JP2764754B2 - 水晶発振子を用いた圧力検出器 - Google Patents
水晶発振子を用いた圧力検出器Info
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- JP2764754B2 JP2764754B2 JP1331809A JP33180989A JP2764754B2 JP 2764754 B2 JP2764754 B2 JP 2764754B2 JP 1331809 A JP1331809 A JP 1331809A JP 33180989 A JP33180989 A JP 33180989A JP 2764754 B2 JP2764754 B2 JP 2764754B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、掃除器などの家庭電化製品、血圧計など
の医療分野、圧力計、真空計、高度計など産業、計測分
野に用いられる圧力検出器に関するものである。
の医療分野、圧力計、真空計、高度計など産業、計測分
野に用いられる圧力検出器に関するものである。
本発明では、温度に関して同一の負の２次係数を有す
る２つの水晶発振子を同一温度、異な圧力環境下でそれ
ぞれの共振周波数で発振させ、片方の圧力を真空、基準
圧力または大気圧に開放させ、もう一方の水晶発振子は
被測定圧力とする。この状態でそれぞれの発振周波数ま
たは周期の差を検出し、被測定圧力を求めることができ
る。なお、予め異なる温度で圧力を測定しておくことに
より、温度補正を行うことができる。
る２つの水晶発振子を同一温度、異な圧力環境下でそれ
ぞれの共振周波数で発振させ、片方の圧力を真空、基準
圧力または大気圧に開放させ、もう一方の水晶発振子は
被測定圧力とする。この状態でそれぞれの発振周波数ま
たは周期の差を検出し、被測定圧力を求めることができ
る。なお、予め異なる温度で圧力を測定しておくことに
より、温度補正を行うことができる。
従来、水晶発振子等を利用して圧力を検出する方法に
は、圧力による共振周波数（以下f0と略す）の変化と共
振抵抗値（CI値）の変化を利用するものがある。
は、圧力による共振周波数（以下f0と略す）の変化と共
振抵抗値（CI値）の変化を利用するものがある。
第３図は従来の水晶発振子によるセンサの構造を示し
た図である。ダイヤフラム11により、外部からの圧力は
水晶発振子14に加えられ、発振周波数f0の変化として電
極12、コネクタ13を経て外部に取り出される。この構造
の圧力センサは高圧環境下で使用されることが多い。
た図である。ダイヤフラム11により、外部からの圧力は
水晶発振子14に加えられ、発振周波数f0の変化として電
極12、コネクタ13を経て外部に取り出される。この構造
の圧力センサは高圧環境下で使用されることが多い。
第４図は従来の発振周波数f0の変化を検出する圧力検
出器の回路構成を示した図である。発振子Ｘとして、第
３図に示した圧力センサ10を用いることができる。また
第３図に示した以外の水晶発振子を用いることができ
る。一般に、圧力が高くなると水晶発振子が発振しにく
くなるため、周波数が減少する。また周波数と圧力は一
定温度下では比例している。大きな圧力変化を検出する
場合等、圧力−周波数変換効率が高い場合では、直接f0
をカウントする。しかし一般的には圧力による周波数の
小さいため、第４図の様に周波数の高い基準発振回路18
を別に用意し、f0を分周してその周期の間カウンタ17に
より基準発振回路18のクロックf1をカウントする。こう
してf0の変化を周期の変化として検出する。ただし、周
波数変化と圧力変化は比例し、周期の変化、すなわちカ
ウント値の変化とは比例しないため、カウント値をデー
タ処理回路４により圧力データに変換する。
出器の回路構成を示した図である。発振子Ｘとして、第
３図に示した圧力センサ10を用いることができる。また
第３図に示した以外の水晶発振子を用いることができ
る。一般に、圧力が高くなると水晶発振子が発振しにく
くなるため、周波数が減少する。また周波数と圧力は一
定温度下では比例している。大きな圧力変化を検出する
場合等、圧力−周波数変換効率が高い場合では、直接f0
をカウントする。しかし一般的には圧力による周波数の
小さいため、第４図の様に周波数の高い基準発振回路18
を別に用意し、f0を分周してその周期の間カウンタ17に
より基準発振回路18のクロックf1をカウントする。こう
してf0の変化を周期の変化として検出する。ただし、周
波数変化と圧力変化は比例し、周期の変化、すなわちカ
ウント値の変化とは比例しないため、カウント値をデー
タ処理回路４により圧力データに変換する。
第５図は従来のCI値の変化による圧力検出器の回路構
成を示した図である。第６図に水晶発振子の共振点付近
の等価回路（ａ）と共振電流（ｂ）を示す。圧力を加え
るとf0が低くなり共振電流が小さくなる。第５図では、
PLL21を用いて常に水晶発振子Ｘをその共振周波数で発
振させる。水晶発振子Ｘと抵抗25は直列接続されてお
り、PLL21の出力を水晶発振子Ｘと抵抗25で分圧し、抵
抗25より電圧を取り出して増幅回路23で増幅している。
水晶発振子Ｘに加えられる圧力が高くなると、CI値が大
きくなり、共振電流が減少する。このた水晶発振子Ｘと
抵抗25の分圧比が変化し、抵抗25の出力は小さくなる。
そして整流回路24の直流出力は小さくなる。こうして圧
力−電圧変換がなされる。
成を示した図である。第６図に水晶発振子の共振点付近
の等価回路（ａ）と共振電流（ｂ）を示す。圧力を加え
るとf0が低くなり共振電流が小さくなる。第５図では、
PLL21を用いて常に水晶発振子Ｘをその共振周波数で発
振させる。水晶発振子Ｘと抵抗25は直列接続されてお
り、PLL21の出力を水晶発振子Ｘと抵抗25で分圧し、抵
抗25より電圧を取り出して増幅回路23で増幅している。
水晶発振子Ｘに加えられる圧力が高くなると、CI値が大
きくなり、共振電流が減少する。このた水晶発振子Ｘと
抵抗25の分圧比が変化し、抵抗25の出力は小さくなる。
そして整流回路24の直流出力は小さくなる。こうして圧
力−電圧変換がなされる。
しかしながら従来の圧力を検出する方法および検出器
においては以下に述べる様な欠点があった。
においては以下に述べる様な欠点があった。
水晶発振子の発振周波数を検出する方法では、圧力変
化が発振周波数の変化に比例するものの圧力変化が大き
くなければ発振周波数の変化そのものが小さく、分解能
が悪い。この欠点をカバーするため、小さな圧力変化を
増幅して水晶発振子に加える機械的構造を用いたり、水
晶発振子自体を特殊な構造とし、圧力変化を受け易い構
造としている。また発振周波数の高い水晶発振子を開発
したり、周期測定方法では圧力を測定する水晶発振子と
は別に高周波基準クロックを採用している。しかしなが
らこのことが機構的な複雑化、大型化、コストアップを
招いている。周波数が高くなれば消費電力も増大する。
さらに水晶発振子自体が温度変化の小さなものでなけれ
ば使えない。CI値変化を検出する方法での大きな問題点
としては、得られる出力電圧が圧力に比例せず、かつア
ナログ出力となることである。このままメーター等に接
続し、圧力値を読み取る場合は良いが、データ処理を行
う場合はAD変換（アナログ−デジタル変換）を行った
上、直線化補正を行わなければならない。またPLLを用
いている場合では消費電力の増大、コスアップなどが欠
点となっている。
化が発振周波数の変化に比例するものの圧力変化が大き
くなければ発振周波数の変化そのものが小さく、分解能
が悪い。この欠点をカバーするため、小さな圧力変化を
増幅して水晶発振子に加える機械的構造を用いたり、水
晶発振子自体を特殊な構造とし、圧力変化を受け易い構
造としている。また発振周波数の高い水晶発振子を開発
したり、周期測定方法では圧力を測定する水晶発振子と
は別に高周波基準クロックを採用している。しかしなが
らこのことが機構的な複雑化、大型化、コストアップを
招いている。周波数が高くなれば消費電力も増大する。
さらに水晶発振子自体が温度変化の小さなものでなけれ
ば使えない。CI値変化を検出する方法での大きな問題点
としては、得られる出力電圧が圧力に比例せず、かつア
ナログ出力となることである。このままメーター等に接
続し、圧力値を読み取る場合は良いが、データ処理を行
う場合はAD変換（アナログ−デジタル変換）を行った
上、直線化補正を行わなければならない。またPLLを用
いている場合では消費電力の増大、コスアップなどが欠
点となっている。
上記問題を解決するため本発明では時計等に使用され
る温度に関して同じ負の２次係数を有する水晶発振子２
個を同一温度下でそれぞれの共振周波数で発振させ、一
方を真空、あるいは大気圧などの基準となる圧力下に置
き、もう一方を測定しようとする圧力下に置き、両者の
発振周波数の差を求め、計算などの手段により、測定し
ようとする圧力を求めるものである。
る温度に関して同じ負の２次係数を有する水晶発振子２
個を同一温度下でそれぞれの共振周波数で発振させ、一
方を真空、あるいは大気圧などの基準となる圧力下に置
き、もう一方を測定しようとする圧力下に置き、両者の
発振周波数の差を求め、計算などの手段により、測定し
ようとする圧力を求めるものである。
圧力を変化させるとわずかながら発振周波数が変化す
る。一方を基準圧力に保ち他方を被測定圧力とすると、
周波数の差を測定することにより両者の圧力差を求める
ことができる。基準とする圧力のとり方により、絶対圧
力（真空および加圧）、差圧、ゲージ圧を測定すること
ができる。
る。一方を基準圧力に保ち他方を被測定圧力とすると、
周波数の差を測定することにより両者の圧力差を求める
ことができる。基準とする圧力のとり方により、絶対圧
力（真空および加圧）、差圧、ゲージ圧を測定すること
ができる。
発振周波数は温度に関して負の２次係数を有する場
合、温度により基準の発振周波数、圧力感度が変化する
が、予め異なる２点の温度下において測定し較正するこ
とにより正しく求めることができる。
合、温度により基準の発振周波数、圧力感度が変化する
が、予め異なる２点の温度下において測定し較正するこ
とにより正しく求めることができる。
本発明では以下に本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。第１図は本発明の第１実施例を示す図である。
第１図において、発振信号検出回路１には水晶発振子X1
とX2があり、それぞれf1、f2の周波数で発振し、アップ
ダウンカウンタ２に接続されている。水晶発振子１が基
準となる圧力下（真空）に置かれていて、水晶発振子２
が被測定圧力下に置かれているものとする。基準となる
圧力の取り方により、絶対圧力、差圧、ゲージ圧が測定
できるが、水晶発振子１は真空の圧力におかれており、
ゲージ圧を測定するものとして説明する。水晶発振子２
は大気圧または大気圧により高い圧力に加圧される。
明する。第１図は本発明の第１実施例を示す図である。
第１図において、発振信号検出回路１には水晶発振子X1
とX2があり、それぞれf1、f2の周波数で発振し、アップ
ダウンカウンタ２に接続されている。水晶発振子１が基
準となる圧力下（真空）に置かれていて、水晶発振子２
が被測定圧力下に置かれているものとする。基準となる
圧力の取り方により、絶対圧力、差圧、ゲージ圧が測定
できるが、水晶発振子１は真空の圧力におかれており、
ゲージ圧を測定するものとして説明する。水晶発振子２
は大気圧または大気圧により高い圧力に加圧される。
勿論水晶発振子１を真空状態以外にすることができる
し、水晶発振子２の圧力を減じることも可能である。
し、水晶発振子２の圧力を減じることも可能である。
発振信号検出回路１内のインバータG1およびG2は波形
整形用として用いられている。発振信号検出回路１の出
力はアップダウンカウンタ２で一定時間Ｔの間カウント
される。水晶発振子X2の圧力が高い場合、その発振周波
数f2の方が低くなる。一定時間Ｔは基準となる周波数f1
を分周期５により分周することにより得ることができ
る。アップダウンカウンタ２でのカウント値はフリプフ
ロップ３により一度ラッチされたのち、データ処理回路
４により圧力値に換算される。
整形用として用いられている。発振信号検出回路１の出
力はアップダウンカウンタ２で一定時間Ｔの間カウント
される。水晶発振子X2の圧力が高い場合、その発振周波
数f2の方が低くなる。一定時間Ｔは基準となる周波数f1
を分周期５により分周することにより得ることができ
る。アップダウンカウンタ２でのカウント値はフリプフ
ロップ３により一度ラッチされたのち、データ処理回路
４により圧力値に換算される。
第２図に第１図で示した回路でのタイミングチャート
を示す。分周器５の出力信号Ｂの立ち下りでワンショッ
ト回路６を動作させ、トリガパルスＣを作る。またトリ
ガパルスＣの立ち下りでワンショット回路７を動作さ
せ、リセットパルスＤを作る。リセットパルスＤよりト
リガパルスＣが早いことにより、フリップフロップ３に
データを取り込んだ後、アップダウンカウンタ２をリセ
ットパルスＤによりリセットする。アップダウンカウン
タ２のカウント値は水晶発振子X2の発振周波数f2に比例
するため、圧力に対して直線的に変化する。しかしなが
ら、圧力変化に対しての周波数変化が小さいため、比較
的大きな圧力変化を検出する用途に用いるが、一定時間
Ｔをを長くとらなければならない。
を示す。分周器５の出力信号Ｂの立ち下りでワンショッ
ト回路６を動作させ、トリガパルスＣを作る。またトリ
ガパルスＣの立ち下りでワンショット回路７を動作さ
せ、リセットパルスＤを作る。リセットパルスＤよりト
リガパルスＣが早いことにより、フリップフロップ３に
データを取り込んだ後、アップダウンカウンタ２をリセ
ットパルスＤによりリセットする。アップダウンカウン
タ２のカウント値は水晶発振子X2の発振周波数f2に比例
するため、圧力に対して直線的に変化する。しかしなが
ら、圧力変化に対しての周波数変化が小さいため、比較
的大きな圧力変化を検出する用途に用いるが、一定時間
Ｔをを長くとらなければならない。
第７図はビート周波数を検出する方法を用いた本発明
の第２実施例を示す回路図である。発振信号検出回路１
の出力は水晶発振子X1、X2の出力f1、f2がそのまま出力
される。ビート検出回路31はフリップフロップ32、ゲー
トG3から成る。Ｄフリップフロップ32には水晶発振子X1
とX2の周波数の差が出力される。この周波数（以降ビー
ト周波数Δｆと称する）は低周波であるため、ゲートG3
により水晶発振子X1またはX2との論理積をとり、その出
力をカウンタ33により係数することによってビート周波
数の周期を求めている。データ処理回路８ではカウンタ
33の値を処理し、圧力データとして出力している。
の第２実施例を示す回路図である。発振信号検出回路１
の出力は水晶発振子X1、X2の出力f1、f2がそのまま出力
される。ビート検出回路31はフリップフロップ32、ゲー
トG3から成る。Ｄフリップフロップ32には水晶発振子X1
とX2の周波数の差が出力される。この周波数（以降ビー
ト周波数Δｆと称する）は低周波であるため、ゲートG3
により水晶発振子X1またはX2との論理積をとり、その出
力をカウンタ33により係数することによってビート周波
数の周期を求めている。データ処理回路８ではカウンタ
33の値を処理し、圧力データとして出力している。
第８図は第７図に示した第２実施例のタイミングチャ
ート図である。ビート周波数Δｆの信号Ｅが「Ｈ」の間
だけf1を基準とするパルスＦが出る。１回の測定は信号
Ｅが「Ｈ」の間行なわれ、信号Ｅの立ち下りでカウンタ
33の出力がデータ処理回路８に取り込まれる。
ート図である。ビート周波数Δｆの信号Ｅが「Ｈ」の間
だけf1を基準とするパルスＦが出る。１回の測定は信号
Ｅが「Ｈ」の間行なわれ、信号Ｅの立ち下りでカウンタ
33の出力がデータ処理回路８に取り込まれる。
水晶発振子X1、X2の発振周波数が接近している場合、
第７図に示した簡単な回路ではジッタを起こす場合があ
る。第９図にはジッタ防止回路を含めた第３実施例を示
す。発振信号検出回路35の出力は、f1、f2の1/2となっ
ている。ビート検出回路34ではＤフリップフロップ36、
37、38を使用している。Ｄフリップフロップ36の出力
Ｑ、すなわち信号Ｅが立ち上った後、Ｄフリップフロッ
プ37により強制的にある時間立ち下りを防いでいる。同
様に、Ｄフリップフロップ38により、Ｄフリップフロッ
プ36の出力Ｑが立ち下った後ある時間反転を禁止してい
る。タイミングパルスＡ、Ｂは、Ｄフリップフロップの
反転禁止を解除するために用いられている。
第７図に示した簡単な回路ではジッタを起こす場合があ
る。第９図にはジッタ防止回路を含めた第３実施例を示
す。発振信号検出回路35の出力は、f1、f2の1/2となっ
ている。ビート検出回路34ではＤフリップフロップ36、
37、38を使用している。Ｄフリップフロップ36の出力
Ｑ、すなわち信号Ｅが立ち上った後、Ｄフリップフロッ
プ37により強制的にある時間立ち下りを防いでいる。同
様に、Ｄフリップフロップ38により、Ｄフリップフロッ
プ36の出力Ｑが立ち下った後ある時間反転を禁止してい
る。タイミングパルスＡ、Ｂは、Ｄフリップフロップの
反転禁止を解除するために用いられている。
今までは回路構成について述べたが、次に時計用水晶
発振子の構造および特性について述べ、圧力によりどの
様に特性が変化するか述べる。時計用水晶発振子の大部
分は発振周波数32768Hzである。構造的に小型で音又型
のペックと呼ばれる発振子自体が円筒型の金属ケースに
真空封入されている。時計用の水晶発振子では周波数調
整のため金属の蒸着、トリミングを行う。一般的な気体
の圧力測定では、金などの腐食しない金属を蒸着したも
のをこの用途に用いると信頼性が向上する。
発振子の構造および特性について述べ、圧力によりどの
様に特性が変化するか述べる。時計用水晶発振子の大部
分は発振周波数32768Hzである。構造的に小型で音又型
のペックと呼ばれる発振子自体が円筒型の金属ケースに
真空封入されている。時計用の水晶発振子では周波数調
整のため金属の蒸着、トリミングを行う。一般的な気体
の圧力測定では、金などの腐食しない金属を蒸着したも
のをこの用途に用いると信頼性が向上する。
第10図は時計用水晶発振子の温度特性の例を示す。温
度に関し負の２次係数を有している。時計としては温度
による変動が少ない方が良いため、頂点（ターニングポ
イントと言う）の温度Taは腕時計の携帯時の温度を考慮
して20〜25℃の範囲で作られている。
度に関し負の２次係数を有している。時計としては温度
による変動が少ない方が良いため、頂点（ターニングポ
イントと言う）の温度Taは腕時計の携帯時の温度を考慮
して20〜25℃の範囲で作られている。
今第７図に示す発振検出回路１において、水晶発振子
X2として第10図に示す温度特性を有する時計用水晶発振
子を用いて、圧力により発振周波数がどの様に変化する
か説明する。
X2として第10図に示す温度特性を有する時計用水晶発振
子を用いて、圧力により発振周波数がどの様に変化する
か説明する。
第11図には、時計用水晶発振子を真空にして発振させ
た場合と、大気圧から加圧していった場合の周波数変化
を示している。また温度により発振周波数が変化する
が、ターニングポイントが圧力により移動していること
がわかる。
た場合と、大気圧から加圧していった場合の周波数変化
を示している。また温度により発振周波数が変化する
が、ターニングポイントが圧力により移動していること
がわかる。
第12図に時計用水晶発振子の圧力と発振周波数変化の
関係の例を示した。水晶発振子X2を大気圧に開放した状
態の値を同一点にとり、300mmHgまで加圧したときの周
波数変化を示した。周波数そのものは圧力と直線的関係
があるが温度により勾配が異なっていることがわかる。
関係の例を示した。水晶発振子X2を大気圧に開放した状
態の値を同一点にとり、300mmHgまで加圧したときの周
波数変化を示した。周波数そのものは圧力と直線的関係
があるが温度により勾配が異なっていることがわかる。
第13図に時計用水晶発振子の圧力とターニングポイン
トでの発振周波数の関係を示した。圧力により直線的に
減少していることがわかる。
トでの発振周波数の関係を示した。圧力により直線的に
減少していることがわかる。
第14図には時計用水晶発振子の圧力とターニングポイ
ントの温度の関係を示した。圧力が増加するにつれてタ
ーニングポイントが直線的に増加していることがわか
る。
ントの温度の関係を示した。圧力が増加するにつれてタ
ーニングポイントが直線的に増加していることがわか
る。
次に第７図に示した第２実施例での測定結果を第15図
から第18図に示す。そのうち第16図から第18図までは第
15図を加工したものである。
から第18図に示す。そのうち第16図から第18図までは第
15図を加工したものである。
第15図はカウント数Ｎがどの様にして変化しているか
示したものである。カウント数Ｎそのものは圧力に対し
て曲線となっている。
示したものである。カウント数Ｎそのものは圧力に対し
て曲線となっている。
第16図は、カウント数Ｎの逆数の変化を示したもので
ある。カウント数Ｎは周期に比例しているため、その逆
数は周波数f2に比例している。適当なスケールにするた
め逆数に20000をかけている。実際に圧力と20000/Nが直
線的になっているが、温度が高くなるに従って圧力を加
えない時の値（以下オフセット値と呼ぶ）と傾きが減少
している。
ある。カウント数Ｎは周期に比例しているため、その逆
数は周波数f2に比例している。適当なスケールにするた
め逆数に20000をかけている。実際に圧力と20000/Nが直
線的になっているが、温度が高くなるに従って圧力を加
えない時の値（以下オフセット値と呼ぶ）と傾きが減少
している。
第17図は傾きの変化がわかる様にした図である。この
ままでは温度による傾き（感度）の変化が大きすぎて、
圧力センサとしては使用できない。
ままでは温度による傾き（感度）の変化が大きすぎて、
圧力センサとしては使用できない。
第18図では、圧力が一定のとき、温度と2000/Nが直線
的な関係にあることを示している。
的な関係にあることを示している。
次に温度によるオフセット、傾きの補正について大気
圧から加圧された場合について、第15図から第18図に示
す特性をもとに説明する。
圧から加圧された場合について、第15図から第18図に示
す特性をもとに説明する。
まずカウント値Ｎの逆数と、圧力、温度を表わす関係
式を求める。第16図より一定温度ｔでは次の式がなりた
つ。
式を求める。第16図より一定温度ｔでは次の式がなりた
つ。
一方第18図より加圧しない（Ｐ＝0mmHg）では1/Nと温
度は１次的に表わされ At＝Ao‐αｔ Ao：圧力０での値 α：温度係数 また第17図より圧力感度Btは Bt＝Bo‐βｔ Bo：温度０℃での傾き β：温度係数 とおくことができる。
度は１次的に表わされ At＝Ao‐αｔ Ao：圧力０での値 α：温度係数 また第17図より圧力感度Btは Bt＝Bo‐βｔ Bo：温度０℃での傾き β：温度係数 とおくことができる。
、、より ここでｔ＝t0、t1における非加圧（Ｐ＝0mmHg）時の
カウント数をそれぞれN00、N10とすると N00：温度t0、Ｐ＝０でのカウント値 N10＝温度t1、Ｐ＝０でのカウント値 これを解いて ただし、Δｔ＝t1−t0 同様にｔ＝t0、t1における加圧時（Ｐ＝P1）でのカウン
ト値をそれぞれN01、N11とおくと を解いてAo、αをより代入すると よって温度ｔ、圧力Ｐのときのカウント数Ntpは ただし と表される。
カウント数をそれぞれN00、N10とすると N00：温度t0、Ｐ＝０でのカウント値 N10＝温度t1、Ｐ＝０でのカウント値 これを解いて ただし、Δｔ＝t1−t0 同様にｔ＝t0、t1における加圧時（Ｐ＝P1）でのカウン
ト値をそれぞれN01、N11とおくと を解いてAo、αをより代入すると よって温度ｔ、圧力Ｐのときのカウント数Ntpは ただし と表される。
式より温度ｔの項を消すとカウント値が圧力Ｐにの
み関係付けられる。従って圧力は温度によらずカウント
値から求められることになる。
み関係付けられる。従って圧力は温度によらずカウント
値から求められることになる。
温度ｔ＝t3のとき 圧力を加えない時 N30 圧力P3を加えた時 N33 のカウント値を得たとする。そこで式より これを解いて 式に式よりαβA0、B0を代入して整理すると これより求める圧力をＰ、非加圧時のカウントをNi、
加圧時をNpとすると ただしP1は温度t0、t1で圧力を較正するために加えた
圧力値である。
加圧時をNpとすると ただしP1は温度t0、t1で圧力を較正するために加えた
圧力値である。
を導く方法として、第16図でわかる様に、圧力の感
度とオフセット値は直線的な関係にあり、このことを利
用しても良い。
度とオフセット値は直線的な関係にあり、このことを利
用しても良い。
以上説明した様に、予め異なる温度、圧力で測定し、
その値に基づいて計算することにより圧力を求めること
ができる。水晶発振子X1は真空下におかれ、X2は大気圧
から加圧した場合について説明したが、このままでも大
気圧の測定等絶対圧の測定に対しても使用できる。また
水晶発振子１を別の圧力とすれば差圧も測定できる。
その値に基づいて計算することにより圧力を求めること
ができる。水晶発振子X1は真空下におかれ、X2は大気圧
から加圧した場合について説明したが、このままでも大
気圧の測定等絶対圧の測定に対しても使用できる。また
水晶発振子１を別の圧力とすれば差圧も測定できる。
本発明により安価な時計用水晶発振子を圧力センサと
して用いることができるためコスト的に安価となる。さ
らにデジタル処理ができるため、分解能が良く信号処理
も簡単にできる。形状的にも水晶発振子そのものが小さ
いため小型化でき、腕時計等の中に入れることも可能で
ある。また、圧力の範囲を選ばず、加圧、減圧、絶対
圧、差圧等が測定できるため、その応用範囲は広い。
して用いることができるためコスト的に安価となる。さ
らにデジタル処理ができるため、分解能が良く信号処理
も簡単にできる。形状的にも水晶発振子そのものが小さ
いため小型化でき、腕時計等の中に入れることも可能で
ある。また、圧力の範囲を選ばず、加圧、減圧、絶対
圧、差圧等が測定できるため、その応用範囲は広い。
第１図は本発明の圧力検出器の第１実施例を示す図、第
２図は第１図におけるタイミングチャート図、第３図は
従来の水晶発振子による圧力センサの構造を示す図、第
４図は従来の発振周波数f0の変化を検出する圧力検出器
の回路構成を示す図、第５図は従来のCI値の変化による
圧力検出器の回路構成を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）
は水晶発振子の共振点付近の等価回路と共振電流を示す
グラフ、第７図は本発明の圧力検出器の第２実施例を示
す回路図、第８図は本発明の第２実施例のタイミングチ
ャート図、第９図は本発明の圧力検出器の第３実施例を
示す回路図、第10図は時計用水晶発振子の温度特性の例
を示す図、第11図は時計用水晶発振子の圧力と発振周波
数の関数を示す図、第12図は時計用水晶発振子の圧力と
発振周波数変化の関係を示す図、第13図は時計用水晶発
振子の圧力とターニングポイントでの発振周波数の関係
を示す図、第14図は時計用水晶発振子の圧力とターニン
グポイントの温度の関係を示す図、第15図は本発明の第
２実施例での測定結果を示す図、第16図は本発明の第２
実施例での測定結果を示す図、第17図は本発明の第２実
施例での測定結果を示す図、第18図は本発明の第２実施
例での測定結果を示す図である。 X1、X2、14、Ｘ……水晶発振子 G1、Ｇ ……インバータ ２……アップダウンカウンタ ３……フリップフロップ ４、８……データ処理回路 ５、15……分周器 ６、７……ワンショット回路 １、35……発振信号検出回路 31、34……ビート検出回路 32、36、37、38……Ｄフリップフロップ 17、33……カウンタ 10……圧力センサ 18……基準発振回路 14……波形整形回路 16……ANDゲート 11……ダイヤフラム 21……PLL 22、23……増幅器 24……整流回路 G3……ゲート
２図は第１図におけるタイミングチャート図、第３図は
従来の水晶発振子による圧力センサの構造を示す図、第
４図は従来の発振周波数f0の変化を検出する圧力検出器
の回路構成を示す図、第５図は従来のCI値の変化による
圧力検出器の回路構成を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）
は水晶発振子の共振点付近の等価回路と共振電流を示す
グラフ、第７図は本発明の圧力検出器の第２実施例を示
す回路図、第８図は本発明の第２実施例のタイミングチ
ャート図、第９図は本発明の圧力検出器の第３実施例を
示す回路図、第10図は時計用水晶発振子の温度特性の例
を示す図、第11図は時計用水晶発振子の圧力と発振周波
数の関数を示す図、第12図は時計用水晶発振子の圧力と
発振周波数変化の関係を示す図、第13図は時計用水晶発
振子の圧力とターニングポイントでの発振周波数の関係
を示す図、第14図は時計用水晶発振子の圧力とターニン
グポイントの温度の関係を示す図、第15図は本発明の第
２実施例での測定結果を示す図、第16図は本発明の第２
実施例での測定結果を示す図、第17図は本発明の第２実
施例での測定結果を示す図、第18図は本発明の第２実施
例での測定結果を示す図である。 X1、X2、14、Ｘ……水晶発振子 G1、Ｇ ……インバータ ２……アップダウンカウンタ ３……フリップフロップ ４、８……データ処理回路 ５、15……分周器 ６、７……ワンショット回路 １、35……発振信号検出回路 31、34……ビート検出回路 32、36、37、38……Ｄフリップフロップ 17、33……カウンタ 10……圧力センサ 18……基準発振回路 14……波形整形回路 16……ANDゲート 11……ダイヤフラム 21……PLL 22、23……増幅器 24……整流回路 G3……ゲート
Claims (2)
- 【請求項１】温度に関して負の２次係数の特性を有する
第１の水晶発振子と、前記第１の水晶発振子と同じ２次
係数を有し、前記第１の水晶発振子と前記第２の水晶発
振子を同じ温度かつ異なる圧力下においてそれぞれ個別
の共振周波数において発振させ、前記第１の水晶発振子
と前記第２の水晶発振子の両者の発振周波数の差を検出
するビート検出手段と、前記ビート検出手段の出力信号
を計数するカウント手段と、前記カウント手段の計数値
の逆数に基づき前記第２の水晶発振子の発振周波数に比
例した圧力データを求めるデータ処理手段とを備えた事
を特徴とする水晶発振子を用いた圧力検出器。 - 【請求項２】前記データ処理手段がカウント値の逆数を
取ると共にその逆数にある係数を掛けるように構成され
ている事を特徴とする請求項１記載の水晶発振子を用い
た圧力検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1331809A JP2764754B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 水晶発振子を用いた圧力検出器 |
| EP90124771A EP0434030A1 (en) | 1989-12-20 | 1990-12-19 | Pressure detector by use of quartz oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1331809A JP2764754B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 水晶発振子を用いた圧力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03189528A JPH03189528A (ja) | 1991-08-19 |
| JP2764754B2 true JP2764754B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=18247889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1331809A Expired - Lifetime JP2764754B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 水晶発振子を用いた圧力検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0434030A1 (ja) |
| JP (1) | JP2764754B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5546810A (en) * | 1993-07-06 | 1996-08-20 | Seiko Epson Corporation | Pressure measuring device and method using quartz resonators |
| US5986749A (en) | 1997-09-19 | 1999-11-16 | Cidra Corporation | Fiber optic sensing system |
| US6305227B1 (en) | 1998-09-02 | 2001-10-23 | Cidra Corporation | Sensing systems using quartz sensors and fiber optics |
| US6137621A (en) * | 1998-09-02 | 2000-10-24 | Cidra Corp | Acoustic logging system using fiber optics |
| AU5804199A (en) * | 1998-09-02 | 2000-03-21 | Cidra Corporation | Seismic sensing and acoustic logging systems using optical fiber, transducers and sensors |
| JP5138875B2 (ja) * | 2005-07-19 | 2013-02-06 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
| JP5036201B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2012-09-26 | 株式会社デンソー | 発振型センサの利得制御方法、発振型センサ装置、蒸発燃料状態検出装置及び内燃機関のコントロールユニット |
| JP4934341B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2012-05-16 | アルプス電気株式会社 | タイヤ情報検出装置 |
| JP2015500479A (ja) * | 2011-12-09 | 2015-01-05 | カルティエ クリエイション ステューディオ ソシエテ アノニム | 低圧力雰囲気において動作するように意図された時計ムーブメントの計時を調整する方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856428B2 (ja) * | 1978-06-27 | 1983-12-14 | 明星電気株式会社 | 水晶振動子を用いた圧力センサ |
| FR2532047A1 (fr) * | 1982-08-19 | 1984-02-24 | Asulab Sa | Capteur de mesure muni d'un resonateur piezo-electrique compense en temperature |
| US4479070A (en) * | 1983-06-10 | 1984-10-23 | Sperry Corporation | Vibrating quartz diaphragm pressure sensor |
| JPS62184325A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-12 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 水晶式気体圧力計 |
-
1989
- 1989-12-20 JP JP1331809A patent/JP2764754B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-12-19 EP EP90124771A patent/EP0434030A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0434030A1 (en) | 1991-06-26 |
| JPH03189528A (ja) | 1991-08-19 |
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