JPH05180717A - 振動式差圧伝送器 - Google Patents
振動式差圧伝送器Info
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- JPH05180717A JPH05180717A JP34708591A JP34708591A JPH05180717A JP H05180717 A JPH05180717 A JP H05180717A JP 34708591 A JP34708591 A JP 34708591A JP 34708591 A JP34708591 A JP 34708591A JP H05180717 A JPH05180717 A JP H05180717A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 各振動子本体から出力される周波数信号を用
いてハードウエアのコストを低減して差圧信号を取り出
せるように改良した振動式差圧伝送器を提供するにあ
る。 【構成】 測定すべき差圧が印加されるシリコン基板に
設けられ互に異なる固有周波数を有する第１・第２の振
動子本体と、この第１振動子本体に発生した振動電圧を
増幅しこれを先の第１振動子本体に正帰還して第１固有
周波数で自励発振する第１自励発振手段と、先の第２振
動子本体に発生した振動電圧を増幅しこれを先の第２振
動子本体に正帰還して第２固有周波数で自励発振する第
２自励発振手段と、これ等の第１固有周波数と第２固有
周波数が入力されこれらの積を演算する乗算手段と、こ
の乗算手段の出力から少なくとも差周波数成分を分離し
て先の差圧に対応する差圧信号を検出するフイルタ手段
とを具備するようにしたものである。
いてハードウエアのコストを低減して差圧信号を取り出
せるように改良した振動式差圧伝送器を提供するにあ
る。 【構成】 測定すべき差圧が印加されるシリコン基板に
設けられ互に異なる固有周波数を有する第１・第２の振
動子本体と、この第１振動子本体に発生した振動電圧を
増幅しこれを先の第１振動子本体に正帰還して第１固有
周波数で自励発振する第１自励発振手段と、先の第２振
動子本体に発生した振動電圧を増幅しこれを先の第２振
動子本体に正帰還して第２固有周波数で自励発振する第
２自励発振手段と、これ等の第１固有周波数と第２固有
周波数が入力されこれらの積を演算する乗算手段と、こ
の乗算手段の出力から少なくとも差周波数成分を分離し
て先の差圧に対応する差圧信号を検出するフイルタ手段
とを具備するようにしたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、差圧（以下、差圧の中
には圧力を含めることとする）などによりシリコン基板
に生じる歪に関連する信号を出力する振動式差圧伝送器
に係り、特に各振動子本体から出力される周波数信号を
用いてハードウエアのコストを低減して差圧信号を取り
出せるように改良した振動式差圧伝送器に関する。
には圧力を含めることとする）などによりシリコン基板
に生じる歪に関連する信号を出力する振動式差圧伝送器
に係り、特に各振動子本体から出力される周波数信号を
用いてハードウエアのコストを低減して差圧信号を取り
出せるように改良した振動式差圧伝送器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の振動式差圧伝送器の電気回
路の構成を示す構成図である。１０はセンサカプセルで
あり、１１はセンサアンプである。これらのセンサカプ
セル１０とセンサアンプ１１は１つの筐体の中に収納さ
れているが、センサカプセル１０とセンサアンプ１１と
の間にはこれ等の間の気密を保持するために複数のハー
メチック形の端子を介して信号などが伝送される。
路の構成を示す構成図である。１０はセンサカプセルで
あり、１１はセンサアンプである。これらのセンサカプ
セル１０とセンサアンプ１１は１つの筐体の中に収納さ
れているが、センサカプセル１０とセンサアンプ１１と
の間にはこれ等の間の気密を保持するために複数のハー
メチック形の端子を介して信号などが伝送される。
【０００３】センサカプセル１０の中にはシリコンの基
板１２に形成されたＨ形の構成を持つ振動子本体１３、
１４、温度センサ１５などが収納されている。振動子本
体１３の出力端１６、１７は検出端子１８Ａ、１９Ａ
に、駆動端２０、２１は供給端子２２Ａ、２３Ａにそれ
ぞれ接続されている。
板１２に形成されたＨ形の構成を持つ振動子本体１３、
１４、温度センサ１５などが収納されている。振動子本
体１３の出力端１６、１７は検出端子１８Ａ、１９Ａ
に、駆動端２０、２１は供給端子２２Ａ、２３Ａにそれ
ぞれ接続されている。
【０００４】さらに、振動子本体１４の出力端２４、２
５は検出端子２６Ａ、２７Ａに、駆動端２８、２９は供
給端子３０Ａ、３１Ａにそれぞれ接続されている。ま
た、基板１２にダイオードの直列接続により形成された
温度センサ１５はそのアノード端が接続端子３２Ａに、
カソード端が接続端子３３Ａにそれぞれ接続されてい
る。また、基板１２は共通端子３４Ａに接続されてい
る。
５は検出端子２６Ａ、２７Ａに、駆動端２８、２９は供
給端子３０Ａ、３１Ａにそれぞれ接続されている。ま
た、基板１２にダイオードの直列接続により形成された
温度センサ１５はそのアノード端が接続端子３２Ａに、
カソード端が接続端子３３Ａにそれぞれ接続されてい
る。また、基板１２は共通端子３４Ａに接続されてい
る。
【０００５】センサカプセル１０の検出端子１８Ａ、１
９Ａ、共通端子２２Ａ，２３Ａ、共通端子３０Ａ、３１
Ａ、接続端子３２Ａ、３３Ａ、共通端子３４Ａに対応し
て、センサアンプ１１にはそれぞれ検出端子１８Ｂ、１
９Ｂ、供給端子２２Ｂ、２３Ｂ、供給端子３０Ｂ、３１
Ｂ、接続端子３２Ｂ、３３Ｂ、共通端子３４Ｂが設けら
れている。これ等の端子は同一番号の添字Ａ、Ｂが一体
となってハーメチック端子として構成されている。
９Ａ、共通端子２２Ａ，２３Ａ、共通端子３０Ａ、３１
Ａ、接続端子３２Ａ、３３Ａ、共通端子３４Ａに対応し
て、センサアンプ１１にはそれぞれ検出端子１８Ｂ、１
９Ｂ、供給端子２２Ｂ、２３Ｂ、供給端子３０Ｂ、３１
Ｂ、接続端子３２Ｂ、３３Ｂ、共通端子３４Ｂが設けら
れている。これ等の端子は同一番号の添字Ａ、Ｂが一体
となってハーメチック端子として構成されている。
【０００６】検出端子１８Ｂ、１９Ｂは入力トランス３
５の一次巻線に、その二次巻線は増幅器３６の入力端に
接続されている。増幅器３６の出力端は可変ゲイン増幅
器３７の入力端とＡＧＣ制御回路３８の入力端にそれぞ
れ接続され、このＡＧＣ制御回路３８の出力により可変
ゲイン増幅器３７のゲインが変更される。
５の一次巻線に、その二次巻線は増幅器３６の入力端に
接続されている。増幅器３６の出力端は可変ゲイン増幅
器３７の入力端とＡＧＣ制御回路３８の入力端にそれぞ
れ接続され、このＡＧＣ制御回路３８の出力により可変
ゲイン増幅器３７のゲインが変更される。
【０００７】この可変ゲイン増幅器３７の出力端は駆動
トランス３９の一次巻線に接続されその二次巻線は供給
端子２２Ｂ、２３Ｂに接続されている。そして、振動子
本体１３、入力トランス３５、増幅器３６、ＡＧＣ制御
回路３７、可変ゲイン増幅器３７、駆動トランス３９な
どにより自励発振回路を構成している。さらに、この自
励発振回路の発振周波数ｆ1はコンパレータ４０を介し
て計数回路４１に出力される。
トランス３９の一次巻線に接続されその二次巻線は供給
端子２２Ｂ、２３Ｂに接続されている。そして、振動子
本体１３、入力トランス３５、増幅器３６、ＡＧＣ制御
回路３７、可変ゲイン増幅器３７、駆動トランス３９な
どにより自励発振回路を構成している。さらに、この自
励発振回路の発振周波数ｆ1はコンパレータ４０を介し
て計数回路４１に出力される。
【０００８】ＡＧＣ制御回路３７は発振周波数ｆ1の振
幅を検出してこれが所定の大きさになるように可変ゲイ
ン増幅器３７のゲインを制御し、コンパレータ４０は発
振周波数ｆ1の波形を整形する。検出端子２６Ｂ、２７
Ｂは入力トランス４２の一次巻線に、その二次巻線は増
幅器４３の入力端に接続されている。増幅器４３の出力
端は可変ゲイン増幅器４４の入力端とＡＧＣ制御回路４
５の入力端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路４
５の出力により可変ゲイン増幅器４４のゲインが変更さ
れる。
幅を検出してこれが所定の大きさになるように可変ゲイ
ン増幅器３７のゲインを制御し、コンパレータ４０は発
振周波数ｆ1の波形を整形する。検出端子２６Ｂ、２７
Ｂは入力トランス４２の一次巻線に、その二次巻線は増
幅器４３の入力端に接続されている。増幅器４３の出力
端は可変ゲイン増幅器４４の入力端とＡＧＣ制御回路４
５の入力端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路４
５の出力により可変ゲイン増幅器４４のゲインが変更さ
れる。
【０００９】この可変ゲイン増幅器４４の出力端は駆動
トランス４６の一次巻線に接続されその二次巻線は供給
端子３０Ｂ、３１Ｂに接続されている。そして、振動子
本体１４、入力トランス４２、増幅器４３、ＡＧＣ制御
回路４５、可変ゲイン増幅器４４、駆動トランス４６な
どにより自励発振回路を構成している。この自励発振回
路の発振周波数ｆ2は発振周波数ｆ1とは異なる周波数で
あり、コンパレータ４７を介して計数回路４８に出力さ
れる。ＡＧＣ制御回路４５は発振周波数ｆ2の振幅を検
出してこれが所定の大きさになるように可変ゲイン増幅
器４４のゲインを制御し、コンパレータ４７は発振周波
数ｆ2の波形を整形する。
トランス４６の一次巻線に接続されその二次巻線は供給
端子３０Ｂ、３１Ｂに接続されている。そして、振動子
本体１４、入力トランス４２、増幅器４３、ＡＧＣ制御
回路４５、可変ゲイン増幅器４４、駆動トランス４６な
どにより自励発振回路を構成している。この自励発振回
路の発振周波数ｆ2は発振周波数ｆ1とは異なる周波数で
あり、コンパレータ４７を介して計数回路４８に出力さ
れる。ＡＧＣ制御回路４５は発振周波数ｆ2の振幅を検
出してこれが所定の大きさになるように可変ゲイン増幅
器４４のゲインを制御し、コンパレータ４７は発振周波
数ｆ2の波形を整形する。
【００１０】４９は定電流回路であり、ここから一定の
定電流ＩCが接続端子３２Ｂ、３２Ａ、温度センサ１
５、接続端子３３Ａ、３３Ｂを介してシリコン基板１２
と接続された共通電位点ＣＯＭに流される。したがっ
て、温度センサ１５の両端にはこの温度センサ１５に発
生する基板１２の温度に依存する温度電圧ＶTが発生
し、この温度電圧ＶTは電圧／周波数変換器５０で周波
数信号ｆTに変換されて計数回路５１に出力されてい
る。
定電流ＩCが接続端子３２Ｂ、３２Ａ、温度センサ１
５、接続端子３３Ａ、３３Ｂを介してシリコン基板１２
と接続された共通電位点ＣＯＭに流される。したがっ
て、温度センサ１５の両端にはこの温度センサ１５に発
生する基板１２の温度に依存する温度電圧ＶTが発生
し、この温度電圧ＶTは電圧／周波数変換器５０で周波
数信号ｆTに変換されて計数回路５１に出力されてい
る。
【００１１】マイクロプロセッサ５２は計数回路４１、
４８で計数された計数値に基づいて、実質的に発振周波
数ｆ1とｆ2との差を演算し、さらに計数回路５１の計数
値に基づいてこれらに対して温度補償を実行し、基板１
２に印加された差圧ΔＰなどに起因する歪に対応する信
号を出力端５３に出力する。
４８で計数された計数値に基づいて、実質的に発振周波
数ｆ1とｆ2との差を演算し、さらに計数回路５１の計数
値に基づいてこれらに対して温度補償を実行し、基板１
２に印加された差圧ΔＰなどに起因する歪に対応する信
号を出力端５３に出力する。
【００１２】次に、以上のように構成された振動子本体
が固定されるシリコン基板の具体的な構成について図４
を用いて説明する。図４（イ）はシリコン基板の上面
図、図４（ロ）はその断面図である。シリコン基板１２
は外形が矩形状をなしており、周囲に肉厚部５４を有し
中央部に凹部５５が形成されて薄肉状のダイアフラム５
６とされている。振動子本体１３はダイアフラム５６の
上部の中央部分に、振動子本体１４は肉厚部５４とダイ
アフラム５６との境界部にそれぞれ形成されている。
が固定されるシリコン基板の具体的な構成について図４
を用いて説明する。図４（イ）はシリコン基板の上面
図、図４（ロ）はその断面図である。シリコン基板１２
は外形が矩形状をなしており、周囲に肉厚部５４を有し
中央部に凹部５５が形成されて薄肉状のダイアフラム５
６とされている。振動子本体１３はダイアフラム５６の
上部の中央部分に、振動子本体１４は肉厚部５４とダイ
アフラム５６との境界部にそれぞれ形成されている。
【００１３】そして、図４（イ）に示すように振動子本
体１３のＨ形の長手方向の長さは振動子本体１４のＨ形
の長さに対して、例えば短くして振動子本体１３と１４
とが互いに異なる固有周波数になるようにされている。
なお、シリコン基板１２は円形、或いは多角形でも良
い。図５（イ）に示すように凹部５５側から例えば圧力
ＰHが印加されたときは図中に矢印で示すように振動子
本体１３には引張応力が、振動子本体１４には圧縮応力
がそれぞれ働く。また、これとは反対に図５（ロ）に示
すようにダイアフラム５６の外部から圧力ＰLが印加さ
れたときは振動子本体１３には圧縮応力が、振動子本体
１４には引張応力がそれぞれ働く。ＰH＝ＰLである静圧
下では等しく圧縮応力が働く。
体１３のＨ形の長手方向の長さは振動子本体１４のＨ形
の長さに対して、例えば短くして振動子本体１３と１４
とが互いに異なる固有周波数になるようにされている。
なお、シリコン基板１２は円形、或いは多角形でも良
い。図５（イ）に示すように凹部５５側から例えば圧力
ＰHが印加されたときは図中に矢印で示すように振動子
本体１３には引張応力が、振動子本体１４には圧縮応力
がそれぞれ働く。また、これとは反対に図５（ロ）に示
すようにダイアフラム５６の外部から圧力ＰLが印加さ
れたときは振動子本体１３には圧縮応力が、振動子本体
１４には引張応力がそれぞれ働く。ＰH＝ＰLである静圧
下では等しく圧縮応力が働く。
【００１４】また、圧力伝送器として機能させる場合
は、図５（イ）に示すように凹部５５側には例えば括弧
で示す基準圧力ＰSが印加された状態で括弧で示す測定
圧力ＰMが弱い場合は図中に矢印で示すように振動子本
体１３には引張応力が、振動子本体１４には圧縮応力が
それぞれ働く。また、これとは反対に図５（ロ）に括弧
で示す基準圧力ＰSに対して括弧で示す測定圧力ＰMが大
きい場合はダイアフラム５６の外部から押された形とな
り振動子本体１３には圧縮応力が、振動子本体１４には
引張応力がそれぞれ働く。Ｐ S＝ＰMである静圧下では等
しく圧縮応力が働く。
は、図５（イ）に示すように凹部５５側には例えば括弧
で示す基準圧力ＰSが印加された状態で括弧で示す測定
圧力ＰMが弱い場合は図中に矢印で示すように振動子本
体１３には引張応力が、振動子本体１４には圧縮応力が
それぞれ働く。また、これとは反対に図５（ロ）に括弧
で示す基準圧力ＰSに対して括弧で示す測定圧力ＰMが大
きい場合はダイアフラム５６の外部から押された形とな
り振動子本体１３には圧縮応力が、振動子本体１４には
引張応力がそれぞれ働く。Ｐ S＝ＰMである静圧下では等
しく圧縮応力が働く。
【００１５】いずれの場合も、差圧・圧力による振動子
本体１３と１４との固有振動数の変化の差をマイクロプ
ロセッサ５２で演算することにより静圧の影響を相殺し
ながら感度を大きくすることができる。
本体１３と１４との固有振動数の変化の差をマイクロプ
ロセッサ５２で演算することにより静圧の影響を相殺し
ながら感度を大きくすることができる。
【００１６】次に、振動子本体の具体的な構成について
説明する。振動子本体１３側と１４側との自励発振回路
の構成は基本的に同一であるので、振動子本体１３側を
ベースとしてその概要について図６と図７を用いて説明
する。図６と図７は振動子自体の具体的な構成を示す構
成図である。図７は図６に示す振動子本体の要部の構成
を示し、図７（イ）は振動子本体の上部を覆うシエルを
除去したときの上面図、図７（ロ）は図７（イ）のＸ−
Ｘ’断面をそれぞれ示している。
説明する。振動子本体１３側と１４側との自励発振回路
の構成は基本的に同一であるので、振動子本体１３側を
ベースとしてその概要について図６と図７を用いて説明
する。図６と図７は振動子自体の具体的な構成を示す構
成図である。図７は図６に示す振動子本体の要部の構成
を示し、図７（イ）は振動子本体の上部を覆うシエルを
除去したときの上面図、図７（ロ）は図７（イ）のＸ−
Ｘ’断面をそれぞれ示している。
【００１７】振動子本体１３は、例えば伝導形式がｎ形
のシリコン単結晶で出来たダイアフラム５６の上に一体
に形成されたｐ形のシリコンで出来た第１振動子１３
Ａ、１３Ｂと第２振動子１３Ｃで構成されるＨ形の振動
子として構成されている。ダイアフラム５６は、周囲に
肉厚部（図示せず）５４を有するｎ形のシリコン基板の
下面の中央部をエッチングして薄肉として形成されてお
り、測定圧力がこの面に印加されることによって全体と
して変位する。このダイアフラム５６の上面の結晶面
（１００）の一部にはエッチングにより各振動子が収納
されるＨ形状の凹部５７が形成されている。
のシリコン単結晶で出来たダイアフラム５６の上に一体
に形成されたｐ形のシリコンで出来た第１振動子１３
Ａ、１３Ｂと第２振動子１３Ｃで構成されるＨ形の振動
子として構成されている。ダイアフラム５６は、周囲に
肉厚部（図示せず）５４を有するｎ形のシリコン基板の
下面の中央部をエッチングして薄肉として形成されてお
り、測定圧力がこの面に印加されることによって全体と
して変位する。このダイアフラム５６の上面の結晶面
（１００）の一部にはエッチングにより各振動子が収納
されるＨ形状の凹部５７が形成されている。
【００１８】この凹部５７を跨ぐようにして、梁状の第
１振動子１３Ａ、１３Ｂがそれぞれ結晶軸＜１００＞に
平行にダイアフラム５６と一体にｐ形で形成され、これ
等の中央部をこれ等の振動子に直角にｐ形の梁状の第２
振動子１３Ｃで結合してＨ形の振動子が形成されてい
る。この第１振動子１３Ａの両端には駆動電極として機
能する駆動端２０と２１が、更に第１振動子１３Ｂの両
端には出力電極として機能する出力端１６と１７が形成
されている。
１振動子１３Ａ、１３Ｂがそれぞれ結晶軸＜１００＞に
平行にダイアフラム５６と一体にｐ形で形成され、これ
等の中央部をこれ等の振動子に直角にｐ形の梁状の第２
振動子１３Ｃで結合してＨ形の振動子が形成されてい
る。この第１振動子１３Ａの両端には駆動電極として機
能する駆動端２０と２１が、更に第１振動子１３Ｂの両
端には出力電極として機能する出力端１６と１７が形成
されている。
【００１９】そして、出力端１６、１７はそれぞれ検出
端子１８Ａ、１９Ａに、駆動端２０、２１は供給端子２
２Ａ、２３Ａにそれぞれ接続されている。なお、以上の
図６、図７においては説明の便宜上、ダイアフラム５６
の上部を覆うシエルを除いて記載しているが、実際には
第１振動子１３Ａ、１３Ｂ、および第２振動子１３Ｃの
周囲は所定の間隙を以てエピタキシャル成長などの半導
体技術でダイアフラム５６と一体に覆われ、更にこの間
隙の内部は真空に保持され振動子の振動に対して高いＱ
フアクタが維持されるようになっている。
端子１８Ａ、１９Ａに、駆動端２０、２１は供給端子２
２Ａ、２３Ａにそれぞれ接続されている。なお、以上の
図６、図７においては説明の便宜上、ダイアフラム５６
の上部を覆うシエルを除いて記載しているが、実際には
第１振動子１３Ａ、１３Ｂ、および第２振動子１３Ｃの
周囲は所定の間隙を以てエピタキシャル成長などの半導
体技術でダイアフラム５６と一体に覆われ、更にこの間
隙の内部は真空に保持され振動子の振動に対して高いＱ
フアクタが維持されるようになっている。
【００２０】以上の構成において、駆動トランス３９に
可変ゲイン増幅器３７から出力される駆動電圧により、
第１振動子１３Ａが磁石５８の磁場との相互作用により
励振されて振動する。この振動により、第１振動子１３
Ａは第２振動子１３Ｃを介して振動させられこの振動は
磁石５８との相互作用により入力トランス３５の入力端
に起電力ｅを発生させる。この起電力ｅは入力トランス
３５を介して増幅器３６に入力され増幅されて出力端に
取り出される。この増幅された電圧は駆動トランス３９
に正帰還され、これが繰り返されて系が自励発振をす
る。
可変ゲイン増幅器３７から出力される駆動電圧により、
第１振動子１３Ａが磁石５８の磁場との相互作用により
励振されて振動する。この振動により、第１振動子１３
Ａは第２振動子１３Ｃを介して振動させられこの振動は
磁石５８との相互作用により入力トランス３５の入力端
に起電力ｅを発生させる。この起電力ｅは入力トランス
３５を介して増幅器３６に入力され増幅されて出力端に
取り出される。この増幅された電圧は駆動トランス３９
に正帰還され、これが繰り返されて系が自励発振をす
る。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような振動式差圧伝送器は、発生した周波数信号をデジ
タル処理をする関係から、マイクロプロセッサ５２、計
数回路４１、４８などを必要とし、高価になる欠点をも
つ。そこで、ピエゾ抵抗を利用したシリコン抵抗式セン
サ、或いは静電容量が歪により変化することを利用した
センサなどを用いてアナログ信号として検出することも
考えられるが、安定性及び分解能の点で劣る。本発明
は、周波数信号の高い分解能、良い安定性の利点を生か
しながら安価に差圧伝送器を構成するものである。
ような振動式差圧伝送器は、発生した周波数信号をデジ
タル処理をする関係から、マイクロプロセッサ５２、計
数回路４１、４８などを必要とし、高価になる欠点をも
つ。そこで、ピエゾ抵抗を利用したシリコン抵抗式セン
サ、或いは静電容量が歪により変化することを利用した
センサなどを用いてアナログ信号として検出することも
考えられるが、安定性及び分解能の点で劣る。本発明
は、周波数信号の高い分解能、良い安定性の利点を生か
しながら安価に差圧伝送器を構成するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、測定すべき差圧が印加され
るシリコン基板に設けられ互に異なる固有周波数を有す
る第１・第２の振動子本体と、この第１振動子本体に発
生した振動電圧を増幅しこれを先の第１振動子本体に正
帰還して第１固有周波数で自励発振する第１自励発振手
段と、先の第２振動子本体に発生した振動電圧を増幅し
これを先の第２振動子本体に正帰還して第２固有周波数
で自励発振する第２自励発振手段と、これ等の第１固有
周波数と第２固有周波数が入力されこれらの積を演算す
る乗算手段と、この乗算手段の出力から少なくとも差周
波数成分を分離して先の差圧に対応する差圧信号を検出
するフイルタ手段とを具備するようにしたものである。
解決するための構成として、測定すべき差圧が印加され
るシリコン基板に設けられ互に異なる固有周波数を有す
る第１・第２の振動子本体と、この第１振動子本体に発
生した振動電圧を増幅しこれを先の第１振動子本体に正
帰還して第１固有周波数で自励発振する第１自励発振手
段と、先の第２振動子本体に発生した振動電圧を増幅し
これを先の第２振動子本体に正帰還して第２固有周波数
で自励発振する第２自励発振手段と、これ等の第１固有
周波数と第２固有周波数が入力されこれらの積を演算す
る乗算手段と、この乗算手段の出力から少なくとも差周
波数成分を分離して先の差圧に対応する差圧信号を検出
するフイルタ手段とを具備するようにしたものである。
【００２３】
【作 用】第１・第２の振動子本体は測定すべき差圧が
印加されるシリコン基板に設けられており互に異なる固
有周波数を有する。第１自励発振手段はこの第１振動子
本体に発生した振動電圧を増幅しこれを先の第１振動子
本体に正帰還して第１固有周波数で自励発振している。
第２自励発振手段は先の第２振動子本体に発生した振動
電圧を増幅しこれを先の第２振動子本体に正帰還して第
２固有周波数で自励発振している。乗算手段はこれ等の
第１固有周波数と第２固有周波数が入力されてこれらの
積を演算し、フイルタ手段はこの乗算手段の出力から少
なくとも差周波数成分を分離して先の差圧に対応する差
圧信号を検出する
印加されるシリコン基板に設けられており互に異なる固
有周波数を有する。第１自励発振手段はこの第１振動子
本体に発生した振動電圧を増幅しこれを先の第１振動子
本体に正帰還して第１固有周波数で自励発振している。
第２自励発振手段は先の第２振動子本体に発生した振動
電圧を増幅しこれを先の第２振動子本体に正帰還して第
２固有周波数で自励発振している。乗算手段はこれ等の
第１固有周波数と第２固有周波数が入力されてこれらの
積を演算し、フイルタ手段はこの乗算手段の出力から少
なくとも差周波数成分を分離して先の差圧に対応する差
圧信号を検出する
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示す構成図で
ある．なお、図３〜図７に示す従来の振動式差圧伝送器
と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜
にその説明を省略する。
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示す構成図で
ある．なお、図３〜図７に示す従来の振動式差圧伝送器
と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜
にその説明を省略する。
【００２５】振動子本体１３の出力端１６、１７は入力
トランス３５の一次巻線に、その二次巻線は増幅器３６
の入力端に接続されている。増幅器３６の出力端は可変
ゲイン増幅器３７の入力端とＡＧＣ制御回路３８の入力
端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路３８の出力
により可変ゲイン増幅器３７のゲインが変更される。
トランス３５の一次巻線に、その二次巻線は増幅器３６
の入力端に接続されている。増幅器３６の出力端は可変
ゲイン増幅器３７の入力端とＡＧＣ制御回路３８の入力
端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路３８の出力
により可変ゲイン増幅器３７のゲインが変更される。
【００２６】この可変ゲイン増幅器３７の出力端は振動
子本体１３の駆動端２０に接続され、その他端側の駆動
端２１は共通通電位点ＣＯＭに接続されている。そし
て、振動子本体１３、入力トランス３５、増幅器３６、
ＡＧＣ制御回路３７、可変ゲイン増幅器３７などにより
第１自励発振回路６０を構成している。さらに、この第
１自励発振回路６０の発振周波数ｆ1を含む発振電圧Ｖ
f1は乗算回路６１の入力端の一端に出力される。
子本体１３の駆動端２０に接続され、その他端側の駆動
端２１は共通通電位点ＣＯＭに接続されている。そし
て、振動子本体１３、入力トランス３５、増幅器３６、
ＡＧＣ制御回路３７、可変ゲイン増幅器３７などにより
第１自励発振回路６０を構成している。さらに、この第
１自励発振回路６０の発振周波数ｆ1を含む発振電圧Ｖ
f1は乗算回路６１の入力端の一端に出力される。
【００２７】振動子本体１４の出力端２４、２５は入力
トランス４２の一次巻線に、その二次巻線は増幅器４３
の入力端に接続されている。増幅器４３の出力端は可変
ゲイン増幅器４４の入力端とＡＧＣ制御回路４５の入力
端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路４５の出力
により可変ゲイン増幅器４４のゲインが変更される。
トランス４２の一次巻線に、その二次巻線は増幅器４３
の入力端に接続されている。増幅器４３の出力端は可変
ゲイン増幅器４４の入力端とＡＧＣ制御回路４５の入力
端にそれぞれ接続され、このＡＧＣ制御回路４５の出力
により可変ゲイン増幅器４４のゲインが変更される。
【００２８】 この可変ゲイン増幅器４４の出力端は振
動子本体１４の駆動端２８に接続され、その他端側の駆
動端２９は共通通電位点ＣＯＭに接続されている。そし
て、振動子本体１４、入力トランス４２、増幅器４３、
ＡＧＣ制御回路４５、可変ゲイン増幅器４４などにより
第２自励発振回路６２を構成している。さらに、この第
２自励発振回路６２の発振周波数ｆ2を含む発振電圧Ｖ
f2は乗算回路６１の入力端の他端に出力される。
動子本体１４の駆動端２８に接続され、その他端側の駆
動端２９は共通通電位点ＣＯＭに接続されている。そし
て、振動子本体１４、入力トランス４２、増幅器４３、
ＡＧＣ制御回路４５、可変ゲイン増幅器４４などにより
第２自励発振回路６２を構成している。さらに、この第
２自励発振回路６２の発振周波数ｆ2を含む発振電圧Ｖ
f2は乗算回路６１の入力端の他端に出力される。
【００２９】これ等の発振電圧Ｖf1、Ｖf2は乗算回路６
１で互に乗算される。簡単のため、これらの発振電圧Ｖ
f1、Ｖf2は、振幅か゛１の正弦波で、その角周波数をω
1（＝２πｆ1）、ω2（＝２πｆ2）とすると、それぞれ
Ｓｉｎω1ｔ、Ｓｉｎω2ｔで表現されるので、これらを
乗算回路６１で互に乗算すると、 Ｓｉｎω1ｔ・Ｓｉｎω2ｔ ＝［Ｃｏｓ（ω1ｔ−ω2ｔ）−Ｃｏｓ（ω1ｔ＋ω2ｔ）］／２ となり、この乗算の結果に、発振周波数の差成分（ω1
−ω2）と和成分（ω1＋ω2）とが含まれることとな
る。
１で互に乗算される。簡単のため、これらの発振電圧Ｖ
f1、Ｖf2は、振幅か゛１の正弦波で、その角周波数をω
1（＝２πｆ1）、ω2（＝２πｆ2）とすると、それぞれ
Ｓｉｎω1ｔ、Ｓｉｎω2ｔで表現されるので、これらを
乗算回路６１で互に乗算すると、 Ｓｉｎω1ｔ・Ｓｉｎω2ｔ ＝［Ｃｏｓ（ω1ｔ−ω2ｔ）−Ｃｏｓ（ω1ｔ＋ω2ｔ）］／２ となり、この乗算の結果に、発振周波数の差成分（ω1
−ω2）と和成分（ω1＋ω2）とが含まれることとな
る。
【００３０】この乗算回路６１の出力電圧Ｖm1はローパ
スフイルタ６３に出力され、ここでローパスフイルタさ
れて差成分（ω1−ω2）と和成分（ω1＋ω2）のうち、
差成分（ω1−ω2）が周波数（ｆ1−ｆ2）を持つ差信号
Ｖd1として出力される。この差信号Ｖd1は周波数／電圧
変換回路６４で電圧信号Ｖd2に変換されて終段の電圧／
電流変換回路６５に出力される。
スフイルタ６３に出力され、ここでローパスフイルタさ
れて差成分（ω1−ω2）と和成分（ω1＋ω2）のうち、
差成分（ω1−ω2）が周波数（ｆ1−ｆ2）を持つ差信号
Ｖd1として出力される。この差信号Ｖd1は周波数／電圧
変換回路６４で電圧信号Ｖd2に変換されて終段の電圧／
電流変換回路６５に出力される。
【００３１】電圧／電流変換回路６５には負荷側での直
流電圧６６から受信抵抗６７を介して２本の伝送線によ
りベース電流として約４ｍＡの電流が伝送されている
が、この電流は電圧信号Ｖd2に対応して変更されて受信
抵抗６７に４ｍＡ〜２０ｍＡの電流変化として伝送され
る。一方、このベース電流は定電圧回路６８に送られて
伝送器で使用する定電圧Ｅ bが作られる。
流電圧６６から受信抵抗６７を介して２本の伝送線によ
りベース電流として約４ｍＡの電流が伝送されている
が、この電流は電圧信号Ｖd2に対応して変更されて受信
抵抗６７に４ｍＡ〜２０ｍＡの電流変化として伝送され
る。一方、このベース電流は定電圧回路６８に送られて
伝送器で使用する定電圧Ｅ bが作られる。
【００３２】図２は本発明の他の例を示す部分実施例を
示す。この乗算回路６１の出力電圧Ｖm1はハイパスフイ
ルタ６９にも出力され、ここでハイパスフイルタされて
差成分（ω1−ω2）と和成分（ω1＋ω2）のうち、和成
分（ω1＋ω2）が周波数（ｆ 1＋ｆ2）を持つ和信号Ｖd3
として出力される。なお、以上の説明ではフイルタ手段
として、ハイパスフイルタ、ローパスフイルタを用いる
構成として説明したが、これに限らず、中心周波数を変
えたバンドパスフイルタを用いるようにしても良い。
示す。この乗算回路６１の出力電圧Ｖm1はハイパスフイ
ルタ６９にも出力され、ここでハイパスフイルタされて
差成分（ω1−ω2）と和成分（ω1＋ω2）のうち、和成
分（ω1＋ω2）が周波数（ｆ 1＋ｆ2）を持つ和信号Ｖd3
として出力される。なお、以上の説明ではフイルタ手段
として、ハイパスフイルタ、ローパスフイルタを用いる
構成として説明したが、これに限らず、中心周波数を変
えたバンドパスフイルタを用いるようにしても良い。
【００３３】この和信号Ｖd3は周波数／電圧変換回路７
０で電圧信号Ｖd4に変換されて静圧補償回路７１に出力
される。この和信号Ｖd3は静圧に従って変化するのでこ
れを用いて静圧補償が出来るからである。静圧補償回路
７１には差信号Ｖd1に対応する電圧信号Ｖd2も入力され
ているので、例えば、この電圧信号Ｖd2を電圧信号Ｖd4
で割算を実行するとか、電圧信号Ｖd2に所定の係数を掛
けた電圧信号Ｖd4を加算するとかして補償すれば良い。
このようにして静圧補償された信号電圧Ｖd5は電圧／電
流変換回路６５に出力され、ここで電流信号に変換され
て受信抵抗６７に伝送される。
０で電圧信号Ｖd4に変換されて静圧補償回路７１に出力
される。この和信号Ｖd3は静圧に従って変化するのでこ
れを用いて静圧補償が出来るからである。静圧補償回路
７１には差信号Ｖd1に対応する電圧信号Ｖd2も入力され
ているので、例えば、この電圧信号Ｖd2を電圧信号Ｖd4
で割算を実行するとか、電圧信号Ｖd2に所定の係数を掛
けた電圧信号Ｖd4を加算するとかして補償すれば良い。
このようにして静圧補償された信号電圧Ｖd5は電圧／電
流変換回路６５に出力され、ここで電流信号に変換され
て受信抵抗６７に伝送される。
【００３４】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、異なる固有振動数を有する自励発
振手段の周波数信号を乗算して生じる少なくとも差信号
を用いてアナログ演算により差圧を検出するようにした
ので、回路構成が簡単となりコスト低減に寄与し、安定
性も良好な振動式差圧伝送器が実現できる。また、各振
動子本体の温度係数もほぼ同一であるので温度安定性も
良好である。
うに本発明によれば、異なる固有振動数を有する自励発
振手段の周波数信号を乗算して生じる少なくとも差信号
を用いてアナログ演算により差圧を検出するようにした
ので、回路構成が簡単となりコスト低減に寄与し、安定
性も良好な振動式差圧伝送器が実現できる。また、各振
動子本体の温度係数もほぼ同一であるので温度安定性も
良好である。
【図１】本発明の１実施例の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の他の例を示す部分実施例を示す。
【図３】従来の振動式半導体トランスデューサの構成を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図４】図３に示すシリコン基板とその近傍の具体的な
構成を示す部分構成図である。
構成を示す部分構成図である。
【図５】図４に示す部分構成の作用を説明する説明図で
ある。
ある。
【図６】図４に示す振動子本体の具体的な構成を示す構
成図である。
成図である。
【図７】図６に示す振動子本体の上部を覆うシエルを除
去したときの構成を示す構成図である。
去したときの構成を示す構成図である。
１０ センサカプセル １１ センサアンプ １２ シリコン基板 １３、１４ 振動子本体 １５ 温度センサ ３６、４３ 増幅器 ３７、４４ 可変ゲイン増幅器 ４１、４８、５１ 計数回路 ５２ マイクロプロセッサ ６０ 第１自励発振回路 ６１ 乗算回路 ６２ 第２自励発振回路 ６３ ローパスフイルタ ６９ ハイパスフイルタ
Claims (1)
- 【請求項１】測定すべき差圧が印加されるシリコン基板
に設けられ互に異なる固有周波数を有する第１・第２の
振動子本体と、この第１振動子本体に発生した振動電圧
を増幅しこれを前記第１振動子本体に正帰還して第１固
有周波数で自励発振する第１自励発振手段と、前記第２
振動子本体に発生した振動電圧を増幅しこれを前記第２
振動子本体に正帰還して第２固有周波数で自励発振する
第２自励発振手段と、これ等の第１固有周波数と第２固
有周波数が入力されこれらの積を演算する乗算手段と、
この乗算手段の出力から少なくとも差周波数成分を分離
して前記差圧に対応する差圧信号を検出するフイルタ手
段とを具備することを特徴とする振動式差圧伝送器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34708591A JPH05180717A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 振動式差圧伝送器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34708591A JPH05180717A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 振動式差圧伝送器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180717A true JPH05180717A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=18387816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34708591A Pending JPH05180717A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 振動式差圧伝送器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05180717A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008076053A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Shinka Jitsugyo Kk | 気圧センサ及びこれを搭載したハードディスクドライブ、気圧センサの製造方法、気圧計測方法 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP34708591A patent/JPH05180717A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008076053A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Shinka Jitsugyo Kk | 気圧センサ及びこれを搭載したハードディスクドライブ、気圧センサの製造方法、気圧計測方法 |
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