JP5262730B2 - 弾性表面波センサおよび弾性表面波センサの圧力測定方法 - Google Patents
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Description
F2_T=F2_0×(1+kT)
Fx_T=abs(F1_T−F2_T)=abs(F1_0−F2_0)×(1+kT)
上記Fx_Tにおいては、差の周波数(F1_0−F2_0)に温度係数kと温度変化Tとを掛けた分が、温度変化に伴う周波数の変化量となる。
また、第3のミキシング回路は、上記第1の周波数Fx1_Tと、所定の係数αを付けた第2の上記周波数Fx2_Tと、のいずれか一方に、前記ミキシング手段により前記固定周波数がミキシングされたものと、前記一方とは異なる他方と、の差の周波数を出力する。
F1_T=(F1_0+A)×(1+f(T))
F2_T=(F2_0+B)×(1+f(T))
F3_T=(F3_0+C)×(1+f(T))
F4_T=(F4_0+D)×(1+f(T))
と表すことができる。
第2のミキシング回路の出力周波数Fx2_Tは次のように表せる。なお、F3_T>F4_T、またその差がC,Dより十分大きいとして、abs( )を除いている。
次に、ミキシング手段による固定周波数のミキシングを考慮しない場合の第3ミキシング回路の出力値Foutは、係数αを用いて、次のように表せる。
=[{(F1_0+A)×(1+ f(T))}−{(F2_0+B)×(1+f(T))}]−α[{(F3_0+C)×(1+f(T))}−{(F4_0+D)×(1+f(T))}]
ここで、温度変化の係数を示す式f(T)を含む項と含まない項に分けると、
Fout=[(F1_0+A)−(F2_0+B)−α{(F3_0+C)−(F4_0+D)}]+[(F1_0+A)−(F2_0+B)−α{(F3_0+C)−(F4_0+D)}]×f(T)
となる。この式は、次のように書きなおせる。
ここで、上述したEを表す式が0となるようにαを設定すると、
E=Fx1_0−(α×Fx2_0)=(F1_0−F2_0)−α(F3_0−F4_0)=0であるから、α(F3_0−F4_0)=(F1_0−F2_0)となる。これを用いて上記(1)式を整理すると、Foutは次のように表せる。
このように、ミキシング手段による固定周波数のミキシングを考慮しない場合の第3のミキシング回路の出力する周波数Foutは、圧電基板に圧力が加わって各発振回路の周波数が変化したときの変化した周波数に基づく値のみとなり、基準状態における発振回路の発振周波数の影響を受けない。そのため、複数の発振回路の基準状態における発振周波数に差があっても、温度変化による出力値への影響を小さくすることができる。
[実施例1]
(1)全体構成
本実施例の弾性表面波センサ1は、図1に示すように、第1〜第4の発振回路11〜14,第1〜第4の周波数ミキサ21〜24を備えている。
F2_T=(101)×(1+kT)
F3_T=(102)×(1+kT)(単位:MHz)
発振回路14は、温度による周波数の変化の少ない発振回路(例えば水晶振動子からなる発振回路)であって、さらにこの発振回路14は相対的に温度変化が小さい出力調整領域3に配置されているため、温度変化に拠らず常に一定の発振周波数F4(本実施例においては、F4=0.1MHz)の信号を出力する。
(2)Foutの算出
第1の周波数ミキサ21が出力する周波数Fx1_Tは次のように表せる。
第2の周波数ミキサ22が出力する周波数Fx2_Tは次のように表せる。
第3の周波数ミキサ23が出力する周波数Fx3_Tは次のように表せる。
第4の周波数ミキサ24が出力する周波数Foutは次のように表せる。
=A+AkT+F4
ここで、圧力による周波数変化Aを−40kHz(−0.04MHz)、基準温度との差Tを100、関数kを1e-4とすると、Foutは次のような値になる。
=−0.0404+F4=0.0596
なお、Foutにおいて、圧電基板4に加えられる圧力の変化に応じた発振周波数の変化量は、F4を基準としたときの周波数の差となるので、本実施例においては−0.0404MHzの周波数変動があったと検出される。
(3)効果
上記構成の弾性表面波センサ1では、第1〜第3の発振回路11〜13には基準状態において1MHzごとの発振周波数の差があるが、Foutにおいてはその差およびその差に基づく温度変化による周波数の変化量が補償されているため、温度変化による影響を小さくして、圧電基板に加わる圧力の変化に基づく発振周波数の変化を反映した周波数を出力することができる。
[実施例2]
(1)全体構成
本実施例の弾性表面波センサ5は、基本的に実施例1の弾性表面波センサ1と同様の構成であるが、以下の点で弾性表面波センサ1と異なる。
F2_T=(101)×(1+kT)
F3_T=(104)×(1+kT)(単位:MHz)
ここで、Fx1_0=1,Fx2_0=3であるため、
E=Fx1_0−(α×Fx2_0)=1−(α×3)=0を満たすαはα=1/3となる。
(2)Foutの算出
第1の周波数ミキサ21が出力する周波数Fx1_Tは次のように表せる。
第2の周波数ミキサ22が出力する周波数Fx2_Tは次のように表せる。
この周波数Fx2_Tは、第3の周波数ミキサ23に入力される前に分周器31により1/3に分周されるため、第3の周波数ミキサ23に入力される周波数は(3)×(1+kT)×1/3=1+kTとなる。
第4の周波数ミキサ24が出力する周波数Foutは次のように表せる。
=A+AkT+F4
これは実施例1の弾性表面波センサ1と同様の出力値である。
(3)効果
本実施例の弾性表面波センサ5は、実施例1の弾性表面波センサ1と同様に、基準状態における発振周波数に差があっても温度変化による影響を小さくすることができる。
[変形例]
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
Claims (8)
- 圧電基板に形成される弾性表面波素子を有する発振回路を、前記圧電基板上に一対配置してなる第1の発振手段と、
前記圧電基板に形成される弾性表面波素子を有する発振回路を、前記圧電基板上に一対配置してなり、少なくとも一方の発振回路が前記第1の発振手段を構成する発振回路と異なる発振回路である第2の発振手段と、
前記第1の発振手段を構成する発振回路それぞれと接続し、それら発振回路の出力周波数の差の周波数である第1の周波数Fx1_Tを出力する第1のミキシング回路と、
前記第2の発振手段を構成する発振回路それぞれと接続し、それら発振回路の出力周波数の差の周波数である第2の周波数Fx2_Tを出力する第2のミキシング回路と、
前記第1の周波数Fx1_Tまたは下記式においてEが略0となる係数αを付けた前記第2の周波数Fx2_Tに対し、温度および前記圧電基板に加えられる圧力の変化に応じて変化しない固定周波数をミキシングするミキシング手段と、
前記第1の周波数Fx_1と前記係数αを付けた前記第2の周波数Fx_2とのいずれか一方に、前記ミキシング手段により前記固定周波数がミキシングされたものと、前記一方とは異なる他方と、の差の周波数を出力する第3のミキシング回路と、を備える
ことを特徴とする弾性表面波センサ。
E=Fx1_0−(α×Fx2_0)
上式において、Fx1_0は基準温度かつ前記圧電基板が所定の圧力にて加圧される状態である基準状態における前記第1の周波数であり、Fx2_0は前記基準状態における前記第2の周波数である。 - 前記第1の発振手段および前記第2の発振手段は、前記第1の周波数Fx1_Tおよび前記第2の周波数Fx2_Tが所定の周波数以上となるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波センサ。 - 前記圧電基板に対して圧力が加えられた場合に、前記第1の周波数Fx1_Tの変化度合と前記係数αを付けた前記第2の周波数Fx2_Tの変化度合とが異なるように前記第1の発振手段および前記第2の発振手段が構成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の弾性表面波センサ。 - 前記基準状態における前記第1の周波数Fx1_0と前記第2の周波数Fx2_0とが略同一となるように、前記第1の発振手段および前記第2の発振手段が構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の弾性表面波センサ。 - 圧電基板に形成される弾性表面波素子を有する発振回路を、前記圧電基板上に一対配置してなる第1の発振手段と、前記圧電基板に形成される弾性表面波素子を有する発振回路を、前記圧電基板上に一対配置してなり、少なくとも一方の発振回路が前記第1の発振手段を構成する発振回路と異なる発振回路である第2の発振手段と、を有する弾性表面波センサの圧力測定方法であって、
前記第1の発振手段を構成する発振回路それぞれにおける出力周波数の差の周波数を第1の周波数Fx1_Tとし、
前記第2の発振手段を構成する発振回路それぞれにおける出力周波数の差の周波数を第2の周波数Fx2_Tとしたときに、
前記第1の周波数Fx1_Tまたは下記式においてEが略0となる係数αを付けた前記第2の周波数Fx2_Tに対し、温度および前記圧電基板に加えられる圧力の変化に応じて変化しない固定周波数をミキシングするミキシングステップと、
前記第1の周波数Fx_1と、前記係数αを付けた前記第2の周波数Fx_2と、のいずれか一方に前記固定周波数がミキシングされたものと、前記一方とは異なる他方と、の差の周波数を出力する出力ステップを有する
ことを特徴とする弾性表面波センサの圧力測定方法。
E=Fx1_0−(α×Fx2_0)
上式において、Fx1_0は基準温度かつ前記圧電基板が所定の圧力にて加圧される状態である基準状態における前記第1の周波数であり、Fx2_0は前記基準状態における前記第2の周波数である。 - 前記第1の発振手段および前記第2の発振手段は、前記第1の周波数Fx1_Tおよび前記第2の周波数Fx2_Tが所定の周波数以上となるように構成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の弾性表面波センサの圧力測定方法。 - 前記圧電基板に対して圧力が加えられた場合に、前記第1の周波数Fx1_Tの変化度合と前記係数αを付けた前記第2の周波数Fx2_Tの変化度合とが異なるように前記第1の発振手段および前記第2の発振手段が構成されている
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の弾性表面波センサの圧力測定方法。 - 前記基準状態における前記第1の周波数Fx1_0と前記第2の周波数Fx2_0とが略同一となるように、前記第1の発振手段および前記第2の発振手段が構成されている
ことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の弾性表面波センサの圧力測定方法。
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