JPH0242190B2 - - Google Patents
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- JPH0242190B2 JPH0242190B2 JP7878782A JP7878782A JPH0242190B2 JP H0242190 B2 JPH0242190 B2 JP H0242190B2 JP 7878782 A JP7878782 A JP 7878782A JP 7878782 A JP7878782 A JP 7878782A JP H0242190 B2 JPH0242190 B2 JP H0242190B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/10—Measuring moisture content, e.g. by measuring change in length of hygroscopic filament; Hygrometers
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、湿度を測定する湿度センサに関する
ものである。
ものである。
従来の湿度センサでは、電気絶縁物中に吸湿性
の物質を含浸させたり、あるいはその絶縁物の表
面上に半導体や高分子の薄膜を蒸着やスクリーン
印刷などによつて構成した感湿部が設けられ、こ
の感湿部の電気抵抗が湿気の吸脱により変化する
ことで湿度情報を出力し、この湿度情報に基づい
て湿度を測定できるようになつている。
の物質を含浸させたり、あるいはその絶縁物の表
面上に半導体や高分子の薄膜を蒸着やスクリーン
印刷などによつて構成した感湿部が設けられ、こ
の感湿部の電気抵抗が湿気の吸脱により変化する
ことで湿度情報を出力し、この湿度情報に基づい
て湿度を測定できるようになつている。
しかしながら、このような湿度センサにあつて
は、湿度情報の出力がアナログ信号であるため、
湿度を高感度且つ高精度に測定できない。このた
め、湿度を高感度且つ高精度に測定するには、別
途Ａ−Ｄ変換器等を用いて湿度情報をデジタル処
理する必要があつた。
は、湿度情報の出力がアナログ信号であるため、
湿度を高感度且つ高精度に測定できない。このた
め、湿度を高感度且つ高精度に測定するには、別
途Ａ−Ｄ変換器等を用いて湿度情報をデジタル処
理する必要があつた。
本発明はＡ−Ｄ変換器等を用いることなく湿度
を高感度且つ高精度に測定できる湿度センサを得
ることが目的である。
を高感度且つ高精度に測定できる湿度センサを得
ることが目的である。
本発明に係る湿度センサでは、二つの圧電振動
子と、上記二つの圧電振動子の間に張設してあ
り、湿気の吸脱着によりその長さが変化する感湿
部材と、上記二つの圧電振動子の発振回路と、上
記二つの圧電振動子の共振周波数の差をとる回路
とを具備し、上記感湿部材の一端は上記二つの圧
電振動子の一方に、張力の変動によりその共振周
波数が増加する方向に接続され、上記感湿部材の
他端は他方の圧電振動子に、張力の変動によりそ
の共振周波数が減少する方向に接続されており、
上記二つの圧電振動子の共振周波数の差をとる回
路の出力により湿度を測定することを特徴として
いる。
子と、上記二つの圧電振動子の間に張設してあ
り、湿気の吸脱着によりその長さが変化する感湿
部材と、上記二つの圧電振動子の発振回路と、上
記二つの圧電振動子の共振周波数の差をとる回路
とを具備し、上記感湿部材の一端は上記二つの圧
電振動子の一方に、張力の変動によりその共振周
波数が増加する方向に接続され、上記感湿部材の
他端は他方の圧電振動子に、張力の変動によりそ
の共振周波数が減少する方向に接続されており、
上記二つの圧電振動子の共振周波数の差をとる回
路の出力により湿度を測定することを特徴として
いる。
上記構成の本発明によれば、感湿部材に湿気が
吸脱着されることにより感湿部材の長さが変化
し、この変化で二つの圧電振動子の共振周波数が
変動する。この変動によつて両者の共振周波数の
差をとる回路の出力により湿度を測定する。
吸脱着されることにより感湿部材の長さが変化
し、この変化で二つの圧電振動子の共振周波数が
変動する。この変動によつて両者の共振周波数の
差をとる回路の出力により湿度を測定する。
したがつて、湿度情報を圧電振動子の共振周波
数の変動に変換して出力し、デジタルな湿度情報
を得ることができる。
数の変動に変換して出力し、デジタルな湿度情報
を得ることができる。
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。
第１〜２図において、１はセラミツク基板であ
り、配線パターン２が設けてある。配線パターン
２は、保持パターン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、入
力パターン２ｅ，２ｆ、出力パターン２ｇなどを
含んでいる。３，４は圧電振動子であるATカツ
トの水晶振動子であり、それぞれ両主面には駆動
電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが蒸着などにより形
成してある。水晶振動子３は保持バネ５，５によ
り基板１に保持固着されており、保持バネ５，５
の中心線がＸ軸方向に一致するように片持保持さ
れている。そして駆動電極３ａと保持パターン２
ａとが、また駆動電極３ｂと保持パターン２ｂと
が接続されている。また水晶振動子４は保持バネ
６，６により基板１に保持固着されており、保持
バネ６，６の中心線がZ′軸（結晶軸Ｘ軸のまわり
に所定角度回転してカツトされたATカツト水晶
片の回転後のＺ軸）方向に一致するように片持保
持されている。そして駆動電極４ａと保持パター
ン２ｃとが、また駆動電極４ｂと保持パターン２
ｄとが接続されている。水晶振動子３，４の対向
する自由端には支持片７，７が接着剤などにより
固着されている。そして支持片７，７の間に感湿
部材である毛髪８が張力を与えられた状態で接着
剤などにより固着されている。毛髪８は複数本が
たばねられており、その一端は水晶振動子３に対
しＸ軸方向に張力を与えるように接続されてお
り、その他端は水晶振動子４に対しZ′軸方向に張
力を与えるように接続されている。そして、水晶
振動子３，４にはテフロンなどを蒸着し撥水処理
を行ない、湿度の影響を小さくしている。
り、配線パターン２が設けてある。配線パターン
２は、保持パターン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、入
力パターン２ｅ，２ｆ、出力パターン２ｇなどを
含んでいる。３，４は圧電振動子であるATカツ
トの水晶振動子であり、それぞれ両主面には駆動
電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが蒸着などにより形
成してある。水晶振動子３は保持バネ５，５によ
り基板１に保持固着されており、保持バネ５，５
の中心線がＸ軸方向に一致するように片持保持さ
れている。そして駆動電極３ａと保持パターン２
ａとが、また駆動電極３ｂと保持パターン２ｂと
が接続されている。また水晶振動子４は保持バネ
６，６により基板１に保持固着されており、保持
バネ６，６の中心線がZ′軸（結晶軸Ｘ軸のまわり
に所定角度回転してカツトされたATカツト水晶
片の回転後のＺ軸）方向に一致するように片持保
持されている。そして駆動電極４ａと保持パター
ン２ｃとが、また駆動電極４ｂと保持パターン２
ｄとが接続されている。水晶振動子３，４の対向
する自由端には支持片７，７が接着剤などにより
固着されている。そして支持片７，７の間に感湿
部材である毛髪８が張力を与えられた状態で接着
剤などにより固着されている。毛髪８は複数本が
たばねられており、その一端は水晶振動子３に対
しＸ軸方向に張力を与えるように接続されてお
り、その他端は水晶振動子４に対しZ′軸方向に張
力を与えるように接続されている。そして、水晶
振動子３，４にはテフロンなどを蒸着し撥水処理
を行ない、湿度の影響を小さくしている。
ここで第３図を参照し、ATカツト水晶振動子
Ｑに外力Ｆを与えたときの共振周波数の変化率に
ついて述べる。
Ｑに外力Ｆを与えたときの共振周波数の変化率に
ついて述べる。
同図において、直線９は水晶振動子ＱにＸ軸方
向に押力Ｆを加えた場合を示し、約0.1〜
0.2PPM／ｇの変化率を示す。ここに、PPM／ｇ
とは、単位荷重当たりの共振周波数の変化率であ
り、例えば押力０ｇのときの共振周波数が
5000000KHz、押力10ｇのときの共振周波数が
5000010KHzであつたときには、共振周波数の変
化率が0.010／5000000＝2PPMとなり、押力１ｇ
当たりの振周波数の変化率は2PPM／10ｇ＝
0.2PPM／ｇとなる。外力が押力の場合と張力の
場合とでは方向が反対となるため、Ｘ軸方向に水
晶振動子Ｑに張力を与えた場合は約−0.1〜−
0.2PPM／ｇの変化率を示し、Ｘ軸方向は張力の
増加により共振周波数が減少する方向ということ
ができる。また直線１０は水晶振動子ＱにZ′軸方
向に押力Ｆを加えた場合を示し、約−
0.06PPM／ｇの変化率を示す。そして張力の場
合は符号が反対となり、約0.06PPM／ｇとなり、
Z′軸方向は張力の増加により共振周波数が増加す
る方向ということができる。
向に押力Ｆを加えた場合を示し、約0.1〜
0.2PPM／ｇの変化率を示す。ここに、PPM／ｇ
とは、単位荷重当たりの共振周波数の変化率であ
り、例えば押力０ｇのときの共振周波数が
5000000KHz、押力10ｇのときの共振周波数が
5000010KHzであつたときには、共振周波数の変
化率が0.010／5000000＝2PPMとなり、押力１ｇ
当たりの振周波数の変化率は2PPM／10ｇ＝
0.2PPM／ｇとなる。外力が押力の場合と張力の
場合とでは方向が反対となるため、Ｘ軸方向に水
晶振動子Ｑに張力を与えた場合は約−0.1〜−
0.2PPM／ｇの変化率を示し、Ｘ軸方向は張力の
増加により共振周波数が減少する方向ということ
ができる。また直線１０は水晶振動子ＱにZ′軸方
向に押力Ｆを加えた場合を示し、約−
0.06PPM／ｇの変化率を示す。そして張力の場
合は符号が反対となり、約0.06PPM／ｇとなり、
Z′軸方向は張力の増加により共振周波数が増加す
る方向ということができる。
ふたたび第１〜２図において、二つの水晶振動
子３，４の間に張設してある毛髪８は、湿気の吸
脱着によりその長さが略直線的に変化するもので
あり、湿気の吸着によりその長さが増加し、湿気
の脱着によりその長さが減少するものである。そ
して毛髪８の長さが増加すると、毛髪８の張力は
減少し、毛髪８の長さが減少するとその張力は増
加する。そして二つの水振動子３，４は、所定の
湿度H0％において毛髪８に張力が加わつている
状態で、その共振周波数が略等しく設定されてい
る。１１は基板１上に固着された集積回路素子で
あり、第４図示のような水晶振動子３，４の
CMOS発振回路１１ａ，１１ｂおよび水晶振動
子３，４の共振周波数の差をとるミキサ１１ｃを
含んでいる。集積回路素子１１は、各パターン２
ａ〜２ｇの延長部とワイヤボンデイングされたあ
と、モールド材１２により封止されている。そし
て出力パターン２ｇには二つの水晶振動子３，４
の共振周波数の差が出力される。
子３，４の間に張設してある毛髪８は、湿気の吸
脱着によりその長さが略直線的に変化するもので
あり、湿気の吸着によりその長さが増加し、湿気
の脱着によりその長さが減少するものである。そ
して毛髪８の長さが増加すると、毛髪８の張力は
減少し、毛髪８の長さが減少するとその張力は増
加する。そして二つの水振動子３，４は、所定の
湿度H0％において毛髪８に張力が加わつている
状態で、その共振周波数が略等しく設定されてい
る。１１は基板１上に固着された集積回路素子で
あり、第４図示のような水晶振動子３，４の
CMOS発振回路１１ａ，１１ｂおよび水晶振動
子３，４の共振周波数の差をとるミキサ１１ｃを
含んでいる。集積回路素子１１は、各パターン２
ａ〜２ｇの延長部とワイヤボンデイングされたあ
と、モールド材１２により封止されている。そし
て出力パターン２ｇには二つの水晶振動子３，４
の共振周波数の差が出力される。
つぎに、本発明の湿度センサによる湿度の測定
について述べる。水晶振動子３，４は、前述のよ
うに同一種類のATカツト水晶振動子であり、温
度特性、エージング特性も略等しくなつており、
ある湿度H0％のときその共振周波数はf0に略等
しく設定してある。いま、湿度がH0％からＨ％
に変化すると、水晶振動子３，４の共振周波数が
f3，f4に変動する。すなわち f3＝f0＋k3（Ｈ−H0） f4＝f0＋k4（Ｈ−H0）である。
について述べる。水晶振動子３，４は、前述のよ
うに同一種類のATカツト水晶振動子であり、温
度特性、エージング特性も略等しくなつており、
ある湿度H0％のときその共振周波数はf0に略等
しく設定してある。いま、湿度がH0％からＨ％
に変化すると、水晶振動子３，４の共振周波数が
f3，f4に変動する。すなわち f3＝f0＋k3（Ｈ−H0） f4＝f0＋k4（Ｈ−H0）である。
そして湿度の変化に対する共振周波数の変動の
差△ｆがミキサ１１ａにより出力される。
差△ｆがミキサ１１ａにより出力される。
この△ｆは、
△ｆ＝｜f3−f4｜＝｜（k3−k4）（Ｈ−H0）｜
となる。水晶振動子３，４は、毛髪８の張力の変
動により一方は共振周波数が増加し、他方は減少
するように設定してあり、k3とk4とは互いに異符
号であるので、湿度の変化に対する△ｆは大きな
値となる。このため水晶振動子を１つ用いた場合
と比較し、より高精度な湿度測定が可能となる。
そして△ｆより湿度Ｈ％を得るのである。このよ
うに湿度情報を水晶振動子の共振周波数の変動に
変換して得るため、Ａ−Ｄ変換器を用いずに直接
デジタル処理が可能であり、また経時変化も極め
て小さくでき、その上共振周波数の調整が容易で
あるため互換性に優れている。その上CMOS発
振回路を利用することにより消費電力を極めて低
くすることができる。
動により一方は共振周波数が増加し、他方は減少
するように設定してあり、k3とk4とは互いに異符
号であるので、湿度の変化に対する△ｆは大きな
値となる。このため水晶振動子を１つ用いた場合
と比較し、より高精度な湿度測定が可能となる。
そして△ｆより湿度Ｈ％を得るのである。このよ
うに湿度情報を水晶振動子の共振周波数の変動に
変換して得るため、Ａ−Ｄ変換器を用いずに直接
デジタル処理が可能であり、また経時変化も極め
て小さくでき、その上共振周波数の調整が容易で
あるため互換性に優れている。その上CMOS発
振回路を利用することにより消費電力を極めて低
くすることができる。
なお本実施例では、ATカツト水晶振動子を用
いたが、他の振動姿態の水晶振動子、他の圧電素
子を用いることも可能である。そして水晶振動子
には撥水処理を施した例を示したが、感湿部材を
除いて水晶振動子、集積回路素子を封止容器に封
入するようにしてもよい。
いたが、他の振動姿態の水晶振動子、他の圧電素
子を用いることも可能である。そして水晶振動子
には撥水処理を施した例を示したが、感湿部材を
除いて水晶振動子、集積回路素子を封止容器に封
入するようにしてもよい。
また感湿部材として毛髪を用いたが、ナイロン
などの高分子のワイヤ、フイルムなどを用いても
よい。そして感湿部材とスプリングなどを連結し
二つの圧電振動子の間に張設するようにすること
も可能である。
などの高分子のワイヤ、フイルムなどを用いても
よい。そして感湿部材とスプリングなどを連結し
二つの圧電振動子の間に張設するようにすること
も可能である。
以上のべたように本発明に係る湿度センサで
は、Ａ−Ｄ変換器等を用いることなく湿度を高感
度且つ高精度に測定できる効果を有する。
は、Ａ−Ｄ変換器等を用いることなく湿度を高感
度且つ高精度に測定できる効果を有する。
第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は
正面図、第３図はATカツト水晶振動子に外力を
与えたときの周波数変動を示す特性図、第４図は
ブロツク図である。 ３，４……水晶振動子、８……毛髪、１１ａ，
１１ｂ……発振回路、１１ｃ……ミキサ。
正面図、第３図はATカツト水晶振動子に外力を
与えたときの周波数変動を示す特性図、第４図は
ブロツク図である。 ３，４……水晶振動子、８……毛髪、１１ａ，
１１ｂ……発振回路、１１ｃ……ミキサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 二つの圧電振動子と、 上記二つの圧電振動子の間に張設してあり、湿
気の吸脱着によりその長さが変化する感湿部材
と、 上記二つの圧電振動子の発振回路と、 上記二つの圧電振動子の共振周波数の差をとる
回路とを具備し、 上記感湿部材の一端は上記二つの圧電振動子の
一方に、張力の変動によりその共振周波数が増加
する方向に接続され、上記感湿部材の他端は他方
の圧電振動子に、上記張力の変動によりその共振
周波数が減少する方向に接続されており、 上記共振周波数の差をとる回路の出力により湿
度を測定することを特徴とする湿度センサ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、二つの圧電
振動子はATカツト水晶振動子であり、感湿部材
の一端は一方の水晶振動子のＸ軸方向に、その他
端は他方の水晶振動子のZ′軸方向に接続されてい
ることを特徴とする湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7878782A JPS58196442A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7878782A JPS58196442A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196442A JPS58196442A (ja) | 1983-11-15 |
| JPH0242190B2 true JPH0242190B2 (ja) | 1990-09-20 |
Family
ID=13671588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7878782A Granted JPS58196442A (ja) | 1982-05-11 | 1982-05-11 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58196442A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4662220A (en) * | 1985-06-20 | 1987-05-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Water-absorbing capacitor system for measuring relative humidity |
| CZ302963B6 (cs) * | 2010-12-03 | 2012-01-25 | Vysoké ucení technické v Brne | Zpusob detekce prítomnosti biologických a/nebo chemických látek v plynném prostredí |
-
1982
- 1982-05-11 JP JP7878782A patent/JPS58196442A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58196442A (ja) | 1983-11-15 |
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