JPH0641887B2 - SAW force sensor - Google Patents

SAW force sensor

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JPH0641887B2
JPH0641887B2 JP24101585A JP24101585A JPH0641887B2 JP H0641887 B2 JPH0641887 B2 JP H0641887B2 JP 24101585 A JP24101585 A JP 24101585A JP 24101585 A JP24101585 A JP 24101585A JP H0641887 B2 JPH0641887 B2 JP H0641887B2
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oscillator
saw
acoustic wave
surface acoustic
delay line
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良文 高橋
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Anritsu Corp
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、応力・圧力・歪み・変位などの力学的な物
理量を測定したり、検出したりするために使用するフォ
ースセンサに係り、特に固体物質の表面を伝搬する表面
弾性波(SAW:Surface Acousic Wave)を利用したS
AW遅延線の感圧機能を応用したSAWフォースセンサ
に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a force sensor used for measuring or detecting a mechanical physical quantity such as stress, pressure, strain, displacement, etc. S using surface acoustic wave (SAW: Surface Acousic Wave) propagating on the surface of solid material
The present invention relates to a SAW force sensor that applies the pressure-sensitive function of an AW delay line.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

応力・変位・歪み・圧力等の力学的な物理量を測定する
センサにおいては、抵抗値が加えた歪みにより変化する
歪みゲージが広く使用されている。この歪みゲージは一
般には、ばね材料に貼りつけて使用されている。従来、
力学的な物理量を検出するには、歪みゲージと抵抗器で
ホイートストンブリッジを構成し、該歪みゲージの抵抗
値変化を電圧変化に変換して出力するという方法が採ら
れている。また、この他に、半導体に形成された拡散抵
抗の応力による抵抗値変化を利用たものもある。このタ
イプのセンサは前記歪みゲージと同じくホイートストン
ブリッジを構成し、抵抗値変化を電圧変化として出力す
る方法が採られている。この種のセンサの大きな特徴
は、シリコン基板を用い、同一基板上に感圧部と信号検
出用の電気回路を集積化している点にある。また、温度
変化に対する温度補償も半導体の感温機能を利用して同
一基板上で行っている。このように、半導体の拡散抵抗
を利用したタイプのセンサは、より実用的なセンサであ
り、また、小形化・量産化の進んだセンサである。
Strain gauges whose resistance value changes according to strain applied are widely used in sensors that measure mechanical physical quantities such as stress, displacement, strain, and pressure. This strain gauge is generally used by being attached to a spring material. Conventionally,
In order to detect a mechanical physical quantity, a method of forming a Wheatstone bridge with a strain gauge and a resistor, converting a resistance value change of the strain gauge into a voltage change and outputting the voltage change is adopted. In addition to the above, there is also one that utilizes a change in resistance value due to stress of diffusion resistance formed in a semiconductor. This type of sensor employs a method of forming a Wheatstone bridge like the strain gauge and outputting a change in resistance value as a change in voltage. A major feature of this type of sensor is that a silicon substrate is used and a pressure sensitive portion and an electric circuit for signal detection are integrated on the same substrate. Further, temperature compensation for temperature changes is also performed on the same substrate by utilizing the temperature sensing function of the semiconductor. As described above, the sensor of the type that uses the diffusion resistance of the semiconductor is a more practical sensor, and is a sensor that has been downsized and mass-produced.

物体の応力と歪みの関係は、一義的に定まるので、応力
と歪みを特に区別しないで同義的に用いることがある。
例えば、応力センサと歪みセンサとが同じであるような
例を挙げることができる。そこで、この発明では、フォ
ースセンサという語を用いることとする。
Since the relationship between the stress and the strain of an object is uniquely determined, the stress and the strain may be used synonymously without any particular distinction.
For example, an example in which the stress sensor and the strain sensor are the same can be given. Therefore, in this invention, the term force sensor is used.

また、その他にフォースセンサに属する技術としてSA
W遅延線の感圧機能を利用したものがある。このSAW
遅延線には、表面弾性波の伝搬する部分に応力を加える
と、SAWの伝搬速度が力の大きさに比例して変化し、
その結果、SAW遅延線の遅延時間が変化するという性
質を所持した圧電性基板が用いられている。この特性を
有するSAW遅延線を用いて発振器を構成すると、加え
た力に比例した周波数変化量を出力するSAWフォース
センサを実現できる。このようにして実現されたSAW
フォースセンサは、分解能が良好であり、従来の抵抗値
変化を利用した各種のフォースセンサに比べ精度が高い
センサにすることができる。また、センサを構成するS
AW発振器は、センサ部を兼ねているSAW遅延線と増
幅器とにより簡単に構成できるという大きな特徴があ
る。
In addition, SA is another technology that belongs to force sensors.
Some use the pressure-sensitive function of the W delay line. This SAW
When stress is applied to the delay line where the surface acoustic wave propagates, the SAW propagation velocity changes in proportion to the magnitude of the force.
As a result, a piezoelectric substrate having the property that the delay time of the SAW delay line changes is used. If the oscillator is configured using the SAW delay line having this characteristic, it is possible to realize the SAW force sensor that outputs the frequency change amount proportional to the applied force. SAW realized in this way
The force sensor has good resolution, and can be a sensor with higher accuracy than various types of force sensor using the conventional resistance change. In addition, S that constitutes the sensor
The AW oscillator has a great feature that it can be easily configured by a SAW delay line also serving as a sensor section and an amplifier.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

SAWセンサはフォースセンサに限らず、その大多数が
SAW発振回路を構成し、この発振回路の固有発振周波
数の変化によって測定量を表示する方式である。このよ
うに、周波数の変化量を表示する方式としているのは、
SAW遅延線自体が受動的なデバイスであり、自発的に
エネルギーを放出したり、あるいは、被測定物の放出エ
ネルギーを他の形に変換して出力したりするタイプのデ
バイスではないためである。したがって、SAW遅延線
をセンサに用いる場合には、まず、SAW遅延線が安定
に動作する状態、すなわち、SAW遅延線を発振素子と
し、つまり、該SAW遅延線と共働し、該SAW遅延線
の固有振動数で定常発振する状態を作る必要がある。
The SAW sensor is not limited to the force sensor, but the majority of the SAW sensor constitutes a SAW oscillation circuit, and the measured amount is displayed by a change in the natural oscillation frequency of the oscillation circuit. In this way, the method of displaying the amount of change in frequency is
This is because the SAW delay line itself is a passive device, and is not a device of the type that spontaneously emits energy or that converts the emitted energy of the DUT into another form and outputs it. Therefore, when the SAW delay line is used for the sensor, first, the SAW delay line operates in a stable state, that is, the SAW delay line is used as an oscillating element, that is, the SAW delay line works in cooperation with the SAW delay line. It is necessary to create a state of steady oscillation at the natural frequency of.

しかし、SAW遅延線に用いる圧電性基板は、SAW速
度の温度係数を持っているため、周囲温度に敏感に反応
する性質を有し、発振器を構成した場合には固有発振周
波数が変動するという問題がある。よって、より高感度
のセンサにするには、この周囲温度による周波数の変動
を補償する方法が必要となる。また、SAW遅延線の経
時変化による発振周波数の変動も同時に補償することが
必要になる。
However, since the piezoelectric substrate used for the SAW delay line has a temperature coefficient of SAW velocity, it has a property of reacting sensitively to ambient temperature, and when an oscillator is constructed, the natural oscillation frequency fluctuates. There is. Therefore, in order to obtain a sensor with higher sensitivity, a method of compensating for the frequency fluctuation due to the ambient temperature is required. It is also necessary to simultaneously compensate for fluctuations in the oscillation frequency due to changes over time in the SAW delay line.

したがって、温度や経時変化による変動を補償する必要
性から従来のSAWフォースセンサにおいては、2つの
発振器を、実質的に同一もしくは対称(合同)の形状を
した2つのSAW遅延線を用いて構成し、一方を温度や
経時変化の補償用、他方を力の検出用として用い、それ
ぞれの発振回路のうなり信号を取り出す方法で行なわれ
ている。しかしながら、この方法では、より高精度を有
するセンサとして機能を果たすことができないため、他
の方法が必要になってきた。
Therefore, in the conventional SAW force sensor, two oscillators are configured by using two SAW delay lines each having substantially the same or symmetrical (congruent) shape because of the necessity of compensating for the variation due to temperature and aging. The one is used for compensating for changes in temperature and aging, and the other is used for detecting force, and a beat signal of each oscillation circuit is extracted. However, this method cannot function as a sensor with higher accuracy, and thus another method is needed.

〔問題を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、この発明では、加えた力によりSAW速度が変
化する特性を有する圧電性基板を用い、この基板上にS
AWを送信及び受信するための電極(交差指形電極とも
IDTともいう。TDTはInterdigital Transducerの
略)を設けるとともに、例えば、この2つの電極、つま
り送信用電極と受信用電極との間に、入力した電力に応
じて発熱する発熱抵抗体を設け、構造的には実質的に同
一か、または対称(合同)な2つのSAW遅延線で2つ
の発振器を構成するようにし、一方の発振器は温度及び
経時変化の補償用として、他方の発振器は力の検出用と
して使用することとした。なお、発熱抵抗体は圧電性基
板上の送信用電極と受信用電極の間のSAWが伝搬する
面に熱が伝われば良いので、圧電性基板のどこに設けて
も良いが、前述のように、送信用電極と受信用電極の間
に設けるのが応答速度の面からは良い。また、2つの発
熱抵抗体は同一の抵抗値をもつものとする。
Therefore, in the present invention, a piezoelectric substrate having a characteristic that the SAW speed changes with an applied force is used.
An electrode for transmitting and receiving an AW (also called an interdigitated electrode or IDT. TDT is an abbreviation for Interdigital Transducer) is provided, and, for example, between these two electrodes, that is, a transmitting electrode and a receiving electrode, A heating resistor that generates heat according to the input power is provided, and two SAW delay lines that are structurally substantially the same or symmetrical (congruent) constitute two oscillators. And for compensating for changes with time, the other oscillator was used for detecting force. It should be noted that the heat generating resistor may be provided anywhere on the piezoelectric substrate, as long as heat can be transmitted to the surface of the piezoelectric substrate where the SAW propagates between the transmitting electrode and the receiving electrode, but as described above, It is preferable to provide it between the transmitting electrode and the receiving electrode in terms of response speed. Further, the two heating resistors have the same resistance value.

さらに、このように構成された温度及び経時変化の補償
用として発振器と、基準周波数発振器、位相比較器、ロ
ーパスフィルタによりフェーズロックループ回路(PL
L:Phase−Locked Loop回路)を構成した。
Further, a phase-locked loop circuit (PL) is constructed by an oscillator, a reference frequency oscillator, a phase comparator, and a low-pass filter for compensating for temperature and aging variation configured as described above.
L: Phase-Locked Loop circuit).

このPLL回路においては、基準周波数発振器の発振周
波数に補償用SAW発振器の発振周波数が追随するよう
にしてあり、該追随したとき、補償用のSAW遅延線上
にある発熱抵抗体に電流が流れる。この電流は、温度、
経時変化によるSAW発振器の発振周波数のゆらぎを補
償するためのもので、これはSAW発振器の感温機能に
基づき、発熱抵抗体によるSAW遅延線の温度変化を利
用している。このSAW発振器は、通常PLL回路を構
成する電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled O
scillator)に相当する。
In this PLL circuit, the oscillation frequency of the compensation SAW oscillator is made to follow the oscillation frequency of the reference frequency oscillator, and when it follows, a current flows through the heating resistor on the compensation SAW delay line. This current is the temperature,
This is to compensate for fluctuations in the oscillation frequency of the SAW oscillator due to changes over time. This utilizes the temperature change of the SAW delay line due to the heating resistor based on the temperature sensing function of the SAW oscillator. This SAW oscillator is usually a voltage controlled oscillator (VCO) that constitutes a PLL circuit.
scillator).

以上のような構成で得られる制御用の電流を、前記他方
の力の検出用としてのSAW発振器の構成要素の1つで
ある発熱抵抗体に流すことにより、温度及び経時変化を
補償したより高感度のSAWフォースセンサとして提供
することができる。
The control current obtained by the above-described configuration is passed through the heating resistor, which is one of the constituent elements of the SAW oscillator for detecting the other force, so that the temperature and the variation with time are compensated. It can be provided as a sensitive SAW force sensor.

〔作 用〕[Work]

すなわち、温度及び経時変化の補償用としてのSAW発
振器・基準周波数発振器・位相検出器・ローパスフィル
タで構成されるPLL回路と、力の検出用としてのSA
W発振器によりセンサを構成することで高精度のSAW
フォースセンサを実現することができる。
That is, a PLL circuit including a SAW oscillator, a reference frequency oscillator, a phase detector, and a low-pass filter for compensating for temperature and aging, and an SA for detecting force.
High-precision SAW by configuring the sensor with a W oscillator
A force sensor can be realized.

今、2つのSAW遅延線の表面温度が変化すると、それ
ぞれのSAW発振器は同量の周波数変化量を示す。これ
は、2つのSAW遅延線が互いに接近して設けられてい
るからである。この際、温度及び経時変化の補償用のS
AW発振器は、前記構成のPLL回路によって、基準周
波数発振器の発振信号と同一の発振周波数に引き戻され
る様に動作する。かかる動作をなさしめるため、本発明
では、補償用のSAW遅延線上に設けられた発熱抵抗体
に発熱に必要な電流を流しておき、この電流の値を前記
PLL回路の出力信号によって制御する方法を採ってい
る。かかる制御に基づき、この電流は、温度変動に応じ
た量となり、補償用のSAW発振器と同様な構成を採っ
ている力の検出用のSAW発振器を構成するSAW遅延
線上の発熱抵抗体にも同時に流され、検出用発振器とし
ての温度補償が可能となる。また、経時変化による2つ
のSAW発振器の周波数変化も同一構成であるため同等
に起こると考えられる。ここで、補償用の発振器で検出
した電流を検出用SAW遅延線上の発熱抵抗体に流すこ
とにより温度と同様なメカニズムで補償が可能となる。
Now, when the surface temperature of the two SAW delay lines changes, each SAW oscillator shows the same amount of frequency change. This is because the two SAW delay lines are provided close to each other. At this time, S for compensating for temperature and aging changes
The AW oscillator operates so as to be pulled back to the same oscillation frequency as the oscillation signal of the reference frequency oscillator by the PLL circuit having the above configuration. In order to perform such an operation, in the present invention, a current necessary for heat generation is made to flow through a heating resistor provided on a compensation SAW delay line, and the value of this current is controlled by an output signal of the PLL circuit. Is taking. Based on such control, this current becomes an amount according to the temperature fluctuation, and the heating resistor on the SAW delay line that constitutes the SAW oscillator for force detection, which has the same configuration as the SAW oscillator for compensation, simultaneously This allows the temperature to be compensated as a detecting oscillator. Further, it is considered that the frequency changes of the two SAW oscillators due to changes over time occur equally because they have the same configuration. Here, by flowing the current detected by the compensation oscillator through the heating resistor on the detection SAW delay line, compensation can be performed by a mechanism similar to that of temperature.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明に使用するSAW遅延線の一実施例を
示す。第1及び第2の圧電性基板1a,1b(別体でも同一
の基板でもよい)上に、それぞれSAWを発射するため
の第1及び第2の送信用電極2a,2b,と、この第1及び
第2の送信用電極2a,2bからそれぞれ発射されたSAW
を受信するための第1及び第2の受信用電極3a,3bを設
け、構造的に、かつ、実質的に同一か、あるいは、対称
(合同)である第1及び第2のSAW遅延線4a,4bを形
成する。また、第1及び第2の遅延線4a,4b上には、S
AWを伝搬する部分に外部からの電力を吸収して発熱す
る第1及び第2の発熱抵抗体5a,5bを設ける。第1及び
第2の圧電性基板1a,1bは基板固定部材6に固定する。
第1の送信用電極2aと第1の受信用電極3aは第1の増幅
器(発振器)7aに、また、第2の送信用電極2bと第2の
受信用電極3bは第2の増幅器(発振器)7bにそれぞれ接
続され、第1及び第2のSAW発振器8a,8bを形成す
る。そして、第1の送信用電極2a、第1の受信用電極3
a、第1の増幅器(発振器)7aで構成される第1のSA
W発振器8aを温度及び経時変化の補償用として、また、
第2の送信用電極2b、第2の受信用電極3b、第2の増幅
器(発振器)7bで構成される第2のSAW発振器8bを力
の検出用として使用する。全ての電極のそれぞれ一方は
接地電位に接続されている。また、第1と第2の発熱抵
抗体5a,5b直列に接続され、該第1の発熱抵抗体5aの他
方は周波数コントロール端子9に、第2の発熱抵抗体5b
の他方は接地電位に接続されている。以上のような構成
による第2のSAW遅延線に測定すべき力を作用させる
手段10を用いて力を加える。
FIG. 1 shows an embodiment of the SAW delay line used in the present invention. On the first and second piezoelectric substrates 1a and 1b (which may be separate or the same substrate), first and second transmitting electrodes 2a and 2b for emitting SAW, and the first and second transmitting electrodes 2a and 2b, respectively. And the SAWs emitted from the second transmitting electrodes 2a and 2b, respectively.
First and second SAW delay lines 4a that are structurally and substantially the same or symmetrical (congruent) are provided by providing first and second receiving electrodes 3a and 3b for receiving , 4b are formed. In addition, S is provided on the first and second delay lines 4a and 4b.
First and second heat generating resistors 5a and 5b which absorb electric power from the outside and generate heat are provided in a portion where AW is propagated. The first and second piezoelectric substrates 1a and 1b are fixed to the substrate fixing member 6.
The first transmitting electrode 2a and the first receiving electrode 3a are the first amplifier (oscillator) 7a, and the second transmitting electrode 2b and the second receiving electrode 3b are the second amplifier (oscillator). ) 7b, respectively, to form first and second SAW oscillators 8a, 8b. Then, the first transmitting electrode 2a and the first receiving electrode 3
a, the first SA composed of the first amplifier (oscillator) 7a
W oscillator 8a is used for compensation of temperature and aging,
A second SAW oscillator 8b including a second transmitting electrode 2b, a second receiving electrode 3b, and a second amplifier (oscillator) 7b is used for force detection. One of all electrodes is connected to ground potential. The first and second heating resistors 5a and 5b are connected in series, and the other of the first heating resistors 5a is connected to the frequency control terminal 9 and the second heating resistor 5b.
The other of is connected to the ground potential. The force is applied by using the means 10 for exerting the force to be measured on the second SAW delay line having the above-mentioned configuration.

第2図は、本発明のSAWフォースセンサの一実施例を
示す。第1の圧電性基板1aの上に、第1の送信用電極2a
と第1の受信用電極3a及び第1の発熱抵抗体5aを形成
し、温度及び経時変化の補償用の第1のSAW遅延線4a
とする。該第1の送信用と受信用の電極2a,3aのそれぞ
れの一方は接地電位に、また、他方はそれぞれ第1の増
幅器(発振器)7aに接続され、補償用の第1のSAW発
振器8aを構成する。この第1のSAW発振器8aの出力
は、第1の出力バッファ11aを介して外部に取り出され
る。第1の出力バッファ11aを介して出力される信号
は、基準周波数数発振器12の出力信号と位相比較器13に
より位相と周波数が比較され、その比較結果は電圧とし
て出力される。そして、位相比較器13より出力される誤
差電圧は、フィードバックする手段14内にあるローパス
フィルタに入力され、低周波成分だけが抽出され出力さ
れる。この出力信号を補償用の第1のSAW発振器8aの
第1の発熱抵抗体5aにフィードバックすると、該補償用
の第1のSAW発振器8aの発振信号は、前記基準周波数
発振器12の発振周波数と一致した周波数及び位相とな
る。このようにして、フェーズロックループ(PLL)
回路(15)を構成する。ここで、第1の発熱抵抗体5aに
は、前もって一定の発熱用電流を流しておき、該PLL
回路から出力された信号でこれを増減して温度補償を実
現する。次に圧電性基板1b、第2の送信用電極2b、第2
の受信用電極3b及び第2の発熱抵抗体5bで力の検出用の
第2のSAW遅延線4bを構成する。これらの電極のそれ
ぞれ一方は接地電位に接続され、他方はそれぞれ第2の
増幅器(発振器)7bに接続され、検出用の第2のSAW
発振器8bを構成しているのである。この第2のSAW発
振器8bを構成する第2のSAW遅延線4bに測定すべき力
を作用させる手段10を用いて力を加えると、該第2のS
AW発振器8bは力に応じた周波数変化を示す。この第2
のSAW発振器8bの出力信号は、第2の出力バッファ11
bを介し発振周波数を計測する手段、例えば、市販の周
波数カウンタ16に入力する。検出用の第2のSAW遅延
線4b上に設けた第2の発熱抵抗体5bに、PLL回路で得
られた補償用の制御電流を流すことにより、温度及び経
時変化を補償した高感度のSAWフォースセンサが構成
できる。
FIG. 2 shows an embodiment of the SAW force sensor of the present invention. The first transmission electrode 2a is formed on the first piezoelectric substrate 1a.
And a first receiving electrode 3a and a first heating resistor 5a are formed, and a first SAW delay line 4a for compensating for temperature and aging is formed.
And One of the first transmitting and receiving electrodes 2a and 3a is connected to the ground potential, and the other is connected to the first amplifier (oscillator) 7a, respectively, and the first SAW oscillator 8a for compensation is connected to the first SAW oscillator 8a. Constitute. The output of the first SAW oscillator 8a is taken out to the outside via the first output buffer 11a. The signal output through the first output buffer 11a is compared in phase and frequency by the output signal of the reference frequency oscillator 12 and the phase comparator 13, and the comparison result is output as a voltage. Then, the error voltage output from the phase comparator 13 is input to the low-pass filter in the feedback means 14, and only the low frequency component is extracted and output. When this output signal is fed back to the first heating resistor 5a of the compensation first SAW oscillator 8a, the oscillation signal of the compensation first SAW oscillator 8a matches the oscillation frequency of the reference frequency oscillator 12. Frequency and phase. In this way, the phase-locked loop (PLL)
It constitutes the circuit (15). Here, a constant current for heat generation is previously applied to the first heat generating resistor 5a,
Temperature compensation is realized by increasing or decreasing this with a signal output from the circuit. Next, the piezoelectric substrate 1b, the second transmitting electrode 2b, the second
A second SAW delay line 4b for force detection is constructed by the receiving electrode 3b and the second heating resistor 5b. One of these electrodes is connected to the ground potential, and the other is connected to the second amplifier (oscillator) 7b, and the second SAW for detection is used.
This constitutes the oscillator 8b. When a force is applied to the second SAW delay line 4b constituting the second SAW oscillator 8b using the means 10 for applying the force to be measured, the second SW delay line 4b
The AW oscillator 8b exhibits a frequency change according to the force. This second
The output signal of the SAW oscillator 8b of the second output buffer 11
It is input to a means for measuring the oscillation frequency via b, for example, a commercially available frequency counter 16. A high-sensitivity SAW that compensates for temperature and aging by flowing a control current for compensation obtained by the PLL circuit through the second heating resistor 5b provided on the second SAW delay line 4b for detection. A force sensor can be configured.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、述べたように、本発明によるSAWフォースセン
サは、補償用のSAW発振器を用いてPLL回路を構成
し、温度及び経時変化に伴うセンサの特性を電流値で検
出して、該電流を検出用の発振器にフィードバックする
ため高性能なセンサとすることができる。これらセンサ
の補償は圧電性基板の有する精度を良好な温度特性を利
用するため、センサの力に対する感度を損なわずに行な
える。
As described above, in the SAW force sensor according to the present invention, the PLL circuit is configured using the SAW oscillator for compensation, and the characteristics of the sensor with temperature and changes with time are detected by the current value, and the current is detected. It is a high-performance sensor because it is fed back to the oscillator for use. The compensation of these sensors can be performed without impairing the sensitivity of the sensor to the force because the accuracy of the piezoelectric substrate is utilized by utilizing good temperature characteristics.

また、フィードバックする手段内のローパスフィルタか
ら出力される電流値は主に温度変化に基づく出力値であ
るため、センサの温度検出用の信号としても利用でき
る。
Further, since the current value output from the low-pass filter in the feedback means is an output value mainly based on the temperature change, it can be used as a signal for detecting the temperature of the sensor.

さらに、本発明のSAWフォースセンサは、デジタル信
号処理に適した周波数値を測定値として出力するためマ
イクロコンピュータを用いた計測及び制御に直接利用で
きる。さらにまた、本発明によるSAWフォースセンサ
は、圧電性基板の良好な感圧特性を利用しているため、
高感度を有するセンサとすることができる。
Furthermore, since the SAW force sensor of the present invention outputs a frequency value suitable for digital signal processing as a measurement value, it can be directly used for measurement and control using a microcomputer. Furthermore, since the SAW force sensor according to the present invention utilizes the good pressure-sensitive characteristics of the piezoelectric substrate,
The sensor can have high sensitivity.

したがって、本発明によるSAWフォースセンサは産業
上利用価値の高いものである。
Therefore, the SAW force sensor according to the present invention has high industrial utility value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明のSAWフォースセンサを構成するS
AW遅延線の一実施例を示す。 第2図は、本発明のSAWフォースセンサの一実施例を
示す。 図において、1a,1bは第1及び第2の圧電性基板、2a,
2bは第1及び第2の送信用電極、3a,3bは第1及び第2
の受信用電極、4a,4bは第1及び第2のSAW遅延線、
5a,5bは第1及び第2の発熱抵抗体、6は基板固定部
材、7a,7bは第1及び第2の増幅器(発振器)、8a,8b
は第1及び第2のSAW発振器、9は周波数コントロー
ル端子、10は測定すべき力を作用させる手段、11a,11b
は第1及び第2の出力バッファ、12は基準周波数発振
器、13は位相比較器、14はフィードバックする手段、15
はフェーズロックループ回路、16は発振周波数を計測す
る手段(周波数カウンタ)をそれぞれ示す。
FIG. 1 shows S constituting the SAW force sensor of the present invention.
An example of an AW delay line is shown. FIG. 2 shows an embodiment of the SAW force sensor of the present invention. In the figure, 1a and 1b are the first and second piezoelectric substrates, and 2a and
2b is the first and second transmitting electrodes, and 3a and 3b are the first and second transmitting electrodes.
Receiving electrodes, 4a and 4b are the first and second SAW delay lines,
5a and 5b are first and second heating resistors, 6 is a substrate fixing member, 7a and 7b are first and second amplifiers (oscillators), and 8a and 8b.
Is a first and second SAW oscillator, 9 is a frequency control terminal, 10 is a means for exerting a force to be measured, 11a and 11b
Is a first and second output buffer, 12 is a reference frequency oscillator, 13 is a phase comparator, 14 is a means for feeding back, 15
Is a phase-locked loop circuit, and 16 is a means (frequency counter) for measuring the oscillation frequency.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外部からの電力を吸収して発熱する第1の
発熱抵抗体(5a)を有する第1の圧電性基板(1a)と、該第
1の圧電性基板の上に設けられ第1の表面弾性波の発射
する第1の送信用電極(2a)と、前記第1の圧電性基板の
上に設けられ前記第1の表面弾性波を受信する第1の受
信用電極(3a)とからなる第1の表面弾性波遅延線(4a)
と; 該第1の表面弾性波遅延線と共働し、該第1の表面弾性
波遅延線の固有振動数で発振する第1の発振器(8a)と; 前記第1の発熱抵抗体に直列に接続された第2の発熱抵
抗体(5b)を有する第2の圧電性基板(1b)と、該第2の圧
電性基板の上に設けられ第2の表面弾性波を発射する第
2の送信用電極(2b)と、前記第2の圧電性基板の上に設
けられ前記第2の表面弾性波を受信する第2の受信用電
極(3b)とからなり、前記第1の表面弾性波遅延線に隣接
して置かれ、かつ、実質的に合同の形状をした第2の表
面弾性波遅延線(4b)と; 該第2の表面弾性波遅延線と共働し、該第2の表面弾性
波遅延線の固有振動数で発振する第2の発振器(8b)と; 基準周波数発振器(12)と; 該基準周波数発振器の出力信号の位相と、前記第1の発
振器の発振信号の位相とを比較し、その差に比例した誤
差電圧を出力する位相比較器(13)と、該位相比較器の出
力を前記第1及び第2の発熱抵抗体にフィードバックす
る手段(14)とからなり、前記第1の発振器の発振周波数
を前記基準周波数発振器の周波数に一致するようにされ
たフェーズロックループ回路(15)と; 前記第2の圧電性基板に測定すべき力を作用させる手段
(10)と; 前記第2の発振器の発振周波数を計測する手段(16)とを
具備し、前記第2の表面弾性波遅延線に加えられた外力
を検出するSAWフォースセンサ。
1. A first piezoelectric substrate (1a) having a first heating resistor (5a) which absorbs electric power from the outside to generate heat, and a first piezoelectric substrate (1a) provided on the first piezoelectric substrate. A first transmitting electrode (2a) for emitting a first surface acoustic wave and a first receiving electrode (3a) provided on the first piezoelectric substrate for receiving the first surface acoustic wave. First surface acoustic wave delay line consisting of and (4a)
A first oscillator (8a) that cooperates with the first surface acoustic wave delay line and oscillates at the natural frequency of the first surface acoustic wave delay line; and a first oscillator (8a) in series with the first heating resistor. A second piezoelectric substrate (1b) having a second heating resistor (5b) connected to it, and a second piezoelectric substrate (1b) provided on the second piezoelectric substrate and emitting a second surface acoustic wave. The first surface acoustic wave includes a transmitting electrode (2b) and a second receiving electrode (3b) which is provided on the second piezoelectric substrate and receives the second surface acoustic wave. A second surface acoustic wave delay line (4b) placed adjacent to the delay line and having a substantially congruent shape; cooperating with the second surface acoustic wave delay line, A second oscillator (8b) oscillating at the natural frequency of the surface acoustic wave delay line; a reference frequency oscillator (12); a phase of an output signal of the reference frequency oscillator and a phase of an oscillation signal of the first oscillator. And A phase comparator (13) for comparing and outputting an error voltage proportional to the difference, and means (14) for feeding back the output of the phase comparator to the first and second heating resistors, A phase-locked loop circuit (15) adapted to match the oscillation frequency of the first oscillator with the frequency of the reference frequency oscillator; and means for exerting a force to be measured on the second piezoelectric substrate.
A SAW force sensor comprising: (10); and a means (16) for measuring an oscillation frequency of the second oscillator, for detecting an external force applied to the second surface acoustic wave delay line.
【請求項2】前記第1の圧電性基板(1a)と前記第2の圧
電性基板(1b)が一枚の基板であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載のSAWフォースセンサ。
2. The SAW force sensor according to claim 1, wherein the first piezoelectric substrate (1a) and the second piezoelectric substrate (1b) are one substrate. .
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