JPH0641888B2 - SAW force sensor - Google Patents

SAW force sensor

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Publication number
JPH0641888B2
JPH0641888B2 JP26905285A JP26905285A JPH0641888B2 JP H0641888 B2 JPH0641888 B2 JP H0641888B2 JP 26905285 A JP26905285 A JP 26905285A JP 26905285 A JP26905285 A JP 26905285A JP H0641888 B2 JPH0641888 B2 JP H0641888B2
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JP
Japan
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saw
delay line
oscillator
acoustic wave
piezoelectric substrate
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JP26905285A
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良文 高橋
幸一郎 宮城
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Anritsu Corp
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Publication date
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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 Acoustic Wave)を利用したS
AW遅延線の感圧特性・感温特性を応用したSAWフォ
ースセンサに関する。
The present invention relates to a force sensor used for measuring and detecting a mechanical physical quantity such as stress, pressure, strain, displacement, etc. S using surface acoustic wave (SAW: Surface Acoustic Wave) propagating on the surface of a substance
The present invention relates to a SAW force sensor that applies the pressure-sensitive and temperature-sensitive characteristics 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、該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、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。
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 the strain gauge and a resistor and converting a resistance value change of the strain gauge into a voltage change and outputting the voltage change is adopted.

また、この他に、半導体に形成された拡散抵抗の抵抗値
が応力によって変化することに鑑み、かかる抵抗値の変
化を利用したものもある。このタイプのセンサは、前記
歪みゲージと同様にホイートストンブリッジを構成し、
抵抗値の変化を電圧として出力する方法が採られている
が、大きな特徴は、シリコン基板を用いているため同一
基板上に感圧部と信号検出器用の電気回路を集積化で
き、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で行っていることである。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。
In addition to this, in consideration of the fact that the resistance value of the diffusion resistance formed in the semiconductor changes due to stress, there is also one that utilizes such a change in resistance value. This type of sensor comprises a Wheatstone bridge similar to the strain gauge,
Although the method of outputting the change in resistance value as voltage is adopted, the major feature is that the silicon substrate is used, so that the pressure sensitive part and the electric circuit for the signal detector can be integrated on the same substrate. Temperature compensation for changes is also performed on the same substrate using the temperature sensing function of the semiconductor. Thus, 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.

さらに、その他にフォースセンサに属する技術として
は、SAW遅延線の感圧機能を利用したものがある。こ
の場合、SAW遅延線には、表面弾性波の伝搬する部分
に力を加えると、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
るという特性を持っ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、か
つ、従来の抵抗値変化を利用した各種フォースセンサに
比べ精度の高いセンサにすることができる。また、セン
サを構成するSAW発振器は、センサ部に兼ねているS
AW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。
Further, as another technique belonging to the force sensor, there is a technique utilizing the pressure sensitive function of the SAW delay line. In this case, when a force is applied to the SAW delay line where the surface acoustic wave propagates, the SAW propagation velocity changes in proportion to the magnitude of the force, and as a result, the delay time of the SAW delay line changes. A piezoelectric substrate having characteristics is used. When an oscillator is constructed using a SAW delay line having this characteristic, a SAW that outputs a frequency change amount proportional to the applied force.
A force sensor can be realized. The SAW force sensor realized in this manner has a good resolution and can be a sensor with higher accuracy than the conventional force sensors that utilize changes in resistance value. In addition, the SAW oscillator that constitutes the sensor has an S
It has a great feature that it can be easily constructed by an AW delay line and an amplifier.

SAWフォースセンサは、その大多数がSAW発振回路
を構成し、該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、該SAW発振回路を
構成している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。
The majority of the SAW force sensor is a SAW oscillation circuit, and the measured amount is displayed by a change in the natural oscillation frequency of the oscillation circuit. The method of displaying the amount of change in frequency is such that the SAW delay line itself that constitutes the SAW oscillation circuit is a passive device and spontaneously emits energy or is measured. This is because it is not a type of device that converts the emitted energy of a substance into another form and outputs it.

したがって、SAWフォースセンサに限らず、SAW遅
延線をセンサに用いる場合には、SAW遅延線が安定に
動作する状態、すなわち、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SAW発振器
を構成する必要がある。
Therefore, when the SAW delay line is used not only for the SAW force sensor but also for the sensor, the SAW delay line operates in a stable state, that is, the SAW delay line works in cooperation with the SAW delay line to determine the natural frequency of the SAW delay line. It is necessary to configure a SAW oscillator that oscillates steadily.

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の発振
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、該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。
However, since the piezoelectric substrate used for the SAW delay line has a temperature coefficient of the SAW velocity, it has a property of reacting sensitively to the ambient temperature, and when the oscillator is constructed, the inherent oscillation frequency fluctuates. There's a problem. Therefore, in order to obtain a sensor with higher sensitivity, a method of compensating for frequency fluctuations due to the ambient temperature is required.

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。
It is also necessary to simultaneously compensate for fluctuations in the oscillation frequency due to changes over time in the SAW delay line.

そこで本願と同一の出願人は先に「SAWフォースセン
サ」を出願し、SAW発振器をSAW遅延線と増幅器で
構成し、温度や経時変化による変動を補償して良好な発
振安定度が得られるようにしたSAWフォースセンサを
示した。
Therefore, the same applicant as the present application first applied for the “SAW force sensor” and configured the SAW oscillator with a SAW delay line and an amplifier to compensate for fluctuations due to temperature and aging so that good oscillation stability can be obtained. The SAW force sensor shown in FIG.

すなわち、この良好な発振安定度が得られるSAWフォ
ースセンサは、発振回路を構成するSAW遅延線のSA
W伝搬速度を熱・力・電界等で積極的に変化させ、その
変化に伴うSAW発振器の発振周波数を検出して表示す
るセンサである。
That is, the SAW force sensor that can obtain this good oscillation stability is the SAW of the SAW delay line that constitutes the oscillation circuit.
It is a sensor that positively changes the W propagation speed by heat, force, electric field, etc., and detects and displays the oscillation frequency of the SAW oscillator due to the change.

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

しかしながら、このSAWフォースセンサは、その構成
上の制約から発振周波数の変化量を出力信号として用い
なければならないが、最近、従来の多くのフォースセン
サと同様に、測定量を電圧もしくは電流値として出力す
るアナログ信号出力タイプのSAWフォースセンサも切
望されている。
However, this SAW force sensor must use the amount of change in the oscillation frequency as an output signal due to its structural limitation. Recently, however, like many conventional force sensors, the measured amount is output as a voltage or current value. An analog signal output type SAW force sensor is also desired.

〔問題点を解決するための手段及び作用〕[Means and Actions for Solving Problems]

この発明では、加えた熱、及び、力によりSAW速度が
それぞれ直線性良く変化する圧電性基板を用い、この基
板上にSAW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。IDTはInterdigital Trans
ducerの略)を設けるとともに、例えば、SAWが伝搬
する2つの電極、つまり、送信用電極と受信用電極との
間に、外部から供給された電力を吸収して発熱する発熱
抵抗体を設け、SAW遅延線を構成する。該発熱抵抗体
を設ける場所は、圧電性基板のSAWの伝搬する部分の
みには限定されず、圧電性基板のどこに設けてもよい。
しかし、センサの応答速度を考えると、SAWが伝搬す
る部分に設けるのが最良である。さらにSAW遅延線は
フォースセンサとして感圧機能をよくするため、基板固
定部材に固定し、片持ばりを形成する。
In the present invention, a piezoelectric substrate whose SAW velocity changes linearly with applied heat and force is used, and electrodes for transmitting and receiving SAW on this substrate (also referred to as interdigitated electrodes or IDTs). IDT is Interdigital Trans
and a heating resistor that absorbs electric power supplied from the outside to generate heat is provided between the two electrodes through which the SAW propagates, that is, the transmitting electrode and the receiving electrode. Configure the SAW delay line. The location where the heating resistor is provided is not limited to the SAW propagation portion of the piezoelectric substrate, and may be provided anywhere on the piezoelectric substrate.
However, considering the response speed of the sensor, it is best to provide it in the portion where the SAW propagates. Further, the SAW delay line is fixed to the substrate fixing member to form a cantilever beam in order to improve the pressure sensitive function as a force sensor.

そして、該SAW遅延線の送信用電極と受信用電極を増
幅器を介して接続し、正帰還回路によるSAW発振器を
構成する。このように構成されたSAW発振器はSAW
遅延線を形成している圧電性基板に、外部から力を加え
ると、SAW伝搬速度が変化し、その結果、発振周波数
が変化する。また、該SAW遅延線を形成する圧電性基
板に設けた発熱抵抗体に外部から電力を供給すると、該
発熱抵抗体の発する熱により、該圧電性基板の基板温度
が変化し、該SAW遅延線のSAW伝搬速度が変化す
る。この結果、前述した圧電性基板に外部から力を加え
る場合と同じくSAW発振器の発振周波数が変化する。
Then, the transmitting electrode and the receiving electrode of the SAW delay line are connected via an amplifier to form a SAW oscillator by a positive feedback circuit. The SAW oscillator configured as described above is a SAW oscillator.
When an external force is applied to the piezoelectric substrate forming the delay line, the SAW propagation velocity changes, and as a result, the oscillation frequency changes. Further, when power is externally supplied to the heating resistor provided on the piezoelectric substrate forming the SAW delay line, the substrate temperature of the piezoelectric substrate is changed by the heat generated by the heating resistor, and the SAW delay line is changed. The SAW propagation speed of is changed. As a result, the oscillation frequency of the SAW oscillator changes as in the case where a force is externally applied to the piezoelectric substrate.

そこで、該SAW発振器と、常に一定の発振周波数で発
振する基準周波数発振器と、該SAW発振器の出力発振
周波数と該基準周波数発振器の出力発振周波数とを比較
し、その比較出力である誤差周波数信号、すなわち、ビ
ート信号を出力する位相比較器と、この位相比較器の出
力を該SAW遅延線上の表面に設けられた発熱抵抗体に
帰還する手段とでPLL(フェーズロックループ)回路
を構成することにより、該SAW発振器の発振周波数を
一定にすることできるようにした。
Therefore, the SAW oscillator, a reference frequency oscillator that always oscillates at a constant oscillation frequency, an output oscillation frequency of the SAW oscillator and an output oscillation frequency of the reference frequency oscillator are compared, and an error frequency signal that is a comparison output, That is, by configuring a PLL (phase-locked loop) circuit with a phase comparator that outputs a beat signal and a means for feeding back the output of this phase comparator to the heating resistor provided on the surface of the SAW delay line. The oscillation frequency of the SAW oscillator can be made constant.

すなわち、前記PLL回路において、前記SAW発振器
を構成するSAW遅延線に測定すべき力が加わると、S
AW発振器の発振周波数が変化する。そして、この変化
した発振周波数は、前記基準周波数発振器の発振周波数
と位相比較器で比較され、両周波数の違いはその比較出
力、つまり、誤差周波数信号として出力される。この誤
差周波数信号をSAW遅延線の発熱抵抗体にフィードバ
ック信号として流すと、該発熱抵抗体は誤差周波数信号
の大きさに比例して発熱し、その熱によって圧電性基板
の基板温度が変化し、それに伴いSAW発振器の発振周
波数は測定すべき力が圧電性基板に加わる前の発振周波
数に引戻される。よって、この時、前記発熱抵抗体に流
れた電流値を検知することにより外部から加わった力を
検出することができる。
That is, in the PLL circuit, when a force to be measured is applied to the SAW delay line forming the SAW oscillator, S
The oscillation frequency of the AW oscillator changes. Then, the changed oscillation frequency is compared with the oscillation frequency of the reference frequency oscillator by the phase comparator, and the difference between the two frequencies is output as the comparison output, that is, the error frequency signal. When this error frequency signal is sent as a feedback signal to the heating resistor of the SAW delay line, the heating resistor generates heat in proportion to the magnitude of the error frequency signal, and the heat changes the substrate temperature of the piezoelectric substrate, Along with this, the oscillation frequency of the SAW oscillator is returned to the oscillation frequency before the force to be measured is applied to the piezoelectric substrate. Therefore, at this time, the force applied from the outside can be detected by detecting the value of the current flowing through the heating resistor.

以上、述べたように、感圧特性・感温特性を持つ圧電性
基板を使用し、この基板に外部から供給した電力で発熱
する発熱抵抗体を設けたSAW遅延線を形成し、さら
に、このSAW遅延線を固定して片持ばり構造とする。
このような構造を持つSAW遅延線を用いて発振器を構
成することにより、SAW遅延線を構成する圧電性基板
の例えば表面に設けられた発熱抵抗体への電力供給、あ
るいは、外部から前記圧電性基板に外力を加えることに
より、それぞれ独立にSAW発振器の発振周波数を変化
させることができる。したがって、前記感圧特性・感温
特性を持つSAW発振器と、基準周波数発振器と、該S
AW発振器の出力信号(発振周波数)と該基準周波数発
振器の出力信号(発振周波数)とを比較し、その比較結
果であるビート信号(誤差周波数信号)を出力する位相
比較器と、該位相比較器の出力信号をSAW遅延線の表
面に設けられた発熱抵抗体に帰還する手段とで前記SA
W発振器の発振周波数を一定にする機能を有するPLL
回路を構成すれば、この構成の装置はアナログ信号を出
力するSAWフォースセンサとなる。
As described above, the piezoelectric substrate having the pressure sensitive characteristic and the temperature sensitive characteristic is used, and the SAW delay line in which the heating resistor that generates heat by the power supplied from the outside is provided is formed on the piezoelectric substrate. The SAW delay line is fixed to form a cantilever structure.
By constructing an oscillator using the SAW delay line having such a structure, power is supplied to a heating resistor provided on, for example, the surface of the piezoelectric substrate that constitutes the SAW delay line, or the piezoelectricity is externally supplied. By applying an external force to the substrate, the oscillation frequency of the SAW oscillator can be changed independently. Therefore, the SAW oscillator having the pressure sensitive characteristic and the temperature sensitive characteristic, the reference frequency oscillator, and the S
A phase comparator that compares an output signal (oscillation frequency) of an AW oscillator with an output signal (oscillation frequency) of the reference frequency oscillator and outputs a beat signal (error frequency signal) that is the comparison result, and the phase comparator Means for returning the output signal of the SAW to the heating resistor provided on the surface of the SAW delay line.
PLL having a function of keeping the oscillation frequency of the W oscillator constant
If the circuit is configured, the device having this configuration serves as a SAW force sensor that outputs an analog signal.

この構成の装置において、前記SAW発振器を構成する
SAW遅延線に外部から力が加わると、前記SAW発振
器の発振周波数が変化する。この変化量は、位相比較器
において検出され、変化量に応じた大きさの誤差周波数
信号、つまり、ビート信号として出力される。該ビート
信号は、SAW遅延線の表面に設けられた発熱抵抗体に
加えられ、前記SAW発振器の発振周波数を、測定すべ
き外力が加えられる前の値に戻すフィードバック信号と
して作用する。この信号の大きさは測定すべき外力に応
じた値となるので、この信号によりSAW発振器の発振
周波数は一定に保たれる。また、このフィードバック信
号はアナログ信号であり、この信号を出力することによ
り、アナログ信号を出力するSAWフォースセンサが実
現できる。
In the device of this configuration, when an external force is applied to the SAW delay line that constitutes the SAW oscillator, the oscillation frequency of the SAW oscillator changes. This amount of change is detected by the phase comparator and output as an error frequency signal having a magnitude corresponding to the amount of change, that is, a beat signal. The beat signal is applied to a heating resistor provided on the surface of the SAW delay line, and acts as a feedback signal for returning the oscillation frequency of the SAW oscillator to a value before the external force to be measured is applied. Since the magnitude of this signal has a value according to the external force to be measured, this signal keeps the oscillation frequency of the SAW oscillator constant. Further, this feedback signal is an analog signal, and by outputting this signal, a SAW force sensor that outputs an analog signal can be realized.

〔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
示す図である。圧電性基板1の表面に、SAWを発射す
るための送信用電極2と、該送信用電極2から発射され
たSAWを受信するための受信用電極3とを設けてSA
W遅延線4を形成する。そして、該SAW遅延線4の表
面のSAWを伝搬する部分に発熱抵抗体5を設ける。こ
の発熱抵抗体5は圧電性基板1の表面においてSAWの
伝搬しない領域、あるいは圧電性基板1の裏面に設けて
もよい。このSAW遅延線4を形成した圧電性基板1は
基板固定部材6に固定し、片持ばりを形成する。そし
て、前記SAW遅延線4の送信用電極2の一方と、受信
用電極3の一方とを増幅器7を介して接続し、正帰還に
よるSAW発振器8を形成する。ここで、SAW遅延線
4上に設けられた発熱抵抗体5の一端は電力供給端子9
に、また、送信用電極2と受信用電極3の他方及び発熱
抵抗体5の他端は接地電位に接続する。以上のように構
成されるSAW遅延線4に、測定すべき力を作用させる
手段10を用い外力を加えることにより、SAW発振器8
の発振周波数は変化する。この発振周波数の変化量を外
部から加えた力に対応させることで基本的なSAWフォ
ースセンサを構成できる。このSAW発振器8には周波
数コントロール機能が備わっており、電力供給端子9に
外部から電力を供給して、SAW遅延線4の表面に設け
た発熱抵抗体5の発熱量をコントロールすることで周波
数コントロールができるようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a SAW delay line used in the present invention. On the surface of the piezoelectric substrate 1, a transmitting electrode 2 for emitting a SAW and a receiving electrode 3 for receiving the SAW emitted from the transmitting electrode 2 are provided.
The W delay line 4 is formed. Then, the heating resistor 5 is provided on the surface of the SAW delay line 4 where SAW is propagated. The heating resistor 5 may be provided on the surface of the piezoelectric substrate 1 where SAW does not propagate or on the back surface of the piezoelectric substrate 1. The piezoelectric substrate 1 on which the SAW delay line 4 is formed is fixed to the substrate fixing member 6 to form a cantilever beam. Then, one of the transmitting electrodes 2 of the SAW delay line 4 and one of the receiving electrodes 3 are connected via an amplifier 7 to form a SAW oscillator 8 by positive feedback. Here, one end of the heating resistor 5 provided on the SAW delay line 4 is connected to the power supply terminal 9
In addition, the other of the transmitting electrode 2 and the receiving electrode 3 and the other end of the heating resistor 5 are connected to the ground potential. An external force is applied to the SAW delay line 4 configured as described above by using a means 10 for exerting a force to be measured, so that the SAW oscillator 8
The oscillation frequency of changes. A basic SAW force sensor can be configured by making the amount of change in the oscillation frequency correspond to the force applied from the outside. The SAW oscillator 8 has a frequency control function, and the frequency is controlled by externally supplying power to the power supply terminal 9 to control the amount of heat generated by the heating resistor 5 provided on the surface of the SAW delay line 4. You can do it.

第2図に本発明によるSAWフォースセンサの一実施例
を示す。圧電性基板1の表面に送信用電極2、受信用電
極3を設けSAW遅延線4を形成する。このSAW遅延
線4の表面のSAWを伝搬する部分に、外部から供給し
た電力により発熱する発熱抵抗体5を設ける。送信用電
極2と受信用電極3のそれぞれ一方の電極は増幅器7を
介して接続し、他方のそれぞれの電極は接地電位に接続
しSAW発振器8を構成する。この構成によるSAW発
振器8の発振信号は、出力バッファ11を介して出力す
る。基準周波数発振器12の出力信号と出力バッファ11を
介して出力されるSAW発振器8の出力信号はそれぞれ
位相比較器13に入力され、位相及び周波数を比較され
る。該位相比較器13から出力される誤差周波数信号は、
SAW遅延線4上に設けられた発熱抵抗体5に入力され
る。なお、この誤差周波数信号は、帰還する手段14内の
ローパスフィルタを通過させ低周波成分だけを取り出
し、発熱抵抗体に加えてもよい。以上のようなフィード
バック機能を持つPLL回路15を構成し、位相比較器13
の出力信号を出力端子16を介して出力することによりア
ナログ信号を出力するSAWフォースセンサが実現可能
となる。
FIG. 2 shows an embodiment of the SAW force sensor according to the present invention. The transmission electrode 2 and the reception electrode 3 are provided on the surface of the piezoelectric substrate 1 to form the SAW delay line 4. A heating resistor 5 that generates heat by electric power supplied from the outside is provided in the SAW propagation portion of the surface of the SAW delay line 4. One electrode of each of the transmitting electrode 2 and the receiving electrode 3 is connected through an amplifier 7, and the other respective electrode is connected to a ground potential to form a SAW oscillator 8. The oscillation signal of the SAW oscillator 8 having this configuration is output via the output buffer 11. The output signal of the reference frequency oscillator 12 and the output signal of the SAW oscillator 8 output via the output buffer 11 are input to the phase comparator 13 and compared in phase and frequency. The error frequency signal output from the phase comparator 13 is
It is input to the heating resistor 5 provided on the SAW delay line 4. It should be noted that this error frequency signal may be passed through a low pass filter in the feedback means 14 and only the low frequency component may be taken out and added to the heating resistor. The PLL circuit 15 having the feedback function as described above is configured, and the phase comparator 13
A SAW force sensor that outputs an analog signal can be realized by outputting the output signal of the above through the output terminal 16.

〔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、SAW遅延線による発振器を用いてPLL回路を構
成したものであり、従来のSAWフォースセンサでは、
D/Aコンバータを用いる方法でしか実現できなかった
アナログ信号を出力する新しいタイプのSAWフォース
センサである。出力されたアナログ信号は、SAW遅延
線に本来備わっている直線性良好な感圧特性と感温特性
をセンサの原理として利用しているため、本発明による
SAWフォースセンサは従来のフォースセンサにはない
高精度のセンサとすることができる。
As described above, the SAW force sensor according to the present invention is one in which the PLL circuit is configured using the oscillator with the SAW delay line, and the conventional SAW force sensor is
This is a new type of SAW force sensor that outputs an analog signal that could be realized only by using a D / A converter. Since the output analog signal uses the pressure-sensitive characteristic and the temperature-sensitive characteristic, which are originally provided in the SAW delay line and has good linearity, as a principle of the sensor, the SAW force sensor according to the present invention is not used as a conventional force sensor. It can be a sensor with no high precision.

また、アナログ信号を出力するタイプのフォースセンサ
であるため、従来、蓄積されてきた多くのアナログ信号
処理技術がそのまま使用できることも大きな特長であ
る。特に、PLL回路を構成しているため、フィードバ
ックを用いた制御系のセンサとしては最適である。
In addition, since it is a type of force sensor that outputs an analog signal, it is also a great feature that many analog signal processing technologies that have been conventionally accumulated can be used as they are. In particular, since it constitutes a PLL circuit, it is optimal as a sensor for a control system using feedback.

PLL回路に用いる回路はIC化されたものが種々市販
されており、これらの素子を利用することにより、高精
度でしかも安価なアナログ出力タイプのセンサが実現で
きる。
Various circuits used for the PLL circuit are available on the market in the form of ICs, and by using these elements, a highly accurate and inexpensive analog output type sensor can be realized.

以上のように、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センサである。
As described above, 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、1は圧電性基板、2は送信用電極、3は受
信用電極、4は表面弾性波遅延線(SAW遅延線)、5
は発熱抵抗体、6は基板固定部材、7は増幅器、8は表
面弾性波発振器(SAW発振器)、9は電力供給端子、
10は測定すべき力を作用させる手段、11は出力バッフ
ァ、12は基準周波数発振器、13は位相比較器、14は帰還
する手段、15はPLL回路、16は出力端子をそれぞれ示
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, 1 is a piezoelectric substrate, 2 is a transmitting electrode, 3 is a receiving electrode, 4 is a surface acoustic wave delay line (SAW delay line), 5
Is a heating resistor, 6 is a substrate fixing member, 7 is an amplifier, 8 is a surface acoustic wave oscillator (SAW oscillator), 9 is a power supply terminal,
Reference numeral 10 is a means for exerting a force to be measured, 11 is an output buffer, 12 is a reference frequency oscillator, 13 is a phase comparator, 14 is a feedback means, 15 is a PLL circuit, and 16 is an output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発熱抵抗体(5)を有し、外部から力を加え
られるようにされた圧電性基板(1)と、該圧電性基板の
表面に設けられ表面弾性波を発射する送信用電極(2)
と、前記圧電性基板の表面に設けられ前記表面弾性波を
受信する受信用電極(3)とからなる表面弾性波遅延線(4)
と; 該表面弾性波遅延線と共働し、該表面弾性波遅延線の固
有振動数で発振する表面弾性波発振器(8)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と、前記表面弾性波発振
器の出力信号とを比較し、その差に比例した位相差信号
を出力する位相比較器(13)と、該位相比較器の出力を前
記発熱抵抗体に帰還する手段(14)とからなり、前記表面
弾性波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したフェーズロックループ回路(1
5)と; 前記位相差信号を出力する出力端子(16)と; 前記圧電性基板に測定すべき力を作用させる手段(10)と
を具備し、前記位相比較器の出力を検知することにより
前記圧電性基板に加えられた力を検出するSAWフォー
スセンサ。
1. A piezoelectric substrate (1) having a heating resistor (5) to which a force can be applied from the outside, and a transmitter for emitting a surface acoustic wave provided on the surface of the piezoelectric substrate. Electrode (2)
And a surface acoustic wave delay line (4) comprising a receiving electrode (3) provided on the surface of the piezoelectric substrate for receiving the surface acoustic wave.
A surface acoustic wave oscillator (8) which cooperates with the surface acoustic wave delay line and oscillates at a natural frequency of the surface acoustic wave delay line; a reference frequency oscillator (12); and an output signal of the reference frequency oscillator. And a phase comparator (13) that compares the output signal of the surface acoustic wave oscillator and outputs a phase difference signal proportional to the difference, and means for feeding back the output of the phase comparator to the heating resistor ( 14) and a phase-locked loop circuit (1) in which the oscillation frequency of the surface acoustic wave oscillator matches the frequency of the reference frequency oscillator.
5) and; an output terminal (16) for outputting the phase difference signal; and a means (10) for applying a force to be measured to the piezoelectric substrate, by detecting the output of the phase comparator A SAW force sensor that detects a force applied to the piezoelectric substrate.
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