JP2638636B2 - 真空測定装置 - Google Patents
真空測定装置Info
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- JP2638636B2 JP2638636B2 JP8366689A JP8366689A JP2638636B2 JP 2638636 B2 JP2638636 B2 JP 2638636B2 JP 8366689 A JP8366689 A JP 8366689A JP 8366689 A JP8366689 A JP 8366689A JP 2638636 B2 JP2638636 B2 JP 2638636B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、共振振動する水晶振動子が雰囲気体との間
に摩擦抵抗ないしは粘性抵抗を受けて変化するＱ値によ
り該気体の真空度を測定する真空測定装置に関する。
に摩擦抵抗ないしは粘性抵抗を受けて変化するＱ値によ
り該気体の真空度を測定する真空測定装置に関する。
（従来の技術） 音叉型水晶振動子を用いた真空測定装置に関する従来
例として、特開昭62−228126号の気体圧力計がある。こ
れは、PLLループ型他励式発振回路よりなる従前の気体
圧力計の課題、すなわち、電源投入後の水晶振動子立ち
上がら遅延による計測待ち時間の短縮、発振ループ内の
バンドパスフィルタ狭帯域化と温度変化等による共振周
波数ドリフト対策あるいはノイズ対策の困難さなどのト
レードオフ関係の改善、及びローパスフィルタ時定数に
よる測定応答遅延の改善などの課題解決を図るべく、第
８図に示す回路構成のPLL型類似の自励型発振ループと
したものである。
例として、特開昭62−228126号の気体圧力計がある。こ
れは、PLLループ型他励式発振回路よりなる従前の気体
圧力計の課題、すなわち、電源投入後の水晶振動子立ち
上がら遅延による計測待ち時間の短縮、発振ループ内の
バンドパスフィルタ狭帯域化と温度変化等による共振周
波数ドリフト対策あるいはノイズ対策の困難さなどのト
レードオフ関係の改善、及びローパスフィルタ時定数に
よる測定応答遅延の改善などの課題解決を図るべく、第
８図に示す回路構成のPLL型類似の自励型発振ループと
したものである。
すなわち、定電圧駆動回路13の矩形波交流出力電圧Va
のデューティを水晶振動子の共振周波数に一致させて水
晶振動子２に印加すると、フィルタされて正弦波共振電
流Iaを出力するので、これを電圧電流交換回路16により
正弦波交流電圧Vbとして取り出し、これを２分岐させ
て、一方は交流直流変換回路16によりVbの全波整流値に
応じて真空度を表示させ、他方は移相器15を介して水晶
振動子２の端子間位相を０に近く、すなわち、直列共振
周波数近傍で発振させるPLL型類似の自励発振回路を構
成したものである。
のデューティを水晶振動子の共振周波数に一致させて水
晶振動子２に印加すると、フィルタされて正弦波共振電
流Iaを出力するので、これを電圧電流交換回路16により
正弦波交流電圧Vbとして取り出し、これを２分岐させ
て、一方は交流直流変換回路16によりVbの全波整流値に
応じて真空度を表示させ、他方は移相器15を介して水晶
振動子２の端子間位相を０に近く、すなわち、直列共振
周波数近傍で発振させるPLL型類似の自励発振回路を構
成したものである。
（発明が解決しようとする課題） 上記従来例のPLL型類似の自励発振ループは、周波数
維持機能と定電圧駆動機能との機能分化により、従前の
PLLループ型他励式発振回路と比較して発振周波数の維
持動作に優れているとされるが、PLLループ型類似の自
励発振回路特有の課題、すなわち、（ａ）水晶振動子の
電流電圧間の位相量を検出しその位相差を零近傍に維持
するための精密な位相制御を必要とすること、並びに真
空度測定回路に特有の課題、すなわち、（ｂ）定電圧駆
動としなければ精度の維持が困難であること、（ｃ）直
線性に優れた高周波電圧電流交換回路を水晶振動子の出
力側に設けなければならないこと、さらに（ｄ）ノイズ
と電源変動を極力抑制した全回路系とすることなどの条
件を満たさねばならない。しかるに、上記課題（ａ）に
ついては、CR固定位相器を示しその他の自動制御系を示
唆するに止めているのみで、零位相条件維持に対して不
十分であり、また、設定（ｂ）〜（ｄ）については、測
定系全体の回路の複雑さと高コストを招き、強く改善が
望まれていた。
維持機能と定電圧駆動機能との機能分化により、従前の
PLLループ型他励式発振回路と比較して発振周波数の維
持動作に優れているとされるが、PLLループ型類似の自
励発振回路特有の課題、すなわち、（ａ）水晶振動子の
電流電圧間の位相量を検出しその位相差を零近傍に維持
するための精密な位相制御を必要とすること、並びに真
空度測定回路に特有の課題、すなわち、（ｂ）定電圧駆
動としなければ精度の維持が困難であること、（ｃ）直
線性に優れた高周波電圧電流交換回路を水晶振動子の出
力側に設けなければならないこと、さらに（ｄ）ノイズ
と電源変動を極力抑制した全回路系とすることなどの条
件を満たさねばならない。しかるに、上記課題（ａ）に
ついては、CR固定位相器を示しその他の自動制御系を示
唆するに止めているのみで、零位相条件維持に対して不
十分であり、また、設定（ｂ）〜（ｄ）については、測
定系全体の回路の複雑さと高コストを招き、強く改善が
望まれていた。
すなわち、安定な周波数で自励発振させつつ、水晶振
動子のインピーダンスに比例した増幅値で真空度を検出
するためには、つまり（イ）発振周波数を安定させる課
題と、（ロ）振幅値を精密に検出する課題との解決が必
須要件である。しかし、一般に利用されている自励発振
は飽和増幅を利用するものであることから、圧力計とし
て特に水晶振動子のインピーダンス値の変化を検出する
目的には適していない。そこで、上記従来例に開示され
ている通り、精密に一定の波高値に維持された矩形波共
振周波数電圧を水晶振動子に入力して、その出力電流を
電圧電流変換して２方向に分岐させ、一方は真空度に対
応した水晶振動子のインピーダンス値の変化を表す発振
（振幅）電圧値の変化として真空度表示に利用し、他方
は位相調整により水晶振動子端子の電圧・電流間の位相
差を零近傍、すなわち、直列共振周波数近くに維持する
ように発振ループ回路系を位相制御するようにしてい
る。その結果、定電圧駆動回路の波高値一定に保持さ
れ、かつ直列共振周波数近傍に常に設定された矩形波共
振周波数電圧を水晶振動子に印加でき、PLL型類似の自
励発振回路を構成したものであって、これより始めて水
晶振動子の最小インピーダンス値を高精度に検出できる
ことになったとしている。
動子のインピーダンスに比例した増幅値で真空度を検出
するためには、つまり（イ）発振周波数を安定させる課
題と、（ロ）振幅値を精密に検出する課題との解決が必
須要件である。しかし、一般に利用されている自励発振
は飽和増幅を利用するものであることから、圧力計とし
て特に水晶振動子のインピーダンス値の変化を検出する
目的には適していない。そこで、上記従来例に開示され
ている通り、精密に一定の波高値に維持された矩形波共
振周波数電圧を水晶振動子に入力して、その出力電流を
電圧電流変換して２方向に分岐させ、一方は真空度に対
応した水晶振動子のインピーダンス値の変化を表す発振
（振幅）電圧値の変化として真空度表示に利用し、他方
は位相調整により水晶振動子端子の電圧・電流間の位相
差を零近傍、すなわち、直列共振周波数近くに維持する
ように発振ループ回路系を位相制御するようにしてい
る。その結果、定電圧駆動回路の波高値一定に保持さ
れ、かつ直列共振周波数近傍に常に設定された矩形波共
振周波数電圧を水晶振動子に印加でき、PLL型類似の自
励発振回路を構成したものであって、これより始めて水
晶振動子の最小インピーダンス値を高精度に検出できる
ことになったとしている。
しかしながら、依然としてPLL型類似の自励発振ルー
プにしては位相制御が不十分であり、また、定電圧回
路、極性判別器等を利用するため複雑で高コストな方式
とならざるを得なかったものである。
プにしては位相制御が不十分であり、また、定電圧回
路、極性判別器等を利用するため複雑で高コストな方式
とならざるを得なかったものである。
本発明は、上記従来励の課題に鑑みてなされたもの
で、共振周波数にある正弦波を適当なデューティにより
パルス変調してバースト信号となし、これを水晶振動子
を含む受動回路に印加すると、水晶振動子が間欠に同期
共振した連続波が得られるが、非同期期間（すなわち、
バースト信号のデューティ期間内にある自由振動期間）
において、水晶振動子のＱ値によりその共振振動電流の
減衰特性が大きく変化するから、この変化を相対検出す
ることにより、水晶振動子のＱ値と強い相関関係にある
真空度を測定することができ、また、水晶振動子の共振
周波数に略同期した連続波出力を飽和増幅して入力側に
戻すことによって、一般に利用されているような自励発
振回路を構成できるようにしたものである。
で、共振周波数にある正弦波を適当なデューティにより
パルス変調してバースト信号となし、これを水晶振動子
を含む受動回路に印加すると、水晶振動子が間欠に同期
共振した連続波が得られるが、非同期期間（すなわち、
バースト信号のデューティ期間内にある自由振動期間）
において、水晶振動子のＱ値によりその共振振動電流の
減衰特性が大きく変化するから、この変化を相対検出す
ることにより、水晶振動子のＱ値と強い相関関係にある
真空度を測定することができ、また、水晶振動子の共振
周波数に略同期した連続波出力を飽和増幅して入力側に
戻すことによって、一般に利用されているような自励発
振回路を構成できるようにしたものである。
これによって、一般の自励式水晶発振回路にほぼ等し
い非常に簡単な回路形式で、再現性に優れた高精度な真
空度測定を可能にしたものである。
い非常に簡単な回路形式で、再現性に優れた高精度な真
空度測定を可能にしたものである。
（課題を解決するための手段） 水晶振動子の共振周波数を搬送波とする同期バースト
信号波を、水晶振動子を含む、例えば、フィルタ回路等
の受動回路に印加すると、水晶振動子のＱが非常に大き
いことから、同期バースト信号の一部エネルギーが共振
振動エネルギーに変換されて長時間にわたって自励共鳴
し、その結果、連続波として出力される。周知のよう
に、この原理はNTSC方式のカラーTV受像機において、カ
ラー再現するための副搬送波用連続同期信号3.579545MH
zを帰線消去期間内のペデスタル信号の一部として送信
されてくる短いバースト信号から復調するのに利用され
ている。
信号波を、水晶振動子を含む、例えば、フィルタ回路等
の受動回路に印加すると、水晶振動子のＱが非常に大き
いことから、同期バースト信号の一部エネルギーが共振
振動エネルギーに変換されて長時間にわたって自励共鳴
し、その結果、連続波として出力される。周知のよう
に、この原理はNTSC方式のカラーTV受像機において、カ
ラー再現するための副搬送波用連続同期信号3.579545MH
zを帰線消去期間内のペデスタル信号の一部として送信
されてくる短いバースト信号から復調するのに利用され
ている。
本発明の真空測定装置は、上記原理を利用したもので
次の２つの方法を提供する。
次の２つの方法を提供する。
第１の方法は、特許請求の範囲第（１）項に対応する
もので、例えば第１図に示す構成をなすものである。
もので、例えば第１図に示す構成をなすものである。
すなわち、増幅器AMP3の出力側において、第２図
（ｃ）に示す連続搬送波V3を２分岐させ、一方はパルス
サンプリング回路SIG1 4に入力することにより、第２図
（ｄ）に示す所定のパルス幅tpと所定のデューティT1か
らなるパルス列V4を得て、この出力をパルス変調器MOD6
に変調波として入力する。他方はそのままパルス変調器
MOD6の他端に搬送波V3として入力する。この搬送波V3を
上記パルス列V4によってパルス変調器MOD6においてパル
ス変調して第２図（ａ）に示すバースト信号V1を得る。
これを、被測定真空雰囲気１内に設置された水晶振動子
X2とこれに並列接続した容量C17、C28とからなるバンド
パスフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数
共鳴によって、第２図（ｂ）に示す連続した同期振動波
形V2が得られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅
器AMP3に入力して飽和増幅して再び搬送波V3とする。他
方は検波器DET5により検波して、入力波V2から最終的に
第２図（ｅ）に示す検波波形V5とその直流成分Vdcを得
て、連続搬送波V3と直流成分Vdcとをローパスフィルタ
・比較器LPF9により比較して真空度を表示する方法であ
る。
（ｃ）に示す連続搬送波V3を２分岐させ、一方はパルス
サンプリング回路SIG1 4に入力することにより、第２図
（ｄ）に示す所定のパルス幅tpと所定のデューティT1か
らなるパルス列V4を得て、この出力をパルス変調器MOD6
に変調波として入力する。他方はそのままパルス変調器
MOD6の他端に搬送波V3として入力する。この搬送波V3を
上記パルス列V4によってパルス変調器MOD6においてパル
ス変調して第２図（ａ）に示すバースト信号V1を得る。
これを、被測定真空雰囲気１内に設置された水晶振動子
X2とこれに並列接続した容量C17、C28とからなるバンド
パスフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数
共鳴によって、第２図（ｂ）に示す連続した同期振動波
形V2が得られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅
器AMP3に入力して飽和増幅して再び搬送波V3とする。他
方は検波器DET5により検波して、入力波V2から最終的に
第２図（ｅ）に示す検波波形V5とその直流成分Vdcを得
て、連続搬送波V3と直流成分Vdcとをローパスフィルタ
・比較器LPF9により比較して真空度を表示する方法であ
る。
第２の方法は、特許請求の範囲第（２）項に対応する
もので、例えば第３図に示す構成をなすものである。
もので、例えば第３図に示す構成をなすものである。
すなわち、増幅器AMP3の出力側において、連続搬送波
V31を２分岐させ、一方は検波器DET51に入力してバース
トパルスV21の最大波高値vhを検出して比較・周波計CMP
12に入力し、他方はそのままパルス変調器MOD6に搬送波
として入力する。この搬送波を上記パルス列V10によっ
てパルス変調してバースト信号V11を得る。これを第１
の方法と同様にして、被測定真空雰囲気１内に設置され
た水晶振動子X2並びに容量C17、C28とからなるバンドパ
スフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共
鳴によって、第４図（ａ）または（ｂ）に示す連続した
同期振動波形V21が得られる。さらにこれを２分岐し
て、一方は増幅器AMP3に入力して再び搬送波V31とす
る。他方は検波器DET5により検波して、入力波V21か
ら、第４図（ｃ）に示す検波波形V51の交流成分Vacを得
て、これを比較器・周波計CMP12に入力して、例えば上
記のVacのVhとVISの比を一定にするように、パルスサン
プリング回路SIG210のデューティの周期を可変して制御
することにより所定のパルス幅と可変デューティからな
るパルス列V10を得ることができる。これにより、途中
にバーストパルス信号を介して連続発振可能な発振ルー
プを構成でき、かつVacの周波数を表示して真空度を表
示する方法である。
V31を２分岐させ、一方は検波器DET51に入力してバース
トパルスV21の最大波高値vhを検出して比較・周波計CMP
12に入力し、他方はそのままパルス変調器MOD6に搬送波
として入力する。この搬送波を上記パルス列V10によっ
てパルス変調してバースト信号V11を得る。これを第１
の方法と同様にして、被測定真空雰囲気１内に設置され
た水晶振動子X2並びに容量C17、C28とからなるバンドパ
スフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共
鳴によって、第４図（ａ）または（ｂ）に示す連続した
同期振動波形V21が得られる。さらにこれを２分岐し
て、一方は増幅器AMP3に入力して再び搬送波V31とす
る。他方は検波器DET5により検波して、入力波V21か
ら、第４図（ｃ）に示す検波波形V51の交流成分Vacを得
て、これを比較器・周波計CMP12に入力して、例えば上
記のVacのVhとVISの比を一定にするように、パルスサン
プリング回路SIG210のデューティの周期を可変して制御
することにより所定のパルス幅と可変デューティからな
るパルス列V10を得ることができる。これにより、途中
にバーストパルス信号を介して連続発振可能な発振ルー
プを構成でき、かつVacの周波数を表示して真空度を表
示する方法である。
（作用） 第１の方法において、直流成分Vdcの値は検波V5の平
均値であるから、水晶振動子のインピーダンスの大きさ
に対応して一義的に決まり、その結果、真空測定するこ
とができる。ここで、水晶振動子に印加するバースト信
号V1が、例えば、ノイズ、温度変化、電源回路ドリフト
などにより変化する場合において、検波V5の最大波高値
Vhと直流成分Vdcとの比は真空度のみにより決定される
一定値に保持されるから、図示していないが、例えば、
AGC等の自動的にレベル設定可能な回路構成をとること
により、測定値に影響を与えることなく、Vdcの値から
高精度な測定結果を維持することができる。
均値であるから、水晶振動子のインピーダンスの大きさ
に対応して一義的に決まり、その結果、真空測定するこ
とができる。ここで、水晶振動子に印加するバースト信
号V1が、例えば、ノイズ、温度変化、電源回路ドリフト
などにより変化する場合において、検波V5の最大波高値
Vhと直流成分Vdcとの比は真空度のみにより決定される
一定値に保持されるから、図示していないが、例えば、
AGC等の自動的にレベル設定可能な回路構成をとること
により、測定値に影響を与えることなく、Vdcの値から
高精度な測定結果を維持することができる。
第２の方法において、例えば第４図（ａ）と（ｂ）に
示すように、水晶振動子Ｘの出力波形V21のVhからV1に
いたる時間が水晶振動子のＱすなわち真空度に一義的に
関係しているから、第４図（ａ）と（ｂ）においてVhと
V1との比が一定なるように制御したとすると、デューテ
ィT2あるいはT3の周波数のみにより両者の真空度を知る
ことができる。あるいは、交流成分Vacの実効値は上記
第１の方法のVdcと相対関係にあるから、例えば、この
交流成分Vacの実効値を一定ならしめるようにパルス列
のデューティを可変することにより、直流成分Vdcを検
出することなく、デューティの周波数のみにより水晶振
動子のインピーダンスを測定することができる。測定系
のノイズ、ドリフト等に対しては、第１の方法と同様に
AGC等によって対応できることは言うまでもない。
示すように、水晶振動子Ｘの出力波形V21のVhからV1に
いたる時間が水晶振動子のＱすなわち真空度に一義的に
関係しているから、第４図（ａ）と（ｂ）においてVhと
V1との比が一定なるように制御したとすると、デューテ
ィT2あるいはT3の周波数のみにより両者の真空度を知る
ことができる。あるいは、交流成分Vacの実効値は上記
第１の方法のVdcと相対関係にあるから、例えば、この
交流成分Vacの実効値を一定ならしめるようにパルス列
のデューティを可変することにより、直流成分Vdcを検
出することなく、デューティの周波数のみにより水晶振
動子のインピーダンスを測定することができる。測定系
のノイズ、ドリフト等に対しては、第１の方法と同様に
AGC等によって対応できることは言うまでもない。
ここで、本発明の真空測定装置の動作原理を説明す
る。
る。
一般に、水晶振動子の直列共振周波数の発振周波数に
利用する発振回路は、第７図（ａ）に示す簡易回路で代
表させることができる。解析を簡単にするために、フィ
ルタ回路の容量C17、C28を省略してあり、また第５図に
示す水晶振動子X2の等価回路において、同様に電極間容
量Co 2aを省略してある。これらは、音叉形水晶振動子
などの低周波水晶振動子の直列共振周波数において、水
晶振動子X2と比較して高いインピーダンスを持つので、
発振周波数条件及び発振電力条件等に対して、影響は殆
どないものとみなすことができるからである。従って、
水晶発振回路の等価回路を第７図（ｂ）のように表現す
ることができる。
利用する発振回路は、第７図（ａ）に示す簡易回路で代
表させることができる。解析を簡単にするために、フィ
ルタ回路の容量C17、C28を省略してあり、また第５図に
示す水晶振動子X2の等価回路において、同様に電極間容
量Co 2aを省略してある。これらは、音叉形水晶振動子
などの低周波水晶振動子の直列共振周波数において、水
晶振動子X2と比較して高いインピーダンスを持つので、
発振周波数条件及び発振電力条件等に対して、影響は殆
どないものとみなすことができるからである。従って、
水晶発振回路の等価回路を第７図（ｂ）のように表現す
ることができる。
これを第６図の水晶振動子V2の出力波形V2に従って説
明する。いま、水晶振動子V2の直列共振周波数と同じ搬
送波周波数のバースト信号V1、すなわち nT≦＜nT＋tp V1（ｔ）＝0,nT＋tp≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ を短い期間tpだけデューティＴ毎に印加すると、期間tp
からtnにおいて水晶振動子の出力波形V2（ｔ）、すなわ
ち nT≦ｔ＜nT＋tp nT＋tp≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ ただし、 n:整数 μ＝1/LC−（R/2L）２＝ω（１−４ω/Q2） VH:入力バースト信号の（振幅）波高値、 Vh:出力バースト信号の最大（振幅）波高値 が出力される。これは振幅減衰傾度の変化がＱ＝ωL/R
に依存していて、Ｑが大なるほど減衰が少ないことを表
している。
明する。いま、水晶振動子V2の直列共振周波数と同じ搬
送波周波数のバースト信号V1、すなわち nT≦＜nT＋tp V1（ｔ）＝0,nT＋tp≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ を短い期間tpだけデューティＴ毎に印加すると、期間tp
からtnにおいて水晶振動子の出力波形V2（ｔ）、すなわ
ち nT≦ｔ＜nT＋tp nT＋tp≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ ただし、 n:整数 μ＝1/LC−（R/2L）２＝ω（１−４ω/Q2） VH:入力バースト信号の（振幅）波高値、 Vh:出力バースト信号の最大（振幅）波高値 が出力される。これは振幅減衰傾度の変化がＱ＝ωL/R
に依存していて、Ｑが大なるほど減衰が少ないことを表
している。
気体の種類及び濃度によって、水晶振動子、とくに屈
曲振動する音叉形水晶振動子のインピーダンスＲが変化
することが知られている。
曲振動する音叉形水晶振動子のインピーダンスＲが変化
することが知られている。
すなわち、水晶振動子のインピーダンスＲの変化ΔＲ
は、約10Paを境目にしてこれより低圧のときは圧力の１
乗に比例し、これより高圧のときは圧力の1/2乗に比例
することが知られている。また、低圧においては気体分
子量の1/2乗に、高圧においては気体粘性係数と密度の
積の1/2乗に比例することが同様に確認されている。
は、約10Paを境目にしてこれより低圧のときは圧力の１
乗に比例し、これより高圧のときは圧力の1/2乗に比例
することが知られている。また、低圧においては気体分
子量の1/2乗に、高圧においては気体粘性係数と密度の
積の1/2乗に比例することが同様に確認されている。
従って、水晶振動子のＱによって入力バースト信号に
同期して共鳴振動した水晶振動子がその自由振動期間内
において特有の振幅減衰を示すので、このＱの変化を検
出して水晶振動子の設置された雰囲気の気体真空度を計
測しようとするものである。
同期して共鳴振動した水晶振動子がその自由振動期間内
において特有の振幅減衰を示すので、このＱの変化を検
出して水晶振動子の設置された雰囲気の気体真空度を計
測しようとするものである。
（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。
すなわち、増幅器AMP3の出力側において、第２図
（ｃ）に示す連続搬送波V3を２分岐させ、一方はパルス
サンプリング回路SIG1 4に入力することにより、第２図
（ｄ）に示す所定のパルス幅tpと所定のデューティT1か
らなるパルス列V4を得て、この出力をパルス変調器MOD6
に変調波として入力する。他方はそのままパルス変調器
MOD6に搬送波として入力する。この搬送波V3を上記パル
ス列V4によってパルス変調器MOD6においてパルス変調し
て第２図（ａ）に示すバースト信号V1を得る。これを、
被測定真空雰囲気１内に設置された水晶振動子X2とこれ
に並列接続した容量C17、C28とからなるバンドパスフィ
ルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共鳴によ
って、第２図（ｂ）に示す連続した同期振動波形V2が得
られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅器AMP3に
入力して飽和増幅して再び搬送波V3とする。他方は検波
器DET5により検波して、入力波V2から最終的に第２図
（ｅ）に示す検波波形V5とその直流成分Vdcを得て、連
続搬送波V3と直流成分Vdcとをローパスフィルタ・比較
器９により比較して真空度を表示するものである。
（ｃ）に示す連続搬送波V3を２分岐させ、一方はパルス
サンプリング回路SIG1 4に入力することにより、第２図
（ｄ）に示す所定のパルス幅tpと所定のデューティT1か
らなるパルス列V4を得て、この出力をパルス変調器MOD6
に変調波として入力する。他方はそのままパルス変調器
MOD6に搬送波として入力する。この搬送波V3を上記パル
ス列V4によってパルス変調器MOD6においてパルス変調し
て第２図（ａ）に示すバースト信号V1を得る。これを、
被測定真空雰囲気１内に設置された水晶振動子X2とこれ
に並列接続した容量C17、C28とからなるバンドパスフィ
ルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共鳴によ
って、第２図（ｂ）に示す連続した同期振動波形V2が得
られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅器AMP3に
入力して飽和増幅して再び搬送波V3とする。他方は検波
器DET5により検波して、入力波V2から最終的に第２図
（ｅ）に示す検波波形V5とその直流成分Vdcを得て、連
続搬送波V3と直流成分Vdcとをローパスフィルタ・比較
器９により比較して真空度を表示するものである。
ここで、上記バンドパスフィルタ回路として、より一
層好ましくはヤーマン型の平衡回路を用いる。これはイ
ンピーダンス整合が取り易く、回路の最適化が図り易い
からである。
層好ましくはヤーマン型の平衡回路を用いる。これはイ
ンピーダンス整合が取り易く、回路の最適化が図り易い
からである。
バースト信号のパルス幅は水晶振動子の立ち上がりと
その平坦到達時間との特性関係を勘案して決定される。
しかし、同期連続発振が行われているので、立ち上がり
は早く音叉型水晶振動子の場合でもデューティの数％以
内に設定することができる。デューティの期間は、測定
気体圧力範囲によって数段階に切り替えると、広範な真
空度の計測に適合でき実用上便利である。
その平坦到達時間との特性関係を勘案して決定される。
しかし、同期連続発振が行われているので、立ち上がり
は早く音叉型水晶振動子の場合でもデューティの数％以
内に設定することができる。デューティの期間は、測定
気体圧力範囲によって数段階に切り替えると、広範な真
空度の計測に適合でき実用上便利である。
第３図に本発明の他の実施例を示す。
すなわち、増幅器AMP3の出力側において、連続搬送波
V31を２分岐させ、一方は検波器DET51に入力してバース
トパルスV21の最大波高値Vhを検出して比較・周波計CMP
12に入力し、他方はそのままパルス変調器MOD6に搬送波
として入力する。この搬送波を上記パルス列V10によっ
てパルス変調してバースト信号V11を得る。これを第１
の方法と同様にして、被測定真空雰囲気１内に設置され
た水晶振動子X2並びに容量C17、C28とからなるバンドパ
スフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共
鳴によって、第４図（ａ）に示す連続した同期振動波形
V21が得られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅
器AMP3に入力して再び搬送波V31とする。他方は検波器D
ET5により検波して、入力波V21から、最終的に第４図
（ｃ）に示す検波波形V51の交流成分Vacを得て、これを
比較器・周波計CMP12に入力して、例えば上記のVacのVh
とVISの比を一定にするように、パルスサンプリング回
路SIG210のデューティの周期を可変して制御することに
より所定のパルス幅と可変デューティからなるパルス列
V10を得ることができる。あるいは、交流成分Vacの実効
値は上記第１の方法のVdcと相対関係にあるから、例え
ば、この交流成分Vacの実効値を一定ならしめるように
パルス列のデューティを可変することにより、直流成分
Vdcを検出することなく、デューティの周波数のみによ
り水晶振動子のインピーダンスを測定することができ
る。以上により、途中にバーストパルス信号を介しても
連続発振可能な発振ループを構成でき、かつVacの周波
数を表示して真空度を表示できるものである。
V31を２分岐させ、一方は検波器DET51に入力してバース
トパルスV21の最大波高値Vhを検出して比較・周波計CMP
12に入力し、他方はそのままパルス変調器MOD6に搬送波
として入力する。この搬送波を上記パルス列V10によっ
てパルス変調してバースト信号V11を得る。これを第１
の方法と同様にして、被測定真空雰囲気１内に設置され
た水晶振動子X2並びに容量C17、C28とからなるバンドパ
スフィルタ回路に印加すると、水晶振動子X2の周波数共
鳴によって、第４図（ａ）に示す連続した同期振動波形
V21が得られる。さらにこれを２分岐して、一方は増幅
器AMP3に入力して再び搬送波V31とする。他方は検波器D
ET5により検波して、入力波V21から、最終的に第４図
（ｃ）に示す検波波形V51の交流成分Vacを得て、これを
比較器・周波計CMP12に入力して、例えば上記のVacのVh
とVISの比を一定にするように、パルスサンプリング回
路SIG210のデューティの周期を可変して制御することに
より所定のパルス幅と可変デューティからなるパルス列
V10を得ることができる。あるいは、交流成分Vacの実効
値は上記第１の方法のVdcと相対関係にあるから、例え
ば、この交流成分Vacの実効値を一定ならしめるように
パルス列のデューティを可変することにより、直流成分
Vdcを検出することなく、デューティの周波数のみによ
り水晶振動子のインピーダンスを測定することができ
る。以上により、途中にバーストパルス信号を介しても
連続発振可能な発振ループを構成でき、かつVacの周波
数を表示して真空度を表示できるものである。
（発明の効果） 本発明は、従来のPLL型類似の自励発振原理を利用し
ていないから、その課題である前記（ａ）ないしは課題
（イ）は既に解決されており、一般の水晶発振と同等の
安定した自励発振を得ることができる。バースト信号の
デューティＴは搬送波に同期して設定することができる
から、一層滑らかな自動追尾による発振を行わせること
ができる。
ていないから、その課題である前記（ａ）ないしは課題
（イ）は既に解決されており、一般の水晶発振と同等の
安定した自励発振を得ることができる。バースト信号の
デューティＴは搬送波に同期して設定することができる
から、一層滑らかな自動追尾による発振を行わせること
ができる。
また、同じく従来例の課題である前記（ｂ）〜（ｄ）
ないしは課題（ロ）に対して、本発明が水晶振動子の自
由振動時における振幅減衰特性を入力と出力の比較にお
いて検出する原理を利用しているから、これらは同時に
すべて解決されている。
ないしは課題（ロ）に対して、本発明が水晶振動子の自
由振動時における振幅減衰特性を入力と出力の比較にお
いて検出する原理を利用しているから、これらは同時に
すべて解決されている。
従って、従来例と比較して一層簡単な回路構成を取る
ことができ、安価で高精度な真空測定装置を提供するこ
とができる。
ことができ、安価で高精度な真空測定装置を提供するこ
とができる。
第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。第２
図の各図は、第１図の各部位における各信号波形図を示
したものであり、第２図（ａ）はバースト信号波形、同
図（ｂ）は水晶振動子X2の出力波形、同図（ｃ）は連続
搬送波、同図（ｄ）はパルス変調信号波形、そして同図
（ｅ）は検波波形をそれぞれ示す図形である。第３図は
本発明の他の実施例で示すブロック図である。第４図
は、第３図の各部位における各信号波形図を示したもの
であり、第４図（ａ）は低真空度の場合の水晶振動子X2
の出力信号波形、同図（ｂ）は高真空の場合の同出力波
形、そして同図（ｃ）は検波波形の交流成分Vdcをそれ
ぞれ示す図形である。第５図は、水晶振動子X2の電気的
等価回路図である。第６図は水晶振動子X2の出力信号波
形の拡大図である。第７図（ａ）は本発明の発振動作原
理図並びに同図（ｂ）はその簡易等価回路図である。 第８図は、従来の実施例を示すブロック図である。 １……被測定真空雰囲気、２……水晶振動子Ｘ、３……
増幅器AMP、４……パルスサンプリング回路、５……検
波器DET、６……パルス変調器MOD、９……ローパスフィ
ルタ比較器。
図の各図は、第１図の各部位における各信号波形図を示
したものであり、第２図（ａ）はバースト信号波形、同
図（ｂ）は水晶振動子X2の出力波形、同図（ｃ）は連続
搬送波、同図（ｄ）はパルス変調信号波形、そして同図
（ｅ）は検波波形をそれぞれ示す図形である。第３図は
本発明の他の実施例で示すブロック図である。第４図
は、第３図の各部位における各信号波形図を示したもの
であり、第４図（ａ）は低真空度の場合の水晶振動子X2
の出力信号波形、同図（ｂ）は高真空の場合の同出力波
形、そして同図（ｃ）は検波波形の交流成分Vdcをそれ
ぞれ示す図形である。第５図は、水晶振動子X2の電気的
等価回路図である。第６図は水晶振動子X2の出力信号波
形の拡大図である。第７図（ａ）は本発明の発振動作原
理図並びに同図（ｂ）はその簡易等価回路図である。 第８図は、従来の実施例を示すブロック図である。 １……被測定真空雰囲気、２……水晶振動子Ｘ、３……
増幅器AMP、４……パルスサンプリング回路、５……検
波器DET、６……パルス変調器MOD、９……ローパスフィ
ルタ比較器。
Claims (2)
- 【請求項１】気体中に配置された水晶振動子をその共振
周波数で駆動したときに該水晶振動子のＱ値から該気体
の真空度を測定する真空測定装置において、該共振周波
数の搬送波を所定のパルス幅の所定のデューティの変調
波により変調したバースト信号波となして、このバース
ト信号波を該水晶振動子を含むバンドパスフィルタ回路
に入力して同期連続波を出力させ、この同期連続波を再
び飽和増幅して該搬送波とする発振回路ループを形成さ
せるとともに、該バースト信号波の非同期期間内におい
て該水晶振動子のＱ値に基づく振幅減衰量を測定すべ
く、該同期連続波を振幅検波して得られた直流成分値と
該搬送波を振幅検波して得られた直流成分値との比によ
り該気体の真空度を測定することを特徴とする真空測定
装置。 - 【請求項２】気体中に配置された水晶振動子をその共振
周波数で駆動したときに該水晶振動子のＱ値から該気体
の真空度を測定する真空測定装置において、該共振周波
数の搬送波を所定のパルス幅のデューティとする変調波
により変調したバースト信号波となして、このバースト
信号波を該水晶振動子を含むバンドパスフィルタ回路に
入力して同期連続波を出力させ、この同期連続波を再び
飽和増幅して該搬送波とする発振回路ループを形成させ
るとともに、該バースト信号波の非同期期間内において
該水晶振動子のＱ値に基づく振幅減衰量を測定すべく、
該同期連続波を振幅検波して得られた波形の最大値と最
小値との比を一定に保つように該デューティの周期を可
変制御して、該デューティの周波数値により該気体の真
空度を測定することを特徴とする真空測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8366689A JP2638636B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 真空測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8366689A JP2638636B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 真空測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262031A JPH02262031A (ja) | 1990-10-24 |
| JP2638636B2 true JP2638636B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=13808790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8366689A Expired - Lifetime JP2638636B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 真空測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638636B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115031896B (zh) * | 2022-05-20 | 2024-06-07 | 北京晨晶电子有限公司 | 电容式薄膜真空计检测装置、真空计及检测方法 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP8366689A patent/JP2638636B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02262031A (ja) | 1990-10-24 |
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