされるかもしれない。

それゆ＾、修正処置を行うことができるように、可能な限り速やかに糸の切れを 検出することが望ましい。

糸及び織機の多くの性質が糸切れの検出を複雑にしている。第１に、糸は径、密 度、手ざわり（ｔｅｘｔｕｒｅｌ、色、材料そして他の物理的性質においてかな り異なる。例えば、糸（ｙａｒｎ）の材料は綿、ウール、絹又は合成繊維であり うる。

第２に、織機においては、糸の切れを検出することが最も望まれる場所において 、検出装置のために用いることのできるスペースが通常きわめて小さい。第３に 、動いている糸の横方向及び角度方向の位置はかなり変りやすく、そのため検出 がむずかしくなる。好ましくは、運転者が、そのような切れが起こった後に事態 を修復するために、近寄りやすくなければならない。

さらに、糸の紡績のための正しい状態を確保するために、紡績工場（ｓｐｉｎｎ ｉｎｇ　ｍ１ｌｌｌ内の環境の湿度と温度を制御することが必要である。このよ うな環境においては、運転温度は１５〜３５℃そして湿度は最大８０％ＲＨ（結 露しない）と予定される。加えるに、雰囲気中には、露出表面に毛羽（ｆｌｕｆ ｆｌとして集まる傾向のある小さい繊維が含まれている。検出器は、好ましくは 、そのような条件の下で相当に正確に機能しつづけることができるべきである。

いくつかのタイプの糸検出器はすでに知られている。例えば、米国特許Ｎｏ、４ ．４５０，６７７に記載されているような光電子装置は、糸上にＬＥＤ光源を投 射することによって得られた糸の影を監視する光電検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅ ｃｔｏｒｌを用いている。関係する糸がたいへん細いときには、そのような影監 視方法を応用しようと試みると困難に行き当たる。そして、より大径の糸につい てさえ、そのような検出器の運転は毛羽の堆積によって悪い影響を受ける。

また、このタイプの検出器は、糸の向こう側に位置する部品を有するので、運転 者に対して物理的障害（ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を与える 傾向がある。それに、それは機械振動に対して敏感である。

超音波は、これまで、例えば盗難警報システム中におけるように、太き目の物を 検出するのに用いられてきた。しかし、細い線状体を検出するための方法にその ような超音波検出を用いることは、これまで、実用できるとは考えられなかった 。

そのような目的には、非常に短い波長の、従って高周波の音波を用いる必要があ るとみられていたが、反射係数（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ 　）　（検出すべき物体から反射してもどってくるエネルギーの比率を示す指標 ）、及び、伝搬媒体（ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍ）中における超音波 信号の減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）の双方が周波数に依拠しているので、周 波数が十分に大きくなると、検出される信号が望ましくないほどに弱くなると予 想されていた。

しかしながら驚くべきことに、超音波システムは、上述のそれらの不利で上述の 以前のシステムはど煩わされなくてすむような方法で、空気中における糸のよう な線状体を検出するのに用いられつるということが見出された。

特に、波長が糸の径に匹敵するある周波数範囲にわたっては、もし波長と周波数 が正しく選ばれるなら、糸の径の減少によって起こる反射の減少は、干渉効果に よって発生する反射の増加によってつりあうという方法で、糸による音波の反射 や散乱を干渉効果が修正（ｍｏｄｉｆｙ）　Ｌ／うるということが見出された。

これは、そのような波長においては、反射は、糸の寸法の変化とともに大きくは 変化しないということを意味する。そのような波を用いる糸検出器は、それゆえ 、広いレンジの実用的な糸径に対して受容されるように作動しつる。

本発明の第１の様相によれば、あらかじめ定められた位置を横切って長手方向に 延びるように支持された糸状体を検出する方法であって以下を具備する方法が提 供される：超音波を、上記あらかじめ定められた位置に向かって、上記糸状体の 長平方向軸に対して横切るように発信し、そして、上記あらかじめ定められた位 置から、糸状体によって反転（ｄｉｖｅｒｔ　ｂａｃｋｌ　されたそのような波 を監視する。

本発明の第２の様相によれば、装置のサポート部に関して、あらかじめ定められ た位置を横切って長手方向に延びるように糸状体を支えるための手段、及び、上 記サポート部に搭載されており、そのようにサポートされたそのような体の長平 方向軸に対して横切るように、上記あらかじめ定められた位置に向かって超音波 を発信するよう作動しつるとともに、その位置から、そのような体によって反転 されたそのような波を検出するようにも作動しつる超音波変換器手段を含む監視 手段とを含む装置が提供される。

好ましくは、音波の波長は、糸状体の径の大きさくｍａｇｎｉｔｕｄｅｌのオー ダーか、又はそれより小さい。

本発明の装置は、超音波電子−音響変換器を用いてよ（、その変換器は、第１の 電極構造を乗せている長（延びた作動面と、そして、上記作動面から離れた且つ ２の電極構造を乗せている第二の面とを持つ電子−音響素子を具備しており；第 １と第２の電極構造に接続されている、両電極間に電気駆動信号を印加するため の電気駆動回路であって、素子を振動させ、それによって、上記長く伸びる作動 面と運転された媒体中へ、その作動面から外方向に向かって超音波を伝搬させる 電気駆動回路があり； そして、上記電子−音響素子、電極構造及び駆動回路は、上記電気駆動信号の効 果が上記作動面に沿った異なる位置において異なり、そうでなければ、上記媒体 中で、上記長手方向軸に平行なそして上記作動面から上記方向にあらかじめ定め られた距離だけ離されたターゲットラインに沿った点で起こる破壊的な干渉効果 を中和（ｃｏｕｎｔｅｒ　ａｃｔ）する。

代替的に、又は追加的に、本発明の装置は、第１の電極構造を持つ作動面、及び 、上記作動面から離れ且つ第２の電極構造を持つ第２の面を有する圧電セラミッ ク素子を具備する超音波電子−音響変換器を用いてもよく、この変換器は、電気 駆動信号が上記第１と第２１ｆ極構造間に印加されて該素子を振動させ、よって 、超音波が、上記作動面に連結されているガス状媒体中へ、上記作動面からあら かじめ定められた距離のターゲット位置に向かって伝搬するような、発信モード を持っており、また、そのモード中においては、上記ターゲット位置において物 体から散乱して返ってくるそのような音波が、上記素子を振動させ、そのような 物の存在を指示する電気信号を生み出すような、受信モードを持っている短レン ジ検出システムにおいて用いられ；上記動作面が、上記動作面と上記ガス状媒体 の間における音響エネルギーの伝達を向上させるための、シリコーンゴムの薄い 層によっておおわれており、そして、上記素子の他の面の領域が、上記発信モー ドの終了と上記受信モードの開始との間に、上記素子内でエネルギーを消散させ るための、合成樹脂の固体減衰体に近接して連結されている。

音波の波形は、連続サイン波；他の連続波；単一バルス；列パルス；そして正弦 波の列、を含もいかなる形をとることができる。

音波の発生と監視の双方が、ある実施例においては、発信モードと受信モードの 各々で作動する１つの変換装置によって行われてもよい。短い音響パルスが放射 され；このパルスが糸まで進み、そしてその反射したエコーが帰るのに時間がか かる。実施例は、エコーが返る時間までには、変換装置が次に効果的に働けるよ うに、発信変換装置はそのパルス発信を完了しており、いかなる発信後振動も消 失している（すなわち変換装置が落ち着いている（ｓｅｔｔｌｅｄ）　）ようで なければならない。

変換装置は多種の形状をとりつるが、静電膜変換器と特に圧電セラミック変換器 が現在のところ好ましい。

発明のよりよい理解のため、そしてそれが効果あらしめるようにいかに実施され るかを示すために、実施例の形で参照が作られ、以下の添付の図に対して： 図１　（上へ参照）は織機のドローフレームの概略斜視図を示す。

図２は、本発明の前述の第２の様相を具現した装置を具備する、織機のドローフ レームの概略斜視図を示す。

図３は、第２の装置の部品の概略計画図を示す。

図４は、図２の装置に採用される電子回路のブロック図を示す。

図５は、図３の部品の一部を形成する超音波変換装置の側面ダイヤグラム図を示 す。

図６は、図５の装置のさらに詳細な縦断面図を示す。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って見た図６の装置の断面を示す。

図８（Ａ）と８（Ｂ）は、図６及び７の変換装置の部分の各々の部分側面及び後 面を示す。

図９は、図６から８とは異なる長く伸びた超音波変換器を含む糸検出器配置の概 略斜視図である。

図１０は、変換器の長さに沿った位置を関数として、図９の変換器によって作ら れた音波の振幅を図示するグラフである。

図１１は、図１０に対応している、図６及び図７の装置の特性を図解するグラフ である。

図１２から１５は、図８（Ａ）及び８（Ｂ）の部分の代替的な形状の図を示す。

図１６は、図６から８の装置によって生起された音波の振幅変化を示す極座標プ ロットである。

図１７は、図６から８の装置への及びそれからの発信及び反射音波を図示するダ イアグラム図を示す。

図１８と１９は、変換装置のディメンジョン（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉ内の変化効 果を図示するうえで用いられる、図１７に対応する各々のダイアグラム図を示す 。

図２のドローフレーム（ｄｒａｗ　ｆｒａｍｅ）の主な構造は、図１のそれに相 当しているが、しかし、図２には前述のピッグティル（ｐｉｇｔａｉｌｌ　５　 ａとバルーンリング（ｂａｌｌｏｏｎ　ｒｉｎｇ）　５　ｂとが示されている。

図２のドローフレームには、しかしながら、織機の全長に沿って延びるマウンテ ィングバー（ｍｏｕｎｔｉｎｇ　ｂａｒ）　２の形をしたサポート部材が、各々 の出て来る糸３と機械の本体との間に、設けられている。センサーユニット１が バー２の上に載せられており、マウンティングバー２に平行で、ニップポイント ４（ローラー２０４の間）とピッグティル５ａの間の点で糸３を横切る水平面内 、を動けるようになっている。そのような位置においては、糸の角度方向及び横 方向の動きは許容できる限度内にあり、そして、センサーユニット１を搭載する ための十分なスペースがある。

細長く伸びた超音波変換装置６は、センサーユニット１内に、当該装置６の縦軸 が上記水平面内に横たわるように、マウンティングバー２の軸に対しておよそ４ ５°の角度をなして、搭載されている。織機の全体にわたって、個々のセンサー が、機械上の糸の間隔に応じてお互いに他と離れて置かれると理解されるであろ う。

図３においてセンサーユニットｌがさらに詳細に示されている。ユニットｌは、 バー２に対して、プラグ（ｐｌｕｇ）留め具８によって取付けられていることが 好ましく、また、ユニット１は表示ライト（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ｌｉｇｈｔｌ 　７　（好ましくはＬＥＤ）を有する。

糸３の位置と角度は変ることがある。それゆえ、変換装置６から発せられる超音 波ビーム（ｂｅａｍ）を集中させる（　ｆｏｃｕｓ）ことは適当ではない。そう ではな（、糸が見つかると予測されるあらかじめ定められた領域内にデッドスポ ット（ｄｅａｄ　５ｐｏｔｓ）が無いことが保証されるように、変換装置６は設 計される。

糸３は、センサーユニット１から２７，５〜４２ｍｍ離れるように、水平面内で ±６ｍｍの横方向の動きがあるように、調整される。鉛直からの角度変化は±１ ０°と予測される。この動きは、糸がその中に見つかると予測される架空の長方 形（水平面内に）を造り出し、この長方形の最も近いエツジは変換装置６の縦軸 に平行である。このエツジは変換装置６から２７．５ｍｍｆｔ！れており、１２ ｍｍの長さがある。長方形の長さは１４．５＋ｎｍである。３次元においては、 糸３が見つかると予測される体積（ｖｏｌｕｍｅ）は架空の平行六面体であり、 この平行六面体の寸法は上記長方形のものと同じであるが、その深さく奥行き） は変換装置６の視野の深さによって定められる。

図４は、センサーユニット１による糸の検知に関係する電子回路（素子）のブロ ックダイヤグラムを示す。

この回路は、（１６）そのようなセンサーユニットをコントロールするコントロ ールボード９と、センサーユニット１内に位置するセンサーボード１０との間に 分かれている。

動作周波数は、ｉ）音波が最大距離（８５ｍｍ）を伝わるときに空気によって重 大には減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｅ）されない、そして、ｉｉ）波長が細い糸の径 （０，１ｍｍ）に匹敵する、という要求を満たすように選ばれる。

さらに、−個のトランスデユーサ−（変換器）がパルス−エコー技術のための発 信器と受信器の双方として用いられるので、発信振動（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ ｎ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が減衰（ｄｅｃａｙｌするよう発信と受信の間に 充分な数のサイクルがあるべきである。これは、動作周波数ｆ、減衰特性（ｄａ ｍｐｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）　Ｑ、そして受けた信号の振幅 （ｍａｇｎｉｔｕｄｆｌ！ｌによって決定される。２７．５ｍｍの最も近い接近 では、減衰時間（ｄｅｃａｙ　ｔｉｍｅ）は１５０μｓ以下である。

糸の径とともに受信信号の変化を心にとめておけば、動作波長（そして周波数） は、減少する糸の径に伴う反射の減少が、干渉効果によって生ずる反射、又は後 方散乱（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ）の増加によってバランスされ、それによって 、糸寸法にあまり影響を受けない全反射係数（ｏｖｅｒａｌｌ　ｒｅｆｌｅｃｔ ｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を得るような状況を達成するよう選択される 。選択された動作周波数は１．０ＭＨｚである。これは空気中で０．３３闘の波 長を有し、通常の糸の径に匹敵する。この周波数においては、発信と反射の間に １５０サイクルあり、パルス−エコー技術においては単一トランスデユーサーを 使用するに充分である。この周波数においては、反射された信号は、糸の径に対 し大いに独立である。

マイクロプロセッサ−１１は、ドライバー１２を通じて、センサーボード１０を 起動（ａｃｔｉｖａｔｅ）する、これは、トランスデユーサ−６の周波数（約Ｉ 　ＭＨｚｌに同調している信号を発生する発信器１３を駆動する効果を有する。

この信号は、ドライバー１４によって増幅され、振幅＋３８Ｖで３０の半サイク ル（ｈａｌｆ−ｃｙｃｌｅＳ）のバースト（ｂｕｒｓｔ）としてトランスデユー サ−６に印加される。

トランスデユーサ−は、これによって、糸３に反射される音波のバーストを放射 することとなる（Ｆｉｇ、　３）　、反射された信号は、トランスデユーサ−６ によって受信され、これによって、トランスデユーサ−は電気信号を発生させる こととなる。この検出された信号は、Ｑ５を有する帯域通過（ｂａｎｄ−ｐａｓ ｓｌ増幅器１５によって３５００倍の率で増幅される。

この糸検知システムは、糸からの反射−Ｉ　ＭＨｚにおける３０パルスの波列（ ｗａｖｅｔｒａｉｎ）又はバースト−を、織機上の駆動モーターの電源として用 いられるスイッチモード（ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｍｏｄｅ）された電源によって生 み出される電気的ノイズのような鋭い電気的スパイクから、識別するよう設計さ れている。

増幅器１５のフィルターされた出力は、ラインドライバー１６を通じて検出器１ ７へ送られる。検出器１７は、信号が、与えられた数の一連の１μｓ周期中にお ける、与えられた数の回数である予め定められたしきい値、を超えるか否かを検 出する。

増幅器１５は比較的広い通過幅を持っているので、電気的スパイクはその鋭い形 を保っており、そしてそれゆえ、その間に糸の反射はそのしきい値を少な（とも １０回は横切るであろう時間周期の間に、１回か２回そのしきい値を横切るにす ぎない。これによって、反射信号は、そのような電気的ノイズから明瞭に識別さ れる。

検出器１７からの信号は、さらなる解析のためにマイクロプロセッサ−１１に送 られる。

糸検出システムは、糸からの微小反射信号は感知しなければならないが、織機や 電気的干渉からの他の種々の信号は、そのようなノイズが誤検出という結果をも たらす機会を最小にするために、感知すべきでない。運転中においては、糸３が 変換装置６から離れて位置されてもよい最小と最大の距離の両方が存在する。

音の速さが有限であるため、その範囲外では有効な反射を受けることができない という、パルス発信後の時間の範囲があるということを、これは意味する。もし 、回路がこの時間長さの外で不感知にされると、ノイズ、誤反射、その他の可能 性がなく、そのときは誤った結果を与える。

従って、２７．５〜４２．５ｍｍ離れた物体からの反射だけが考慮されるように 、反射信号はマイクロプロセッサ−１１によってタイムゲート［ｔｉｍｅ　ｇａ ｔｅ）　される。

マイクロプロセッサ−１１は、回路が糸が存在していないと表示する前に、遅れ を招来することもあり、切れた糸のための手直し行動をとるシステムを起動させ ることなく、短時間、例えば糸の点検のために運転者によって糸が移動されるこ とができるようにしている。

図示の実施例では、検出システムは、１秒間に１２５回糸（３）を捜す。もし２ 秒間糸を“見”なかったら、そこで糸３が切れたと決定する。マイクロプロセッ サ−１１はホストシステム、すなわち、ソレノイドにロービング（ｒｏｖｉｎｇ ）にブレーキをかけさせたり、表示ライト７を点灯させるような訂正処置を執る さらなるコントロールシステム（図示されず）、にメツセージを送る。糸３が修 復されたならば、センサーは、糸が本当に修復されていることを決定するため３ 秒間の間に少な（とも４回はそれを“見”なければならない。システムは、次に 、ホストシステムに適切なメツセージを送り、表示ライト７を消灯する。

そのような決定システムは、低エラー運転を保証でき、修復制御システムを混乱 させることなく糸（ｙａｒｎ）が再度通されることを可能にする。検出システム は７０μＶの信号を感知できる。これは、注意深いノイズ低減とフィルタリング によって達成される。

センサーユニット１とトランスデユーサ−６のケースとそのトランスデユーサ− の前面電極は、全て、ゼロ電位ビン（図示されず）に接続されている。これは完 全なアースシールドを提供し、容量的（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ）に連結され たノイズ源から検出システムを絶縁する。

図５の変換装置５０は、ケース５１、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ１層５２、バ ッキング層５２と接触している能動圧電素子５３、及び、圧電セラミック素子５ ３の作動面と接触している音響整合（ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｍａｔｃｈｉｎｇ）層 ５４を含む。各々の接続ワイヤ５５が、素子５３の上記作動面と、反対側の面上 の各々の電極（図示されず）へ電気信号を伝えるために、用いられる。

装置５０の使用にあたっては、圧電能動素子５３は、電気的振動を機械的振動に 変換する役目及びその逆を果す。素子５３は、通常は、発生すべき音波の周波数 で共鳴するように選択された寸法と構成材料を有している。

整合（ｍａｔｃｈｉｎｇｌ　ｒＷ！　５４は、能動素子５３の作動面と外部のガ ス状の伝搬媒体との間を、エネルギーが効果的に伝わりやすいようにするために 設けられている。実用上、実用的な圧電材料の音響インピーダンスは関心のある 伝搬媒体（例えば空気）のそれらの数オーダー大きい大きさであるため、素子５ ３と当該媒体との間のエネルギー伝達は、適当な整合層５４が存在しなければき わめて低いことが判明した。従来の音響理論によれば、二つの媒体の間に整合層 を介在させるとき、整合層の厚さが該層内の音波の波長の図に等しいとき、そし て、その波長において、整合層の材料の音響インピーダンスが２つの媒体の各々 の音響のインピーダンスの幾何平均に等しいとき、２つの媒質間のエネルギー伝 達は最大となる。

バッキング層５２は、能動素子５３の振動を減衰させる役割をする。

図５の変換装置は、パルス−エコーシステム中で用いられてよく、このシステム において、第一（発信）運転モードにおいて、所定の超音波周波数の電気駆動信 号のバーストがその電極を通じて圧電素子５３に印加されると、素子の上面（作 動面）（整合層５４と接触している）を上記の超音波周波数で振動させて、それ によって、層５４の自由表面から近接する空気中へと音波を伝えさせる。駆動信 号の上記第一のバーストの終了の後の所定の時間インターバルで始まる、第二（ 受信）運転モードにおいては、装ｆｆ１５０は音波の受信器として用いられ、整 合層５４の自由面上のそのような波が、圧電素子５３の振動をもたらし、それに よって、受信された音波に対応する電気信号が接続ワイヤ５５中に生起される。

これらの電気信号を分析することによって、物が、上記作動面から所定の距離の ターゲット位置に存在するか否かを決定することが可能である。

織機中で糸の存在を検知するようなある応用においては、空間的な制約が、トラ ンスデユーサ−装置を、検出すべき物体にきわめて接近させて配置することを必 要とする。そのような場合は、しかし、発信モードの終了から受信モードの開始 までの間の上述の所定の時間インターバルは、きわめて短（なければならず、と いうのは、音波がトランスデユーサ−から検出すべき物体まで伝わって返ってく るまでにかかる時間が短いからである。前に考慮したトランスデユーサ−装置は 、そのようなパルス−エコーシステムにおいては、満足に動作することができず 、というのは、振動が、実現されるべき受信超音波信号の効果的な検知のために 十分な程度まで消失する、のにかかる時間が大きすぎたためである。

図５の装置５０は、共鳴におけるその鋭さがその性質係数（ｑｕａｌｉｔｙ　ｆ ａｃｔｏｒｌ　Ｑによって記述されつる共鳴オシレーターと見なされる。いかな るオシレーターの減衰特性も、そのＱ係数によって特性づけられ、Ｑ係数は、振 動の各−サイクルに失われる振動子（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ’ｌ　エネルギーの 分数の逆数である。

高いＱは鋭い共鳴を伴い、そしてその結果、電気振動を音波に変換する際の及び その逆の高い動作効率を伴う。高いＱは、また、しかし、電気駆動信号を取り去 った後につづく残留振動の長い減衰時間を伴う。振動がＡの係数だけ振幅におい て減衰するために必要とされる周期の数Ｎは、次の式で表現される：Ｎ＝Ｑ１ｎ Ａ いかなる所与の周波数においても各サイクルの存ｖｃ（期間）Ｔは固定されてい るので、従って、振動が係数Ａだけ振幅において減衰するための必要な時間は次 式によって与えられる：かくして、短レンジ検出用途においては、高Ｑが動作効 率を最大にするという観点からは望ましいけれども、Ｑの値が高くなればなるほ ど、検出すべき物体のトランスデユーサ−装置からの最短分離がより高くならな ければならない、という困難が生じる。

実用的な理由のため、その最短分離を単純に増加させることは常に可能とは限ら ず、例えば、スペースが使えないためであったり、関与する長い距離にわたる減 衰が、反射する超音波の信頼性の高い検出のためには、大きすぎるためである。

落ち看き時間（ｓｅｔｔｌｉｎｇ　ｔｉｍｅｌに影響を与える個別の要因につい て、ここでより詳しく議論する。

図５の変換装置５０は、圧電素子５３と整合層５４という２つの共鳴部品と、ケ ース５１とバッキング層５２という２つの非共鳴部品とからなる。

ケース５１は、発信器としての積極的な機能はなにも行わず、それゆえ、可能な 限り振動しないように、また、装置を、装置が搭載されるサポート部材（回路基 板のようなもの）から音響的に絶縁するように、設計される。ケース５１も、バ ッキング層５２の延長継続として機能してもよい。

装置５０の残りの部品は、１セツトの音響的に接続された発信器と見なされ、そ れら各々の発信器は独自の共鳴周波数と減衰特性を有する。後者の観点において 、各々の部品は、エネルギーを貯えることができ、（残った貯蔵エネルギーを消 費しながら）、装置への電気的駆動エネルギーが取り去られた後であっても鳴る （ｒｉｎｇ）ことができる。さらに、部品は互いに接しているため、それらの個 別の性質に応じて、振動のエネルギーは、異なる部品間を伝わる。

電気的駆動信号がそのような１セツトの連結された発信器から取り去られるとき 、残りのエネルギーは、各発信器内のエネルギーロスと、固有に高いＱを持つ発 信器から低めのＱを持つそれらへのエネルギーの伝達とによって、消費される。

かくして、１システムの発信器、すなわち全変換装置、の全体の特定のＱ値は、 各個別発信器の内部吸収エネルギーと、それらの間のエネルギー伝達に依拠する 。

伝搬媒体としての空気とともに運転される特定の変換装置５゜においては、トラ ンスデユーサ−の全減衰時間を支配する要因は、整合層５４の減衰時間であるこ とが見出された。これは、層５４が好ましくは低密度のシリコーンゴムで作られ ることの理由であり、シリコーンゴムは、その低い音響インピーダンスゆえに、 整合層のための材料として最適である。

上述のように、整合層５４は、従来、素子５３と伝搬媒体、この場合は空気、の 音響インピーダンスの各々の値の幾何的平均に等しい音響インピーダンスを有す べきである。典型的な圧電材料は、およそ３　Ｘ　１０　’Ｒａｙｌｓ　（ｋｇ ｍ−”ｓ−’）の音響インピーダンスを有しており、空気はわずか４００　Ｒａ ｙｌｓの音響インピーダンスを有しているので、整合層５４のインピーダンスは 、従来は、１　、Ｉ　Ｘ　１０’Ｒａｙｌｓあたりであった。しかし、そのよう な低い音響インピーダンスを有する連続均一固体は知られていなかった。

既知の最低の音響インピーダンスを有する固体は、低密度シリコンゴムである。

それは、１　、０５　Ｘ　１０”ｋｇｍ−”近辺の通常好まれる密度において、 およそ１０　’Ｒａｙｌｓのインピーダンスを有する。

このようなシリコーンゴムの整合層を採用している多種の変換装置が利用できる 。しかし、同一の装置が超音波の発信と受信の双方として用いられねばならない ときは、そのような装置は短レンジにおける運転には適していない。というのは 、シリコーンゴムは固有に（ｎａｔｕｒａｌｌｙｌ高Ｑであり（低吸収）、その ため、鳴り現象から信頼性を持って判別されるべき、検出されるべき物体から反 射されてくる超音波、を受信するのに十分な早さで、整合層に貯蔵された残留エ ネルギーが、消費しえないからである。

装置５０の全効率的性質要因（ｏｖｅｒａｌｌ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｑｕａｌ ｉｔｙｆａｃｔｏｒ）を低減するには、支配的発信器、この場合ゴム整合層５４ 、の効率的性質係数を変えることが望ましい。好ましくは、各部品発信器の各々 の効率的性質係数も、その全効率的性質係数から、値において不当に異ならない 。

エネルギーは、整合層から３通りの方法で消費される：空気中への消散；圧電素 子中への伝達；及び、内部吸収。実際上は、最も重要な消散プロセスは、圧電セ ラミック素子中へのエネルギー伝達である。このプロセスをさらに詳細に検討す ると、ゴム材の性質係数Ｑ　ｒｕｂｂｅｒは次のようにして表わされる。

ここで、Ｒは、圧電−ゴム境界における反射定数であり、そして、 １／αは、ゴム中を通る音波の振幅が波長の局の距離において減衰する係数であ る。

上記表現から、内部減衰を増してαを下げるか、反射係数Ｒを減らすかのどちら かによって、Ｑ　ｒｕＴｈＴｈ＠ｒを減らすことができるのは明らかである。

ゴム内部減衰は、細いガラスパウダー、フライアッシュ、プラスチック又は金属 粉のような枡形状の材料をシリコーンゴム材料に入れることによって増すことが できる。

反射係数Ｒは、シリコンゴムを適当に変質させてその音響インピーダンスが圧電 素子のそれに近づくようにすることにより、下げることができる。材料の音響イ ンピーダンスは、材料密度と材料中の音波の伝搬速度（関心周波数における）の 積によって与えられる。従って、圧電材料は、ゴムのそれとは１オーダー大きい 音響インピーダンスを有しており、セラミック／ゴム境界における反射係数を減 らすための１つのアプローチは、ゴム材料の密度を増やすことである。ゴムの密 度が増えると、音波のゴム／セラミック境界面における反射が減り、それによっ て、鳴りの間に、より多くのエネルギーが、ゴム層５から、バッキング層５２に よって減衰される圧電素子５３へ逃げることができる。この方法を用いることに より、トランスデユーサ−を、感度と短作動レンジとについて最適化することが 可能である。

上述のように、これまで、整合層の材料として密度ｌＸｌ０”ｋｇｍ　−”近辺 のシリコーンゴムを採用するのが通例であった（例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌ ｅｃｔｒｉｃ製専売符号ＧＥ　ＲＴＶ６１５のシリコーンゴム）。そのような場 合、ゴム材料を通る超音波の伝搬速度は１００１００Ｏ’であるので、ゴムの音 響インピーダンスは１０　’Ｒａｙｌｓ近辺である。本発明を具現化する装置に おいては、しかし、ゴムの密度は１．１〜２．　Ｉ　Ｘ　１０”ｋｇｍ−”に増 加している、そのため、音響インピーダンスは１．１〜２．１ＸＩＯ’Ｒａｙｌ ｓの間に比例して増加している。従って、反射係数は減り、ゴムの効率的性質特 性Ｑ　ｒｕｌｌＩ、＠ｒが下がっており、そのためトランスデユーサ−の全性質 特性も下がっている。このような低下した全Ｑは、装置から１２ｍｍ以下の距離 に置かれた物体を検出するために、高信頼性でトランスデユーサ−が作動するこ とができるのに十分低い落ち着き時間の値を提供することができる。

ゴム整合１の性質をさらに改造することによって、８ｍｍ以下というようなさら により短い距離で作動できるトランスデユーサ−を提供することも可能であろう 、と理解される。このような場合、所望の落ち着き時間を達成するには、材料充 填（ｌｏａｄｉｎｇｌ　（内部減衰を増やすため）と増大されたゴム密度の組合 せを採用することが必要であろう。

材料特性の注意深いコントロールと変換装置の上述の部分の設計とによって、出 願人は、望ましい短落ち着き時間とともに効率の良い運転が可能なようなトラン スデユーサ−の全Ｑ値をコントロールすることが可能であることを見出した。こ の点において、本発明を具現化する装置が短レンジ検出用途に採用されるときは 、その低減された落ち着き時間のおかげで、検出すべき物体からの装置の最少の 分離もそれに対応して低減され、これによって、作動レンジのロスという、Ｑ値 の低下に従来は伴なっていた不利益は、実際的な困難を意味しないようになる。

本発明を具現する装置の具体例が、図６及び７を参照しつつさらに詳細に述べら れる。この例において、変換装置は最小レンジ２７．５闘にわたって高い信頼性 で作動することを要求される。

作動の周波数は、最低０．１ｍｍの径の糸を容易に検出するために十分小さい、 空気中における音波の波長０．３３＋ｏｍを提供するように、１畦Ｚが選ばれる 。

この最小レンジにおいて、音波が物体まで行って帰るのにかかる時間はおよそ１ ５０ＬＬｓである。これは、Ｉ　ＭＨｚにおける振動の１５０サイクルに対応す る。トランスデユーサ−の振動の振幅が、この数のサイクルにおいて係数５Ｘ１ ０’　（１１４ｄＢ）で減衰することがめられると仮定すると、上述の式（１） から、Ｑは３６未満でなければならない。

本実施例の装置は、３０に近い全Ｑ係数を持つように設計されている。このよう な値は、発信と受信における受容できる効率をもたらすが、しかし、シリコーン ゴムの固有のＱ値と比較すると小さい（関心周波数における１５０のオーダーの ）。

装置５０は、通常５１の符号で示される、後部に開放された長方形の断面のプラ スチックケーシングを含む。ケーシング５１は、その向い合った両端から突出す る各々のタブ６０を有する。

突出タブ６０の各々は、回路基板のような、それによって装置が支えられるサポ ート部材（図示されず）内の対応する穴に係合するための位置決めピン６１を有 する。ビン６１とタブ６ｏは比較的小さい領域であるため、装置とサポートメン バーの間の接触面積は小さく、サポート部材からの装置の良好な音響絶縁をもた らす。これは、寄生的振動の発生を防止するのに望ましい。

各々のリブ６２が、ケーシング５１中をその全高さくＦｉｇ、　６の平面に対し て垂直）を通じて延びている。

ケーシング５１には、その前面に、長く伸びる圧電セラミックス素子５３がそれ を通って突き出る、狭い長方形のスロット６３が形成されている。素子５３は、 長さく２）が２０．９ｍｍ、高さが１ｍｍ、そして、厚さが１．５＋＋ｍである 。素子５３の１．５ｍｍの厚さは（高さが１ｍｍのとき）、セラミック材料中に おけるこの周波数（Ｉ　ＭＨｚ）の音波の波長がほぼ３龍であるので、およそＩ 　ＭＨｚの共鳴周波数を持った構造を提供する。素子の長さは変更されてもよい が、しかし、物体の存在が検圧されるべき領域の望ましい範囲に依拠して遅１パ される。

素、４５３は、好ましくは、ハード（ｃｌ、ａｓｓ　４　）又はソフト（クラス ５）クイズの、商業的に手に入るチタン酸ジルコン酸鉛（ｌｅａｃｉ　ｚｉ、ｒ ｃｏ＋ｉａｔ、ｐ　ｔｊ、ｔａｎａｔｅ　）セラミック素子から造らｎ、る。チ ５・ンＷ’；ルコ゛７・酉σ船セラミック材料に適した例は、企業コードＰ　Ｚ 　Ｔ５　Ｈの名の元にＭｏｒｇａｎ　ｋ４ａｔｒｏｃのＶｅｒｎｉｔ、ｒｏｎ　 Ｄｉｖｉｓｉｏｎによって製造される。この材料は、比較的高超音波周波数にお いて高い作動効率を有する。圧電セラミック素子５３は、約６０の固有性質係数 （ｎａｔｕｒａＪ、　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）　ＱＩＩＩＩＩＩＬＯｓ 及び、３　Ｘ　１０　’Ｒａｙｌｓの音響インピーダンスを持っている。

各々の前面及び後面電極７０と７１はセラミック素子５３の前面（作動面）及び 後面に形成されている。前面の全長にわたって延びる前面電極７ｏは、素子の後 面上に接続点を提供するように素子５３の一つの端の回りを包んでいる端部７２ を有している。

後面電極７１は、素子の後面の全長にわたっては延びておらず、むしろ、２つの リブ６２の間で約１４闘の長さについて延びている。各々の接続ワイヤ５５が、 電極７０と７１のそれらの内側端に接続されている。

ケーシング５１の後面内部は、エポキシ樹脂のような合成樹脂のバッキング層５ ２によって充たされている。ポリウレタンや他の樹脂が代替的に用いられつる。

適したエポキシ樹脂は、企業所有名”Ｄｅｖｃｏｎ　ｆｉｖｅ−ｍｉｎｕｔｅ’ として知られている。樹脂５２は、圧電セラミック素子５３の後部を取り囲んで いる。樹脂５２は、比較的低いＱ値を有し、そして、圧電素子５３内での“鳴り ”によるエネルギーを消散させることができるよう、素子５３の表面領域に密接 に接続されている。

ゴム整合層５４は前面電極７０上に延びている。層５４の厚さは、その層を通過 する超音波の波長の％６ご等１１．いよう選ばれている。かくして、Ｉ　ＭＨｚ の周波数における音波：こと一つで、シリコーンゴム磨５４を通過する波の波長 Ｌｉ：およそｊ市であ６ので、Ｙの厚ざは好ましくは約０．２５ｍｍである。

整合Ｎ５４を形成するための適した材料は、ダウニトーニングによ・って企業所 有コード１７０の元に製造されている低密度シリコーンゴムである。この実施例 におけるゴムの密度は１　、３８　Ｘ　Ｌ　Ｏ”ｋｇｍ−１１である。

図６及び７の装置を用いるにあたって、装置は、その存在を監視すべき糸から２ ７．５から４２．５ｍｍの間の距離におけるサポート部材料上に位置させられる 。装置の発信モードの間は、Ｉ　ＭＨｚの周波数及び３８Ｖの振幅において、３ ０の半サイクルパルスのバーストがセラミック圧電素子５３に前後面電極７０と ７１を通じて印加される。素子５３の振動は、ついで、受信モードの前に消失さ せられ、引続く受信モードの間、糸から散乱してもどってくる超音波が、変換装 置によって受信され、圧電素子５３はそのような受信波に依拠して振動せしめら れ、そして、そのような受信波に従って、接続ワイヤ５５間で出力信号を供給す る。

適切な信号処理回路に接続されるとき、超音波に対するＩ　ＭＨｚにおける７０ μ■の感度が達成されつる。

図８（Ａ）と８（Ｂ）は、図６．７の変換器の素子５３と電極７０と７１をより 詳細に示す。

前面電極７０は、素子５３の作動面の全長にわたって延びており、素子５３の１ つの端の回りに包み巻かれており、電極７０の端部７２が、素子５３の後面にそ って、１關延びるようになっている。

後面電極７１は、素子５３の全長にわたっては延びておらず、素子５３の後面の 各々の長さ３ｍｍの部分７３と７４は、電極７１によってカバーされていない。

そのような電極構造を用いる理由が図９から１１を参照しつつ説明される。

図９は、素子８１の前後面の全面にわたって延びる各々の前面及び後面電極８２ と８３を持った長（伸びた圧電素子８１を有する変換装置８０を採用している典 型的な検出装置の簡略化された図を示す。電気駆動及び受信回路８４は電極８２ と８３に接続されている。

監視されるべき糸８５は、変換装置８ｏから小距離ｄにテンションがかかった状 態に保たれており、装置は、その長手方向軸が糸８５の軸に垂直に伸びるように 配置されている。変換装置８０から糸８５への間隔ｄは、糸が、装置の近視野（ ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ）内にあるターゲット位置を占めるような間隔であり、そ の近視野は装置から距離２２／４λ延びており、ここで２は素子の長さ、えは放 射された音波の空気中における波長である。

変換装置８０を使用するにあたって、圧電素子８１は、超音波信号の発信器及び 受信器の双方として働（。したがって、第１の作動モードにおいて、圧電素子８ １の共鳴周波数に基本的に等しい周波数にある電気駆動信号は、電気駆動及び受 信回路８４によって電極８２と８３に印加される。そのようなパルス信号は、前 後方向に素子８１を伸張及び収縮させ、電極８２を持った素子８１の前（作動） 面が、電気パルス信号に応じて変位させられる。従って、音波が、装置の前面か ら糸８５の方向に放射される。

つづいて、第２作動モードにおいて、電気駆動及び受信回路８４は、糸８５によ って散乱し装Ｍ８ｏの方向へ返ってくる音波の、圧電素子上における衝突（ｉｍ ｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）に対応して圧電素子８１によって生起された電気信号を、 受信するために作動しつるようになる。回路８４は、受信信号を解析して、それ らがターゲット領域における糸の存在に合致するか否かを決定する。

前述のように、実用的な糸検出装置においては、糸の位置が変化しないことを保 証することは通常は可能でない。しかして、図９の糸８５の位置は、装置８０の 前後方向、及び、装置８０の長平方向軸に平行な方向（図９のｘｘで示されたタ ーゲットラインに沿った）に、しばしば変化する。

後者の変化（Ｘ　Ｘ　ｌｓ沿い）の場合、実用的に、ｍｔｘｘに沿った異なる位 置に達する超音波の結果的な振幅は、均一ではなく、図１ｏに図解的に示されて いるように、変わりやすい性質を示す。超音波の最大振幅は、装置８ｏの長手方 向中央点に真向いの位置において生起される。しかし、図１０に示されているよ うに、合成振幅（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅｌは、中央点からの 距離が増加するにつれ急速に減少し、各々ＢとＣで示されるデッドスポット（ｄ ｅａｄ　５ｐｏｔｌの位置においては、装置８ｏからの超音波の合成振幅は、点 Ａにおける振幅と比較して大いて小さくなっている。点Ａからの距離がさらに増 すと、各々Ｄ及びＥと称される位置においてさらなる最小に落ち込む前に、振幅 は再び上がる。

糸８５が、中央位置Ａに位置するときには、糸８５に達する発信された超音波の 合成振幅はその最高にある。従って、比較的強い反射信号が生起され、その反射 信号は、今度は（ｉｎ　ｔｕｒｎ１回路８４による検出のために有意義な（ｓｉ ｇｎｉｆｉｃａｎｔｌ電気信号を起こす。しかし、図１０から明らかなように、 発信された超音波信号の合成振幅は、中央位置Ａから糸が遠くへ動くと、急速に 減少するので、検出された電気信号もともに相当に減少する。結局、ＢとＣに近 い位置では、検出された信号は、背景ノイズから識別不能になるであろう。

かくして、糸を図９の装置を用いて高信頼性で検出できる、線ＸＸに沿った位置 の有用レンジは比較的小さく、変換器の長さβのおそら＜１０％にすぎないであ ろう。糸を検出するのに、Ｂと０位１間、及び、ＣとＥ位置間では、振幅が十分 にあるという事実は、もしそれがＢ及びＣ位置に近い糸を検出することが可能で ないとしたら、たいして実用的な価値はない。

図１ｏに示されている振幅変化は、変換器から放射された音波の回折と干渉に起 因する。図９の変換装置においては、装置８０の前面上の各点が、小波（ｗａｖ ｅｌｅｔｌの点源（ｐａｉｎｔ　５ｏｕｒｃｅ）として作用し、各々のそのよう な点源からの波光面（ｖａｖｅ　ｆｒｏｎｔ）は球状である。点源から放射され る小波は、原則的に、同じ振動の周波数と振幅とを有しており、それらの振動は 、お互いどうし常に同位相（ｉｎ　ｐｈａｓｅ）にある。これらの源は、それゆ え、コヒーレントな源である。与えられた点におけるそれらの結合された効果は 、関心点における個々の源による変位を代数的に足し合わせることによって得ら れる；これは重ね合せの原理として知られている。

個々の源から非常に長距離の位置においては、変換器の前面上の各々の個々の源 からその関心位置までの距離は、実質的に同じである（その距離は変換器そのも のの寸法に比較して非常に長い）ので、個々の源からその位置に達する全部の小 波の位相もまた実質的に同じである。そのような遠い位１においては、それゆえ 、変換器は１つの点源とみなしてもよい。

しかし、変換器に近い位置においては、個々の源からその関心位置に達する小波 の各々の位相は、その位置から源までの各々の距離によってお互いにかなり異な る。従って、小波は、ある位置においては（位置Ａ、Ｄ及びＥ）お互いに建設的 に（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）干渉し、他の点（例えば図９におけるＢ及 びＣ）では破壊的（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙｌに干渉し、図１０に示される 振幅プロフィールを与える。

図９の装置において、糸８５は、スペース上の理由、及び、関与する高周波数に おける超音波の減衰が比較的高いため、変換器に比較的近く配置されなければな らない。そのため、変換器が超音波の点源として機能することを保証するに十分 な距離だけ、変換器を糸から離すことはできない。

この問題を軽減するため、図８（Ａ）と８（Ｂ）に見られるように、図６と７の 装置の後面電極７１は、部分７３と７４上には延びておらず、その結果、素子５ ３の端部によって生起される振動の振幅は、その素子の残りの（中央の）ＳｉＪ ！域内で生起されるそれよりも小さい。かくして、図６と７の装置の振幅プロフ ィルは、図９の装置８０のそれとは基本的に異なる。特に、図１１に示されてい るように、振幅の変化はかなり減じられており、そのため、最低点はもはや明瞭 ではない、かくして、中央位置Ａ′の両サイドの第１のペアの最低点（位置Ｂ′ 及びＣ′における）における振幅は、対応する位置、図１０のプロフィル中にお ける位置Ｂ及びＣにおける振幅よりも有意義に大きい。したがって、位置Ｂ′及 びＣ′部においては、これらの位置における振幅が、返って来た波の信頼性ある 検出のために十分なほど大きいので、デッドスポットは生じない。

か（して、図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示された特別な電極構造の故に、印加され た電気駆動信号の効果は、装置５０の前（作動）面に沿った異なる位置において 異なり、よって、そうでなければターゲットラインＸＸに添ったい（つかの点に おいて起るであろう破壊的な干渉効果に対抗（ｃｏｕｎｔｅｒａｃｔ）　してお り、これによって、糸がその中において高い信頼性で検出される位置の、変換装 置の長さ℃のおよそ７０％にわたって延びる有用なレンジを提供する。

図１２から１５は、本発明を具現する装置中において用いられる代替的な好まし い素子、及び、それらの随伴する電極の各々の倒立面図である。

図１２において、圧電素子９０は、それの１つの面上に、単一の連続電極９１が 設けられており、素子９０の反対側の面上の電極構造９２は、５つに分離された 互いに間を置いた部分９２ａから９２ｅによって構成されている。９２ａから９ ２ｅの各部分は、しかしながら、同じ電気信号を受ける。図８（Ａ）及び８（Ｂ ）中に示された装置と比較して、図１２の装置がより複雑であるが、しかし、振 幅プロフィルのより精巧な制御を提供することは、明らかである。

図１３（Ａ）の圧電素子１００もまた、その１つの面に沿って連続した電極１０ １を有しているが、その反対面上には、複数の個別的に駆動される分離された電 極部分１０２ａから１０２ｋを有している。部分１０２ａから１０２にへの各々 の駆動電圧は、図１３ＣＢ）に示されているように、お互いに異なっている。個 々の電極部分１０２ａかも１０２には、関係する素子の面上に単一の連続電極を 堆積させた後、その連続電極を線状に削り取る（ｓｃｒｉｂｅ）ことによって形 成されてもよい。電極１０１もまた、複数の個々の電極部分として備えられても よい。

図１４において、またもや、圧電素子１１０は、１つの面の全長に沿って延びる 単一の連続電極１１１を有しているが、反対側の面には、誘電体（ｄｉｅｌｅｃ ｔｒｉｃ）層１１２が、第２電極１１３と素子１０との間にはさみ込まれている 。層１１２の厚さは、素子１１０の長手方向中央点から両長平方向に遠ざかるに つれて漸次増している。

図１５（Ａ）において、裸の圧電素子１２０は、その対向する両側を各々の第１ 及び第２ポーリング（ｐｏｌｉｎｇ）電極１２１及び１２２と一時的（ｔｅｍｐ ｏｒａｒｉｌｙｌ　に接触させることによって準備されている。第１ポーリング 電極１２１は、素子１２０の全長に沿って延びているが、第２ポーリング電極１ ２２は、その中央部長手方向領域上を延びているのみである。ポーリング電極１ ２１及び１２２は、例えば、導電性ゴムパッドであってよい。例λば２０００− ３０００Ｖの直流高電圧が、短い時間、例えば数分間、電極１２１と１２２間に 印加され、素子７ｏの温度はこの時間中におそらく９０℃に上昇する。その後、 ポーリング電極１２１及び１２２は取去られ、そしてつぎに、図１５（Ｂ）に示 されるように、全連続電極１２３と１２４が素子１２０の対向する複数面上に載 せられる。図１５（Ｂ）の素子１２０を用いる際、素子１２０のその端部におけ る貧弱なポーリング（ｐｏｏｒｅｒｐａｌｉｎｇ）が、好ましい振幅プロフィル を起こす。

図８（Ａ）及び８　（Ｂ）　、そして図１２から１５に示されている電極構造は 、静電素子（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔｌのような他の形態 の圧電素子に対しても効果的に応用でき、それらの他の素子の振幅プロフィルが 同様に改変できることは理解されるであろう。

図１６から１９を参照しつつ以下説明する理由のため、これは長く伸びた圧電素 子の作動面のより狭い寸法である、１．ｏｔｎｍの好ましい高さを変換器は有す る。

糸は、変換器の垂直視野の遠野領域に位置されるということに注意すべきである 。この領域は、Ｄを変換器の高さとして、変換器からＤ”　／　（４ん）で定め られる距離から始まる。

例えば波長先の音を発生する高さＤの変換器にとって、発生した音波は、高さＤ のスリットに当たる平面波によって発生した回折パターンに相当するだろう。そ れは、かくして、Ｓｉｎθ＝λ／Ｄ　等式Ａ によって与えられる半角（ｈａｌｆ　ａｎｇｌｅ）θを持った主ローブ（ｐｒｉ ｍａｒｙ　１ｏｂｅ）　、及び、図１６に見られる多くの二次ローブからなる。

音波は、垂直に対してαの角度で配置されている糸３まで進み、そして変換器に 向かって反射される。図１６かられかるように、主ローブの振幅は二次ローブの それよりもはるかに大きい。

かくして、なんらかの認められつる信号がもし受信されなければならないなら、 主ローブからの音は変換器上に反射して返ってこなければならない。図１７から 分るように、域垂直に対してθの角度で枝先面（ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ）ととも に進むビームの上部区域は、垂直に対してαの角度にある糸３に当たり、ビーム が垂直に対して（２α−〇）の角度で進むように、反射される。この部分のビー ムは、変換器の下２ｄ（α−〇）の高さにおいて、変換器に到達する。ビームが 変換器に当たるためには、この距離は変換器の高さの半分未満でなければならな い。すなわち２ｄ（α−θ）　＜Ｄ／２ 述べたように、ｄは最大４２．５ｍｍモしてαは最大１０”であってよい。図６ 及び７の装置の作動周波数、すなわちＩ　ＭＨｚを用いれば、等式Ａを用いてθ を置換すれば、これは次を意味する。Ｄ＜２．００１１！ｌ又はＤ＞２８ｍｎ＋ Ｄが２．０ｍｍより大きい、例えば５ｍｍ、ときは、図１８に示されているよう に、狭い音の円錐が変換器から生起され、角度１０°に置かれた糸３による反射 後に変換器を見失う。

さらなる制限は、破壊的（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）な干渉を避けるためには、 返って（る信号の位相は、変換器の表面を横切る１サイクルよりも有意に小さい だけ変化しなけらばならない。それはＤαくん 又はαとλを代入して（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ）Ｄ＜１．９ｍｍ かくして、Ｄを１．９ｍｍ未満に選ぶことによって、糸がその最大角度１０’に あるとき、反射したビームは変換器に当り、表面を横切る成分（ｃｏｍｐｏｎｅ ｎｔ）は破壊的には干渉しない、しかし、受信信号振幅を減らすこととなるので 、ビームは発散しすぎ（図１９に示されているように）ないことが大切である。

理解しつるように、変換器（０，５ｍｍ高さの）によって生起された広い円錐は 、垂直から角度をもって配置された糸の検出を可能にするが、しかし、反射のわ ずかの部分のみが変換器によって受信されるにすぎない、変換器に落ちる枝先面 の部分よりも半角θをビームが持っていたら、 ４１θ　４１ん 振幅もまたＤ、開口の寸法、に比例するので、受信された信号の圧力振幅（ｐｒ ｅｓｓｕｒｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）は：Ｆ／Ｇ、６゜ 要約書 色抜体Ω菫１ １、あらかじめ定められた位置を横切って長平方向に延びるように支持された糸 状体の存在は： 超音波を、上記あらかじめ定められた位置に向かって、上記糸状体の長手方向軸 に対して横切るように発信し、そして、上記あらかじめ定められた位置から、糸 状体によって反転されたそのような波を監視することによりなる方法によって、 検出される。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８′！＃＃＃） 平成５年１月２５日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．あらかじめ定められた位置を横切って長手方向に延びるように支持された糸 状体を検出する方法であって：超音波を、上記あらかじめ定められた位置に向か って、上記糸状体の長手方向軸に対して横切るように発信し、そして、上記あら かじめ定められた位置から、糸状体によって反転（ｄｉｖｅｒｔ　ｂａｃｋ）さ れたそのような波を監視する糸状体の検出方法。
2. ２．装置のサポート部に関して、あらかじめ定められた位置を横切って長手方向 に延びるように糸状体を支えるための手段、及び、上記サポート部に搭載されて おり、そのようにサポートされたそのような体の長手方向軸に対して横切るよう に、上記あらかじめ定められた位置に向かって超音波を発信するよう作動しうる とともに、その位置から、そのような体によって反転されたそのような波を検出 するようにも作動しうる超音波変換器手段を含む監視手段を含む装置。
3. ３．音波の波長は、糸状体の径の大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）のオーダーか、 又はそれより小さい、請求の範囲２記載の装置。
4. ４．上記超音波変換手段が、交互に、超音波を発信するとともに、そのような体 から受信したそのような波を検出するように作動しうる単一の超音波変換器を有 する、請求の範囲２又は３記載の装置。
5. ５．上記超音波変換手段が、圧電セラミック素子を含む、請求の範囲２、３又は ４記載の装置。
6. ６．上記監視手段が、さらに、上記超音波変換手段によって生起された信号がそ のような反転された波に起因するものか否かを見分けるための電子信号処理回路 を含む、請求の範囲２から５のいずれか１記載の装置。
7. ７．上記超音波の周波数が０．８から１．２ＭＨｚの範囲内である、請求の範囲 ２から６のいずれか１記載の装置。
8. ８．上記周波数が実質的に１．０ＭＨｚである、請求の範囲７記載の装置。
9. ９．上記糸状体が織機のドローフレームによって支えられている糸である、請求 の範囲２から８のいずれか１記載の装置。
10. １０．請求の範囲２から９のいずれか１記載の装置を採用する請求の範囲１記載 の方法。