JPH0544612B2 - - Google Patents
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- JPH0544612B2 JPH0544612B2 JP58240519A JP24051983A JPH0544612B2 JP H0544612 B2 JPH0544612 B2 JP H0544612B2 JP 58240519 A JP58240519 A JP 58240519A JP 24051983 A JP24051983 A JP 24051983A JP H0544612 B2 JPH0544612 B2 JP H0544612B2
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- JP
- Japan
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- crystal resonator
- temperature
- self
- vibration
- crystal
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- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
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- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 101100339482 Colletotrichum orbiculare (strain 104-T / ATCC 96160 / CBS 514.97 / LARS 414 / MAFF 240422) HOG1 gene Proteins 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、水晶振動子を利用して温度を検出す
る温度センサに関するものである。
る温度センサに関するものである。
従来公知のこの種の温度センサとして、特開昭
57−26723号公報に記載されているものがある。
57−26723号公報に記載されているものがある。
この装置は、温度により共振周波数が変化する
測温水晶振動子と、この測温水晶振動子の共振周
波数を計測するための基準クロツクを得る温度の
影響を受けない基準水晶振動子とで構成されてい
る。
測温水晶振動子と、この測温水晶振動子の共振周
波数を計測するための基準クロツクを得る温度の
影響を受けない基準水晶振動子とで構成されてい
る。
水晶は周知の通り結晶異方性を有しているの
で、切り出し角を適当に選択することによつて、
温度係数を大きくすることも、零に近い値にする
こともできる。この装置においては、測温水晶振
動子として、この温度係数が大きなものが使用さ
れ基準水晶振動子として、温度係数が零のものが
使用され、高分解能、高安定性、周波数出力等の
特徴がある。
で、切り出し角を適当に選択することによつて、
温度係数を大きくすることも、零に近い値にする
こともできる。この装置においては、測温水晶振
動子として、この温度係数が大きなものが使用さ
れ基準水晶振動子として、温度係数が零のものが
使用され、高分解能、高安定性、周波数出力等の
特徴がある。
しかしながら、この様な構成の従来装置におい
ては、２個の水晶振動子が必要で、構成が複雑で
あること、２個の水晶振動子の温度差を一定に維
持するか、基準水晶振動子の温度特性を完全に零
にしないと誤差が生ずること等の欠点がある。
ては、２個の水晶振動子が必要で、構成が複雑で
あること、２個の水晶振動子の温度差を一定に維
持するか、基準水晶振動子の温度特性を完全に零
にしないと誤差が生ずること等の欠点がある。
本発明は、従来装置におけるこの様な欠点に鑑
みてなされたもので、構成が簡単で、高分解能、
かつ低消費電力の温度センサを実現しようとする
ものである。
みてなされたもので、構成が簡単で、高分解能、
かつ低消費電力の温度センサを実現しようとする
ものである。
本発明に係る装置は、ひとつの水晶振動子を用
い、これに屈曲振動とねじり振動とを同時に行な
わせ、得られた２種の周波数信号の比を演算する
ことによつて温度を検出する点に特徴がある。
い、これに屈曲振動とねじり振動とを同時に行な
わせ、得られた２種の周波数信号の比を演算する
ことによつて温度を検出する点に特徴がある。
第１図は本発明に係る温度センサの一例を示す
構成ブロツク図である。図において、１は測定温
度個所に設置される水晶振動子で、水晶のＺ板か
ら、ここでは音叉状の形状に製作したものを示
す。この水晶振動子には、図示してないがこれを
励振させる励振電極と、振動を検出するための検
出電極とが設けられている。水晶振動子１は、例
えば、厚さｔが0.025〜0.2mm程度、両腕１ａ，１
ｂの長さｌが2.5〜20mm（100.t）程度、両腕１ａ，
１ｂの幅ｗが0.05〜0.5mm程度の大きさであつて、
形状の製作及び各電極の形成は、ホトリソグラフ
イーとエツチングの技術を利用して行なわれる。
２１，２２は振動検出電極に結合するフイルタ回
路で、一方のフイルタ回路２１は、水晶振動子１
の屈曲振動周波数f1が通過する低減フイルタであ
り、他方のフイルタ回路２２は、水晶振動子１の
ねじり振動周波数f2が通過する帯域フイルタとな
つている。３１，３２は各フイルタ回路２１，２
２からの周波数信号を増幅するアンプ、４は各ア
ンプ３１，３２からの信号を加算し、この加算信
号を励振用の電極に出力する加算回路である。
構成ブロツク図である。図において、１は測定温
度個所に設置される水晶振動子で、水晶のＺ板か
ら、ここでは音叉状の形状に製作したものを示
す。この水晶振動子には、図示してないがこれを
励振させる励振電極と、振動を検出するための検
出電極とが設けられている。水晶振動子１は、例
えば、厚さｔが0.025〜0.2mm程度、両腕１ａ，１
ｂの長さｌが2.5〜20mm（100.t）程度、両腕１ａ，
１ｂの幅ｗが0.05〜0.5mm程度の大きさであつて、
形状の製作及び各電極の形成は、ホトリソグラフ
イーとエツチングの技術を利用して行なわれる。
２１，２２は振動検出電極に結合するフイルタ回
路で、一方のフイルタ回路２１は、水晶振動子１
の屈曲振動周波数f1が通過する低減フイルタであ
り、他方のフイルタ回路２２は、水晶振動子１の
ねじり振動周波数f2が通過する帯域フイルタとな
つている。３１，３２は各フイルタ回路２１，２
２からの周波数信号を増幅するアンプ、４は各ア
ンプ３１，３２からの信号を加算し、この加算信
号を励振用の電極に出力する加算回路である。
低減フイルタ回路２１、アンプ３１、加算回路
４を含んで形成されるループは、水晶振動子１を
屈曲振動させる自励発振ループOSC１を構成し、
低減フイルタ回路２２、アンプ３２、加算回路４
を含んで形成されるループは、水晶振動子１をね
じり振動させる自励発振ループOSC２を構成し
ている。
４を含んで形成されるループは、水晶振動子１を
屈曲振動させる自励発振ループOSC１を構成し、
低減フイルタ回路２２、アンプ３２、加算回路４
を含んで形成されるループは、水晶振動子１をね
じり振動させる自励発振ループOSC２を構成し
ている。
５は２つの自励発振ループOSC１，OSC２か
ら得られる周波数信号f1，f2を入力し、両者の比
を演算する演算表示回路で、ここでは周波数信号
f1を分周する分周器５１と、分周器５１からの信
号によつてゲート５２が開となつている間、周波
数信号f2を計数するカウンタ５３及びカウンタの
計数値を入力し、所定の演算を行ない演算結果を
表示する表示器５４とで構成されている。
ら得られる周波数信号f1，f2を入力し、両者の比
を演算する演算表示回路で、ここでは周波数信号
f1を分周する分周器５１と、分周器５１からの信
号によつてゲート５２が開となつている間、周波
数信号f2を計数するカウンタ５３及びカウンタの
計数値を入力し、所定の演算を行ない演算結果を
表示する表示器５４とで構成されている。
第２図は、水晶振動子１の屈曲振動の説明図で
ある。音叉状の水晶振動子１の両腕１ａ，１ｂが
矢印に示すように振動（振動モードは対称振
動）するのが屈曲振動であつて、その共振周波数
f1は、振動子１の各寸法を図示するようにとれ
ば、(1)式で表わすことができる。
ある。音叉状の水晶振動子１の両腕１ａ，１ｂが
矢印に示すように振動（振動モードは対称振
動）するのが屈曲振動であつて、その共振周波数
f1は、振動子１の各寸法を図示するようにとれ
ば、(1)式で表わすことができる。
ただし、α：固有値
ｋ：補正係数
ρ：水晶振動子の密度
S22′：水晶振動子のヤング率に関連した値
S′44：水晶振動子のねじり剛性に関連した値
第３図は、水晶振動子１のねじり振動の説明図
である。音叉状振動子１の両腕１ａ，１ｂが矢印
に示すように振動（振動モードは対称でも非対
称でもよい）するのがねじり振動であつて、その
共振周波数f2は、(2)式で表わすことができる。
である。音叉状振動子１の両腕１ａ，１ｂが矢印
に示すように振動（振動モードは対称でも非対
称でもよい）するのがねじり振動であつて、その
共振周波数f2は、(2)式で表わすことができる。
ただし、β：固有値
λ：
S′66：水晶振動子のねじり剛性に関連した値
ｎ：振動モードの次数
第４図は、屈曲振動の共振周波数f1の１次温度
係数α1を計算で求めた線図である。ここでは水晶
振動子１をＹ軸（機械軸）に対する回転カツト角
θが90゜の基板から切り出した場合で、Ｘ軸（電
気軸）に対する回転角度（Fai）と、Ｚ軸（光
学軸）に対する回転角度ψ（Pusai）とを種々変
えてプロツトした温度係数を示す。この線図から
明らかな様に、温度係数α1は、ψとφとによつ
て、零から負の値（−80ppm）程度まで変化す
る。オーバトーンについても、多少の特性の違い
はあるものの、ほぼ同様の結果となる。
係数α1を計算で求めた線図である。ここでは水晶
振動子１をＹ軸（機械軸）に対する回転カツト角
θが90゜の基板から切り出した場合で、Ｘ軸（電
気軸）に対する回転角度（Fai）と、Ｚ軸（光
学軸）に対する回転角度ψ（Pusai）とを種々変
えてプロツトした温度係数を示す。この線図から
明らかな様に、温度係数α1は、ψとφとによつ
て、零から負の値（−80ppm）程度まで変化す
る。オーバトーンについても、多少の特性の違い
はあるものの、ほぼ同様の結果となる。
ここで、２次以後の温度係数を無視すれば、屈
曲振動の共振周波数f1と、屈曲振動の１次温度係
数α1とは、温度Ｔに対して、(3)式に示す関係があ
る。
曲振動の共振周波数f1と、屈曲振動の１次温度係
数α1とは、温度Ｔに対して、(3)式に示す関係があ
る。
f1＝f01｛１−α1（Ｔ−T0）｝ (3)
ただし、f01：温度T0の時の屈曲振動の共振周
波数 第５図は、ねじり振動の共振周波数f2の１次温
度係数α2を計算で求めた線図である。この例も、
水晶振動子１をＹ軸に対する回転カツト角θが
90゜の基板から切り出した場合で、Ｘ軸に対する
回転角度と、Ｚ軸に対する回転角度ψとを種々
変えてプロツトした温度係数を示す。
波数 第５図は、ねじり振動の共振周波数f2の１次温
度係数α2を計算で求めた線図である。この例も、
水晶振動子１をＹ軸に対する回転カツト角θが
90゜の基板から切り出した場合で、Ｘ軸に対する
回転角度と、Ｚ軸に対する回転角度ψとを種々
変えてプロツトした温度係数を示す。
ねじり振動の振動モードは、音叉状振動子１の
両腕１ａ，１ｂか必ずしも対称振動しなくとも、
機械的Ｑ値が高いことから、ねじり振動を励起さ
えすれば、非対称振動でもよい。ねじり振動の共
振周波数f2は(2)式で与えられ、（ｔ／ｗ）の値に
より大きく変化するが、第５図の場合、温度係数
α2は、とψによつて、−90ppmから＋60ppm程
度まで変化している。
両腕１ａ，１ｂか必ずしも対称振動しなくとも、
機械的Ｑ値が高いことから、ねじり振動を励起さ
えすれば、非対称振動でもよい。ねじり振動の共
振周波数f2は(2)式で与えられ、（ｔ／ｗ）の値に
より大きく変化するが、第５図の場合、温度係数
α2は、とψによつて、−90ppmから＋60ppm程
度まで変化している。
ここで、２次以降の温度係数を無視すれば、ね
じり振動の共振周波数f2と、ねじり振動の１次温
度係数α2とは、温度Ｔに対して、(4)式に示す関係
がある。
じり振動の共振周波数f2と、ねじり振動の１次温
度係数α2とは、温度Ｔに対して、(4)式に示す関係
がある。
f2＝f02｛１＋α2（Ｔ−T0）｝ (4)
第１図において、水晶振動子１は、２つの自励
発振ループCSC１，OSC２によつて、屈曲振動
と、ねじり振動とを同時に行ない、各自励発振ル
ープOSC１，OSC２から周波数信号f1と、f2とを
出力する。通常、ねじり振動の共振周波数f2は、
屈曲振動の共振周波数f1よりも高く（f2＜f1）、こ
れらの周波数信号は低減フイルタ回路２１と、帯
域フイルタ回路２２とによつて分離され、各自励
発振ループは互いに非同期で自励発振を持続す
る。
発振ループCSC１，OSC２によつて、屈曲振動
と、ねじり振動とを同時に行ない、各自励発振ル
ープOSC１，OSC２から周波数信号f1と、f2とを
出力する。通常、ねじり振動の共振周波数f2は、
屈曲振動の共振周波数f1よりも高く（f2＜f1）、こ
れらの周波数信号は低減フイルタ回路２１と、帯
域フイルタ回路２２とによつて分離され、各自励
発振ループは互いに非同期で自励発振を持続す
る。
演算回路５は、各自励発振ループOSC１，
OSC２からの周波数信号f1，f2を入力し、(5)式の
ような演算を行なう。すなわち、第１図の例で
は、カウンタ５３の計数値（演算結果）Vcは(5)
式の通りとなる。
OSC２からの周波数信号f1，f2を入力し、(5)式の
ような演算を行なう。すなわち、第１図の例で
は、カウンタ５３の計数値（演算結果）Vcは(5)
式の通りとなる。
Vc＝ｋ・f2／f1 (5)
ただし、ｋ：分周器５１の分周率により決まる
定数 (5)式において、(3)、(4)式を代入すると、(6)式が
得られる。
定数 (5)式において、(3)、(4)式を代入すると、(6)式が
得られる。
Vc＝ｋ・f02｛１＋α2（Ｔ−T0）｝／f01｛１−α1（Ｔ
−T0）｝ ≒ｋ・f02／f01｛１＋（α1＋α2）（Ｔ−T0）｝ (6) (6)式を整理すると、(7)式が得られる。
−T0）｝ ≒ｋ・f02／f01｛１＋（α1＋α2）（Ｔ−T0）｝ (6) (6)式を整理すると、(7)式が得られる。
Ｔ＝T0＋｛Vc・f01／ｋ・f02−１｝・１／α1＋
α2(7) 演算表示回路５４は、(7)式に示す演算を行な
い、この演算結果を測定温度Ｔとして表示する。
α2(7) 演算表示回路５４は、(7)式に示す演算を行な
い、この演算結果を測定温度Ｔとして表示する。
なお、上記の説明では、説明を簡略化するため
に、屈曲振動とねじれ振動の各温度係数の２次係
数以後を省略したが、これらの係数を考慮して演
算を行なえば、更に正確な温度信号を得ることが
できる。
に、屈曲振動とねじれ振動の各温度係数の２次係
数以後を省略したが、これらの係数を考慮して演
算を行なえば、更に正確な温度信号を得ることが
できる。
第６図は、水晶振動子１を封入する場合の一例
を示す構成斜視図である。
を示す構成斜視図である。
この例では、水晶振動子１を真空又はHe、Ar
あるいはN2などの活性の低いガスを封入した容
器６内に設置したものである。
あるいはN2などの活性の低いガスを封入した容
器６内に設置したものである。
第７図及び第８図は水晶振動子１に設ける電極
の形成例を示したもので、いずれもａは斜視図、
ｂはａ図におけるＸ−Ｘ断面図である。
の形成例を示したもので、いずれもａは斜視図、
ｂはａ図におけるＸ−Ｘ断面図である。
いずれのものも、水晶振動子１の両腕の両表面
に、互いに平行して並ぶ対向電極１５，１６及び
１７，１８を形成させたものである。周知のよう
に水晶は弾性体であり、しかも圧電体であること
から、例えば電極１５，１６間に加算回路４から
の励振信号を与えることによつて屈曲振動及びね
じり振動をし、また、電極１７，１８間には水晶
振動子１の振動に応じた電圧信号が発生する。
に、互いに平行して並ぶ対向電極１５，１６及び
１７，１８を形成させたものである。周知のよう
に水晶は弾性体であり、しかも圧電体であること
から、例えば電極１５，１６間に加算回路４から
の励振信号を与えることによつて屈曲振動及びね
じり振動をし、また、電極１７，１８間には水晶
振動子１の振動に応じた電圧信号が発生する。
なお、電極は各腕１ａ，１ｂの側面に設けても
よい。また、水晶振動子１の形状は、音叉形でな
くともよく、例えば両端自由な棒状の形状でもよ
い。
よい。また、水晶振動子１の形状は、音叉形でな
くともよく、例えば両端自由な棒状の形状でもよ
い。
以上説明したように、本発明によればひとつの
水晶振動子を使用するもので、構成が簡単で、か
つ、消費電力の少ない温度センサが実現できる。
水晶振動子を使用するもので、構成が簡単で、か
つ、消費電力の少ない温度センサが実現できる。
また、本発明においては、水晶振動子を作る水
晶基板として、特に厚さが0.025〜0.2mmの範囲で
あつて、Ｚ板を基準としてＸ軸に対する回転角φ
が±70゜、Ｙ軸に対する回転角θが±70゜の範囲の
ものを用いるようにしたことより、見掛け上の温
度係数（α1＋α2）が大きな値となり、検出感度の
高い温度センサを提供することができる。
晶基板として、特に厚さが0.025〜0.2mmの範囲で
あつて、Ｚ板を基準としてＸ軸に対する回転角φ
が±70゜、Ｙ軸に対する回転角θが±70゜の範囲の
ものを用いるようにしたことより、見掛け上の温
度係数（α1＋α2）が大きな値となり、検出感度の
高い温度センサを提供することができる。
第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブ
ロツク図、第２図は水晶振動子の屈曲振動の説明
図、第３図は水晶振動子のねじり振動の説明図、
第４図は屈曲振動の共振周波数の１次温度係数α1
を示す線図、第５図はねじり振動の共振周波数の
１次温度係数α2を示す線図、第６図は水晶振動子
を封入する場合の一例を示す構成斜視図、第７図
及び第８図は水晶振動子に設ける電極の形成例を
示す説明図である。 １……水晶振動子、OSC１，OSC２……自励
発振ループ、４……加算回路、５……演算表示回
路。
ロツク図、第２図は水晶振動子の屈曲振動の説明
図、第３図は水晶振動子のねじり振動の説明図、
第４図は屈曲振動の共振周波数の１次温度係数α1
を示す線図、第５図はねじり振動の共振周波数の
１次温度係数α2を示す線図、第６図は水晶振動子
を封入する場合の一例を示す構成斜視図、第７図
及び第８図は水晶振動子に設ける電極の形成例を
示す説明図である。 １……水晶振動子、OSC１，OSC２……自励
発振ループ、４……加算回路、５……演算表示回
路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 測定温度個所に設置される水晶振動子、 この水晶振動子を含み当該水晶振動子を屈曲振
動させる第１の自励発振ループ、 前記水晶振動子を含み当該水晶振動子をねじり
振動させる第２の自励発振ループ、 前記第１の自励発振ループから得られる共振周
波数信号ｆ１と前記第２の自励発振ループから得
られる共振周波数信号ｆ２とを入力し両周波数信
号の比を求める演算を含む所定の演算を行い測定
温度信号を出力する演算回路を具備し、 前記水晶振動子を作る水晶基板として、その厚
さが0.025〜0.2mmの範囲であつて、Ｚ板を基準と
してＸ軸に対する回転角φが±70゜、Ｙ軸に対す
る回転角θが±70゜の範囲のものを用いたことを
特徴とする温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24051983A JPS60131433A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24051983A JPS60131433A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 温度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131433A JPS60131433A (ja) | 1985-07-13 |
| JPH0544612B2 true JPH0544612B2 (ja) | 1993-07-06 |
Family
ID=17060729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24051983A Granted JPS60131433A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131433A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02181619A (ja) * | 1989-01-06 | 1990-07-16 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電センサ及び温度測定装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5594122A (en) * | 1979-01-12 | 1980-07-17 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Thermometer |
| JPS56158928A (en) * | 1980-05-13 | 1981-12-08 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Temperature detector |
| JPS5726723A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-12 | Seiko Epson Corp | Crystal thermometer |
| JPS5797419A (en) * | 1980-12-10 | 1982-06-17 | Seiko Epson Corp | Quartz thermometer |
| JPS5857812A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-06 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 温度検出用音叉型水晶振動子 |
| JPS58113730A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-06 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 電子体温計 |
-
1983
- 1983-12-20 JP JP24051983A patent/JPS60131433A/ja active Granted
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5594122A (en) * | 1979-01-12 | 1980-07-17 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Thermometer |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60131433A (ja) | 1985-07-13 |
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