JP5151934B2 - Vacuum gauge - Google Patents

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Description

本発明は、振動体を利用した真空計に関し、特に、前記振動体を測定可能な圧力範囲が異なる2方向に振動させるようにした真空計に関する。   The present invention relates to a vacuum gauge using a vibrating body, and more particularly to a vacuum gauge configured to vibrate the vibrating body in two directions having different measurable pressure ranges.

従来、音叉型振動体を利用して雰囲気の圧力を測定する真空センサが知られている(特許文献1参照)。音叉型振動体を利用して雰囲気の圧力を測定する原理は、振動子を振動させ、その振動特性から雰囲気の真空圧力を特定するものである。   Conventionally, a vacuum sensor that measures the pressure of an atmosphere using a tuning fork type vibrating body is known (see Patent Document 1). The principle of measuring the atmospheric pressure using a tuning fork type vibrator is to vibrate the vibrator and specify the vacuum pressure of the atmosphere from its vibration characteristics.

また従来、振動体を2方向に振動させて、振動体の振動特性から気体の圧力を測定する圧力センサも知られている(特許文献2参照)。
特開昭62-137533号公報 特開平08-338776号公報(図5,0059段落)
Conventionally, a pressure sensor that measures a gas pressure from vibration characteristics of a vibrating body by vibrating the vibrating body in two directions is also known (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 62-137533 Japanese Patent Laid-Open No. 08-338776 (paragraph in FIG. 5, 0059)

真空計において振動体を利用する場合、一般に、板状振動子のQ値は、気体の圧力Pに反比例する。したがい、板状振動子のQ値は、気体の圧力Pとの関係において、振動体の形状に依る係数をCとすると、以下の式(1)のように表すことができる。   When a vibrating body is used in a vacuum gauge, generally, the Q value of a plate-like vibrator is inversely proportional to the gas pressure P. Accordingly, the Q value of the plate-like vibrator can be expressed as the following formula (1), where C is a coefficient depending on the shape of the vibrator in relation to the gas pressure P.

真空計(真空センサともいう)の振動体のQ値の実用測定範囲は、100から100,000程度である。そのため、測定可能な圧力範囲が3桁程度で制限されるという課題があった。 The practical measurement range of the Q value of the vibrator of a vacuum gauge (also referred to as a vacuum sensor) is about 100 to 100,000. Therefore, there has been a problem that the measurable pressure range is limited to about 3 digits.

また上述の特許文献2における圧力センサは、振動体を静電力で2方向に振動させるための電極を別々に2つ有し、また測定する気体の圧力によって振動方向を切り替える構成を採用しているため、連続的に気体の圧力を測定することができず、且つ回路構成が複雑となるという課題がある。   Moreover, the pressure sensor in the above-mentioned patent document 2 employs a configuration in which two separate electrodes for vibrating the vibrating body in two directions with electrostatic force are provided and the vibration direction is switched depending on the pressure of the gas to be measured. Therefore, there is a problem that the gas pressure cannot be continuously measured and the circuit configuration becomes complicated.

上記した課題を解決するために本発明は、1組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる2方向に振動させることが可能であり、さらには、測定する気体の圧力によって振動方向を切り替える回路が必要ないようにした真空計を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention can vibrate a vibrating body in two directions having different measurable pressure ranges with an electrostatic force generated by a pair of excitation electrodes. An object of the present invention is to provide a vacuum gauge that does not require a circuit for switching the vibration direction according to pressure.

上記課題を解決するために、本発明の真空計は、第1の振動方向と該第1の振動方向に直交する第2の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、前記加振電極部として、前記振動体の両側に第1の振動方向に沿って設置された第1および第2の加振電極から成る1組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第2の振動方向において前記1組の加振電極よりも上部または下部に配置し、前記振動検出部として、前記振動体の第1および第2の振動方向の振動をそれぞれ検出する第1および第2の振動検出部を備え、第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号を前記1組の加振電極に印加して振動体を第1の振動方向に振動させて圧力を測定する第1の圧力測定部と、第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号を前記1組の加振電極に印加して振動体を第2の振動方向に振動させて圧力を測定する第2の圧力測定部とを備える、ことを特徴とする(請求項1の発明)。   In order to solve the above-described problem, a vacuum gauge according to the present invention includes a vibrating body formed so as to vibrate in a first vibration direction and a second vibration direction orthogonal to the first vibration direction. A vibrating electrode unit for driving the vibrating body by electrostatic force, a vibration detecting unit for detecting the vibration of the vibrating body, and amplifying the detection signal by changing the phase based on the detection signal of the vibration detecting unit. A drive signal generating unit that generates a drive signal for exciting the vibrating body by applying the drive signal to the excitation electrode unit to hold the vibrating body in a resonance state, A vacuum gauge for measuring atmospheric pressure from vibration characteristics, comprising: first and second excitation electrodes installed along the first vibration direction on both sides of the vibrating body as the excitation electrode portion A set of excitation electrodes, and the vibrating body is connected to a second vibration method The first and second vibration detectors are arranged above or below the one set of excitation electrodes and detect vibrations in the first and second vibration directions of the vibrating body as the vibration detectors, respectively. And applying a reverse-phase drive signal based on the detection signal of the first vibration detection unit to the one set of excitation electrodes to vibrate the vibrating body in the first vibration direction to measure the pressure. A second measuring unit configured to apply a driving signal having the same phase based on the detection signal of the pressure measurement unit and the second vibration detection unit to the one set of excitation electrodes to vibrate the vibrating body in the second vibration direction and measure the pressure; The pressure measurement unit is provided (invention of claim 1).

上記請求項1の発明によれば、1組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる第1および第2の振動方向の両方で振動させて圧力を測定することが可能となるので、簡易な構成で測定可能な圧力範囲を広げることができるようになる。   According to the first aspect of the present invention, the pressure can be measured by vibrating in both the first and second vibration directions in which the pressure range in which the vibrating body can be measured by the electrostatic force generated by one set of excitation electrodes is different. As a result, the pressure range that can be measured with a simple configuration can be expanded.

上記請求項1に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記第1または第2の振動検出部の検出信号の位相を変化させる位相シフト回路と、該位相シフト回路の出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路とを有し、第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号として、前記反転回路および前記増幅器の各出力信号を前記第1および第2の加振電極にそれぞれ印加することで、前記振動体の第1の振動方向における共振状態を保持するとともに、第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号として、前記増幅器の出力信号を前記第1および第2の加振電極の両方に印加することで、前記振動体の第2の振動方向における共振状態を保持するようにするとよい(請求項2の発明)。   2. The vacuum gauge according to claim 1, wherein the drive signal generation unit amplifies the phase shift circuit that changes the phase of the detection signal of the first or second vibration detection unit, and the output signal of the phase shift circuit And an inverting circuit that inverts the phase of the output signal of the amplifier, and outputs each of the output signals of the inverting circuit and the amplifier as a reverse-phase drive signal based on the detection signal of the first vibration detection unit. By applying to each of the first and second excitation electrodes, the resonance state in the first vibration direction of the vibrating body is maintained, and as a drive signal having the same phase based on the detection signal of the second vibration detection unit The resonance state of the vibrating body in the second vibration direction may be maintained by applying the output signal of the amplifier to both the first and second excitation electrodes. ).

上記請求項1に記載の真空計において、第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号と、第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号とのうち、いずれの駆動信号を前記1組の加振電極に印加するかを選択することにより前記振動体の振動方向を切り替える手段を有するようにするとよい(請求項3の発明)。   In the vacuum gauge according to claim 1, any one of a reverse-phase drive signal based on the detection signal of the first vibration detection unit and an in-phase drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit It is preferable to have means for switching the vibration direction of the vibrating body by selecting whether to apply a drive signal to the set of excitation electrodes (invention of claim 3).

また、本発明の真空計は、第1の振動方向と該第1の振動方向に直交する第2の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、前記加振電極部として、前記振動体の両側に第1の振動方向に沿って設置された第1および第2の加振電極から成る1組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第2の振動方向において前記1組の加振電極よりも上部または下部に配置し、前記振動検出部として、前記振動体の第1および第2の振動方向の振動をそれぞれ検出する第1および第2の振動検出部を備え、前記駆動信号生成部は、第1の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの反転側信号と第2の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第1の加算信号を前記第1の加振電極に印加するとともに、第1の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの非反転側信号と第2の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第2の加算信号を前記第2の加振電極に印加し、前記振動体を第1および第2の振動方向に同時に振動させて圧力を測定する圧力測定部を備える、ことを特徴とする(請求項4の発明)。   In addition, the vacuum gauge of the present invention includes a vibrator configured to vibrate in a first vibration direction and a second vibration direction orthogonal to the first vibration direction, and the vibration body. A vibrating electrode unit driven by electric power, a vibration detecting unit for detecting the vibration of the vibrating member, and based on the detection signal of the vibration detecting unit, the phase of the detection signal is changed and amplified to add the vibrating member. A drive signal generation unit that generates a drive signal to vibrate, and applies the drive signal to the excitation electrode unit to hold the vibrating body in a resonance state, and the atmospheric pressure is determined from the vibration characteristics of the vibrating body. A set of excitation electrodes comprising first and second excitation electrodes installed along the first vibration direction on both sides of the vibrator as the excitation electrode portion And the set of the vibrating bodies in the second vibration direction. First and second vibration detectors that are arranged above or below the vibrating electrode and detect vibrations in the first and second vibration directions of the vibrator as the vibration detectors, respectively, and the drive signal The generation unit outputs a first addition signal obtained by adding the inversion side signal of the drive signals based on the detection signal of the first vibration detection unit and the drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit. Applying to the first excitation electrode and adding the non-inversion side signal of the drive signal based on the detection signal of the first vibration detection unit and the drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit A pressure measuring unit that applies a second addition signal to the second excitation electrode and measures the pressure by simultaneously vibrating the vibrating body in the first and second vibration directions. (Invention of Claim 4).

上記請求項4の発明によっても、1組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる第1および第2の振動方向の両方で振動させて圧力を測定することが可能となるので、簡易な構成で測定可能な圧力範囲を広げることができるようになる。   According to the invention of claim 4 as well, it is possible to measure the pressure by vibrating in both the first and second vibration directions in which the pressure range in which the vibrating body can be measured by the electrostatic force generated by one set of excitation electrodes is different. Therefore, the measurable pressure range can be expanded with a simple configuration.

また、上記請求項4の発明によれば、振動体を第1および第2の振動方向に同時に振動させて各圧力を同時に測定することにより、気体の圧力によって振動方向を切り替える場合とは異なり、広範囲の圧力を連続的に測定することが可能となる。   According to the invention of claim 4, unlike the case where the vibration direction is switched by the gas pressure by simultaneously vibrating the vibrating body in the first and second vibration directions and simultaneously measuring each pressure, A wide range of pressures can be continuously measured.

また、上記請求項4の発明によれば、振動体の振動方向を切り替える回路が必要ないため、回路を簡略化することが可能である。
上記請求項4に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記第1および第2の振動検出部の検出信号の位相をそれぞれ変化させる第1および第2の位相シフト回路と、該第1および第2の位相シフト回路の各出力信号を増幅する第1および第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路と、前記第1の増幅器の出力信号と前記第2の増幅器の出力信号とを加算する第1の加算回路と、前記反転回路の出力信号と前記第2の増幅器の出力信号とを加算する第2の加算回路と、を有し、前記第1および第2の加算回路から出力される第1および第2の加算信号を第1および第2の加振電極にそれぞれ印加することで前記振動体の第1および第2の振動方向における各共振状態をそれぞれ保持するようにするとよい(請求項5の発明)。
Further, according to the fourth aspect of the present invention, since a circuit for switching the vibration direction of the vibrating body is not required, the circuit can be simplified.
5. The vacuum gauge according to claim 4, wherein the drive signal generator includes first and second phase shift circuits that change phases of detection signals of the first and second vibration detectors, respectively. First and second amplifiers for amplifying output signals of the first and second phase shift circuits, an inverting circuit for inverting the phase of the output signal of the first amplifier, and an output signal of the first amplifier; A first addition circuit for adding the output signal of the second amplifier, and a second addition circuit for adding the output signal of the inverting circuit and the output signal of the second amplifier, By applying the first and second addition signals output from the first and second addition circuits to the first and second excitation electrodes, respectively, in the first and second vibration directions of the vibrating body, If you keep each resonance state There (invention of claim 5).

上記請求項1ないし5のいずれか1項に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記駆動信号の電圧が一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、前記圧力測定部は、前記振動検出部の検出信号の大きさに基づいて圧力を測定するようにするとよい(請求項6の発明)。   The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 5, wherein the drive signal generation unit is a signal obtained by changing the phase of the detection signal of the vibration detection unit so that the voltage of the drive signal is constant. The pressure measurement unit may measure the pressure based on the magnitude of the detection signal of the vibration detection unit (invention of claim 6).

上記請求項1ないし5のいずれか1項に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記振動検出部の検出信号の大きさが一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、前記圧力測定部は、前記駆動信号の電圧に基づいて圧力を測定するようにしてもよい(請求項7の発明)。   The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 5, wherein the drive signal generation unit detects the detection signal of the vibration detection unit so that the magnitude of the detection signal of the vibration detection unit is constant. The gain of the amplification with respect to the signal whose phase is changed may be adjusted, and the pressure measurement unit may measure the pressure based on the voltage of the drive signal (invention of claim 7).

上記請求項1ないし7のいずれか1項に記載の真空計において、前記振動体の固有周波数に対応した周波数の初期励振信号を出力する初期励振用信号源を備え、振動体の初期駆動時には、振動検出部の検出信号に基づく駆動信号の代わりに、前記初期励振信号に基づく初期駆動信号を前記加振電極部に印加するようにするとよい(請求項8の発明)。   The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 7, further comprising an initial excitation signal source that outputs an initial excitation signal having a frequency corresponding to a natural frequency of the vibrating body, and at the time of initial driving of the vibrating body, Instead of the drive signal based on the detection signal of the vibration detection unit, an initial drive signal based on the initial excitation signal may be applied to the excitation electrode unit (invention of claim 8).

上記請求項1ないし8のいずれか1項に記載の真空計において、前記振動検出部は、前記振動体と検出電極との間の静電容量を検知することにより前記振動体の振動を検出するものであるようにするとよい(請求項9の発明)。   9. The vacuum gauge according to claim 1, wherein the vibration detection unit detects vibration of the vibrating body by detecting a capacitance between the vibrating body and a detection electrode. 10. It is good to make it (thing of invention of Claim 9).

本発明によれば、測定可能な圧力範囲が異なる第1の振動方向と第2の振動方向の両方に1組の加振電極から振動体を加振させて圧力を測定することで、評価可能な圧力範囲を広げることが可能である。また、第1の振動方向と第2の振動方向に振動体を同時に振動させて各振動方向の圧力を同時に測定することで、評価可能な圧力範囲が広がった圧力を連続的に測定することが可能である。また、振動方向を切り替える回路が必要ないため、回路を簡略化することが可能である。   According to the present invention, evaluation is possible by measuring the pressure by vibrating a vibrating body from one set of excitation electrodes in both the first vibration direction and the second vibration direction, which have different measurable pressure ranges. It is possible to widen the pressure range. In addition, by simultaneously oscillating the vibrating body in the first vibration direction and the second vibration direction and simultaneously measuring the pressure in each vibration direction, it is possible to continuously measure the pressure with an expandable pressure range. Is possible. In addition, since a circuit for switching the vibration direction is not necessary, the circuit can be simplified.

以下、発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態に係る真空計の機構部分を成す構造体の平面図であり、図2は、図1に示す構造体の側面図である。図1および図2において真空計の機構部分を成す構造体は、錘1、梁2および振動体固定部3からなる振動体4、振動体4を加振するための加振電極5および6、振動体4の第1の振動方向の振動を検出するための振動検出電極7および8、第1の振動方向と直交する第2の振動方向の振動を検出するための振動検出電極9から構成される。
The best mode for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a plan view of a structure constituting a mechanical part of a vacuum gauge according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the structure shown in FIG. In FIG. 1 and FIG. 2, the structure constituting the mechanism of the vacuum gauge includes a vibrating body 4 including a weight 1, a beam 2 and a vibrating body fixing portion 3, excitation electrodes 5 and 6 for exciting the vibrating body 4, It comprises vibration detection electrodes 7 and 8 for detecting vibrations in the first vibration direction of the vibrating body 4, and a vibration detection electrode 9 for detecting vibrations in the second vibration direction orthogonal to the first vibration direction. The

図3は、図1のA-A’線に沿った断面図であり、梁2が加振電極5および6の面B-B’に対して上部に配置している。なお、上部に配置したのは単なる例示にすぎず、梁2が加振電極5および6の面B-B’に対して下部に位置するようにしても良い。   FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1, and the beam 2 is disposed above the surface B-B ′ of the excitation electrodes 5 and 6. It should be noted that the arrangement at the top is merely an example, and the beam 2 may be positioned below the surface B-B ′ of the excitation electrodes 5 and 6.

次に、振動体4の形状、振動体4のQ値および気体の圧力Pとの関係について説明する。振動体4は気体分子の衝突により、抵抗力を受ける。分子流領域においては、気体分子による抵抗力は気体の圧力Pに正比例する。気体の圧力が低くなるに従い、振動体4が気体分子から受ける抵抗力が低下するため、振動体のQ値(共振の鋭さ)は高くなる。ただし、振動体4は固有のQ値QEを持っており、固有のQ値QE以上になることはない。すなわち、振動体4が測定することが可能な気体の圧力の下限は、固有のQ値QEによって制限されることを意味する。 Next, the relationship between the shape of the vibrating body 4, the Q value of the vibrating body 4, and the gas pressure P will be described. The vibrating body 4 receives a resistance force due to collision of gas molecules. In the molecular flow region, the resistance force by the gas molecules is directly proportional to the gas pressure P. As the gas pressure decreases, the resistance force that the vibrating body 4 receives from the gas molecules decreases, so the Q value (resonance sharpness) of the vibrating body increases. However, the vibrating body 4 has a specific Q value Q E and never exceeds the specific Q value Q E. That is, the lower limit of the pressure of the gas that can vibrator 4 is measured, meant to be limited by the specific Q value Q E.

振動体4のQ値と気体の圧力Pは、frを振動体4の固有周波数、mを錘の質量、Sを気体の抵抗力を受ける面積、Rを気体定数、Tを温度、Mを気体分子1molあたりの質量とすると、 The Q value of the vibrating body 4 and the gas pressure P are expressed as follows: fr is the natural frequency of the vibrating body 4, m is the mass of the weight, S is the area that receives the gas resistance, R is the gas constant, T is the temperature, and M is Assuming mass per 1 mol of gas molecule,

という関係にあることが知られている。
図4は、本発明の実施形態に係る振動体の設計値の一例を示す図であり、図5は、図4に示した振動体の設計値におけるQ値と気体の圧力Pとの関係を示す図である。図5に示すように、第1の振動方向に振動させた場合に測定することができる気体の圧力は約10Paから約10000Pa、第2の振動方向に振動させた場合に測定することができる気体の圧力は約0.1Paから約100Paである。すなわち、振動方向によって測定することができる気体の圧力を変えることができる。なお、図4に示される振動体の第1および第2の振動方向における各固有周波数は、例えば、振動体の材質をシリコンとした場合、それぞれ、約1680Hzおよび約560Hzとなる。
It is known that
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the design value of the vibrating body according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates the relationship between the Q value and the gas pressure P in the design value of the vibrating body illustrated in FIG. FIG. As shown in FIG. 5, the gas pressure that can be measured when vibrating in the first vibration direction is about 10 Pa to about 10,000 Pa, and the gas that can be measured when vibrating in the second vibration direction. The pressure is about 0.1 Pa to about 100 Pa. That is, the gas pressure that can be measured according to the vibration direction can be changed. Note that the natural frequencies in the first and second vibration directions of the vibrating body shown in FIG. 4 are about 1680 Hz and about 560 Hz, respectively, when the vibrating body is made of silicon, for example.

次に、本発明の実施形態に係る真空計の回路構成について説明する。図6は、本発明の第1の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図であり、振動体4と振動検出電極7、8および9との静電容量の変化に応じた電圧を出力する容量電圧変換回路10、11および12、容量電圧変換回路10の出力と容量電圧変換回路11の出力の差分を出力する差分回路13、容量電圧変換回路12の出力と差分回路13の出力に対応した出力信号と図示しない制御信号とを出力する制御回路14、制御回路14から出力された信号の位相を変化させる位相シフト回路15、位相シフト回路15の出力を増幅する増幅器16、制御回路14からの制御信号に応じて接続を切り替えるスイッチ回路17および18、増幅器16から出力された信号の位相を反転させる反転回路19、振動体4の初期加振用信号源21からなる。   Next, the circuit configuration of the vacuum gauge according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of the vacuum gauge according to the first embodiment of the present invention, in which a voltage corresponding to a change in electrostatic capacitance between the vibrating body 4 and the vibration detecting electrodes 7, 8 and 9 is shown. Capacitance voltage conversion circuits 10, 11 and 12 to output, difference circuit 13 to output the difference between the output of capacitance voltage conversion circuit 10 and the output of capacitance voltage conversion circuit 11, output of capacitance voltage conversion circuit 12 and output of difference circuit 13 A control circuit 14 that outputs a corresponding output signal and a control signal (not shown), a phase shift circuit 15 that changes the phase of the signal output from the control circuit 14, an amplifier 16 that amplifies the output of the phase shift circuit 15, and a control circuit 14 Switch circuits 17 and 18 for switching the connection according to the control signal from, an inverting circuit 19 for inverting the phase of the signal output from the amplifier 16, and an initial excitation signal source 21 for the vibrating body 4.

次に、本発明の第1の実施形態に係る真空計の回路構成の動作について説明する。図6において、気体の圧力が高圧(約10Pa以上)である場合は、振動体4を第1の振動方向に振動させることで気体の圧力Pを評価する。振動体4が第1の振動方向に加振される場合は、スイッチ回路18はDとEが接続され、初期加振用信号源21から出力される信号が加振電極5および6に互いに逆相の信号として印加される。また、制御回路14の出力は差分回路13の出力信号が出力される状態である。初期加振用信号源21から振動体4の第1の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号が出力され、加振電極5および6に逆相の信号が印加されることで振動体4が第1の振動方向に加振される。初期加振用信号源21は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路17が切り替えられAとCが接続される。なお、スイッチ回路17の切替制御は、例えば、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号(差分回路13の出力信号)の大きさが予め設定した値に到達したことを図示されないスイッチ回路用制御部で検出し、その検出タイミングで前記スイッチ回路用制御部からスイッチ回路17にB側からC側への切替信号を与えることにより行うことができる。   Next, the operation of the circuit configuration of the vacuum gauge according to the first embodiment of the present invention will be described. In FIG. 6, when the gas pressure is high (about 10 Pa or more), the gas pressure P is evaluated by vibrating the vibrating body 4 in the first vibration direction. When the vibrating body 4 is vibrated in the first vibration direction, the switch circuit 18 is connected to D and E, and the signal output from the initial vibration signal source 21 is opposite to the vibration electrodes 5 and 6. Applied as a phase signal. The output of the control circuit 14 is in a state where the output signal of the difference circuit 13 is output. A signal having a frequency corresponding to the natural frequency in the first vibration direction of the vibrating body 4 is output from the signal source 21 for initial excitation, and a signal having a reverse phase is applied to the excitation electrodes 5 and 6 to thereby generate the vibrating body. 4 is vibrated in the first vibration direction. The initial excitation signal source 21 is used only during initial driving. After the vibrating body 4 starts to vibrate, the switch circuit 17 is switched and A and C are connected. Note that the switching control of the switch circuit 17 is performed, for example, when the amplitude of the vibrating body 4, that is, the magnitude of the output signal of the control circuit 14 (the output signal of the difference circuit 13) output in accordance with the displacement of the vibrating body 4 is set in advance. The switch circuit control unit (not shown) detects that the set value has been reached, and the switch circuit control unit gives a switch signal from the B side to the C side at the detection timing. it can.

そして、スイッチ回路17でAとCとが接続された状態において、制御回路14から出力された差分回路13の出力信号の位相を位相シフト回路15でシフトし、増幅器16で増幅し、さらに増幅器16の出力の位相を反転回路19で反転させる。反転回路19の出力および増幅器16の出力が加振電極5および加振電極6にそれぞれ印加され、振動体4の第1の振動方向における共振状態を保持するようにされる。   Then, in a state where A and C are connected by the switch circuit 17, the phase of the output signal of the difference circuit 13 output from the control circuit 14 is shifted by the phase shift circuit 15, amplified by the amplifier 16, and further amplified by the amplifier 16 Is inverted by an inverting circuit 19. The output of the inverting circuit 19 and the output of the amplifier 16 are respectively applied to the excitation electrode 5 and the excitation electrode 6 so that the resonance state of the vibrating body 4 in the first vibration direction is maintained.

一方、気体の圧力が低圧(約10Pa未満)である場合は、振動体4を第2の振動方向に振動させることで気体の圧力Pを評価する。振動体4が第2の振動方向に加振される場合は、スイッチ回路18はDとFが接続され、初期加振用信号源21から出力される信号が加振電極5および6には同相の信号として印加される状態である。振動体4は加振電極5および6に対して上方に配置されているため、第2の振動方向に静電引力が働き、第2の振動方向に加振される。また、制御回路14の出力は容量電圧変換回路12の出力信号が出力される状態である。初期加振用信号源21から振動体4の第2の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号が出力され、加振電極5および6に同相の信号が印加されることで振動体4が第2の振動方向に加振される。初期加振用信号源21は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路17が切り替えられAとCが接続される。なお、スイッチ回路17の切替制御は、上述の振動体4が第1の振動方向に加振される場合で説明したのと同様にして行うことができる。   On the other hand, when the gas pressure is low (less than about 10 Pa), the gas pressure P is evaluated by vibrating the vibrating body 4 in the second vibration direction. When the vibrating body 4 is vibrated in the second vibration direction, the switch circuit 18 is connected to D and F, and the signal output from the initial vibration signal source 21 is in phase with the vibrating electrodes 5 and 6. It is a state applied as a signal. Since the vibrating body 4 is disposed above the excitation electrodes 5 and 6, electrostatic attraction acts in the second vibration direction, and the vibration body 4 is excited in the second vibration direction. Further, the output of the control circuit 14 is a state in which the output signal of the capacitance voltage conversion circuit 12 is output. A signal having a frequency corresponding to the natural frequency of the vibration body 4 in the second vibration direction is output from the initial vibration signal source 21 and the in-phase signal is applied to the vibration electrodes 5 and 6 so that the vibration body 4 Is vibrated in the second vibration direction. The initial excitation signal source 21 is used only during initial driving. After the vibrating body 4 starts to vibrate, the switch circuit 17 is switched and A and C are connected. The switching control of the switch circuit 17 can be performed in the same manner as described in the case where the vibrating body 4 is vibrated in the first vibration direction.

そして、スイッチ回路17でAとCが接続された状態において、制御回路14から出力された容量電圧変換回路12の出力信号の位相が位相シフト回路15でシフトされ、位相シフト回路15の出力信号を増幅する増幅器16の出力が、加振電極5および加振電極6の両方に印加され、振動体4の第2の振動方向における共振状態を保持するようにされる。   Then, in a state where A and C are connected in the switch circuit 17, the phase of the output signal of the capacitance voltage conversion circuit 12 output from the control circuit 14 is shifted by the phase shift circuit 15, and the output signal of the phase shift circuit 15 is changed. The output of the amplifier 16 to be amplified is applied to both the excitation electrode 5 and the excitation electrode 6 so that the resonance state of the vibrating body 4 in the second vibration direction is maintained.

なお、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器16のゲインを調整する構成とした場合、振動体4のQ値に対応して振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号(差分回路13または容量電圧変換回路12の出力信号)の大きさが変化する。したがって、制御回路14の出力信号をQ値に変換し、さらに気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、気体の圧力に応じてスイッチ回路18により振動体4の振動方向を切り替えることで、広範囲の気体の圧力を測定することが可能となる。また、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号(振動体の振幅)から圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。   When the gain of the amplifier 16 is adjusted so that the voltage of the drive signal applied to the excitation electrodes 5 and 6 is constant, the amplitude of the vibrating body 4 corresponding to the Q value of the vibrating body 4, that is, The magnitude of the output signal of the control circuit 14 (the output signal of the difference circuit 13 or the capacity voltage conversion circuit 12) that is output according to the displacement of the vibrating body 4 changes. Therefore, it is possible to measure the gas pressure by converting the output signal of the control circuit 14 into a Q value and further converting it into a gas pressure P. In addition, by switching the vibration direction of the vibrating body 4 by the switch circuit 18 according to the gas pressure, it is possible to measure a wide range of gas pressures. Further, the conversion from the output signal (amplitude of the vibrating body) of the control circuit 14 output according to the displacement of the vibrating body 4 to the pressure P value may be performed directly without passing through the Q value. .

ここで、図4に示される設計値であって材質がシリコンである振動体の場合、例えば第1の振動方向においては、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器16のゲインを調整するときの、制御回路14の出力信号の大きさ(振動体の振幅)と圧力P値との関係は、図7に示されるような、(約10Pa程度以上の)高圧領域では振幅が圧力にほぼ反比例するとともに低圧側では振幅がその最大限界値に向かって飽和していく特性となる。   Here, in the case of the vibrator having the design values shown in FIG. 4 and made of silicon, the voltage of the drive signal applied to the excitation electrodes 5 and 6 is constant in the first vibration direction, for example. The relationship between the magnitude of the output signal of the control circuit 14 (the amplitude of the vibrating body) and the pressure P value when adjusting the gain of the amplifier 16 is as shown in FIG. 7 (about 10 Pa or more). In the high pressure region, the amplitude is almost inversely proportional to the pressure, and on the low pressure side, the amplitude is saturated toward its maximum limit value.

そして、例えば、制御回路14の出力信号の大きさ(振動体の振幅)と圧力P値との関係の特性データを取得し、この特性データのデータテーブルを格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における上記出力信号(振動体の振幅)から圧力P値への変換を行う構成としてもよく、また、上記特性データの曲線から近似的に求められた関係式を格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における上記出力信号(振動体の振幅)から圧力P値への変換を行う構成としてもよい。   Then, for example, the characteristic data of the relationship between the magnitude of the output signal of the control circuit 14 (amplitude of the vibrating body) and the pressure P value is acquired, and the conversion means provided with the storage unit storing the data table of the characteristic data The output signal (amplitude of the vibrating body) during actual measurement may be converted into a pressure P value, and a storage unit storing a relational expression approximately obtained from the characteristic data curve is provided. Alternatively, the conversion means may convert the output signal (the amplitude of the vibrating body) during actual measurement into a pressure P value.

また、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号(差分回路13または容量電圧変換回路12の出力信号)の大きさ(振動体の振幅)が一定となるように増幅器16のゲインを調整する構成とすることもできる。この場合、振動体4のQ値に対応して加振電極5および6に印加される駆動信号の電圧が変化するので、この駆動信号をQ値に変換し、さらに気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、駆動信号からQ値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。   Further, the amplitude of the vibrating body 4, that is, the magnitude of the output signal of the control circuit 14 (the output signal of the difference circuit 13 or the capacity voltage converting circuit 12) output according to the displacement of the vibrating body 4 (the amplitude of the vibrating body) The gain of the amplifier 16 can be adjusted so that is constant. In this case, since the voltage of the drive signal applied to the excitation electrodes 5 and 6 changes corresponding to the Q value of the vibrating body 4, the drive signal is converted into the Q value and further converted into the gas pressure P. Thus, the pressure of the gas can be measured. Further, the conversion from the drive signal to the Q value may be performed directly without using the Q value.

ここで、図4に示される設計値であって材質がシリコンである振動体の場合、例えば第1の振動方向においては、制御回路14の出力信号の大きさ(振動体の振幅)が一定となるように増幅器16のゲインを調整するときの、駆動信号の大きさ(駆動電圧)と圧力P値との関係は、図8に示されるような、(約10Pa程度以上の)高圧領域では駆動電圧が圧力にほぼ比例するとともに低圧側では駆動電圧がその最小限界値に向かって飽和するように減少していく特性となる。   Here, in the case of the vibrator having the design values shown in FIG. 4 and the material being silicon, for example, in the first vibration direction, the magnitude of the output signal of the control circuit 14 (the amplitude of the vibrator) is constant. The relationship between the magnitude of the drive signal (drive voltage) and the pressure P value when the gain of the amplifier 16 is adjusted is as shown in FIG. 8 in the high-pressure region (about 10 Pa or more). The voltage is approximately proportional to the pressure, and on the low pressure side, the drive voltage decreases so as to saturate toward the minimum limit value.

そして、例えば、駆動信号の大きさと圧力P値との関係の特性データを取得し、この特性データのデータテーブルを格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における駆動信号から圧力P値への変換を行う構成としてもよく、また、上記特性データの曲線から近似的に求められた関係式を格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における駆動信号から圧力P値への変換を行う構成としてもよい。
[実施形態2]
図9は、本発明の第2の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図であり、図6と同一符号は同一名称部分を示す。図9において、本発明の第2の実施形態に係る真空計の回路は、位相シフト回路25および26、増幅器27および28、スイッチ回路29および30、加算回路32および33、初期駆動用信号源34および35を新規に備える。また、振動体4の構造については本発明の第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Then, for example, the characteristic data of the relationship between the magnitude of the drive signal and the pressure P value is acquired, and the drive signal at the time of actual measurement is converted from the drive signal to the pressure P value by the conversion unit including the data table of the characteristic data. The conversion from the drive signal at the actual measurement to the pressure P value may be performed by a conversion means having a storage unit storing a relational expression approximately obtained from the curve of the characteristic data. It is good also as a structure to perform.
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a vacuum gauge according to the second embodiment of the present invention, where the same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same names. 9, the circuit of the vacuum gauge according to the second embodiment of the present invention includes phase shift circuits 25 and 26, amplifiers 27 and 28, switch circuits 29 and 30, adder circuits 32 and 33, and an initial drive signal source 34. And 35 are newly provided. Further, since the structure of the vibrating body 4 is the same as that of the first embodiment of the present invention, the description thereof is omitted here.

次に、本発明の第2の実施形態に係る真空計の回路構成の動作について説明する。図9において、初期駆動用信号源34は振動体4の第1の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号を、初期駆動用信号源35は振動体4の第2の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号を出力する。加算回路33では初期駆動用信号源34の出力と初期駆動用信号源35の出力が加算され、加算回路32では反転回路19を経た初期駆動用信号源34の出力と初期駆動用信号源35の出力が加算される。加算回路32および33の出力は加振電極5および6に印加され、振動体4は第1の振動方向および第2の振動方向に加振される。   Next, the operation of the circuit configuration of the vacuum gauge according to the second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 9, the initial drive signal source 34 has a frequency corresponding to the natural frequency in the first vibration direction of the vibrating body 4, and the initial drive signal source 35 has a characteristic in the second vibration direction of the vibration body 4. A signal with a frequency corresponding to the frequency is output. In the adder circuit 33, the output of the initial drive signal source 34 and the output of the initial drive signal source 35 are added, and in the adder circuit 32, the output of the initial drive signal source 34 and the initial drive signal source 35 that have passed through the inverting circuit 19 are added. The outputs are added. The outputs of the adding circuits 32 and 33 are applied to the excitation electrodes 5 and 6, and the vibrating body 4 is vibrated in the first vibration direction and the second vibration direction.

初期加振用信号源34および35は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路29および30が切り替えられ、それぞれJとK、GとHが接続される。なお、スイッチ回路29および30の各切替制御は、上述の実施形態1で説明したスイッチ回路17の切替制御と同様にして行うことができる。   The initial excitation signal sources 34 and 35 are used only during initial driving. After the vibrating body 4 starts to vibrate, the switch circuits 29 and 30 are switched to connect J and K, and G and H, respectively. Each switching control of the switch circuits 29 and 30 can be performed in the same manner as the switching control of the switch circuit 17 described in the first embodiment.

そして、スイッチ回路29および30でそれぞれJとK、GとHが接続された状態において、差分回路13の出力信号の位相を位相シフト回路25でシフトし、増幅器27で増幅する。また、容量電圧変換回路12の出力信号の位相を位相シフト回路26でシフトし、増幅器28で増幅する。加算回路33では増幅器27の出力と増幅器28の出力が加算され、加算回路32では反転回路19を経た増幅器27の出力と増幅器28の出力が加算される。加算回路32および33の出力は加振電極5および6に印加され、振動体4の第1および第2の振動方向における各共振状態を保持するようにされる。   Then, in a state where J and K and G and H are connected in the switch circuits 29 and 30, respectively, the phase of the output signal of the difference circuit 13 is shifted by the phase shift circuit 25 and amplified by the amplifier 27. Further, the phase of the output signal of the capacitor voltage conversion circuit 12 is shifted by the phase shift circuit 26 and amplified by the amplifier 28. In the adding circuit 33, the output of the amplifier 27 and the output of the amplifier 28 are added, and in the adding circuit 32, the output of the amplifier 27 and the output of the amplifier 28 that have passed through the inverting circuit 19 are added. The outputs of the adder circuits 32 and 33 are applied to the excitation electrodes 5 and 6 so that the respective resonance states in the first and second vibration directions of the vibrating body 4 are maintained.

なお、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器27および28のゲインをそれぞれ調整する構成とした場合、振動体4の第1および第2の振動方向における各Q値に対応して振動体4の第1および第2の振動方向における各振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される差分回路13および容量電圧変換回路12の出力信号の大きさが変化する。したがって、これらの出力信号を第1および第2の振動方向における各Q値に変換し、さらにそれぞれ気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、実施形態1で述べたのと同様に、差分回路13および容量電圧変換回路12の各出力信号(振動体の振幅)から各圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。   When the gains of the amplifiers 27 and 28 are respectively adjusted so that the voltage of the drive signal applied to the excitation electrodes 5 and 6 is constant, each of the vibrator 4 in the first and second vibration directions Corresponding to the Q value, the amplitudes of the vibrating body 4 in the first and second vibration directions, that is, the magnitudes of the output signals of the difference circuit 13 and the capacitance-voltage conversion circuit 12 output according to the displacement of the vibrating body 4 Changes. Therefore, it is possible to measure the gas pressure by converting these output signals into respective Q values in the first and second vibration directions and further converting them into the gas pressure P, respectively. As described in the first embodiment, the conversion from each output signal (amplitude of the vibrating body) of each of the difference circuit 13 and the capacity voltage conversion circuit 12 to each pressure P value is directly performed without passing through the Q value. You may make it convert into.

また、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される差分回路13および容量電圧変換回路12の出力信号の大きさ(振動体の振幅)が一定となるように増幅器27および28のゲインをそれぞれ調整する構成とすることもできる。この場合、振動体4の第1および第2の振動方向における各Q値に対応して増幅器27および28から加振電極5,6側に出力される各出力信号の電圧が変化するので、増幅器27および28の各出力信号を第1および第2の振動方向における各Q値に変換し、さらにそれぞれ気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、実施形態1で述べたのと同様に、増幅器27および28の各出力信号から各圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。   Further, the amplifier 27 is set so that the amplitude of the vibrating body 4, that is, the magnitudes of the output signals of the difference circuit 13 and the capacity-voltage conversion circuit 12 (the amplitude of the vibrating body) output according to the displacement of the vibrating body 4 are constant. It is also possible to adjust the gains of 28 and 28 respectively. In this case, the voltage of each output signal that is output from the amplifiers 27 and 28 to the excitation electrodes 5 and 6 changes corresponding to each Q value in the first and second vibration directions of the vibrating body 4. It is possible to measure the gas pressure by converting the output signals 27 and 28 into Q values in the first and second vibration directions and further converting them into the gas pressure P, respectively. As described in the first embodiment, the conversion from the output signals of the amplifiers 27 and 28 to the pressure P values may be performed directly without passing through the Q value.

なお、この実施形態2では、第1および第2の振動方向における各Q値に対応して2つの圧力P値が求められるが、その測定時における気体の圧力レベルが高圧領域(例えば約10Pa以上)あるいは低圧領域(例えば約10Pa未満)のいずれにあるかに応じて、第1あるいは第2の振動方向におけるいずれかのQ値に対応する圧力P値を選択して出力する、図示されない出力信号選択回路を設けることにより、真空計から常に適正な圧力測定信号を出力することができるようになる。   In the second embodiment, two pressure P values are obtained corresponding to each Q value in the first and second vibration directions, and the pressure level of the gas at the time of measurement is in a high pressure region (for example, about 10 Pa or more). ) Or a low-pressure region (for example, less than about 10 Pa), an output signal (not shown) that selects and outputs a pressure P value corresponding to any Q value in the first or second vibration direction By providing the selection circuit, an appropriate pressure measurement signal can always be output from the vacuum gauge.

本発明の実施形態に係る真空計の機構部分を成す構造体の平面図である。It is a top view of the structure which comprises the mechanism part of the vacuum gauge which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す構造体の側面図である。It is a side view of the structure shown in FIG. 図1に示す構造体のA-A’線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A-A 'line of the structure shown in FIG. 本発明の第1の実施形態に係る振動体の設計値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the design value of the vibrating body which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図4に示した振動体の設計値におけるQ値と気体の圧力Pとの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a Q value and a gas pressure P in the design value of the vibrating body illustrated in FIG. 4. 本発明の第1の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the vacuum gauge which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図4に示した設計値の振動体の第1の振動方向において駆動電圧が一定となるように増幅器ゲインを調整した場合の振動体の振幅と気体の圧力Pとの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amplitude of the vibrating body and the gas pressure P when the amplifier gain is adjusted so that the drive voltage is constant in the first vibration direction of the vibrating body having the design value shown in FIG. 4. 図4に示した設計値の振動体の第1の振動方向において振動体の振幅が一定となるように増幅器ゲインを調整した場合の駆動電圧と気体の圧力Pとの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage and a gas pressure P when the amplifier gain is adjusted so that the amplitude of the vibrating body is constant in the first vibration direction of the vibrating body having the design value illustrated in FIG. 4. 本発明の第2の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the vacuum gauge which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 錘
2 梁
3 振動体固定部
4 振動体
5,6 加振電極
7〜9 振動検出電極
10〜12 容量電圧変換回路
13 差分回路
14 制御回路
15,25,26 位相シフト回路
16,27,28 増幅器
17,18,29,30 スイッチ回路
19 反転回路
21,34,35 初期駆動用信号源
32,33 加算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weight 2 Beam 3 Vibrating body fixing | fixed part 4 Vibrating body 5,6 Excitation electrode 7-9 Vibration detection electrode
10-12 capacity voltage conversion circuit
13 Difference circuit
14 Control circuit
15, 25, 26 Phase shift circuit
16, 27, 28 amplifier
17, 18, 29, 30 Switch circuit
19 Inversion circuit
21, 34, 35 Initial drive signal source
32, 33 Adder circuit

Claims (9)

第1の振動方向と該第1の振動方向に直交する第2の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、
前記加振電極部として、前記振動体の両側に第1の振動方向に沿って設置された第1および第2の加振電極から成る1組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第2の振動方向において前記1組の加振電極よりも上部または下部に配置し、
前記振動検出部として、前記振動体の第1および第2の振動方向の振動をそれぞれ検出する第1および第2の振動検出部を備え、
第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号を前記1組の加振電極に印加して振動体を第1の振動方向に振動させて圧力を測定する第1の圧力測定部と、
第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号を前記1組の加振電極に印加して振動体を第2の振動方向に振動させて圧力を測定する第2の圧力測定部とを備える、
ことを特徴とする真空計。
A vibrator configured to vibrate in a first vibration direction and a second vibration direction orthogonal to the first vibration direction, and an excitation electrode unit that drives the vibration body by electrostatic force; A vibration detection unit that detects the vibration of the vibration body, and a drive signal that generates a drive signal for exciting the vibration body by changing the phase of the detection signal based on the detection signal of the vibration detection unit A vacuum gauge that measures the pressure of the atmosphere from the vibration characteristics of the vibrating body by holding the vibrating body in a resonance state by applying the drive signal to the excitation electrode unit,
As the excitation electrode portion, a set of excitation electrodes including first and second excitation electrodes installed along the first vibration direction on both sides of the vibration body, and the vibration body, In the second vibration direction, disposed above or below the set of excitation electrodes,
The vibration detection unit includes first and second vibration detection units that detect vibrations in the first and second vibration directions of the vibrating body, respectively.
A first pressure measurement unit that measures a pressure by applying a drive signal having a reverse phase based on a detection signal of the first vibration detection unit to the set of excitation electrodes to vibrate the vibrating body in a first vibration direction When,
A second pressure measuring unit configured to apply a driving signal having the same phase based on the detection signal of the second vibration detecting unit to the one set of excitation electrodes to vibrate the vibrating body in the second vibration direction and measure the pressure; Comprising
A vacuum gauge characterized by that.
請求項1に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記第1または第2の振動検出部の検出信号の位相を変化させる位相シフト回路と、該位相シフト回路の出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路とを有し、
第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号として、前記反転回路および前記増幅器の各出力信号を前記第1および第2の加振電極にそれぞれ印加することで、前記振動体の第1の振動方向における共振状態を保持するとともに、
第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号として、前記増幅器の出力信号を前記第1および第2の加振電極の両方に印加することで、前記振動体の第2の振動方向における共振状態を保持することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to claim 1,
The drive signal generation unit includes a phase shift circuit that changes a phase of a detection signal of the first or second vibration detection unit, an amplifier that amplifies an output signal of the phase shift circuit, and a phase of the output signal of the amplifier And an inverting circuit for inverting
By applying the output signals of the inverting circuit and the amplifier to the first and second excitation electrodes, respectively, as driving signals having opposite phases based on the detection signal of the first vibration detection unit, While maintaining the resonance state in the first vibration direction,
By applying the output signal of the amplifier to both the first and second excitation electrodes as an in-phase drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit, the second vibration direction of the vibrating body A vacuum gauge characterized by maintaining a resonance state in
請求項1に記載の真空計において、
第1の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号と、第2の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号とのうち、いずれの駆動信号を前記1組の加振電極に印加するかを選択することにより前記振動体の振動方向を切り替える手段を有することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to claim 1,
Any one of the driving signal of the opposite phase based on the detection signal of the first vibration detection unit and the driving signal of the same phase based on the detection signal of the second vibration detection unit is applied to the set of excitation electrodes. A vacuum gauge comprising means for switching the vibration direction of the vibrating body by selecting whether to apply.
第1の振動方向と該第1の振動方向に直交する第2の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、
前記加振電極部として、前記振動体の両側に第1の振動方向に沿って設置された第1および第2の加振電極から成る1組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第2の振動方向において前記1組の加振電極よりも上部または下部に配置し、
前記振動検出部として、前記振動体の第1および第2の振動方向の振動をそれぞれ検出する第1および第2の振動検出部を備え、
前記駆動信号生成部は、第1の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの反転側信号と第2の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第1の加算信号を前記第1の加振電極に印加するとともに、第1の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの非反転側信号と第2の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第2の加算信号を前記第2の加振電極に印加し、
前記振動体を第1および第2の振動方向に同時に振動させて圧力を測定する圧力測定部を備える、
ことを特徴とする真空計。
A vibrator configured to vibrate in a first vibration direction and a second vibration direction orthogonal to the first vibration direction, and an excitation electrode unit that drives the vibration body by electrostatic force; A vibration detection unit that detects the vibration of the vibration body, and a drive signal that generates a drive signal for exciting the vibration body by changing the phase of the detection signal and amplifying the detection signal based on the detection signal of the vibration detection unit A vacuum gauge that measures the pressure of the atmosphere from the vibration characteristics of the vibrating body by holding the vibrating body in a resonance state by applying the drive signal to the excitation electrode unit,
As the excitation electrode portion, a set of excitation electrodes including first and second excitation electrodes installed along the first vibration direction on both sides of the vibration body, and the vibration body, In the second vibration direction, disposed above or below the set of excitation electrodes,
The vibration detection unit includes first and second vibration detection units that detect vibrations in the first and second vibration directions of the vibrating body, respectively.
The drive signal generation unit adds a reverse signal in the drive signal based on the detection signal of the first vibration detection unit and a drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit. A signal is applied to the first excitation electrode, and a non-inversion side signal among drive signals based on the detection signal of the first vibration detection unit and a drive signal based on the detection signal of the second vibration detection unit are Applying a second addition signal obtained by addition to the second excitation electrode;
A pressure measuring unit that measures the pressure by simultaneously vibrating the vibrating body in the first and second vibration directions;
A vacuum gauge characterized by that.
請求項4に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記第1および第2の振動検出部の検出信号の位相をそれぞれ変化させる第1および第2の位相シフト回路と、該第1および第2の位相シフト回路の各出力信号を増幅する第1および第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路と、前記第1の増幅器の出力信号と前記第2の増幅器の出力信号とを加算する第1の加算回路と、前記反転回路の出力信号と前記第2の増幅器の出力信号とを加算する第2の加算回路と、を有し、
前記第1および第2の加算回路から出力される第1および第2の加算信号を第1および第2の加振電極にそれぞれ印加することで前記振動体の第1および第2の振動方向における各共振状態をそれぞれ保持することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to claim 4,
The drive signal generation unit includes first and second phase shift circuits that change phases of detection signals of the first and second vibration detection units, and outputs of the first and second phase shift circuits, respectively. First and second amplifiers for amplifying a signal, an inverting circuit for inverting the phase of the output signal of the first amplifier, and adding the output signal of the first amplifier and the output signal of the second amplifier And a second addition circuit for adding the output signal of the inverting circuit and the output signal of the second amplifier,
By applying the first and second addition signals output from the first and second addition circuits to the first and second excitation electrodes, respectively, in the first and second vibration directions of the vibrating body A vacuum gauge characterized by holding each resonance state.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記駆動信号の電圧が一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、
前記圧力測定部は、前記振動検出部の検出信号の大きさに基づいて圧力を測定することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 5,
The drive signal generation unit adjusts an amplification gain for a signal obtained by changing the phase of the detection signal of the vibration detection unit so that the voltage of the drive signal is constant,
The vacuum gauge according to claim 1, wherein the pressure measuring unit measures pressure based on a magnitude of a detection signal of the vibration detecting unit.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記振動検出部の検出信号の大きさが一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、
前記圧力測定部は、前記駆動信号の電圧に基づいて圧力を測定することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 5,
The drive signal generation unit adjusts an amplification gain for a signal obtained by changing the phase of the detection signal of the vibration detection unit so that the magnitude of the detection signal of the vibration detection unit is constant.
The vacuum gauge, wherein the pressure measuring unit measures pressure based on a voltage of the drive signal.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の真空計において、
前記振動体の固有周波数に対応した周波数の初期励振信号を出力する初期励振用信号源を備え、
振動体の初期駆動時には、振動検出部の検出信号に基づく駆動信号の代わりに、前記初期励振信号に基づく初期駆動信号を前記加振電極部に印加することを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 7,
An initial excitation signal source for outputting an initial excitation signal having a frequency corresponding to the natural frequency of the vibrator;
A vacuum gauge, wherein an initial drive signal based on the initial excitation signal is applied to the excitation electrode unit instead of a drive signal based on a detection signal of a vibration detection unit when the vibrating body is initially driven.
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の真空計において、
前記振動検出部は、前記振動体と検出電極との間の静電容量を検知することにより前記振動体の振動を検出するものであることを特徴とする真空計。
The vacuum gauge according to any one of claims 1 to 8,
The said vibration detection part detects the vibration of the said vibrating body by detecting the electrostatic capacitance between the said vibrating body and a detection electrode, The vacuum gauge characterized by the above-mentioned.
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US4901586A (en) * 1989-02-27 1990-02-20 Sundstrand Data Control, Inc. Electrostatically driven dual vibrating beam force transducer
US5528939A (en) * 1995-03-21 1996-06-25 Martin; Jacob H. Micromechanical pressure gauge having extended sensor range
JP4522143B2 (en) * 2004-05-20 2010-08-11 キヤノン株式会社 Vacuum gauge
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