JP5527410B2 - Temperature sensor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、水蒸気ガス配管の温度、体温、及び風呂の温度などの−20℃〜150℃の温度範囲において温度を測定するための温度センサに関し、より詳細には、複数の弾性表面波共振子の共振特性の差により温度を測定する温度センサに関する。 The present invention relates to a temperature sensor for measuring a temperature in a temperature range of −20 ° C. to 150 ° C., such as a temperature of a steam gas pipe, a body temperature, and a bath temperature, and more specifically, a plurality of surface acoustic waves. The present invention relates to a temperature sensor that measures temperature based on a difference in resonance characteristics of a resonator.
近年、弾性表面波共振子の周波数温度特性を利用して温度を測定する装置が種々提案されている。 In recent years, various apparatuses for measuring temperature using frequency temperature characteristics of surface acoustic wave resonators have been proposed.
例えば、下記の特許文献1には、図16に示す温度検出装置が開示されている。温度検出装置1001では、水晶基板1002上に、第1及び第2の弾性表面波共振子1003,1004が構成されている。第1及び第2の弾性表面波共振子1003及び1004は、IDT電極と、IDT電極の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器とを有する。第1の弾性表面波共振子1003に第1のオペアンプ1005が接続されている。同様に、第2の弾性表面波共振子1004に第2のオペアンプ1007が接続されている。第1,第2の弾性表面波共振子1003,1004の出力が、検出回路1010に与えられる。
For example,
図17は、第1の弾性表面波共振子1003の周波数温度特性f1と、第2の弾性表面波共振子1004の周波数温度特性f2とを示す。図17から明らかなように、共振周波数の周波数温度特性f1,f2は、二次曲線のような形を有する。ある温度域、例えば図17のT1からT2の間の温度域では、共振周波数差f2−f1は温度に対して直線的な関係を有する。そこで、特許文献1では、共振周波数差(f2−f1)の差が温度に対して直線的に変化する温度域において、共振周波数差により温度を測定することができるとされている。
FIG. 17 shows a frequency temperature characteristic f1 of the first surface
また、特許文献1では、第1の弾性表面波共振子1003の表面波伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子1004の表面波伝搬方向とを90°異ならせた構成も開示されている。
特許文献1では、2つの弾性表面波共振子1003,1004の共振周波数の差を利用して温度を決定している。従って、絶対的な温度と周波数との基準を用いずともよく、温度を高精度に測定することができると記載されている。
In
別の例として、下記の非特許文献1には、1つの水晶基板上に2つの弾性表面波共振子が構成されている温度検出装置が開示されている。図18は、非特許文献1に記載の温度検出装置における温度と2つの弾性表面波共振子の共振周波数差との関係を示し、図19は該温度検出装置における反射特性S11の周波数特性を示す。非特許文献1では、ここでは、水晶基板上に伝播方向を変えた2つのIDTが形成されており、上記特許文献1の場合と同様に、2つの共振周波数の差によって温度を計測している。具体的にはYカット水晶基板、オイラー角で表示すると(0°,90°,ψ)の水晶基板を用いており、その伝播方向はψ=36度と45度であり、それぞれのTCFは12ppm/℃、−12ppm/℃となっている。
As another example, Non-Patent
また、下記の非特許文献2では、水晶基板上に伝播方向を変えた2つのIDTが形成されており、具体的には35度回転Yカット水晶基板、オイラー角で表示すると(0°,125°,ψ)の水晶基板を用いている。弾性表面波の伝播方向はψ=0度と35度であり、それぞれのTCFは15ppm/℃、35ppm/℃となっている。
Further, in the following
特許文献1では、1つの水晶基板1002上に構成された2つの弾性表面波共振子1003,1004の弾性表面波伝搬方向を90°異ならせることは開示されているものの、具体的な水晶基板の方位角についてはSTカットと記載されているだけである。すなわち、特許文献1には、様々な温度範囲で高精度に温度を測定し得る構成は具体的に示されていない。
Although
上記のように、特許文献1では、第1の弾性表面波共振子と第2の弾性表面波共振子の弾性表面波伝搬方向を異ならせる構成として、両者の伝搬角を90°異ならせた構成が示されている。しかしながら、伝搬角を90°異ならせた場合、大きな水晶基板を用いなければならない。従って、小型化を進めることができない。
As described above, in
非特許文献1および非特許文献2では、1つの水晶基板上に構成された2つの弾性表面波共振子の弾性表面波伝搬方向を異ならせ、温度を測定することは開示されている。しかし、用いられているオイラー角では弾性表面波共振子の電気機械結合係数が小さい範囲にある。従って、弾性表面波共振子の出力を十分な大きさにできず、高精度に温度を測定することができない。
Non-Patent
本発明の目的は、第1及び第2の弾性表面波共振子の特性差を利用して、−20℃〜150℃の温度範囲内の温度を高精度に測定することができ、かつ小型化を図ることができる温度センサを提供することにある。 An object of the present invention is to make it possible to measure a temperature within a temperature range of −20 ° C. to 150 ° C. with high accuracy by utilizing the characteristic difference between the first and second surface acoustic wave resonators, and to reduce the size. An object of the present invention is to provide a temperature sensor capable of achieving the above.
本発明の温度センサは、−20℃〜150℃の範囲内の温度を測定するための温度センサであって、水晶基板と、前記水晶基板上に構成された第1の弾性表面波共振子と、前記水晶基板上に構成されている第2の弾性表面波共振子とを備える。本発明では、前記第1及び第2の弾性表面波共振子の−20℃〜150℃における周波数温度係数を下記の式で示されるTCFとしたときに、第1及び第2の弾性表面波共振子のTCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、かつ第1の弾性表面波共振子のTCFと、第2の弾性表面波共振子のTCFの極性が異なっており、かつ前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下であり、かつ前記第1の弾性表面波共振子の電気機械結合係数をk2(1)、前記第2の共振子の電気機械結合係数をk2(2)としたときに、k2(1)≧0.0002かつk2(2)≧0.0002である。A temperature sensor of the present invention is a temperature sensor for measuring a temperature within a range of −20 ° C. to 150 ° C., and includes a quartz substrate and a first surface acoustic wave resonator formed on the quartz substrate. And a second surface acoustic wave resonator formed on the quartz substrate. In the present invention, when the frequency temperature coefficient at −20 ° C. to 150 ° C. of the first and second surface acoustic wave resonators is TCF represented by the following equation, the first and second surface acoustic wave resonances are performed. The absolute value of the TCF of the child is 10 ppm / ° C. or more, the TCF of the first surface acoustic wave resonator and the TCF of the second surface acoustic wave resonator are different, and the first elasticity The difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less, and the first elastic surface When the electromechanical coupling coefficient of the wave resonator is k 2 (1) and the electromechanical coupling coefficient of the second resonator is k 2 (2), k 2 (1) ≧ 0.0002 and k 2 ( 2) ≧ 0.0002.
TCF=V−1(35℃)×[(V(150℃)−V(−20℃))/170℃]−LEC …式(1)TCF = V −1 (35 ° C.) × [(V (150 ° C.) − V (−20 ° C.)) / 170 ° C.] − LEC Formula (1)
なお、式(1)中、Vは音速(m/秒)を示し、V−1(35℃)は、35℃における音速の逆数を意味し、V(150℃)及びV(−20℃)は、それぞれ、150℃及び−20℃における音速(m/秒)を示し、LECは水晶基板の線膨張係数(単位は1/℃)を示す。In the formula (1), V represents the speed of sound (m / sec), V −1 (35 ° C.) means the reciprocal of the speed of sound at 35 ° C., and V (150 ° C.) and V (−20 ° C.). Indicates the sound velocity (m / sec) at 150 ° C. and −20 ° C., respectively, and LEC indicates the linear expansion coefficient (unit: 1 / ° C.) of the quartz substrate.
本発明に係る温度センサのある特定の局面では、第1及び第2の弾性表面波共振子において、弾性表面波としてレイリー波を利用しており、前記第1及び第2の弾性表面波共振子における水晶基板のオイラー角を、それぞれ、第1のオイラー角(φ,θ,ψ1)及び第2のオイラー角(φ,θ,ψ2)としたとき、第1のオイラー角と第2のオイラー角とが、下記の表1〜3に示す何れかの組み合わせを満たしている。 In a specific aspect of the temperature sensor according to the present invention, in the first and second surface acoustic wave resonators, a Rayleigh wave is used as the surface acoustic wave, and the first and second surface acoustic wave resonators are used. The first Euler angle and the second Euler angle when the Euler angles of the quartz substrate in FIG. 1 are the first Euler angles (φ, θ, ψ1) and the second Euler angles (φ, θ, ψ2), respectively. Satisfies any combination shown in Tables 1 to 3 below.
本発明に係る温度センサの他の特定の局面では、第1及び第2の弾性表面波共振子において、弾性表面波として漏洩弾性表面波を利用しており、前記第1及び第2の弾性表面波共振子における水晶基板のオイラー角を、それぞれ、第1のオイラー角(φ,θ,ψ1)及び第2のオイラー角(φ,θ,ψ2)としたとき、第1のオイラー角と第2のオイラー角とが、下記の表4に示す何れかの組み合わせを満たしている。 In another specific aspect of the temperature sensor according to the present invention, in the first and second surface acoustic wave resonators, a leaky surface acoustic wave is used as the surface acoustic wave, and the first and second surface acoustic waves are used. When the Euler angles of the quartz substrate in the wave resonator are the first Euler angles (φ, θ, ψ1) and the second Euler angles (φ, θ, ψ2), respectively, the first Euler angles and the second Euler angles The Euler angles satisfy any combination shown in Table 4 below.
本発明に係る温度センサのさらに他の特定の局面では、前記第1の表面波共振子において、弾性表面波としてレイリー波を利用しており、前記第2の弾性表面波共振子において弾性表面波として漏洩弾性表面波を利用しており、前記第1及び第2の弾性表面波共振子における前記水晶基板のオイラー角が、下記の表5に示す何れかの範囲である。 In still another specific aspect of the temperature sensor according to the present invention, a Rayleigh wave is used as a surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator, and a surface acoustic wave is used in the second surface acoustic wave resonator. In the first and second surface acoustic wave resonators, the Euler angle of the quartz crystal substrate is in one of the ranges shown in Table 5 below.
本発明に係る温度センサの他の局面では、前記第1の弾性表面波共振子が第1のIDT電極と、第1のIDT電極の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器とを有し、前記第2の弾性表面波共振子が、IDT電極と、IDT電極の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器とを有する。 In another aspect of the temperature sensor according to the present invention, the first surface acoustic wave resonator includes a first IDT electrode and reflectors arranged on both sides of the first IDT electrode in the surface acoustic wave propagation direction. The second surface acoustic wave resonator includes an IDT electrode and reflectors disposed on both sides of the surface acoustic wave propagation direction of the IDT electrode.
上記レイリー波と漏洩弾性表面波を利用した本発明の温度センサの他の特定の局面では、前記水晶基板上に1つのIDT電極と、該IDT電極の両側に配置されており、かつそれぞれが複数本の電極指を有する第1及び第2の反射器とが設けられており、前記IDT電極及び第1及び第2の反射器により、レイリー波を利用した前記第1の弾性表面波共振子と、漏洩弾性表面波を用いた第2の弾性表面波共振子とが構成されている。前記IDT電極が互いの電極指が間挿されるように配置された第1,第2のくし歯電極を有している。温度センサは前記第1,第2のくし歯電極において電極指の先端を結ぶ線を第1、第2仮想直線とし、前記第1、第2仮想直線がレイリー波伝搬方向と平行である。温度センサは、第1仮想直線と前記IDT電極の第2反射器側最外電極指との交点を通り、かつLSAW伝搬方向に平行に延びる直線を第3仮想直線とし、第2仮想直線と、前記IDT電極の第1反射器側最外電極指との交点を通りかつLSAW伝搬方向に平行に延びる直線を第4仮想直線としたときに、第1反射器の電極指の一端が第1仮想直線上に、他端が第4仮想直線上に位置しており、第2反射器の電極指の一端が第3仮想直線上に、他端が第2仮想直線上に位置している。第1及び第2の反射器の複数本の前記電極指が、それぞれ、レイリー波及び漏洩弾性表面波を反射し得る。 In another specific aspect of the temperature sensor of the present invention using the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave, one IDT electrode is disposed on the quartz substrate and both sides of the IDT electrode, and a plurality of each is provided. First and second reflectors having electrode fingers, and the first surface acoustic wave resonator using Rayleigh waves by the IDT electrode and the first and second reflectors; The second surface acoustic wave resonator using the leaky surface acoustic wave is configured. The IDT electrode has first and second comb electrodes arranged so that mutual electrode fingers are inserted. In the temperature sensor, the lines connecting the tips of the electrode fingers in the first and second comb electrodes are defined as first and second virtual straight lines, and the first and second virtual straight lines are parallel to the Rayleigh wave propagation direction. The temperature sensor has a third virtual straight line passing through the intersection of the first virtual straight line and the outermost electrode finger of the IDT electrode on the second reflector side and extending parallel to the LSAW propagation direction. When a straight line extending through the intersection of the IDT electrode with the outermost electrode finger on the first reflector side and extending parallel to the LSAW propagation direction is a fourth virtual straight line, one end of the electrode finger of the first reflector is the first virtual line. On the straight line, the other end is located on the fourth virtual straight line, one end of the electrode finger of the second reflector is located on the third virtual straight line, and the other end is located on the second virtual straight line. The plurality of electrode fingers of the first and second reflectors can reflect the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave, respectively.
従って、1つのIDT電極及び上記第1及び第2の反射器により、第1及び第2の弾性表面波共振子を構成することができる。よって、温度センサのさらなる小型化を図ることができる。 Therefore, the first and second surface acoustic wave resonators can be constituted by one IDT electrode and the first and second reflectors. Therefore, the temperature sensor can be further reduced in size.
この場合、より具体的には、前記第1,第2の反射器の電極指の延びる方向が、前記IDT電極の前記電極指の延びる方向と平行であり、前記IDT電極の前記電極指の交叉幅をW(単位はm)、前記第1及び第2の反射器と、前記IDT電極の最外側電極指同士間の間隔をL(単位はm)、前記第1及び第2の反射器の前記電極指の長さをH(単位はm)、前記レイリー波と前記漏洩弾性表面波の伝搬方向の差をD(度)としたときに、H>W+L×tanDとされていることが好ましい。 In this case, more specifically, the extending direction of the electrode fingers of the first and second reflectors is parallel to the extending direction of the electrode fingers of the IDT electrode, and the crossing of the electrode fingers of the IDT electrode is performed. The width is W (unit is m), the distance between the first and second reflectors and the outermost electrode fingers of the IDT electrode is L (unit is m), and the first and second reflectors are When the length of the electrode finger is H (unit is m) and the difference in propagation direction between the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave is D (degrees), it is preferable that H> W + L × tanD. .
本発明に係る温度センサのさらに他の特定の局面では、前記温度センサが使用される温度範囲において、前記第1の弾性表面波共振子の共振周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の共振周波数F2とが、式(2)で示すΔF以上離れているように構成されていることが好ましい。 In still another specific aspect of the temperature sensor according to the present invention, a resonance frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the second surface acoustic wave resonator in a temperature range in which the temperature sensor is used. It is preferable that the resonance frequency F2 is configured so as to be more than ΔF shown in the equation (2).
ΔF=1/5×F1/(F1h−F1l)+1/5×F2/(F2h−F2l) ・・・式(2) ΔF = 1/5 × F1 / (F1h−F1l) + 1/5 × F2 / (F2h−F2l) (2)
なお、式(2)中F1hはF1における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、高い方の周波数であり、F1lはF1における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、低い方の周波数を示す。また、F2hはF2における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、高い方の周波数であり、F2lはF2における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、低い方の周波数を示す。 In Formula (2), F1h is a higher frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F1, and F1l is a frequency that is 1 / √2 of the amplitude intensity in F1. Of these, the lower frequency is shown. F2h is a higher frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F2, and F2l is a lower frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F2. Indicates the frequency.
本発明に係る温度センサでは、第1及び第2の弾性表面波共振子のTCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、第1の弾性表面波共振子のTCFの極性と、第2の弾性表面波共振子のTCFの極性とが異なっているので、第1の弾性表面波共振子のTCFと、第2の弾性表面波共振子のTCFとの差ΔTCFが20ppm/℃以上と大きい。すなわち、共振周波数差の温度による変化が大きいため、−20℃〜150℃の温度範囲で温度を高精度に測定することができる。 In the temperature sensor according to the present invention, the absolute value of the TCF of the first and second surface acoustic wave resonators is 10 ppm / ° C. or more, the polarity of the TCF of the first surface acoustic wave resonator, and the second elastic wave Since the polarity of the TCF of the surface acoustic wave resonator is different, the difference ΔTCF between the TCF of the first surface acoustic wave resonator and the TCF of the second surface acoustic wave resonator is as large as 20 ppm / ° C. or more. That is, since the change of the resonance frequency difference due to temperature is large, the temperature can be measured with high accuracy in the temperature range of −20 ° C. to 150 ° C.
なお、第1の弾性表面波共振子のTCFと、第2の弾性表面波共振子のTCFの差ΔTCFが大きい場合、温度を高精度に測定することができる。しかしながら、一方のTCFの絶対値が10ppm/℃未満、例えば0ppm/℃に近い場合には、温度による周波数変化量が周波数読取精度以下に小さくなる。従って、温度測定ができない。 When the difference ΔTCF between the TCF of the first surface acoustic wave resonator and the TCF of the second surface acoustic wave resonator is large, the temperature can be measured with high accuracy. However, when the absolute value of one TCF is less than 10 ppm / ° C., for example, close to 0 ppm / ° C., the amount of frequency change due to temperature becomes less than the frequency reading accuracy. Therefore, the temperature cannot be measured.
本発明によれば、上記ΔTCFが20ppm/℃以上と大きいだけでなく、第1,第2の弾性表面波共振子のTCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、かつ両者の極性が異なっている。従って、上記のように−20℃〜150℃の温度で温度を高精度に測定することが可能となる。 According to the present invention, not only the above ΔTCF is as large as 20 ppm / ° C. or more, but also the absolute value of TCF of the first and second surface acoustic wave resonators is 10 ppm / ° C. or more, and both polarities are different. Yes. Therefore, the temperature can be measured with high accuracy at a temperature of −20 ° C. to 150 ° C. as described above.
さらに、第1,第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下であるので、温度センサを小型化することができる。 Furthermore, since the difference D (degree) from the propagation direction of the surface acoustic wave in the first and second surface acoustic wave resonators is 50 ° or less, the temperature sensor can be miniaturized.
しかも、表1〜3、表4、表5に示すオイラー角の水晶基板を用いた弾性表面波共振子の周波数温度係数TCFは、−20℃〜150℃の温度範囲で、温度に対して直線的な関係を有する。従って、それによっても、−20℃〜150℃の温度範囲で温度を高精度に測定することができる。 Moreover, the frequency temperature coefficient TCF of the surface acoustic wave resonator using the Euler angle quartz crystal substrates shown in Tables 1 to 3, Tables 4 and 5 is linear with respect to the temperature in the temperature range of −20 ° C. to 150 ° C. Have the same relationship. Therefore, the temperature can be measured with high accuracy in the temperature range of -20 ° C to 150 ° C.
よって、本発明の温度センサは、水蒸気ガス配管の温度、体温、及び風呂の温度などの−20℃〜150℃の温度範囲に属する温度を測定するのに好適に用いられる。 Therefore, the temperature sensor of this invention is used suitably for measuring the temperature which belongs to the temperature range of -20 degreeC-150 degreeC, such as the temperature of steam gas piping, body temperature, and the temperature of a bath.
また、本発明に係る温度センサでは、第1の弾性表面波共振子の共振周波数の温度特性及び第2の弾性表面波共振子の共振周波数の差を利用して温度を測定するものであるため、製造ばらつきによる誤差が生じ難い。また、被測定物の絶対温度を確実に測定することができる。 In the temperature sensor according to the present invention, the temperature is measured using the difference between the temperature characteristics of the resonance frequency of the first surface acoustic wave resonator and the resonance frequency of the second surface acoustic wave resonator. Errors due to manufacturing variations are less likely to occur. Further, the absolute temperature of the object to be measured can be reliably measured.
以下、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る温度センサの模式的平面図である。(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view of a temperature sensor according to the first embodiment of the present invention.
温度センサ1は、水晶基板2を有する。水晶基板2上に、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4が構成されている。本実施形態では、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4においてレイリー波が励振され、該レイリー波による共振特性が利用される。
The
第1の弾性表面波共振子3は、第1のIDT電極5と、第1のIDT電極5の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器6,7とを有する。同様に、第2の弾性表面波共振子4は、IDT電極8と、IDT電極8の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器9,10とを有する。IDT電極5,8は、それぞれ、一対のバスバー5b,5c,8b,8cを有する。同様に、反射器6,7,9,10もまた、一対のバスバー6b,6c,7b,7c,9b,9c,10b,10cを有する。第1,第2の弾性表面波共振子3,4は、上記のように、1ポート型弾性表面波共振子である。
The first surface
第1のIDT電極5、反射器6,7、第2のIDT電極8及び反射器9,10は、適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、上記金属もしくは合金として、Alが用いられている。
The
第1の弾性表面波共振子3の弾性表面波伝搬方向A1と、第2の弾性表面波共振子4の弾性表面波伝搬方向A2とは図示のように異なっている。本実施形態では、第1の弾性表面波共振子3の第1のオイラー角(φ,θ,ψ1)は(0°,45°,5°)である。なお、上記オイラー角のψは、水晶基板のX軸(図1参照)に対する伝搬方位を示す。
The surface acoustic wave propagation direction A1 of the first surface
第1の弾性表面波共振子3では、弾性表面波伝搬方向A1が、オイラー角のψ1+PFAの方向となる。従って、第1の弾性表面波共振子3の弾性表面波伝搬方向は、第1のオイラー角が(0°,45°,5°)であるため、5°+13.0°=18.0°の方向とされている。
In the first surface
すなわち、第1の弾性表面波共振子3では、弾性表面波伝搬方向A1が、第1のオイラー角のψ1に対して13.0°の角度を成すように、IDT電極5及び反射器6,7が配置されている。図示のように、このような弾性表面波伝搬方向A1を実現するために、第1のIDT電極5においては、複数本の電極指が間挿し合っている部分が平行四辺形の形状とされており、反射器6,7も略平行四辺形の形状とされている。そして、上記弾性表面波伝搬方向A1に沿って伝搬する弾性表面波を反射させるように反射器6,7が配置されている。
That is, in the first surface
他方、第2の弾性表面波共振子4の第2のオイラー角(φ,θ,ψ2)は(0°,45°,35°)である。これに対して、弾性表面波伝搬方向A2は、35°+(−3.5°)=31.5°とされている。すなわち、第2の弾性表面波共振子4では、弾性表面波伝搬方向A2が、第2のオイラー角のψ2に対して−3.5°の角度を成すように、IDT電極8及び反射器9,10が配置されている。図示のように、このような弾性表面波伝搬方向A2を実現するために、第2のIDT電極8においては、複数本の電極指が間挿し合っている部分が平行四辺形の形状とされており、反射器9,10も略平行四辺形の形状とされている。そして、上記弾性表面波伝搬方向A2に沿って伝搬する弾性表面波を反射させるように反射器9,10が配置されている。
On the other hand, the second Euler angles (φ, θ, ψ2) of the second surface
本実施形態の温度センサ1では、第1の弾性表面波共振子3の−20℃〜150℃における周波数温度係数TCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、かつ第1の弾性表面波共振子のTCFと、第2の弾性表面波共振子4のTCFの極性が異なっている。従って、後述する実験例から明らかなように、−20℃〜150℃の範囲の温度を高精度に測定することができる。また、弾性表面波共振子3,4の共振周波数差を利用しているため、製造ばらつきによる影響を受け難い。加えて、弾性表面波共振子3,4が上記のように配置されているため、小型化を図ることができる。これを、以下においてより具体的に説明する。
In the
なお、上記TCFは、下記の式(1)で表される。 The TCF is represented by the following formula (1).
TCF=V−1(35℃)×[(V(150℃)−V(−20℃))/170℃]−LEC …式(1)TCF = V −1 (35 ° C.) × [(V (150 ° C.) − V (−20 ° C.)) / 170 ° C.] − LEC Formula (1)
なお、式(1)中、Vは音速(m/秒)を示し、V−1(35℃)は、35℃における音速の逆数を意味し、V(150℃)及びV(−20℃)は、それぞれ、150℃及び−20℃における音速(m/秒)を示し、LECは水晶基板の線膨張係数(単位は1/℃)を示す。In the formula (1), V represents the speed of sound (m / sec), V −1 (35 ° C.) means the reciprocal of the speed of sound at 35 ° C., and V (150 ° C.) and V (−20 ° C.). Indicates the sound velocity (m / sec) at 150 ° C. and −20 ° C., respectively, and LEC indicates the linear expansion coefficient (unit: 1 / ° C.) of the quartz substrate.
まず、図2及び図3を参照して、温度センサ1における温度測定原理を説明する。
First, the temperature measurement principle in the
図2は、第1及び第2の弾性表面波共振子3,4の共振周波数の温度特性を示す図である。図2から明らかなように、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4の共振周波数は、−20℃〜150℃の温度範囲で、直線性を有する。そして、第1の弾性表面波共振子3では、共振周波数は温度が上がるにつれて高くなっている。すなわち、上記温度範囲でTCFが正の値である。これに対して、第2の弾性表面波共振子4では、図2に示す温度範囲において、TCFが負の値となっている。従って、上述した−20℃〜150℃の温度範囲において、第1,第2の弾性表面波共振子3,4のTCFの極性が異なっている。
FIG. 2 is a diagram showing temperature characteristics of the resonance frequency of the first and second surface
図3は、(第1の弾性表面波共振子3の共振周波数−第2の弾性表面波共振子4の共振周波数)=Δfと、温度との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between (resonance frequency of first surface
図2に示したように、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4の共振周波数の温度特性が上記温度範囲において直線的に変化するため、図3に示すように、Δfもまた、温度が変化した場合、直線的に変化する。よって、図3から明らかなように、第1の弾性表面波共振子3と第2の弾性表面波共振子4との共振周波数差Δfを求めれば、温度を検出することがきできる。
As shown in FIG. 2, since the temperature characteristics of the resonance frequency of the first surface
本実施形態の温度センサ1では、上記のように、1つの同じ水晶基板2上に構成された第1の弾性表面波共振子3と、第2の弾性表面波共振子4の共振周波数差を利用して、温度を検出する。1つの弾性表面波共振子の共振周波数の温度特性を利用した場合には、製造ばらつきにより基準となる温度が変動するため、正確に温度を検出することができない。これに対して、本実施形態の温度センサ1では、第1及び第2の弾性表面波共振子3,4の共振周波数差に基づいて温度を検出するため、製造ばらつきによる誤差が生じ難い。従って、温度を正確に検出することができる。
In the
また、第1の弾性表面波共振子3の弾性表面波伝搬方向A1と、第2の弾性表面波伝搬方向A2とは、35.0°−3.5°−(5.0°+13.0°)=13.5°の角度を成している。従って、第1の弾性表面波共振子3と第2の弾性表面波共振子4とを近接配置することができる。
The surface acoustic wave propagation direction A1 of the first surface
特許文献1に記載の弾性表面波伝搬方向を90°異ならせた2つの弾性表面波共振子を構成した場合には、2つの弾性表面波共振子の配置スペースが大きくなるという問題があった。
When two surface acoustic wave resonators having different surface acoustic wave propagation directions described in
これに対して、本実施形態では、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4の設置スペースを小さくすることができる。従って、温度センサ1では、小型化を進めることができる。
On the other hand, in this embodiment, the installation space of the 1st surface
さらに、上記第1の弾性表面波共振子3の第1のオイラー角が(0°,45°,5°)であり、第2の弾性表面波共振子4における第2のオイラー角が(0°,45°,35°)であるため、以下に示すように、第1の弾性表面波共振子3のTCFと、第2の弾性表面波共振子4のTCFの絶対値を10ppm/℃以上とし、すなわち、両者のTCFの差を20ppm/℃以上とすることができる。また第1の弾性表面波共振子3の電気機械結合係数をk2(1)と、第2の弾性表面波共振子4の電気機械結合係数をk2(2)の絶対値はそれぞれk2(1)=0.0010、k2(2)=0.00125とk2(1)≧0.0002かつk2(2)≧0.0002であり、弾性表面波共振子の出力を十分な大きさにできる。よって、感度を高めることができ、温度を高精度に測定することができる。これを、様々なオイラー角の弾性表面波共振子についてのTCF(ppm/℃)、電気機械結合係数k2及びパワーフロー角PFA(度)を示して説明する。Further, the first Euler angle of the first surface
図4はθ=45°のときのTCF(ppm/℃)と電気機械結合係数k2のψに対する変化を示している。また、図5はθ=45°のときの伝播方向=ψ+PFA(度)のψに対する変化を示している。例えば(0°,45°,35°)の場合、ψ=35°とTCFを示す曲線との交点より、TCF=−22ppm/℃であることがわかり、ψ=35°とk2のグラフの交点より、k2=0.00125であることがわかる。このようにして図4より、TCFの絶対値が10ppm/℃以上で、それぞれ極性が異なっており、かつ電気機械結合係数をk2が0.0002以上であるψの組み合わせをあげると、式(3)、式(4)の組み合わせであらわすことができる。FIG. 4 shows changes in TCF (ppm / ° C.) and electromechanical coupling coefficient k 2 with respect to ψ when θ = 45 °. FIG. 5 shows the change of propagation direction = ψ + PFA (degrees) with respect to ψ when θ = 45 °. For example, in the case of (0 °, 45 °, 35 °), it can be seen from the intersection of ψ = 35 ° and the curve indicating TCF that TCF = −22 ppm / ° C., and the graph of ψ = 35 ° and k 2 From the intersection, it can be seen that k 2 = 0.00125. Thus, from FIG. 4, when the absolute value of TCF is 10 ppm / ° C. or higher, the polarities are different from each other, and the electromechanical coupling coefficient k 2 is a combination of ψ with 0.002 or more, the formula ( 3) It can be expressed by a combination of formula (4).
第1のψ … 0°≦ψ≦21° …式(3)
第2のψ … 28°≦ψ≦90° …式(4)First ψ ... 0 ° ≤ ψ ≤ 21 ° ... Formula (3)
Second ψ ... 28 ° ≤ ψ ≤ 90 ° ... Formula (4)
ただしこの組み合わせには、第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以上となる組み合わせも含まれる。そこで図5より、前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となる組み合わせを明らかにする。図5の横軸はψ(度)、縦軸は伝播方向=ψ+PFA(度)をあらわしている。例えば、式(3)であらわされる第1のψの範囲より(0°,45°,5°)のときは表面波伝搬方向は18.0°、式(4)であらわされる第2のψの範囲より(0°,45°,35°)のときは表面波伝搬方向は31.5°となることを示している。この場合、伝播方向の差D(度)は13.5°となり、従って、50°以下を満足する組み合わせである。しかしながら、例えば、式(3)であらわされる第1のψの範囲より(0°,45°,5°)のときは表面波伝搬方向は18.0°、式(4)であらわされる第2のψの範囲より(0°,45°,85°)のときは表面波伝搬方向は80.1°となることを示している。この場合、伝播方向の差D(度)は62.1°となり、従って、50°以下を満足しない組み合わせである。 However, in this combination, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or more. This combination is also included. Therefore, from FIG. 5, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less. Clarify the combination. The horizontal axis in FIG. 5 represents ψ (degrees), and the vertical axis represents propagation direction = ψ + PFA (degrees). For example, from the range of the first ψ expressed by the equation (3) (0 °, 45 °, 5 °), the surface wave propagation direction is 18.0 °, and the second ψ expressed by the equation (4). From the range of (0 °, 45 °, 35 °), the surface wave propagation direction is 31.5 °. In this case, the difference D (degree) in the propagation direction is 13.5 °, and thus the combination satisfies 50 ° or less. However, for example, in the case of (0 °, 45 °, 5 °) from the range of the first ψ expressed by the equation (3), the surface wave propagation direction is 18.0 °, and the second expressed by the equation (4). From the range of ψ of (0 °, 45 °, 85 °), the surface wave propagation direction is 80.1 °. In this case, the difference D (degree) in the propagation direction is 62.1 °, and therefore the combination does not satisfy 50 ° or less.
このようにして、様々なオイラー角の弾性表面波共振子についてのレイリー波のTCF(ppm/℃)、電気機械結合係数k2及びパワーフロー角PFA(度)を調査した。その結果、1)TCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、2)両者のTCFの極性が異なっており、3)電気機械結合係数をk2が0.0002以上であり、さらに4)第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となる組み合わせを選んだ。その結果を表6〜表8に示す。In this way, the Rayleigh wave TCF (ppm / ° C.), the electromechanical coupling coefficient k 2, and the power flow angle PFA (degrees) of the surface acoustic wave resonators having various Euler angles were investigated. As a result, 1) the absolute value of TCF is 10 ppm / ° C. or higher, 2) the polarities of both TCFs are different, 3) the electromechanical coupling coefficient k 2 is 0.0002 or higher, and 4) The combination in which the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less was selected. The results are shown in Tables 6-8.
この種の弾性表面波共振子の共振周波数を測定する回路の測定の精度は1ppm程度である。温度測定に必要な精度は用途により様々であるが、例えば体温を測定する場合には0.1℃以下でなくてはならない。これより0.1℃を精度よく測定するためには1ppm/0.1℃=10ppm/℃以上のTCFが必要であることがわかる。 The measurement accuracy of a circuit that measures the resonance frequency of this type of surface acoustic wave resonator is about 1 ppm. The accuracy required for temperature measurement varies depending on the application. For example, when measuring body temperature, it must be 0.1 ° C. or lower. From this, it can be seen that a TCF of 1 ppm / 0.1 ° C. = 10 ppm / ° C. or higher is necessary to accurately measure 0.1 ° C.
なお、第1の実施形態において、図6はθ=10°のときのTCF(ppm/℃)と電気機械結合係数k2のψに対する変化を示している。また、図7はθ=10°のときの伝播方向=ψ+PFA(度)のψに対する変化を示している。図6より、TCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、両者のTCFの極性が異なっており、かつ電気機械結合係数k2が0.0002以上である、第1,第2のψの組み合わせをあげると、式(5)、式(6)の組み合わせで表わすことができる。In the first embodiment, FIG. 6 shows changes in TCF (ppm / ° C.) and electromechanical coupling coefficient k 2 with respect to ψ when θ = 10 °. Further, FIG. 7 shows a change in propagation direction = ψ + PFA (degree) with respect to ψ when θ = 10 °. FIG. 6 shows that the first and second ψ combinations have an absolute value of TCF of 10 ppm / ° C. or more, both TCF polarities are different, and the electromechanical coupling coefficient k 2 is 0.0002 or more. Can be expressed by a combination of Formula (5) and Formula (6).
第1のψ … 29°≦ψ≦65° …式(5)
第2のψ … 78°≦ψ≦84° …式(6)First ψ ... 29 ° ≦ ψ ≦ 65 ° Formula (5)
Second ψ ... 78 ° ≤ ψ ≤ 84 ° ... Formula (6)
ただし、この組み合わせには、第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以上となる組み合わせも含まれる。そこで図7より、前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となる組み合わせを明らかにする。 However, in this combination, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or more. The combination which becomes is also included. Therefore, from FIG. 7, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less. Clarify the combination.
図7の横軸はψ(度)、縦軸は伝播方向=ψ+PFA(度)をあらわしている。例えば、式(5)であらわされる第1のψの範囲より(0°,10°,35°)のときは表面波伝搬方向は59.2°、式(6)であらわされる第2のψの範囲より(0°,10°,80°)のときは表面波伝搬方向は64.5°となることを示している。この場合、伝播方向の差D(度)は5.3°となり、従って、50°以下を満足する組み合わせである。このようにして式(5)と式(6)の組合せのすべてにおいて伝播方向の差D(度)を確認すると、この場合には式(5)と式(6)であらわされる範囲すべてについて、50度以下となることがわかる。 In FIG. 7, the horizontal axis represents ψ (degrees), and the vertical axis represents propagation direction = ψ + PFA (degrees). For example, in the range of the first ψ expressed by the equation (5) (0 °, 10 °, 35 °), the surface wave propagation direction is 59.2 °, and the second ψ expressed by the equation (6). From the range of (0 °, 10 °, 80 °), the surface wave propagation direction is 64.5 °. In this case, the difference D (degree) in the propagation direction is 5.3 °, and therefore the combination satisfies 50 ° or less. Thus, when the propagation direction difference D (degrees) is confirmed in all the combinations of the expressions (5) and (6), in this case, for all the ranges expressed by the expressions (5) and (6), It turns out that it becomes 50 degrees or less.
このようにして、様々なオイラー角の弾性表面波共振子についての漏洩弾性表面波のTCF(ppm/℃)、電気機械結合係数k2及びパワーフロー角PFA(度)を調査した。その結果、1)TCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、2)TCFの極性が異なっており、3)電気機械結合係数をk2が0.0002以上であり、さらに4)第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となる組み合わせを選んだ。結果を表9に示す。Thus, the TCF (ppm / ° C.), electromechanical coupling coefficient k 2, and power flow angle PFA (degree) of the leaky surface acoustic wave for surface acoustic wave resonators having various Euler angles were investigated. As a result, 1) the absolute value of TCF is 10 ppm / ° C. or higher, 2) the polarity of TCF is different, 3) the electromechanical coupling coefficient is k 2 is 0.0002 or higher, and 4) the first A combination was selected in which the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator was 50 ° or less. The results are shown in Table 9.
(第1の実施形態の変形例)
図8は、第1の実施形態の温度センサの他の変形例を示す模式的平面図である。本変形例の温度センサ31では、図1に示した第1,第2の弾性表面波共振子3,4が接続電極指部32により電気的に接続されて一体化されている。すなわち、図1に示したIDT電極8の第2のバスバー8c、反射器9,10の第2のバスバー9c,10cと、第2の弾性表面波共振子4のIDT電極5の第1のバスバー5b、反射器6,7の第1のバスバー6b,7bが省略されている。その代わり、例えば、IDT電極8の第2のバスバー8cに接続されている電極指と、IDT電極5の第1のバスバー5bに接続されている電極指とが接続電極指部32により電気的に接続されている。反射器9,10及び反射器6,7においても、同様に、接続電極指部32により、省略されたバスバーに接続されている電極指同士が電気的に接続されている。(Modification of the first embodiment)
FIG. 8 is a schematic plan view illustrating another modification of the temperature sensor according to the first embodiment. In the
本変形例のように、本発明における第1,第2の弾性表面波共振子は、複数の接続電極指部32を用いて一体化されていてもよい。
As in this modification, the first and second surface acoustic wave resonators in the present invention may be integrated using a plurality of connection
上記第1の実施形態では、第1の弾性表面波共振子3及び第2の弾性表面波共振子4において励振されるレイリー波を利用した。しかしながら、本発明においては、第1,第2の弾性表面波共振子3,4において励振される漏洩弾性表面波を用いてもよい。
In the first embodiment, the Rayleigh wave excited in the first surface
(第2の実施形態)
図9(a)は、本発明の第2の実施形態に係る温度センサを示す模式的平面図である。温度センサ41は、水晶基板42を有する。水晶基板42のオイラー角は(0°,35°,ψ)である。水晶基板42上に、弾性表面波共振子43が構成されている。弾性表面波共振子43は、1つのIDT電極44と、IDT電極44の両側に配置された反射器45,46とを有する。すなわち、1つのIDT電極44と、IDT電極44の両側に配置された反射器45,46とからなる1つの1ポート型弾性表面波共振子が形成されている。(Second Embodiment)
FIG. 9A is a schematic plan view showing a temperature sensor according to the second embodiment of the present invention. The
本実施形態では、1つの弾性表面波共振子で、本発明の第1,第2の弾性表面波共振子が構成されている。 In the present embodiment, the first and second surface acoustic wave resonators of the present invention are constituted by one surface acoustic wave resonator.
本実施形態では、IDT電極44により励振される弾性表面波のうち、レイリー波と、漏洩弾性表面波とが用いられる。すなわち、1つのIDT電極44で励振される2つの弾性表面波を利用している。
In the present embodiment, Rayleigh waves and leaky surface acoustic waves are used among the surface acoustic waves excited by the
ここでは、弾性表面波共振子43のオイラー角は(0°,35°,30°)である。レイリー波のパワーフロー角PFAは−6.8°である。従って、レイリー波の伝搬方向は、30°+(−6.8°)=23.3°となる。
Here, the Euler angles of the surface
他方、漏洩弾性表面波のパワーフロー角PFAは12.2°である。従って、漏洩弾性表面波の伝搬方向は30°+12.2°=42.2°である。 On the other hand, the power flow angle PFA of the leaky surface acoustic wave is 12.2 °. Accordingly, the propagation direction of the leaky surface acoustic wave is 30 ° + 12.2 ° = 42.2 °.
上記のように、1つのIDT電極44を有する弾性表面波共振子43において、上記レイリー波による共振特性と、漏洩弾性表面波による共振特性を利用することができる。レイリー波の伝搬方向と漏洩弾性表面波の伝搬方向が上記のように異なっている。従って、IDT電極44では、異なる電位に接続されている電極指が交差している領域が平行四辺形の形状を有している。よって、バスバー44a,44bもまた、オイラー角のψ=30°方向から傾斜している。
As described above, the surface
より具体的には、反射器45側から反射器46側に向かうにつれて、バスバー44a,44bがX軸方向側に移動している。それによって、上記レイリー波及び上記漏洩弾性表面波を確実に励振することが可能とされている。
More specifically, the bus bars 44a and 44b move to the X-axis direction side from the
また、反射器45,46は、伝搬方向が異なる上記レイリー波及び上記漏洩弾性表面波を反射し得るように構成されている。反射器45を例にとると、IDT電極44側に位置している電極指の寸法に比べ、IDT電極44から遠い側の電極指の長さが長くされている。それによって、伝搬方向が異なるレイリー波及び漏洩弾性表面波を確実に反射することを可能としている。よって、反射器45は、複数本の電極指及びバスバー45a,45bを含む形状の外形は、IDT電極44側を上底、反対側を下底とする台形形状とされている。反射器46についても、反射器45と同様に構成されている。
The
温度センサ41のように、1つのIDT電極44で、伝搬方向が異なる2つの弾性表面波を励振してもよく、この場合、温度センサ41の小型化をさらに進めることができる。
Like the
本実施形態では、レイリー波を利用した場合の第1のオイラー角(0°,35°,30°)におけるTCFは、後述の図10に示すように−16.8ppm/℃であり、絶対値は10ppm/℃以上である。他方、第2のオイラー角も(0°,35°,30°)であるが、漏洩弾性表面波を利用しているので、そのTCFは、後述の図11に示すように37.8ppm/℃であり、その絶対値は10ppm/℃よりも大きい。このようにレイリー波による第1のオイラー角(0°,35°,30°)のTCFと、漏洩弾性表面波を利用した第2のオイラー角(0°,35°,30°)のTCFとは、上記の通り極性が異なっている。よって、両者のTCFの差は54.6ppm/℃となり、本実施形態においても、−20℃〜150℃の温度を高精度に測定することができる。また、図10および図11から明らかなように、レイリー波の電気機械結合係数k2は0.00160であり、漏洩弾性表面波の電気機械結合係数k2は0.00161である。従って、温度センサ41より充分大きな出力を取り出すことができる。In the present embodiment, the TCF at the first Euler angles (0 °, 35 °, 30 °) when using Rayleigh waves is −16.8 ppm / ° C. as shown in FIG. Is 10 ppm / ° C. or higher. On the other hand, the second Euler angle is also (0 °, 35 °, 30 °), but since the leaky surface acoustic wave is used, the TCF is 37.8 ppm / ° C. as shown in FIG. And its absolute value is greater than 10 ppm / ° C. Thus, the first Euler angle (0 °, 35 °, 30 °) TCF by Rayleigh wave and the second Euler angle (0 °, 35 °, 30 °) TCF using the leaky surface acoustic wave Are different in polarity as described above. Therefore, the difference between the two TCFs is 54.6 ppm / ° C., and in the present embodiment, a temperature of −20 ° C. to 150 ° C. can be measured with high accuracy. Moreover, as is clear from FIG. 10 and FIG. 11, the electromechanical coupling coefficient k 2 of the Rayleigh wave is 0.00160, the electromechanical coupling coefficient k 2 of the leaky surface acoustic wave is 0.00161. Therefore, an output sufficiently larger than that of the
第2の実施形態の温度センサ41では、上記のように、レイリー波と漏洩弾性表面波とを1つのIDT電極44により励振している。この場合においても、1つのIDT電極44で励振されるレイリー波及び漏洩弾性表面波のTCFの絶対値が10ppm/℃以上となり、両者の極性が異なるように、オイラー角を選択すればよい。すなわち、上記第2の実施形態の場合のオイラー角(0°,35°,30°)に限定されるものではない。このようなレイリー波と漏洩弾性表面波のオイラー角と、TCF、電気機械結合係数k2及びPFAを下記の図10〜図12を用いて説明する。In the
図10は第1の弾性表面波共振子としてオイラー角(0°,35°,30°)のレイリー波のTCF(ppm/℃)と電気機械結合係数k2のψに対する変化を示す。また図11には第2の弾性表面波共振子としてオイラー角(0°,35°,30°)の漏洩弾性表面波のTCF(ppm/℃)と電気機械結合係数k2のψに対する変化を示す。図10および図11において、レイリー波および漏洩弾性表面波のTCFの絶対値がともに10ppm/℃以上で、それぞれ極性が異なっており、かつ電気機械結合係数をk2がともに0.0002以上であるψは、式(7)、式(8)、式(9)で表すことができる。FIG. 10 shows changes in TCF (ppm / ° C.) of the Rayleigh wave of Euler angles (0 °, 35 °, 30 °) and the electromechanical coupling coefficient k 2 with respect to ψ as the first surface acoustic wave resonator. FIG. 11 also shows changes in TCF (ppm / ° C.) of the leaky surface acoustic wave having Euler angles (0 °, 35 °, 30 °) and the electromechanical coupling coefficient k 2 with respect to ψ as the second surface acoustic wave resonator. Show. 10 and FIG. 11, the absolute values of TCF of Rayleigh wave and leaky surface acoustic wave are both 10 ppm / ° C. or more, the polarities are different from each other, and the electromechanical coupling coefficient k 2 is both 0.0002 or more. ψ can be expressed by Expression (7), Expression (8), and Expression (9).
8°≦ψ≦15° …式(7)
25°≦ψ≦53° …式(8)
75°≦ψ≦83° …式(9)8 ° ≦ ψ ≦ 15 ° (7)
25 ° ≦ ψ ≦ 53 ° Formula (8)
75 ° ≦ ψ ≦ 83 ° (9)
ただし、この範囲では、第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以上となる場合も含まれる。そこで図12より、前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となる場合を明らかにする。 However, in this range, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or more. It is also included. Accordingly, from FIG. 12, the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less. Clarify when.
図12の横軸はψ(度)、縦軸は伝播方向=ψ+PFA(度)をあらわしている。例えば、式(7)であらわされる第1のψの範囲より(0°,35°,10°)のときは前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向は4.1°、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向は29.4°となることを示している。この場合、伝播方向の差D(度)は25.3°となり、50°以下を満足する。このようにして式(7)、式(8)、式(9)のすべてにおいて伝播方向の差D(度)を確認すると、この場合には式(7)、式(8)、式(9)であらわされる範囲すべてについて、50度以下となることがわかる。 The horizontal axis in FIG. 12 represents ψ (degrees), and the vertical axis represents propagation direction = ψ + PFA (degrees). For example, in the case of (0 °, 35 °, 10 °) from the range of the first ψ expressed by Equation (7), the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave resonator is 4.1 °. The propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 29.4 °. In this case, the difference D (degree) in the propagation direction is 25.3 °, which satisfies 50 ° or less. Thus, when the propagation direction difference D (degree) is confirmed in all of the equations (7), (8), and (9), in this case, the equations (7), (8), and (9) It can be seen that it is 50 degrees or less for all of the range represented by.
このようにして、様々なオイラー角の弾性表面波共振子についてのレイリー波および漏洩弾性表面波のTCF(ppm/℃)、電気機械結合係数k2及びパワーフロー角PFA(度)を調査した。その結果、1)TCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、2)TCFの極性が異なっており、3)電気機械結合係数をk2が0.0002以上であり、さらに4)第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下となるψを選んだ。その結果を表10に示す。In this manner, the Rayleigh wave and leaky surface acoustic wave TCF (ppm / ° C.), electromechanical coupling coefficient k 2, and power flow angle PFA (degrees) for surface acoustic wave resonators having various Euler angles were investigated. As a result, 1) the absolute value of TCF is 10 ppm / ° C. or higher, 2) the polarity of TCF is different, 3) the electromechanical coupling coefficient is k 2 is 0.0002 or higher, and 4) the first Ψ was selected such that the difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave resonator and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator was 50 ° or less. The results are shown in Table 10.
第2の実施形態では、上記のように、レイリー波及び漏洩弾性表面波を反射し得るように第1及び第2の反射器45,46が設けられている。レイリー波及び漏洩弾性表面波を効率よく反射させるには、それぞれの伝搬方向において漏洩が生じ難いように反射器45,46を設けることが望ましい。
In the second embodiment, as described above, the first and
従って、上記反射器45,46は以下のように設けられることが望ましい。図9(b)において、IDT電極44のバスバー44bに一端が接続されている複数本の電極指を第1の電極指とする。この複数本の第1の電極指の先端を結ぶ直線を第1仮想直線W1とする。バスバー44aに接続されている複数本の電極指を第2の電極指とする。この複数本の第2の電極指の先端を結ぶ直線を第2仮想直線W2とする。
Therefore, the
レイリー波の伝搬方向は第1,第2仮想直線W1,W2の延びる方向である。すなわち、レイリー波は、第1仮想直線W1と、第2仮想直線W2とで囲まれた領域を伝搬する。従って、第1,第2の反射器45,46の複数本の電極指が位置している部分内に、第1,第2仮想直線W1,W2で囲まれた領域が存在するように、第1,第2の反射器45,46が設けられることが望ましい。
The propagation direction of the Rayleigh wave is the direction in which the first and second virtual straight lines W1, W2 extend. That is, the Rayleigh wave propagates through a region surrounded by the first virtual straight line W1 and the second virtual straight line W2. Accordingly, the first and
また、第1仮想直線W1とIDT電極44の第2の反射器46側の最外側電極指との交点を通り、かつ漏洩弾性表面波伝搬方向と平行に延びる直線を第3仮想直線W3とする。第2仮想直線W2と、IDT電極44の第1の反射器45側最外側電極指との交点を通り、かつ漏洩弾性表面波伝搬方向と平行に延びる直線を第4仮想直線W4とする。
A straight line passing through the intersection of the first virtual straight line W1 and the outermost electrode finger on the
この場合、漏洩弾性表面波を確実に反射させるには、第3仮想直線W3と第4仮想直線W4とで囲まれた漏洩弾性表面波伝搬領域が、第1,第2の反射器45,46の電極指交差部分に位置していることが望ましい。従って、このように第1,第2の反射器45,46が設けられていることが望ましい。
In this case, in order to reliably reflect the leaky surface acoustic wave, the leaky surface acoustic wave propagation region surrounded by the third virtual straight line W3 and the fourth virtual straight line W4 is used as the first and
図9(b)に示したように、この好ましい構造によれば、レイリー波と漏洩弾性表面波の双方を効率よく反射させることができる。従って、共振子のQをより一層高めることができる。 As shown in FIG. 9B, according to this preferable structure, both the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave can be efficiently reflected. Therefore, the Q of the resonator can be further increased.
第2の実施形態では、上記のように、レイリー波及び漏洩弾性表面波を反射し得るように第1及び第2の反射器が設けられている。この構造を実現するには、好ましくは、反射器における電極指の延びる方向が、IDT電極の電極指の延びる方向と平行であり、下記の式H>W+L×TanDを満たすことが望ましい。ここで、図9(a)に示すように、W(単位はm)は、IDT電極の電極指の交差幅を示す。Lは、反射器と、IDT電極との最外側電極指同士間の中心間間隔(単位はm)である。Hは、第1及び第2の反射器の電極指の長さを示す。また、Dは、レイリー波の伝搬方向と漏洩弾性表面波の伝搬方向の差(単位は度)である。 In the second embodiment, as described above, the first and second reflectors are provided so as to reflect the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave. In order to realize this structure, it is preferable that the extending direction of the electrode finger in the reflector is parallel to the extending direction of the electrode finger of the IDT electrode and satisfies the following formula H> W + L × TandD. Here, as shown in FIG. 9A, W (unit: m) indicates the crossing width of the electrode fingers of the IDT electrode. L is the center-to-center spacing (unit: m) between the outermost electrode fingers of the reflector and the IDT electrode. H indicates the length of the electrode fingers of the first and second reflectors. D is the difference (in degrees) between the propagation direction of the Rayleigh wave and the propagation direction of the leaky surface acoustic wave.
(オイラー角の許容範囲)
本発明に係る温度センサでは、第1及び第2のオイラー角の組み合わせは、上述した表6〜8、表9または表10の組み合わせであることが望ましい。ここでは、オイラー角(φ,θ,ψ)において、φ及びθは例えば0°±3°あるいは40°±3°のように、±3°範囲の幅を有する。このように、オイラー角のφ及びθは、上述した表の好ましい組み合わせにおいて、±3°の範囲内であれば、上述した実施形態と同様に、TCFの絶対値をほぼ10ppm/℃以上とし、第1,第2のオイラー角におけるTCFの極性を異ならせることができる。これを、オイラー角が(0°,45°,0°)およびオイラー角が(0°,45°,5°)であるレイリー波を利用した場合を例にとり説明する。(Euler angle tolerance)
In the temperature sensor according to the present invention, the combination of the first and second Euler angles is preferably the combination of Tables 6 to 8, Table 9 or Table 10 described above. Here, in Euler angles (φ, θ, ψ), φ and θ have a width in the range of ± 3 °, for example, 0 ° ± 3 ° or 40 ° ± 3 °. Thus, if the Euler angles φ and θ are within a range of ± 3 ° in the preferred combinations of the above-described tables, the absolute value of TCF is set to approximately 10 ppm / ° C. or more, as in the above-described embodiment, The polarities of the TCF at the first and second Euler angles can be made different. This will be described using an example in which a Rayleigh wave having an Euler angle of (0 °, 45 °, 0 °) and an Euler angle of (0 °, 45 °, 5 °) is used.
表11及び表12は、それぞれ、レイリー波を利用した場合であって、オイラー角(0°,θ,0°)または((0°,θ,5°)の場合のθとTCFとの関係を示す。また、表11及び表12では、θがθ−3°またはθ+3°の場合のTCFの変化値を併せて示す。 Tables 11 and 12 show the relationship between θ and TCF when Rayleigh waves are used, respectively, when Euler angles (0 °, θ, 0 °) or ((0 °, θ, 5 °)) are used. Tables 11 and 12 also show TCF change values when θ is θ-3 ° or θ + 3 °.
表11から明らかなように、(0°,θ,0°)において、θが40°〜50°の範囲において、θが−3°あるいは+3°変化してもTCFの変化は−1.9〜+2.4ppm/℃と非常に小さいことがわかる。 As is apparent from Table 11, at (0 °, θ, 0 °), when θ is in the range of 40 ° to 50 °, even if θ changes by −3 ° or + 3 °, the change in TCF is −1.9. It can be seen that it is very small, up to +2.4 ppm / ° C.
同様に、表12から明らかなように、(0°,θ,5°)において、θが40°〜55°の範囲で、θが−3°または+3°変動したとしても、TCFの変化分は−0.7〜+2.4ppm/℃と非常に小さいことがわかる。よって、レイリー波を利用した場合、θが、表に記載の角度±3°の範囲であっても、TCFの絶対値をほぼ10ppm/℃以上と大きくすることができることがわかる。 Similarly, as is clear from Table 12, even when θ is in the range of 40 ° to 55 ° and θ varies by −3 ° or + 3 ° in (0 °, θ, 5 °), the amount of change in TCF It can be seen that is as small as −0.7 to +2.4 ppm / ° C. Therefore, it can be seen that when Rayleigh waves are used, the absolute value of TCF can be increased to approximately 10 ppm / ° C. or more even when θ is in the range of the angle ± 3 ° described in the table.
表13は、漏洩弾性表面波を利用した場合であって、オイラー角が(0°,θ,30°)の場合のθとTCFとの関係を示す。また、表13では、θがθ−3°またはθ+3°の場合のTCFの変化値を併せて示す。 Table 13 shows the relationship between θ and TCF when a leaky surface acoustic wave is used and the Euler angles are (0 °, θ, 30 °). Table 13 also shows the change in TCF when θ is θ-3 ° or θ + 3 °.
表13から明らかなように、漏洩弾性表面波を用いた場合においても、(0°,θ,30°)において、θが30°〜40°の範囲において、θが−3°あるいは+3°の変化をしてもTCFの変化は−1.5〜+1.8ppm/℃と非常に小さいことがわかる。 As is apparent from Table 13, even when a leaky surface acoustic wave is used, at (0 °, θ, 30 °), θ is in the range of 30 ° to 40 °, and θ is −3 ° or + 3 °. It can be seen that even if the change is made, the change in TCF is very small, -1.5 to +1.8 ppm / ° C.
表14及び表15は、それぞれ、漏洩弾性表面波を利用した場合であって、オイラー角が(0°,θ,75°)または(0°,θ,80°)の場合のθとTCFとの関係を示す。また、表14及び表15では、θがθ−3°またはθ+3°の場合のTCFの変化値を併せて示す。 Tables 14 and 15 show the case where leaky surface acoustic waves are used, and θ and TCF when the Euler angles are (0 °, θ, 75 °) or (0 °, θ, 80 °). The relationship is shown. Tables 14 and 15 also show TCF change values when θ is θ-3 ° or θ + 3 °.
表14から明らかなように、漏洩弾性表面波を用いた場合において、(0°,θ,75°)において、θが30°〜40°の範囲において、θが−3°あるいは+3°の変化をしてもTCFの変化は−2.8〜+0.7ppm/℃と非常に小さいことがわかる。また、TCFは、絶対値14.0ppm/℃よりも大きい方向に変化することもわかる。 As is apparent from Table 14, in the case of using a leaky surface acoustic wave, when (0 °, θ, 75 °), θ is in the range of 30 ° to 40 °, and θ is changed by −3 ° or + 3 °. It can be seen that the change in TCF is as small as −2.8 to +0.7 ppm / ° C. even if. It can also be seen that TCF changes in a direction larger than the absolute value of 14.0 ppm / ° C.
表15から明らかなように、漏洩弾性表面波を用いた場合において、(0°,θ,80°)において、θが30°〜40°の範囲において、θが−3°あるいは+3°の変化をしてもTCFの変化は−3.6〜+2.8ppm/℃と小さいことがわかる。 As is apparent from Table 15, in the case of using a leaky surface acoustic wave, when (0 °, θ, 80 °), θ is in the range of 30 ° to 40 °, and θ is changed by −3 ° or + 3 °. It can be seen that the change in TCF is as small as −3.6 to +2.8 ppm / ° C. even if.
従って、漏洩弾性表面波を用いた場合においても、同様に、θの値が±3°変動してもよいことがわかる。 Therefore, it can be seen that the value of θ may vary ± 3 ° in the same manner even when leaky surface acoustic waves are used.
同様に、他の好ましいオイラー角の場合も、θは、±3°の範囲で変動しても、上記と同様にTCFの絶対値を10ppm/℃以上とすることができる。 Similarly, in the case of other preferable Euler angles, even if θ varies within a range of ± 3 °, the absolute value of TCF can be made 10 ppm / ° C. or more as described above.
また、オイラー角のφについても、同様である。 The same applies to the Euler angle φ.
本発明に係る温度センサは前記第1の弾性表面波共振子の周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2の周波数の差を測定している。例えば、弾性表面波共振子の周波数を共振子の反射特性(S11)の極小値として検出する場合について述べる。図13に図8で示した共振子の反射特性(S11)の周波数依存性を示す。この場合の温度をT1とすると、温度T1では前記第1の弾性表面波共振子の周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2の周波数の差が十分に大きい。従って、それぞれの共振子の周波数F1およびF2を、それぞれの反射特性(S11)の極小値として検出することが可能である。 The temperature sensor according to the present invention measures the difference between the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator. For example, a case where the frequency of the surface acoustic wave resonator is detected as the minimum value of the reflection characteristic (S11) of the resonator will be described. FIG. 13 shows the frequency dependence of the reflection characteristic (S11) of the resonator shown in FIG. If the temperature in this case is T1, the difference between the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator is sufficiently large at the temperature T1. Therefore, it is possible to detect the frequencies F1 and F2 of the respective resonators as the minimum values of the respective reflection characteristics (S11).
次に、図14は、温度を測定することができない場合の反射特性を示す図である。例えば、温度がT1からT1とは異なる温度T2に変化した場合、反射特性S11は図14に示す通りとなる。この場合、第1の弾性表面波共振子の周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2の周波数の差が小さくなる。従って、第1,第2の共振子の周波数F1およびF2を、反射特性(S11)の極小値として検出することが不可能になる場合を図14に示す。 Next, FIG. 14 is a diagram showing the reflection characteristics when the temperature cannot be measured. For example, when the temperature changes from T1 to a temperature T2 different from T1, the reflection characteristic S11 is as shown in FIG. In this case, the difference between the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator is reduced. Accordingly, FIG. 14 shows a case where it is impossible to detect the frequencies F1 and F2 of the first and second resonators as the minimum value of the reflection characteristic (S11).
図14に示す場合には、前記第1の弾性表面波共振子の周波数F1は特定できるが、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2は極小値がなく、特定することができない。この場合には前記第1の弾性表面波共振子の周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2の周波数の差を測定すること、つまり温度を測定することができない。そのため当該温度センサが使用される温度範囲、例えば体温測定の場合は30℃から45℃の範囲において、前記第1の弾性表面波共振子の周波数F1と、前記第2の弾性表面波共振子の周波数F2の周波数の差を十分に大きくすることが必要である。例えば第1の弾性表面波共振子の電極指ピッチと、第2の弾性表面波共振子の電極指ピッチを周波数F1と周波数F2の差が十分に大きくなるように異ならせることなどが必要である。 In the case shown in FIG. 14, the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator can be specified, but the frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator has no minimum value and cannot be specified. In this case, the difference between the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator cannot be measured, that is, the temperature cannot be measured. Therefore, in the temperature range in which the temperature sensor is used, for example, in the range of 30 ° C. to 45 ° C. in the case of body temperature measurement, the frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and the second surface acoustic wave resonator are It is necessary to sufficiently increase the frequency difference of the frequency F2. For example, it is necessary to make the electrode finger pitch of the first surface acoustic wave resonator different from the electrode finger pitch of the second surface acoustic wave resonator so that the difference between the frequency F1 and the frequency F2 is sufficiently large. .
しかしながら、前記周波数F1と、前記周波数F2の周波数との差が大きすぎると検出回路が複雑になる。そのため前記周波数F1と、前記周波数F2との周波数の差を式(2)で示すΔF以上とすることが望ましい。それによって、検出回路を複雑化せず、かつ前記周波数F1と、前記周波数F2との周波数の差が十分に大きくすることができる。よって、周波数F1およびF2を、第1,第2の弾性表面波共振子の反射特性(S11)の最小値として検出することが可能となる。その結果、温度を高精度に測定することが可能となる。 However, if the difference between the frequency F1 and the frequency F2 is too large, the detection circuit becomes complicated. Therefore, it is desirable that the frequency difference between the frequency F1 and the frequency F2 be equal to or greater than ΔF represented by the equation (2). Thereby, the detection circuit is not complicated, and the frequency difference between the frequency F1 and the frequency F2 can be sufficiently increased. Therefore, the frequencies F1 and F2 can be detected as the minimum value of the reflection characteristics (S11) of the first and second surface acoustic wave resonators. As a result, the temperature can be measured with high accuracy.
ΔF=1/5×F1/(F1h−F1l)+1/5×F2/(F2h−F2l) ・・・式(2) ΔF = 1/5 × F1 / (F1h−F1l) + 1/5 × F2 / (F2h−F2l) (2)
なお、式(2)中F1hはF1における強度の1/√2の強度となる2つの周波数の内、高い方の周波数であり、F1lはF1における強度の1/√2の強度となる2つの周波数の内、高い方の周波数を示す。また、F2hはF2における強度の1/√2の強度となる2つの周波数の内、高い方の周波数であり、F2lはF2における強度の1/√2の強度となる2つの周波数の内、高い方の周波数を示す。また、式(2)の右辺の各係数1/5は実験的に求められた値である。
In Formula (2), F1h is the higher frequency of the two frequencies that are 1 / √2 of the intensity in F1, and F1l is the two frequencies that are 1 / √2 of the intensity in F1. The higher frequency is shown. F2h is the higher frequency of the two frequencies that are 1 / √2 of the intensity in F2, and F2l is the higher of the two frequencies that are 1 / √2 of the intensity in F2. Indicates the frequency. In addition, each
これらの関係を図示したものが図15である。 FIG. 15 illustrates these relationships.
なお、上記では、φは0°〜180°、ψは0°〜90°の範囲でのみ記述しているが、水晶の結晶の対称性より
θ(180°+X°)= θ(X°)
ψ(90°+X°)=ψ(90°-X°)
ψ(180°+X°)=ψ(X°)
であることは明白である。In the above, φ is described only in the range of 0 ° to 180 ° and ψ is in the range of 0 ° to 90 °. However, θ (180 ° + X °) = θ (X ° )
ψ (90 ° + X °) = ψ (90 ° -X °)
ψ (180 ° + X °) = ψ (X °)
It is clear that.
例えば、
θ(200°)= θ(20°)
ψ(110°)=ψ(20°)
ψ(200°)=ψ(20°)
である。For example,
θ (200 °) = θ (20 °)
ψ (110 °) = ψ (20 °)
ψ (200 °) = ψ (20 °)
It is.
1…温度センサ
2…水晶基板
3,4…第1,第2の弾性表面波共振子
5…第1のIDT電極
5b,5c…バスバー
6,7…反射器
6b,6c,7b,7c…バスバー
8…第2のIDT電極
8b,8c…バスバー
9,10…反射器
9b,9c,10b,10c…バスバー
31…温度センサ
32…接続電極指部
41…温度センサ
42…水晶基板
43…弾性表面波共振子
44…IDT電極
44a,44b…バスバー
45,46…反射器
45a,45b…バスバー
W1〜W4…第1〜第4仮想直線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
水晶基板と、
前記水晶基板上に構成された第1の弾性表面波共振子と、
前記水晶基板上に構成されている第2の弾性表面波共振子とを備え、
前記第1及び第2の弾性表面波共振子の−20℃〜150℃における周波数温度係数を下記の式で示されるTCFとしたときに、第1及び第2の弾性表面波共振子のTCFの絶対値が10ppm/℃以上であり、かつ第1の弾性表面波共振子のTCFと、第2の弾性表面波共振子のTCFの極性が異なっており、かつ前記第1の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向と、前記第2の弾性表面波共振子における弾性表面波の伝搬方向との差D(度)が50°以下であり、かつ前記第1の弾性表面波共振子の電気機械結合係数をk2(1)、前記第2の共振子の電気機械結合係数をk2(2)としたときに、k2(1)≧0.0002かつk2(2)≧0.0002である、温度センサ。
TCF=V−1(35℃)×[(V(150℃)−V(−20℃))/170℃]−LEC …式(1)
なお、式(1)中、Vは音速(m/秒)を示し、V−1(35℃)は、35℃における音速の逆数を意味し、V(150℃)及びV(−20℃)は、それぞれ、150℃及び−20℃における音速(m/秒)を示し、LECは水晶基板の線膨張係数(単位は1/℃)を示す。A temperature sensor for measuring a temperature within a range of -20 ° C to 150 ° C,
A quartz substrate,
A first surface acoustic wave resonator configured on the quartz substrate;
A second surface acoustic wave resonator configured on the quartz substrate,
When the frequency temperature coefficient at −20 ° C. to 150 ° C. of the first and second surface acoustic wave resonators is TCF represented by the following formula, the TCF of the first and second surface acoustic wave resonators is The absolute value is 10 ppm / ° C. or more, the TCF of the first surface acoustic wave resonator and the TCF of the second surface acoustic wave resonator are different, and the first surface acoustic wave resonator The difference D (degree) between the propagation direction of the surface acoustic wave in the first surface acoustic wave and the propagation direction of the surface acoustic wave in the second surface acoustic wave resonator is 50 ° or less, and the first surface acoustic wave resonator has When the electromechanical coupling coefficient is k 2 (1) and the electromechanical coupling coefficient of the second resonator is k 2 (2), k 2 (1) ≧ 0.0002 and k 2 (2) ≧ 0 .0002, a temperature sensor.
TCF = V −1 (35 ° C.) × [(V (150 ° C.) − V (−20 ° C.)) / 170 ° C.] − LEC Formula (1)
In the formula (1), V represents the speed of sound (m / sec), V −1 (35 ° C.) means the reciprocal of the speed of sound at 35 ° C., and V (150 ° C.) and V (−20 ° C.). Indicates the sound velocity (m / sec) at 150 ° C. and −20 ° C., respectively, and LEC indicates the linear expansion coefficient (unit: 1 / ° C.) of the quartz substrate.
前記第2の弾性表面波共振子が、IDT電極と、IDT電極の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器とを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の温度センサ。The first surface acoustic wave resonator includes a first IDT electrode and reflectors disposed on both sides of the surface acoustic wave propagation direction of the first IDT electrode;
5. The temperature sensor according to claim 1, wherein the second surface acoustic wave resonator includes an IDT electrode and reflectors disposed on both sides of the IDT electrode in the surface acoustic wave propagation direction.
前記IDT電極が互いの電極指が間挿されるように配置された第1,第2のくし歯電極を有し、前記第1,第2のくし歯電極において電極指の先端を結ぶ線を第1、第2仮想直線とし、
前記第1、第2仮想直線がレイリー波伝搬方向と平行であり、
第1仮想直線と前記IDT電極の第2反射器側最外電極指との交点を通り、かつLSAW伝搬方向に平行に延びる直線を第3仮想直線とし、
第2仮想直線と、前記IDT電極の第1反射器側最外電極指との交点を通りかつLSAW伝搬方向に平行に延びる直線を第4仮想直線としたときに、
第1反射器の電極指の一端が第1仮想直線上に、他端が第4仮想直線上に位置しており、
第2反射器の電極指の一端が第3仮想直線上に、他端が第2仮想直線上に位置しており、
前記第1及び第2の反射器の複数本の前記電極指が、それぞれ、前記レイリー波及び前記漏洩弾性表面波を反射するように構成される、請求項4に記載の温度センサ。One IDT electrode on the quartz substrate, and first and second reflectors that are arranged on both sides of the IDT electrode and each have a plurality of electrode fingers, are provided. And the first and second reflectors constitute the first surface acoustic wave resonator using a Rayleigh wave and the second surface acoustic wave resonator using a leaky surface acoustic wave,
The IDT electrode has first and second comb electrodes arranged so that the electrode fingers of each other are inserted, and a line connecting the tips of the electrode fingers in the first and second comb electrodes is 1 and the second virtual straight line,
The first and second virtual lines are parallel to the Rayleigh wave propagation direction;
A straight line passing through the intersection of the first virtual straight line and the outermost electrode finger of the IDT electrode on the second reflector side and extending in parallel with the LSAW propagation direction is defined as a third virtual straight line,
When a straight line extending through the intersection of the second virtual straight line and the first reflector side outermost electrode finger of the IDT electrode and extending in parallel with the LSAW propagation direction is defined as a fourth virtual straight line,
One end of the electrode finger of the first reflector is located on the first imaginary line and the other end is located on the fourth imaginary line,
One end of the electrode finger of the second reflector is located on the third virtual line, and the other end is located on the second virtual line,
The temperature sensor according to claim 4, wherein the plurality of electrode fingers of the first and second reflectors are configured to reflect the Rayleigh wave and the leaky surface acoustic wave, respectively.
ΔF=1/5×F1/(F1h−F1l)+1/5×F2/(F2h−F2l) ・・・式(2)
なお、式(2)中F1hはF1における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、高い方の周波数であり、F1lはF1における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、低い方の周波数を示す。また、F2hはF2における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、高い方の周波数であり、F2lはF2における振幅強度の1/√2の強度となる周波数の内、低い方の周波数を示す。In a temperature range in which the temperature sensor is used, a resonance frequency F1 of the first surface acoustic wave resonator and a resonance frequency F2 of the second surface acoustic wave resonator are greater than or equal to ΔF represented by Expression (2). The temperature sensor according to claim 1, wherein the temperature sensor is configured to be separated.
ΔF = 1/5 × F1 / (F1h−F1l) + 1/5 × F2 / (F2h−F2l) (2)
In Formula (2), F1h is a higher frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F1, and F1l is a frequency that is 1 / √2 of the amplitude intensity in F1. Of these, the lower frequency is shown. F2h is a higher frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F2, and F2l is a lower frequency among the frequencies that are 1 / √2 of the amplitude intensity in F2. Indicates the frequency.
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