JP2015178955A - Temperature measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動子を用いた温度測定システムに関し、特に、広い空間領域で少なくとも１箇所以上の温度を容易に測定することができる温度測定システムに関する。 The present invention relates to a temperature measurement system using a piezoelectric vibrator, and more particularly to a temperature measurement system that can easily measure at least one temperature in a wide space region.
圧電振動子の振動特性が温度によって変化することを利用して、温度を測定することは従来から知られている。特許文献１には、セラミック容器の中に圧電振動子である水晶を収容し、容器の外部に一対の電極を設けた温度センサが記載されている。また、ネットワークアナライザ等の測定手段を用いて、複数点の温度を一つのシステムで測定することが記載されている。すなわち、両端が開放された高周波線路に対して、共振周波数が互いに異なる複数の温度センサが順次並列的に接続され、その一端が測定手段に接続されたシステムである。 It has heretofore been known to measure temperature using the fact that the vibration characteristics of a piezoelectric vibrator change with temperature. Patent Document 1 describes a temperature sensor in which a quartz crystal, which is a piezoelectric vibrator, is housed in a ceramic container and a pair of electrodes are provided outside the container. In addition, it is described that a plurality of temperatures are measured by a single system using a measuring means such as a network analyzer. That is, a system in which a plurality of temperature sensors having different resonance frequencies are sequentially connected in parallel to a high-frequency line whose both ends are open, and one end thereof is connected to the measuring means.
特許文献２には、ネットワークアナライザ等の測定手段を用いて、複数点の温度を測定する他のシステムが記載されている。すなわち、伝送線路に共振周波数が互いに異なる複数の温度センサが順次直列的に接続され、その両端が測定手段に接続されている。また、測定手段に接続される伝送線路が、途中で２個のループアンテナで電磁結合され、無線を利用するシステムが記載されている。 Patent Document 2 describes another system for measuring temperatures at a plurality of points using a measuring means such as a network analyzer. That is, a plurality of temperature sensors having different resonance frequencies are sequentially connected in series to the transmission line, and both ends thereof are connected to the measuring means. In addition, a system is described in which a transmission line connected to a measuring unit is electromagnetically coupled by two loop antennas on the way and uses radio.
特許文献３には、アンテナを用いて温度測定を行う他のシステムが記載されている。図４（ａ）に示すように、この温度測定システム１１０は、センサユニット１２０と、アンテナ系１３０と、測定手段１４０とによって構成されている。センサユニット１２０は、圧電振動子１２１とコイル１２２とをループ状に接続して構成されている。アンテナ系１３０は、伝送線路１３２にコイル１３１を接続して形成されている。そして、センサユニット１２０とアンテナ系１３０とは、コイル１２２とコイル１３１とによって電磁結合され、共振回路１５０を形成している。したがって、温度測定システム１１０は、温度の測定点において無線を利用するシステムである。 Patent Document 3 describes another system for measuring temperature using an antenna. As shown in FIG. 4A, the temperature measurement system 110 includes a sensor unit 120, an antenna system 130, and measurement means 140. The sensor unit 120 is configured by connecting a piezoelectric vibrator 121 and a coil 122 in a loop shape. The antenna system 130 is formed by connecting a coil 131 to a transmission line 132. The sensor unit 120 and the antenna system 130 are electromagnetically coupled by the coil 122 and the coil 131 to form a resonance circuit 150. Therefore, the temperature measurement system 110 is a system that uses radio at a temperature measurement point.
測定手段１４０は、共振回路１５０に対して、逐次周波数を変えて、高周波電力を供給するとともに、共振回路１５０の反射電力強度の周波数特性を測定している。供給電力の周波数と測定される反射電力強度との関係は、例えば、図４（ｂ）に示すようになって、得られる曲線のボトムが圧電振動子１２１の共振周波数である。 The measuring means 140 supplies the high frequency power to the resonance circuit 150 by sequentially changing the frequency and measures the frequency characteristic of the reflected power intensity of the resonance circuit 150. The relationship between the frequency of the supplied power and the measured reflected power intensity is, for example, as shown in FIG. 4B, and the bottom of the obtained curve is the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 121.
特許文献３には、図４（ｃ）に示すように複数点の温度を測定するシステムが記載されている。すなわち、図４（ａ）と同様のセンサユニット１２０が複数個配置されるとともに、１個のアンテナ系１３０が全てのセンサユニット１２０を包囲するように配置され、１個の測定手段１４０に接続されている。アンテナ系１３０は、ただ１個のコイル１３１（ループアンテナ）を備えている。 Patent Document 3 describes a system for measuring temperatures at a plurality of points as shown in FIG. That is, a plurality of sensor units 120 similar to those in FIG. 4A are arranged, and one antenna system 130 is arranged so as to surround all the sensor units 120 and connected to one measuring means 140. ing. The antenna system 130 includes only one coil 131 (loop antenna).
図４（ｄ）は、図４（ｃ）を少し具体的に示したもので、複数点の温度を測定する温度測定システム１１１を示している。複数のセンサユニット１２０、１２０、……は、図４（ａ）のセンサユニット１２０と同様に、圧電振動子１２１とコイル１２２をループ状に接続して構成されているが、その共振周波数が互いに異なっている。一方、アンテナ系１３０は、１個のコイル１３１と伝送線路１３２とで構成され、コイル１３１が、複数のセンサユニット１２０、１２０、……と夫々電磁結合するようにしている。アンテナ系１３０は、インピーダンス整合器１３３を介して、測定手段１４０に接続されている。 FIG. 4D shows the temperature measurement system 111 that measures temperatures at a plurality of points, which is a little more specific than FIG. 4C. Like the sensor unit 120 in FIG. 4A, the plurality of sensor units 120, 120,... Are configured by connecting the piezoelectric vibrator 121 and the coil 122 in a loop shape. Is different. On the other hand, the antenna system 130 includes a single coil 131 and a transmission line 132, and the coil 131 is electromagnetically coupled to the plurality of sensor units 120, 120,. The antenna system 130 is connected to the measurement unit 140 via the impedance matching unit 133.
温度測定システム１１１は、複数のセンサユニット１２０に対して、１個のアンテナ系１３０を使用して、無線で測定をすることができるので非常に便利である。また、センサユニット１２０には、ＬＴＧＡ等の高い温度の測定に適した圧電振動子を使用することもできる。このため、温度測定システム１１１は、すでに半導体製造装置等における高温の温度測定に実用化されている。
なお、センサユニット１２０の具体的な構造については、特許文献４や特許文献５に、詳しく記載されている。
The temperature measurement system 111 is very convenient because it can wirelessly measure a plurality of sensor units 120 using one antenna system 130. The sensor unit 120 can also be a piezoelectric vibrator suitable for high temperature measurement such as LTGA. For this reason, the temperature measurement system 111 has already been put into practical use for high-temperature temperature measurement in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
The specific structure of the sensor unit 120 is described in detail in Patent Documents 4 and 5.
しかしながら、温度測定システム１１１は、広い空間領域に亘って複数点の温度を測定する場合には、アンテナ系１３０に定在波を生じて反射電力の周波数特性が擾乱する問題を生じることが明らかになった。すなわち、周波数特性の乱れにより、図４（ｂ）に示すようなボトムを備える波形を安定して得ることができなかったり、波形を得ることはできてもボトムの位置がずれてしまったりする現象が発生する。このため、温度測定システム１１１は、広い空間領域で複数点の温度を同時に測定することが困難である。 However, it is clear that the temperature measurement system 111 causes a problem that a standing wave is generated in the antenna system 130 and the frequency characteristic of reflected power is disturbed when measuring temperatures at a plurality of points over a wide space region. became. That is, a phenomenon in which a waveform having a bottom as shown in FIG. 4B cannot be stably obtained due to disturbance of frequency characteristics, or the bottom position is shifted even though a waveform can be obtained. Will occur. For this reason, it is difficult for the temperature measuring system 111 to simultaneously measure a plurality of temperatures in a wide space region.
そこで、本発明の目的は、広い空間領域に亘って少なくとも１箇所以上の温度を測定しても、定在波を生じることなく、安定して少なくとも１箇所以上の温度を測定することが可能な温度測定システムを提供することにある。そして、半導体製造装置等における高温の温度測定においても、自動化や高精度化に有効な温度測定システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to stably measure at least one temperature without causing a standing wave even when measuring at least one temperature over a wide space region. It is to provide a temperature measurement system. Another object of the present invention is to provide a temperature measurement system that is effective for automation and high accuracy even in high-temperature temperature measurement in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
本発明者等は、アンテナ系の構成として、伝送線路に少なくとも１個以上のアンテナユニットを並列的に接続したものとし、伝送線路をその特性インピーダンスを満たす抵抗で終端させることによって、比較的距離の長いアンテナ系においても定在波の発生を抑制できることを発見した。そして、さらに研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。 As a configuration of the antenna system, the present inventors assume that at least one antenna unit is connected in parallel to the transmission line, and the transmission line is terminated with a resistor satisfying its characteristic impedance, so that a relatively long distance can be obtained. It was discovered that the generation of standing waves can be suppressed even in a long antenna system. As a result of further research, the present invention has been completed.
本発明の請求項１に係る温度測定システムは、圧電振動子を備える少なくとも１個以上のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個以上のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続され、その他端側が当該伝送線路の特性インピーダンスを満たす抵抗で終端され、前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの反射電力を受信して観測する手段を採用している。 A temperature measurement system according to claim 1 of the present invention is connected to at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and the antenna system. The sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil, and the antenna system includes at least one antenna unit in parallel on a transmission line. The antenna unit is configured by connecting a coil and a capacitor to form a resonance circuit. One end of the transmission line is connected to the output terminal of the measuring means, and the other end satisfies the characteristic impedance of the transmission line. Terminated with a resistor, the measuring means supplies high frequency power to the antenna system and from the antenna system It employs a means for observing receiving power morphism.
また、本発明の請求項２に係る温度測定システムは、圧電振動子を備える少なくとも１個以上のセンサユニットと、前記センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、前記アンテナ系が接続される測定手段とを備える温度測定システムであって、前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個以上のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続されるとともに、その他端側が前記測定手段の入力端子に接続され、前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの伝達電力を受信して観測する手段を採用している。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a temperature measurement system including at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and the antenna system. A temperature measurement system including a measurement unit connected to the sensor unit, wherein the sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil, and the antenna system includes at least one antenna unit in parallel on a transmission line. The antenna unit forms a resonance circuit with a coil and a capacitor, and the transmission line has one end connected to the output terminal of the measuring means and the other end connected to the measuring means. Connected to the input terminal, the measuring means supplies high-frequency power to the antenna system and transmits power from the antenna system. We have adopted the means to observe and receive.
本発明の温度測定システムは、上記の構成とすることにより、アンテナ系の長さを１０ｍ以上として少なくとも１箇所以上の温度を測定した場合でも定在波を生じることなく、安定して温度を測定することが可能である。そして、半導体製造装置、薄膜形成装置、高温焼成炉等に適用可能であり、これらの分野における温度測定の自動化、高精度化、簡略化に著しい効果を発揮することができる。 The temperature measurement system according to the present invention is configured as described above, so that the temperature can be stably measured without generating a standing wave even when the temperature of the antenna system is 10 m or more and at least one temperature is measured. Is possible. The present invention can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus, a thin film forming apparatus, a high temperature firing furnace, and the like, and can exert a remarkable effect on automation, high accuracy, and simplification of temperature measurement in these fields.
本発明の温度測定システムは、圧電振動子を備えるセンサユニットと、センサユニットと電磁結合して共振回路を形成するアンテナ系と、アンテナ系が接続される測定手段とを備えるシステムであって、少なくとも１箇所以上の温度を同時に測定するシステムであり、無線を利用するシステムである。 The temperature measurement system of the present invention is a system including a sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and a measurement unit to which the antenna system is connected, It is a system that measures the temperature of one or more locations at the same time, and is a system that uses radio.
図１により、本発明の温度測定システムの基本的な特徴であるアンテナ系３０について説明する。センサユニット２０は、従来のものと同様に、圧電振動子２１とコイル２２とをループ状に接続して構成している。そして、少なくとも１箇所以上の温度を測定するために、センサユニット２０は、互いに共振周波数の異なる圧電振動子２１で構成したものを、少なくとも１個以上使用している。 An antenna system 30 that is a basic feature of the temperature measurement system of the present invention will be described with reference to FIG. The sensor unit 20 is configured by connecting a piezoelectric vibrator 21 and a coil 22 in a loop shape as in the conventional case. And in order to measure the temperature of at least 1 place or more, the sensor unit 20 uses at least 1 or more what was comprised with the piezoelectric vibrator 21 from which a resonant frequency mutually differs.
センサユニット２０の具体的な構成は、温度を測定する対象物等の測定条件によって様々な態様に変化するので、参考となる文献を紹介しておく。例えば、特許文献４には、ワークの水平面に載置する例が複数記載されている。また、特許文献５には、容器内に圧電振動子とコイルとをコンパクトに収納したものが記載されている。いずれの場合にも、コイル２２には、ループ状又は渦巻き状のものが使用されている。 Since the specific configuration of the sensor unit 20 changes in various modes depending on the measurement conditions of the object or the like whose temperature is to be measured, a reference document is introduced. For example, Patent Document 4 describes a plurality of examples of placing on a horizontal surface of a workpiece. Patent Document 5 discloses a container in which a piezoelectric vibrator and a coil are housed in a compact manner. In either case, the coil 22 has a loop shape or a spiral shape.
本発明のアンテナ系３０は、伝送線路３２に少なくとも１個以上のアンテナユニット６０を並列的に接続して構成することを特徴としている。後述するように、伝送線路３２の一端は測定手段４０に接続され、他端にはその特性インピーダンスを満たす抵抗３３を設けて終端させている。そして、各アンテナユニット６０と各センサユニット２０とが一対一で対応するように配置して使用する。 The antenna system 30 of the present invention is characterized in that at least one antenna unit 60 is connected in parallel to the transmission line 32. As will be described later, one end of the transmission line 32 is connected to the measuring means 40, and the other end is terminated with a resistor 33 that satisfies its characteristic impedance. The antenna units 60 and the sensor units 20 are arranged and used so as to correspond one-to-one.
アンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２を接続して並列共振回路を構成している。そして、コイル６１とコンデンサ６２との共振で得られる周波数が、センサユニット２０の圧電振動子２１の共振周波数の近傍となるようにしている。アンテナユニット６０は、ワークを加熱する装置内等に固定されることが多いために、装置等の条件により様々な態様に変化する。 The antenna unit 60 constitutes a parallel resonance circuit by connecting a coil 61 and a capacitor 62. The frequency obtained by resonance between the coil 61 and the capacitor 62 is set to be close to the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 21 of the sensor unit 20. Since the antenna unit 60 is often fixed in an apparatus for heating a workpiece or the like, the antenna unit 60 changes into various modes depending on conditions of the apparatus or the like.
アンテナユニット６０とセンサユニット２０とは、コイル６１とコイル２２とが近接するように配置するので、これに適した形状とすることが好ましい。例えば、コイル６１及びコイル２２の形状をループ状又は渦巻き状にすると、互いに上下に重なるように位置させることができる。 Since the antenna unit 60 and the sensor unit 20 are disposed so that the coil 61 and the coil 22 are close to each other, it is preferable to have a shape suitable for this. For example, when the coil 61 and the coil 22 are formed in a loop shape or a spiral shape, they can be positioned so as to overlap each other.
伝送線路３２は、一定の特性インピーダンスを備えるものとする。すなわち、同軸ケーブル又は平行ケーブルを使用するとともに、特性インピーダンスを満たす抵抗３３で終端されている。例えば、市販の同軸ケーブルを使用する場合、特性インピーダンスが５０Ω又は７５Ωのものを使用することになる。本発明の温度測定システムは、伝送線路３２を１０ｍ以上の長さにすることが可能であり、１０個以上の複数点の測定を同時に安定して行うことが可能である。 The transmission line 32 is assumed to have a certain characteristic impedance. That is, a coaxial cable or a parallel cable is used and terminated with a resistor 33 that satisfies the characteristic impedance. For example, when a commercially available coaxial cable is used, one having a characteristic impedance of 50Ω or 75Ω is used. The temperature measurement system of the present invention can make the transmission line 32 10 m or longer, and can stably measure 10 or more points simultaneously.
なお、アンテナ系３０が接続される測定手段４０は、ネットワークアナライザ等として市販されているものを利用することが可能であり、その構成内容や複数点の温度測定における利用方法についても、特許文献１、特許文献３、特許文献５等に記載されているので、ここでは説明を省略する。 The measuring means 40 to which the antenna system 30 is connected can use a commercially available network analyzer or the like, and the configuration content and the usage method in temperature measurement at a plurality of points are also disclosed in Patent Document 1. , Patent Document 3, Patent Document 5 and the like are not described here.
本発明の第１の温度測定システム１０を図２に示す。図２（ａ）は、アンテナ系３０と測定手段４０を示し、測定手段４０の出力端子４１にアンテナ系３０が接続されていることを示している。ここで、アンテナ系３０は、同軸ケーブルを用いた伝送線路３２に少なくとも１個以上のアンテナユニット６０が並列的に接続され、伝送線路３２の特性インピーダンスを満たす抵抗３３で終端している。なお、図２（ａ）では、センサユニット２０の記載を省略しているが、各アンテナユニット６０に対応する夫々の位置にセンサユニット２０が配置されている。 A first temperature measurement system 10 of the present invention is shown in FIG. FIG. 2A shows the antenna system 30 and the measuring means 40, and shows that the antenna system 30 is connected to the output terminal 41 of the measuring means 40. Here, in the antenna system 30, at least one antenna unit 60 is connected in parallel to a transmission line 32 using a coaxial cable, and is terminated with a resistor 33 that satisfies the characteristic impedance of the transmission line 32. In FIG. 2A, the sensor unit 20 is not shown, but the sensor unit 20 is disposed at each position corresponding to each antenna unit 60.
温度測定システム１０の全体構成を図２（ｂ）に示す。図１で説明したように、少なくとも１個以上のセンサユニット２０は、圧電振動子２１とコイル２２によって構成され、その圧電振動子２１が互いに異なる振動周波数を備えている。また、少なくとも１個以上のアンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２によって構成されている。そして、それぞれのセンサユニット２０が、それぞれのアンテナユニット６０と対応して、近傍に配置されている。 The overall configuration of the temperature measurement system 10 is shown in FIG. As described with reference to FIG. 1, at least one sensor unit 20 includes a piezoelectric vibrator 21 and a coil 22, and the piezoelectric vibrator 21 has different vibration frequencies. In addition, at least one antenna unit 60 includes a coil 61 and a capacitor 62. Each sensor unit 20 is arranged in the vicinity corresponding to each antenna unit 60.
伝送線路３２は、その一端側が測定手段４０の出力端子４１に接続され、他端側が抵抗３３で終端されている。そして、測定手段４０は、出力端子４１から高周波電力をアンテナ系３０に供給すると、アンテナ系３０から戻される反射電力を出力端子４１により受信して、各センサユニット２０の周波数特性を観察することができる。すなわち、各センサユニット２０から反射される電力が最小となる周波数、言い換えると、反射係数Ｓ１１が最小となる周波数を、無線により測定することができる。 The transmission line 32 has one end connected to the output terminal 41 of the measuring means 40 and the other end terminated with a resistor 33. Then, when the high frequency power is supplied from the output terminal 41 to the antenna system 30, the measuring means 40 receives the reflected power returned from the antenna system 30 by the output terminal 41, and observes the frequency characteristics of each sensor unit 20. it can. That is, the frequency at which the power reflected from each sensor unit 20 is minimized, in other words, the frequency at which the reflection coefficient S11 is minimized can be measured wirelessly.
図２（ａ）に示すような形態で、長さ約６ｍの伝送線路３２に１２個のアンテナユニット６０を設けたアンテナ系３０を用いて試験を行った。その結果、全てのセンサユニット２０において、安定して周波数特性を観察することが可能であり、ボトムの位置が明確な波形を求めることが可能であった。また、同一のセンサユニット２０を、測定手段４０に最も近い位置と、最も遠い位置に置いて比較したところ、約１０ＭＨｚの振動周波数に対して、０．０００２４５ＭＨｚの差を生じた。これを温度の誤差に換算すると、１５０℃においては約０．６℃の誤差であり、３００℃においては約０．４℃の誤差である。したがって、温度測定システム１０は、十分に実用できることが判明した。 A test was conducted using the antenna system 30 in which twelve antenna units 60 were provided on a transmission line 32 having a length of about 6 m in the form shown in FIG. As a result, in all the sensor units 20, it was possible to observe the frequency characteristics stably and to obtain a waveform with a clear bottom position. Further, when the same sensor unit 20 was placed at the position closest to the measuring means 40 and the position farthest from the comparison, a difference of 0.000245 MHz was generated with respect to the vibration frequency of about 10 MHz. When this is converted into a temperature error, the error is about 0.6 ° C. at 150 ° C., and the error is about 0.4 ° C. at 300 ° C. Therefore, it has been found that the temperature measurement system 10 can be sufficiently put into practical use.
本発明の第２の温度測定システム１１を図３に示す。図３（ａ）は、アンテナ系３０と測定手段４０を示し、測定手段４０の出力端子４１にアンテナ系３０の一端が接続され、入力端子４２にアンテナ系３０の他端が接続されていることを示している。ここで、アンテナ系３０は、同軸ケーブルを用いた伝送線路３２に少なくとも１個以上のアンテナユニット６０が並列的に接続されている。なお、図３（ａ）では、センサユニット２０の記載を省略しているが、各アンテナユニット６０に対応する夫々の位置にセンサユニット２０が配置されている。 A second temperature measurement system 11 of the present invention is shown in FIG. FIG. 3A shows the antenna system 30 and the measuring means 40, with one end of the antenna system 30 connected to the output terminal 41 of the measuring means 40 and the other end of the antenna system 30 connected to the input terminal 42. Is shown. Here, in the antenna system 30, at least one antenna unit 60 is connected in parallel to a transmission line 32 using a coaxial cable. In FIG. 3A, the sensor unit 20 is not shown, but the sensor unit 20 is disposed at each position corresponding to each antenna unit 60.
温度測定システム１１の全体構成を図３（ｂ）に示す。図１で説明したように、少なくとも１個以上のセンサユニット２０は、圧電振動子２１とコイル２２によって構成され、複数の場合には、その圧電振動子２１が互いに異なる振動周波数を備えている。また、少なくとも１個以上のアンテナユニット６０は、コイル６１とコンデンサ６２によって構成されている。そして、それぞれのセンサユニット２０が、それぞれのアンテナユニット６０と対応して、近傍に配置されている。 The overall configuration of the temperature measurement system 11 is shown in FIG. As described with reference to FIG. 1, at least one sensor unit 20 includes the piezoelectric vibrator 21 and the coil 22, and in a plurality of cases, the piezoelectric vibrators 21 have different vibration frequencies. In addition, at least one antenna unit 60 includes a coil 61 and a capacitor 62. Each sensor unit 20 is arranged in the vicinity corresponding to each antenna unit 60.
伝送線路３２は、その一端側が測定手段４０の出力端子４１に接続され、他端側が測定手段４０の入力端子４２に接続されている。ただし、入力端子４２の内部において、抵抗４３が設けられ、温度測定システム１０の場合と同様に、伝送線路３２はその特性インピーダンスを満たす抵抗４３で終端している。 One end of the transmission line 32 is connected to the output terminal 41 of the measuring means 40, and the other end is connected to the input terminal 42 of the measuring means 40. However, a resistor 43 is provided inside the input terminal 42, and the transmission line 32 is terminated with a resistor 43 that satisfies its characteristic impedance, as in the case of the temperature measurement system 10.
測定手段４０は、出力端子４１から高周波電力をアンテナ系３０に供給すると、アンテナ系３０を経由した伝達電力を入力端子４２により受信して、各センサユニット２０の周波数特性を観察することができる。すなわち、各センサユニット２０から伝達される電力が最小となる周波数、言い換えると、伝達係数Ｓ２１が最小となる周波数を、無線により測定することができる。 When the high frequency power is supplied from the output terminal 41 to the antenna system 30, the measuring means 40 receives the transmitted power via the antenna system 30 from the input terminal 42 and can observe the frequency characteristics of each sensor unit 20. That is, the frequency at which the power transmitted from each sensor unit 20 is minimized, in other words, the frequency at which the transmission coefficient S21 is minimized can be measured by radio.
図３（ａ）に示すような形態で、長さ約６ｍの伝送線路３２に１２個のアンテナユニット６０を設けたアンテナ系３０を用いて試験を行った。その結果、全てのセンサユニット２０において、安定して周波数特性を観察することが可能であり、ボトムの位置が明確な波形を求めることが可能であった。そして、同一のセンサユニット２０を、測定手段４０に最も近い位置と、最も遠い位置に置いて比較したところ、約１０ＭＨｚの振動周波数に対して、誤差を認めることができなかった。したがって、温度測定システム１１は、十分に実用できることが判明した。 A test was performed using an antenna system 30 in which twelve antenna units 60 were provided on a transmission line 32 having a length of about 6 m in the form shown in FIG. As a result, in all the sensor units 20, it was possible to observe the frequency characteristics stably and to obtain a waveform with a clear bottom position. Then, when the same sensor unit 20 was placed at the position closest to the measurement means 40 and compared with the position farthest, no error could be recognized for a vibration frequency of about 10 MHz. Therefore, it has been found that the temperature measurement system 11 can be sufficiently practically used.
本発明の温度測定システム１０、１１は、アンテナ系の長さを１０ｍ以上として少なくとも１箇所以上の温度を測定した場合でも定在波を生じることなく、安定して温度を測定することが可能である。そして、半導体製造装置、薄膜形成装置、高温焼成炉等に適用可能であり、これらの分野における温度測定の自動化、高精度化、簡略化に著しい効果を発揮することができる。 The temperature measurement systems 10 and 11 of the present invention can stably measure the temperature without generating a standing wave even when the length of the antenna system is 10 m or more and at least one temperature is measured. is there. The present invention can be applied to a semiconductor manufacturing apparatus, a thin film forming apparatus, a high temperature firing furnace, and the like, and can exert a remarkable effect on automation, high accuracy, and simplification of temperature measurement in these fields.
１０、１１ 温度測定システム
２０ センサユニット
２１ 圧電振動子
２２、６１ コイル
３０ アンテナ系
３２ 伝送線路
３３、４３ 抵抗
４０ 測定手段
４１ 出力端子
４２ 入力端子
６０ アンテナユニット
６２ コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 Temperature measurement system 20 Sensor unit 21 Piezoelectric vibrator 22, 61 Coil 30 Antenna system 32 Transmission line 33, 43 Resistance 40 Measuring means 41 Output terminal 42 Input terminal 60 Antenna unit 62 Capacitor
Claims (2)
前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、
前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個以上のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、
前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、
前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続され、他端側が当該伝送線路の特性インピーダンスを満たす抵抗で終端され、
前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの反射電力を受信して観測することを特徴とする温度測定システム。 A temperature measurement system comprising at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and a measurement unit to which the antenna system is connected,
The sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil,
The antenna system is configured by connecting at least one antenna unit in parallel to a transmission line,
The antenna unit constitutes a resonance circuit with a coil and a capacitor,
The transmission line has one end connected to the output terminal of the measuring means and the other end terminated with a resistor that satisfies the characteristic impedance of the transmission line.
The temperature measuring system characterized in that the measuring means supplies high-frequency power to the antenna system and receives and observes reflected power from the antenna system.
前記センサユニットは、圧電振動子とコイルとを接続して構成され、
前記アンテナ系は、伝送線路に少なくとも１個以上のアンテナユニットを並列的に接続して構成され、
前記アンテナユニットは、コイルとコンデンサによって共振回路を構成し、
前記伝送線路は、その一端側が前記測定手段の出力端子に接続されるとともに、その他端側が前記測定手段の入力端子に接続され、
前記測定手段が、前記アンテナ系に高周波電力を供給するとともに、前記アンテナ系からの伝達電力を受信して観測することを特徴とする温度測定システム。 A temperature measurement system comprising at least one sensor unit including a piezoelectric vibrator, an antenna system that electromagnetically couples with the sensor unit to form a resonance circuit, and a measurement unit to which the antenna system is connected,
The sensor unit is configured by connecting a piezoelectric vibrator and a coil,
The antenna system is configured by connecting at least one antenna unit in parallel to a transmission line,
The antenna unit constitutes a resonance circuit with a coil and a capacitor,
The transmission line has one end connected to the output terminal of the measuring means and the other end connected to the input terminal of the measuring means.
The temperature measurement system characterized in that the measurement means supplies high-frequency power to the antenna system and receives and observes transmission power from the antenna system.
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