JPH08285708A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
- Publication number
- JPH08285708A JPH08285708A JP8723995A JP8723995A JPH08285708A JP H08285708 A JPH08285708 A JP H08285708A JP 8723995 A JP8723995 A JP 8723995A JP 8723995 A JP8723995 A JP 8723995A JP H08285708 A JPH08285708 A JP H08285708A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- diaphragm
- output
- liquid
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 微小な圧力でも精度良く検出できるよう、圧
力センサにおける検出感度の向上を図る。 【構成】 １対の櫛歯状電極を組み合わせた電極６，７
を圧電基板１上に離間して配置した超音波デバイス１０
から、液体１３中に漏洩する弾性表面波（ＳＡＷ）をダ
イアフラム３に反射させて液体遅延共振回路を構成し、
ダイアフラム変位を周波数の変化として検出する形式の
圧力センサにおいて、超音波を多重反射させる構成とす
ることにより、検出感度を向上させる。
力センサにおける検出感度の向上を図る。 【構成】 １対の櫛歯状電極を組み合わせた電極６，７
を圧電基板１上に離間して配置した超音波デバイス１０
から、液体１３中に漏洩する弾性表面波（ＳＡＷ）をダ
イアフラム３に反射させて液体遅延共振回路を構成し、
ダイアフラム変位を周波数の変化として検出する形式の
圧力センサにおいて、超音波を多重反射させる構成とす
ることにより、検出感度を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、特に検出感度を向上
させることが可能な圧力センサ、特に弾性表面波（ＳＡ
Ｗ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｃｏｕｒｓｔｉｃ Ｗａｖ
ｅ）共振型の圧力センサに関する。
させることが可能な圧力センサ、特に弾性表面波（ＳＡ
Ｗ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｃｏｕｒｓｔｉｃ Ｗａｖ
ｅ）共振型の圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の圧力センサは、例えば、“Ｐｒ
ｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｏｆ ｓａｗ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ”（１９８０ Ｕｌｔｒａ
ｓｏｎｉｃ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、６９６−７０１）、
特公昭６１−８００２４号公報、特開昭６１−８２１３
０号公報等により公知である。
ｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｏｆ ｓａｗ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ”（１９８０ Ｕｌｔｒａ
ｓｏｎｉｃ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、６９６−７０１）、
特公昭６１−８００２４号公報、特開昭６１−８２１３
０号公報等により公知である。
【０００３】図４にその代表的な例（第１従来例）を示
す。これは、１対の櫛歯状電極をインターディジタル式
に組み合わせて構成した２つのインターディジタル電極
（Ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅ
ｒ：以下ＩＤＴとも略記する）４４を、圧電物質４２で
構成したダイアフラム４３の表面に設け、帰還増幅回路
４５を組み合わせて共振回路を構成し、ダイアフラム４
３に加わる圧力にて生じる歪みに伴う圧電基板中の音速
変化を、共振周波数変化として検出するものである。
す。これは、１対の櫛歯状電極をインターディジタル式
に組み合わせて構成した２つのインターディジタル電極
（Ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅ
ｒ：以下ＩＤＴとも略記する）４４を、圧電物質４２で
構成したダイアフラム４３の表面に設け、帰還増幅回路
４５を組み合わせて共振回路を構成し、ダイアフラム４
３に加わる圧力にて生じる歪みに伴う圧電基板中の音速
変化を、共振周波数変化として検出するものである。
【０００４】しかしながら、第１従来例ではダイアフラ
ムを薄く形成することができないため、微小な圧力を検
出することができない、という問題がある。これは、圧
電基板を機械的加工によって削りとって薄くするときに
高度な加工技術を必要とし、均一な品質の圧電基板を得
るためには或る程度の厚さを必要とすることと、基台４
１に取り付けるために一定以上の剛性を持たせる必要が
あるからである。
ムを薄く形成することができないため、微小な圧力を検
出することができない、という問題がある。これは、圧
電基板を機械的加工によって削りとって薄くするときに
高度な加工技術を必要とし、均一な品質の圧電基板を得
るためには或る程度の厚さを必要とすることと、基台４
１に取り付けるために一定以上の剛性を持たせる必要が
あるからである。
【０００５】上述の如き問題を解決することができ製作
を容易にしたものとして、例えば特公平２−３１２９号
公報に示すものや、“Ａ ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ｗｉ
ｔｈａ ｌｉｑｉｄ ｄｅｌａｙ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉ
ｌｌａｔｏｒ”（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．５３，４０７２〜４０７
４，Ｊｕｎｅ．１９８２）等に示すものがある（第２従
来例ともいう）。
を容易にしたものとして、例えば特公平２−３１２９号
公報に示すものや、“Ａ ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ ｗｉ
ｔｈａ ｌｉｑｉｄ ｄｅｌａｙ ｌｉｎｅ ｏｓｃｉ
ｌｌａｔｏｒ”（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．５３，４０７２〜４０７
４，Ｊｕｎｅ．１９８２）等に示すものがある（第２従
来例ともいう）。
【０００６】以下、上記第２の従来例について、図５，
図６を参照して説明する。なお、図６は図５をＡ方向か
ら見た平面図である。ここでは、圧電基板５１の２組の
ＩＤＴ電極５２ａ，５２ｂを設けた面に、圧力媒体とな
る液体５３を接触させ、第１のＩＤＴ電極５２ａに交流
電気信号を流して弾性表面波（ＳＡＷ）を励起し、液体
５３中に超音波ビーム５４を放射させる。この第１のＩ
ＤＴ電極５２ａから放射された超音波ビーム５４は、圧
電基板５１に対向して設けられたダイアフラム５５で反
射して第２のＩＤＴ電極５２ｂに到達し、これにより励
起された第２のＩＤＴ電極５２ｂから得られた出力を、
帰還増幅器５６で増幅して再度第１のＩＤＴ電極５２ａ
に入力して、液体遅延共振回路を形成している。このよ
うな構成において、外部からの圧力でダイアフラム５５
が変位すると、液体中の超音波ビーム５４の伝搬距離が
変化し共振周波数の変化として現れるので、この変化か
ら圧力を検出するものである。
図６を参照して説明する。なお、図６は図５をＡ方向か
ら見た平面図である。ここでは、圧電基板５１の２組の
ＩＤＴ電極５２ａ，５２ｂを設けた面に、圧力媒体とな
る液体５３を接触させ、第１のＩＤＴ電極５２ａに交流
電気信号を流して弾性表面波（ＳＡＷ）を励起し、液体
５３中に超音波ビーム５４を放射させる。この第１のＩ
ＤＴ電極５２ａから放射された超音波ビーム５４は、圧
電基板５１に対向して設けられたダイアフラム５５で反
射して第２のＩＤＴ電極５２ｂに到達し、これにより励
起された第２のＩＤＴ電極５２ｂから得られた出力を、
帰還増幅器５６で増幅して再度第１のＩＤＴ電極５２ａ
に入力して、液体遅延共振回路を形成している。このよ
うな構成において、外部からの圧力でダイアフラム５５
が変位すると、液体中の超音波ビーム５４の伝搬距離が
変化し共振周波数の変化として現れるので、この変化か
ら圧力を検出するものである。
【０００７】ここで、上記第２従来例の原理につき、図
７を参照して説明する。図７に示す如く、圧電基板５１
とダイアフラム（反射板）５５との間隔をｂ、ダイアフ
ラムの変位量をδ、第１，第２ＩＤＴ電極間の間隔を
ａ、超音波ビームの最短伝搬距離をＬ、ダイアフラムが
δ変位した後の伝搬距離をＬ−ΔＬとすると、幾何学的
な関係から、 ΔＬ＝４ｂ×δ／Ｌ …（１） と近似できる（ΔＬ2 ≒０、δ2 ≒０）。
７を参照して説明する。図７に示す如く、圧電基板５１
とダイアフラム（反射板）５５との間隔をｂ、ダイアフ
ラムの変位量をδ、第１，第２ＩＤＴ電極間の間隔を
ａ、超音波ビームの最短伝搬距離をＬ、ダイアフラムが
δ変位した後の伝搬距離をＬ−ΔＬとすると、幾何学的
な関係から、 ΔＬ＝４ｂ×δ／Ｌ …（１） と近似できる（ΔＬ2 ≒０、δ2 ≒０）。
【０００８】一方、ＳＡＷの基本式から、 ｆ＝ｎ×ＶL ／Ｌ …（２） と表わされる。なお、ＶL は液体中の音速、ｎはオーバ
ートーン次数を示す。この（２）式から、次の（３）式
が導かれる。 Δｆ＝−ｎ×ＶL ×ΔＬ／Ｌ2 …（３） よって、（１），（３）式より、次の（４）式が得られ
る。 Δｆ＝−４×ｎ×ｂ×ＶL ×δ／Ｌ2 …（４） この（４）式の関係より、ダイアフラムの変位を周波数
の変化として捉えることができる。
ートーン次数を示す。この（２）式から、次の（３）式
が導かれる。 Δｆ＝−ｎ×ＶL ×ΔＬ／Ｌ2 …（３） よって、（１），（３）式より、次の（４）式が得られ
る。 Δｆ＝−４×ｎ×ｂ×ＶL ×δ／Ｌ2 …（４） この（４）式の関係より、ダイアフラムの変位を周波数
の変化として捉えることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような第
２従来例においても、まだ、改良すべき余地が残されて
いる。したがって、この発明の課題は検出感度をさらに
向上させ、微小な圧力でも精度良く検出し得るようにす
ることにある。
２従来例においても、まだ、改良すべき余地が残されて
いる。したがって、この発明の課題は検出感度をさらに
向上させ、微小な圧力でも精度良く検出し得るようにす
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、１対の櫛歯状電極をイン
ターディジタル式に組み合わせた少なくとも２つの電極
を圧電体基板上に互いに離間して配置することにより構
成される入力用超音波素子および出力用超音波素子から
なる超音波デバイスと、被測定対象の圧力変化に応動し
超音波を反射するダイアフラムと、前記超音波デバイス
とダイアフラムとを互いに離間して保持し、これら超音
波デバイスおよびダイアフラムとともに液体を充満する
ための容器を構成するスペーサ部材と、前記出力用超音
波素子で受けた信号を増幅し、前記入力用超音波素子に
信号を入力する帰還増幅器とを有し、前記入力用超音波
素子から液体中に放射された超音波が超音波デバイスと
ダイアフラムとの間を少なくとも２回往復して反射され
た後、出力用超音波素子で受信されるように構成するこ
とを特徴としている。
るため、請求項１の発明では、１対の櫛歯状電極をイン
ターディジタル式に組み合わせた少なくとも２つの電極
を圧電体基板上に互いに離間して配置することにより構
成される入力用超音波素子および出力用超音波素子から
なる超音波デバイスと、被測定対象の圧力変化に応動し
超音波を反射するダイアフラムと、前記超音波デバイス
とダイアフラムとを互いに離間して保持し、これら超音
波デバイスおよびダイアフラムとともに液体を充満する
ための容器を構成するスペーサ部材と、前記出力用超音
波素子で受けた信号を増幅し、前記入力用超音波素子に
信号を入力する帰還増幅器とを有し、前記入力用超音波
素子から液体中に放射された超音波が超音波デバイスと
ダイアフラムとの間を少なくとも２回往復して反射され
た後、出力用超音波素子で受信されるように構成するこ
とを特徴としている。
【００１１】請求項２の発明では、１対の櫛歯状電極を
インターディジタル式に組み合わせた少なくとも２つの
電極を圧電体基板上に互いに離間して配置することによ
り構成される入力用超音波素子および出力用超音波素子
からなる第１，第２の超音波デバイスを、被測定対象の
圧力変化に応動し超音波を反射するダイアフラムを挟ん
で対向配置する一方、前記第１，第２超音波デバイスと
ダイアフラムとをそれぞれ互いに離間して保持し、これ
ら第１，第２超音波デバイスおよびダイアフラムととも
に液体を充満するための容器をそれぞれ構成する第１，
第２のスペーサ部材を設け、さらに、第１，第２超音波
デバイスにはその出力用超音波素子で受けた信号を増幅
し、その入力用超音波素子に信号をそれぞれ入力する第
１，第２の帰還増幅器と、この第１，第２の帰還増幅器
の各出力側に接続され、２つの信号の周波数差を測定す
る周波数比較回路とを設けたことを特徴としている。上
記請求項２の発明では、前記第１，第２超音波デバイス
を、入力用超音波素子から放射された超音波が超音波デ
バイスとダイアフラムとの間を少なくとも２回往復して
反射された後、出力用超音波素子で受信されるように構
成することができる（請求項３の発明）。
インターディジタル式に組み合わせた少なくとも２つの
電極を圧電体基板上に互いに離間して配置することによ
り構成される入力用超音波素子および出力用超音波素子
からなる第１，第２の超音波デバイスを、被測定対象の
圧力変化に応動し超音波を反射するダイアフラムを挟ん
で対向配置する一方、前記第１，第２超音波デバイスと
ダイアフラムとをそれぞれ互いに離間して保持し、これ
ら第１，第２超音波デバイスおよびダイアフラムととも
に液体を充満するための容器をそれぞれ構成する第１，
第２のスペーサ部材を設け、さらに、第１，第２超音波
デバイスにはその出力用超音波素子で受けた信号を増幅
し、その入力用超音波素子に信号をそれぞれ入力する第
１，第２の帰還増幅器と、この第１，第２の帰還増幅器
の各出力側に接続され、２つの信号の周波数差を測定す
る周波数比較回路とを設けたことを特徴としている。上
記請求項２の発明では、前記第１，第２超音波デバイス
を、入力用超音波素子から放射された超音波が超音波デ
バイスとダイアフラムとの間を少なくとも２回往復して
反射された後、出力用超音波素子で受信されるように構
成することができる（請求項３の発明）。
【００１２】
【作用】圧力差によって生じるダイアフラムの変位は同
じでも、請求項１の発明のように、超音波ビームを超音
波素子とダイアフラムの間で複数回往復させることで、
伝搬経路を大きくすることができ、これにより出力感度
（周波数変化）を往復させた回数分だけ倍増させる。ま
た、請求項２の発明の如く検出部を２組設けることで、
ダイアフラムの変位に応じ一方の検出部では共振周波数
を増加させ、他の検出部では共振周波数を減少させるこ
とができ、したがって、両者の周波数の差を求めること
により感度を２倍にする。さらに、請求項３の発明の如
く検出部を２組設けるとともに、各検出部で超音波ビー
ムを複数回往復させる、つまり、請求項１と請求項２と
の相乗効果により、感度を従来のものより少なくとも８
倍以上高められるようにする。
じでも、請求項１の発明のように、超音波ビームを超音
波素子とダイアフラムの間で複数回往復させることで、
伝搬経路を大きくすることができ、これにより出力感度
（周波数変化）を往復させた回数分だけ倍増させる。ま
た、請求項２の発明の如く検出部を２組設けることで、
ダイアフラムの変位に応じ一方の検出部では共振周波数
を増加させ、他の検出部では共振周波数を減少させるこ
とができ、したがって、両者の周波数の差を求めること
により感度を２倍にする。さらに、請求項３の発明の如
く検出部を２組設けるとともに、各検出部で超音波ビー
ムを複数回往復させる、つまり、請求項１と請求項２と
の相乗効果により、感度を従来のものより少なくとも８
倍以上高められるようにする。
【００１３】
【実施例】図１はこの発明の第１実施例を示す断面図、
図２は図１の圧電基板を示す平面図である。すなわち、
圧電基板１の表面に、第１，第２のＩＤＴ６，７を距離
ａだけ離して配置し、超音波素子またはデバイス１０を
形成している。超音波デバイス１０のＩＤＴ６，７と同
じ面には、第１のスペーサ４を介してダイアフラム３が
結合されている。また、このダイアフラム３の反対面に
は、第２のスペーサ５を介して蓋２が接合されており、
この状態で各接合部分の気密が保たれている。
図２は図１の圧電基板を示す平面図である。すなわち、
圧電基板１の表面に、第１，第２のＩＤＴ６，７を距離
ａだけ離して配置し、超音波素子またはデバイス１０を
形成している。超音波デバイス１０のＩＤＴ６，７と同
じ面には、第１のスペーサ４を介してダイアフラム３が
結合されている。また、このダイアフラム３の反対面に
は、第２のスペーサ５を介して蓋２が接合されており、
この状態で各接合部分の気密が保たれている。
【００１４】圧電基板１とダイアフラム３の間には、液
体１３（例えば、シリコンオイル等の不活性な圧力媒
体）が充填されている。同様に、蓋２とダイアフラム３
の間にも液体１４が充填されているが、この実施例の場
合こちら側は必ずしも液体である必要はなく、空気等の
気体でも構わない。また、圧電基板１および蓋２には、
それぞれ第１の導圧孔１１と第２の導圧孔１２が設けら
れており、測定対象となる外部の圧力を液体（または気
体）を介して、ダイアフラム３に導く構成となってい
る。
体１３（例えば、シリコンオイル等の不活性な圧力媒
体）が充填されている。同様に、蓋２とダイアフラム３
の間にも液体１４が充填されているが、この実施例の場
合こちら側は必ずしも液体である必要はなく、空気等の
気体でも構わない。また、圧電基板１および蓋２には、
それぞれ第１の導圧孔１１と第２の導圧孔１２が設けら
れており、測定対象となる外部の圧力を液体（または気
体）を介して、ダイアフラム３に導く構成となってい
る。
【００１５】第１のＩＤＴ６および第２のＩＤＴ７のそ
れぞれ一方の櫛歯状電極はアースに接続され、もう一方
の櫛歯状電極は帰還増幅器８を介して接続されている。
第１のＩＤＴ（入力用トランスデューサともいう）６に
交流電気信号を印加すると超音波が励起され、液体１３
中を伝搬してダイアフラム３と圧電基板１間で反射を繰
り返し、第２のＩＤＴ（出力用トランスデューサともい
う）７に到達する。これによって、いわゆる液体遅延共
振回路が構成されている。また、帰還増幅器８の出力側
には周波数出力端子９が設けられ、この出力端子９を介
して圧力差、すなわちダイアフラム３の変位を周波数変
化として検出することができる。このとき、第１のＩＤ
Ｔ６からの超音波の出射角θは、次式で与えられる。 θ＝ｓｉｎ-1（ＶL ／ＶR ）、ＶL ：液体中の音速、Ｖ
R ：基板中の音速
れぞれ一方の櫛歯状電極はアースに接続され、もう一方
の櫛歯状電極は帰還増幅器８を介して接続されている。
第１のＩＤＴ（入力用トランスデューサともいう）６に
交流電気信号を印加すると超音波が励起され、液体１３
中を伝搬してダイアフラム３と圧電基板１間で反射を繰
り返し、第２のＩＤＴ（出力用トランスデューサともい
う）７に到達する。これによって、いわゆる液体遅延共
振回路が構成されている。また、帰還増幅器８の出力側
には周波数出力端子９が設けられ、この出力端子９を介
して圧力差、すなわちダイアフラム３の変位を周波数変
化として検出することができる。このとき、第１のＩＤ
Ｔ６からの超音波の出射角θは、次式で与えられる。 θ＝ｓｉｎ-1（ＶL ／ＶR ）、ＶL ：液体中の音速、Ｖ
R ：基板中の音速
【００１６】したがって、圧電基板１とダイアフラム３
との間を往復させる回数によって、第１，第２のＩＤＴ
６，７間の間隔ａと、圧電基板１とダイアフラム３間の
間隔ｂの値を適切な寸法に選べば良い。このように構成
することにより、ダイアフラムの変位δが同じでも、超
音波の伝搬距離の変化は２往復すれば２倍、３往復すれ
ば３倍となり、先の（３）式の関係からΔｆも比例して
大きく変化する。その結果、ダイアフラムの変位が微小
でも充分な周波数変化を得ることができ、感度を向上さ
せることができる。ただし、反射の回数や伝搬距離が増
加するほど超音波の減衰が大きくなり、帰還増幅器で増
幅する際のＳ／Ｎ比の低下を招くため、いたずらに反射
回数を増やすことはあまり得策ではない。
との間を往復させる回数によって、第１，第２のＩＤＴ
６，７間の間隔ａと、圧電基板１とダイアフラム３間の
間隔ｂの値を適切な寸法に選べば良い。このように構成
することにより、ダイアフラムの変位δが同じでも、超
音波の伝搬距離の変化は２往復すれば２倍、３往復すれ
ば３倍となり、先の（３）式の関係からΔｆも比例して
大きく変化する。その結果、ダイアフラムの変位が微小
でも充分な周波数変化を得ることができ、感度を向上さ
せることができる。ただし、反射の回数や伝搬距離が増
加するほど超音波の減衰が大きくなり、帰還増幅器で増
幅する際のＳ／Ｎ比の低下を招くため、いたずらに反射
回数を増やすことはあまり得策ではない。
【００１７】また、この方式では、液体中の音速の変化
が出力信号である周波数に比例関係で影響するため、温
度変化による音速変化を補正する必要がある。従って、
この実施例では圧電基板上に白金（Ｐｔ）薄膜の温度セ
ンサ１５を形成し、温度検出回路１６に接続して流体の
温度を測定し、温度出力端子１７を介して図示されない
演算回路で、圧力検出値を補正する構成としている。こ
のとき、温度センサは他のタイプのものでも良く、ダイ
オード，サーミスタまたは熱電対を用いることも可能で
ある。
が出力信号である周波数に比例関係で影響するため、温
度変化による音速変化を補正する必要がある。従って、
この実施例では圧電基板上に白金（Ｐｔ）薄膜の温度セ
ンサ１５を形成し、温度検出回路１６に接続して流体の
温度を測定し、温度出力端子１７を介して図示されない
演算回路で、圧力検出値を補正する構成としている。こ
のとき、温度センサは他のタイプのものでも良く、ダイ
オード，サーミスタまたは熱電対を用いることも可能で
ある。
【００１８】次に、製造方法について、簡単に説明す
る。近年のマイクロマシーニング技術の発達より、高精
度の三次元加工が可能となっていることから、上述の如
き構造のものを製作するには様々な方法が考えられる。
例えば、圧電基板としてＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウ
ム），ＬｉＴａＯ3タンタル酸リチウム），水晶など多
くの圧電材料が考えられ、この圧電材料表面に、ＩＤＴ
となる櫛歯状電極薄膜を真空蒸着，スパッタ，ＣＶＤ
（気相法）等の方法で形成する。電極材料にはＡｕ，Ａ
ｌ等が考えられるが、接液するためできるだけ腐食や経
時変化の少ない安定な材料を用いることが望ましい。
る。近年のマイクロマシーニング技術の発達より、高精
度の三次元加工が可能となっていることから、上述の如
き構造のものを製作するには様々な方法が考えられる。
例えば、圧電基板としてＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウ
ム），ＬｉＴａＯ3タンタル酸リチウム），水晶など多
くの圧電材料が考えられ、この圧電材料表面に、ＩＤＴ
となる櫛歯状電極薄膜を真空蒸着，スパッタ，ＣＶＤ
（気相法）等の方法で形成する。電極材料にはＡｕ，Ａ
ｌ等が考えられるが、接液するためできるだけ腐食や経
時変化の少ない安定な材料を用いることが望ましい。
【００１９】また、ダイアフラムとしては、半導体製造
技術で一般的なシリコン等が挙げられ、等方性エッチン
グによって、図１に示す如き厚肉部３ａと薄肉部３ｂを
形成する。このとき、スペーサにガラスを用いれば、シ
リコンダイアフラムとは静電接合で接着することがで
き、また、スペーサをダイアフラムと一体的に製作すれ
ば、接合回数を少なくし得る利点がある。
技術で一般的なシリコン等が挙げられ、等方性エッチン
グによって、図１に示す如き厚肉部３ａと薄肉部３ｂを
形成する。このとき、スペーサにガラスを用いれば、シ
リコンダイアフラムとは静電接合で接着することがで
き、また、スペーサをダイアフラムと一体的に製作すれ
ば、接合回数を少なくし得る利点がある。
【００２０】圧電材料とスペーサとは、各接合面に金属
薄膜を真空蒸着，スパッタ，ＣＶＤ等の方法により形成
し、両者の拡散接合によって接合することが可能であ
る。ただし、温度変化によって発生する線膨張差歪みの
影響を極力低減するためには、使用温度範囲内でできる
だけ線膨張係数の等しい材料を組み合わせることが好ま
しく、場合によっては全て圧電材料で製作することも考
えられる。
薄膜を真空蒸着，スパッタ，ＣＶＤ等の方法により形成
し、両者の拡散接合によって接合することが可能であ
る。ただし、温度変化によって発生する線膨張差歪みの
影響を極力低減するためには、使用温度範囲内でできる
だけ線膨張係数の等しい材料を組み合わせることが好ま
しく、場合によっては全て圧電材料で製作することも考
えられる。
【００２１】図３はこの発明の他の実施例を示す断面図
である。同図からも明らかなように、超音波デバイス１
０の構造は図１，２の場合と同様であるが、ここでは、
さらにダイアフラム３に対して対称な位置に超音波デバ
イス１０’を配置する。超音波デバイス１０’は超音波
デバイス１０と同じ構造であり、第１，第２のＩＤＴ
６，７に対応する第３，第４のＩＤＴ６’，７’が設け
られ、第２の帰還増幅器８’および液体１４’とともに
液体遅延共振回路が構成されている。また、第１の帰還
増幅器８と第２の帰還増幅器８’の各出力は、周波数比
較回路１８に接続され、両者の周波数差を出力端子１９
を介して出力する構成となっている。
である。同図からも明らかなように、超音波デバイス１
０の構造は図１，２の場合と同様であるが、ここでは、
さらにダイアフラム３に対して対称な位置に超音波デバ
イス１０’を配置する。超音波デバイス１０’は超音波
デバイス１０と同じ構造であり、第１，第２のＩＤＴ
６，７に対応する第３，第４のＩＤＴ６’，７’が設け
られ、第２の帰還増幅器８’および液体１４’とともに
液体遅延共振回路が構成されている。また、第１の帰還
増幅器８と第２の帰還増幅器８’の各出力は、周波数比
較回路１８に接続され、両者の周波数差を出力端子１９
を介して出力する構成となっている。
【００２２】このような構成において、例えば第２の導
圧孔１２側に大きな圧力が加わると、ダイアフラム３は
超音波デバイス１０側に変位し、第１の圧電基板側では
超音波の伝搬距離が短くなって、先のＳＡＷの基本式
（２）から、共振周波数は大きくなる。一方、第２の圧
電基板側では超音波の伝搬距離が長くなって、共振周波
数は小さくなる。従って、両者の周波数差を求めること
によって、同じダイアフラム変位に対して２倍の周波数
変化を得ることができ、より高感度の測定が可能とな
る。
圧孔１２側に大きな圧力が加わると、ダイアフラム３は
超音波デバイス１０側に変位し、第１の圧電基板側では
超音波の伝搬距離が短くなって、先のＳＡＷの基本式
（２）から、共振周波数は大きくなる。一方、第２の圧
電基板側では超音波の伝搬距離が長くなって、共振周波
数は小さくなる。従って、両者の周波数差を求めること
によって、同じダイアフラム変位に対して２倍の周波数
変化を得ることができ、より高感度の測定が可能とな
る。
【００２３】この場合、できれば各超音波デバイス１
０，１０’と、ダイアフラム３との間隔は等しくしてお
くことが望ましい。しかし、等しくない場合でも、圧力
差が無い状態での周波数差（オフセット）の値を基準と
して、出力を求めることもできるので、必ずしも等しく
する必要もない。この実施例の利点は、装置全体を半導
体製造技術で製作するため、非常に小型化することがで
き、装置内部の温度分布を減らすことができるだけでな
く、差動検出方式とすることで、両側のセンサにおける
音速変化の影響をキャンセルすることが可能となる。
０，１０’と、ダイアフラム３との間隔は等しくしてお
くことが望ましい。しかし、等しくない場合でも、圧力
差が無い状態での周波数差（オフセット）の値を基準と
して、出力を求めることもできるので、必ずしも等しく
する必要もない。この実施例の利点は、装置全体を半導
体製造技術で製作するため、非常に小型化することがで
き、装置内部の温度分布を減らすことができるだけでな
く、差動検出方式とすることで、両側のセンサにおける
音速変化の影響をキャンセルすることが可能となる。
【００２４】なお、図３の如き差動検出方式において、
各超音波素子とダイアフラム間の反射を、第１の実施例
のような多重反射方式とすることにより、より一層の検
出感度の向上を期待でき、従来技術と比較して少なくと
も８倍以上の感度を得られることが確かめられている。
各超音波素子とダイアフラム間の反射を、第１の実施例
のような多重反射方式とすることにより、より一層の検
出感度の向上を期待でき、従来技術と比較して少なくと
も８倍以上の感度を得られることが確かめられている。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、圧力差によっ
て生じるダイアフラムの変位量は同じでも、超音波ビー
ムを超音波素子とダイアフラムとの間で複数回往復させ
ることで、伝搬経路の変化を大きくすることができ、こ
れによって出力感度（周波数変化）を往復させた回数分
だけ倍増することができる。その結果、センサを高感度
にでき、ダイアフラムの変位が小さくても微小な圧力
（圧力差）を検出することができる利点が得られる。ま
た、圧電基板を薄くする必要もなく、製作も容易とな
る。
て生じるダイアフラムの変位量は同じでも、超音波ビー
ムを超音波素子とダイアフラムとの間で複数回往復させ
ることで、伝搬経路の変化を大きくすることができ、こ
れによって出力感度（周波数変化）を往復させた回数分
だけ倍増することができる。その結果、センサを高感度
にでき、ダイアフラムの変位が小さくても微小な圧力
（圧力差）を検出することができる利点が得られる。ま
た、圧電基板を薄くする必要もなく、製作も容易とな
る。
【００２６】請求項２の発明によれば、検出部を２組設
けたことにより、ダイアフラムの変位に伴い、一方の検
出部では共振周波数が増加し、他方の検出部では共振周
波数は減少するため、この両者の周波数の差を求めるこ
とで、感度をほぼ２倍にすることができる。これによっ
ても、請求項１の発明と同様の効果を得ることができ
る。また、差動方式で検出するため、温度変化による液
体中の音速変化等の誤差要因を、キャンセルし得る利点
もある。さらに、上記請求項２の如き差動検出方式にお
いて、各超音波素子とダイアフラム間の反射を請求項３
の発明の如く多重反射方式とすることにより、より一層
検出感度を向上させることが可能となる。
けたことにより、ダイアフラムの変位に伴い、一方の検
出部では共振周波数が増加し、他方の検出部では共振周
波数は減少するため、この両者の周波数の差を求めるこ
とで、感度をほぼ２倍にすることができる。これによっ
ても、請求項１の発明と同様の効果を得ることができ
る。また、差動方式で検出するため、温度変化による液
体中の音速変化等の誤差要因を、キャンセルし得る利点
もある。さらに、上記請求項２の如き差動検出方式にお
いて、各超音波素子とダイアフラム間の反射を請求項３
の発明の如く多重反射方式とすることにより、より一層
検出感度を向上させることが可能となる。
【図１】この発明の第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１の圧電基板を示す平面図である。
【図３】この発明の第２実施例を示す断面図である。
【図４】第１従来例を示す斜視図である。
【図５】第２従来例を示す断面図である。
【図６】図５をＡ方向から見た平面図である。
【図７】第２従来例の原理説明図である。
１…圧電基板、２…蓋、３…ダイアフラム、４…第１の
スペーサ、５…第２のスペーサ、６…第１のＩＤＴ、７
…第２のＩＤＴ、６’…第３のＩＤＴ、７’…第４のＩ
ＤＴ、８…第１の帰還増幅器、８’…第１の帰還増幅
器、９…周波数出力端子、１０…超音波素子、１０’…
超音波素子、１１…第１の導圧孔、１２…第２の導圧
孔、１３…液体、１４…液体（気体）、１５…温度セン
サ、１６…温度検出回路、１７…温度出力端子、１８…
周波数比較回路、１９…周波数出力端子。
スペーサ、５…第２のスペーサ、６…第１のＩＤＴ、７
…第２のＩＤＴ、６’…第３のＩＤＴ、７’…第４のＩ
ＤＴ、８…第１の帰還増幅器、８’…第１の帰還増幅
器、９…周波数出力端子、１０…超音波素子、１０’…
超音波素子、１１…第１の導圧孔、１２…第２の導圧
孔、１３…液体、１４…液体（気体）、１５…温度セン
サ、１６…温度検出回路、１７…温度出力端子、１８…
周波数比較回路、１９…周波数出力端子。
Claims (3)
- 【請求項１】 １対の櫛歯状電極をインターディジタル
式に組み合わせた少なくとも２つの電極を圧電体基板上
に互いに離間して配置することにより構成される入力用
超音波素子および出力用超音波素子からなる超音波デバ
イスと、被測定対象の圧力変化に応動し超音波を反射す
るダイアフラムと、前記超音波デバイスとダイアフラム
とを互いに離間して保持し、これら超音波デバイスおよ
びダイアフラムとともに液体を充満するための容器を構
成するスペーサ部材と、前記出力用超音波素子で受けた
信号を増幅し、前記入力用超音波素子に信号を入力する
帰還増幅器とを有し、 前記入力用超音波素子から液体中に放射された超音波が
超音波デバイスとダイアフラムとの間を少なくとも２回
往復して反射された後、出力用超音波素子で受信される
ように構成することを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項２】 １対の櫛歯状電極をインターディジタル
式に組み合わせた少なくとも２つの電極を圧電体基板上
に互いに離間して配置することにより構成される入力用
超音波素子および出力用超音波素子からなる第１，第２
の超音波デバイスを、被測定対象の圧力変化に応動し超
音波を反射するダイアフラムを挟んで対向配置する一
方、前記第１，第２超音波デバイスとダイアフラムとを
それぞれ互いに離間して保持し、これら第１，第２超音
波デバイスおよびダイアフラムとともに液体を充満する
ための容器をそれぞれ構成する第１，第２のスペーサ部
材を設け、さらに、第１，第２超音波デバイスにはその
出力用超音波素子で受けた信号を増幅し、その入力用超
音波素子に信号をそれぞれ入力する第１，第２の帰還増
幅器と、この第１，第２の帰還増幅器の各出力側に接続
され、２つの信号の周波数差を測定する周波数比較回路
とを設けたことを特徴とする圧力センサ。 - 【請求項３】 前記第１，第２超音波デバイスを、入力
用超音波素子から放射された超音波が超音波デバイスと
ダイアフラムとの間を少なくとも２回往復して反射され
た後、出力用超音波素子で受信されるように構成するこ
とを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8723995A JPH08285708A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8723995A JPH08285708A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08285708A true JPH08285708A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=13909274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8723995A Pending JPH08285708A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08285708A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040003616A (ko) * | 2002-07-03 | 2004-01-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 표면탄성파 필터를 이용한 압력 감지 장치 |
| JP2006108766A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 無線応答装置および画像形成装置 |
| US7459828B2 (en) | 2002-06-08 | 2008-12-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Saw sensor device using slit acoustic wave and method thereof |
| US7635191B2 (en) | 2006-08-09 | 2009-12-22 | Funai Electric Co., Ltd. | Manufacturing method for variable shape mirror |
-
1995
- 1995-04-12 JP JP8723995A patent/JPH08285708A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7459828B2 (en) | 2002-06-08 | 2008-12-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Saw sensor device using slit acoustic wave and method thereof |
| KR20040003616A (ko) * | 2002-07-03 | 2004-01-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 표면탄성파 필터를 이용한 압력 감지 장치 |
| JP2006108766A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 無線応答装置および画像形成装置 |
| US8237545B2 (en) | 2004-09-30 | 2012-08-07 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Wireless transponder and image forming device |
| US7635191B2 (en) | 2006-08-09 | 2009-12-22 | Funai Electric Co., Ltd. | Manufacturing method for variable shape mirror |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1800100B1 (en) | Mems saw sensor | |
| US5668303A (en) | Sensor having a membrane as part of an electromechanical resonance circuit forming receiver and transmitter converter with interdigital structures spaced apart from one another | |
| JPS626174B2 (ja) | ||
| KR20010099776A (ko) | 액체의 밀도와 점도를 산출하기 위한 센서 어레이 및 방법 | |
| Choujaa et al. | AlN/silicon Lamb-wave microsensors for pressure and gravimetric measurements | |
| KR100706561B1 (ko) | 마이크로 음향 센서 장치를 작동시키기 위한 방법 및 장치 | |
| US7638924B2 (en) | Method of driving ultrasonic transducer | |
| US4317372A (en) | Surface acoustic wave pressure gauge | |
| US6366675B1 (en) | Sound pressure detecting system | |
| JP2004093574A (ja) | 原子間力顕微鏡用力方位センサ付カンチレバー | |
| JPH08285708A (ja) | 圧力センサ | |
| US6142948A (en) | Vibration displacement detecting system | |
| JP5658061B2 (ja) | 力学量センサ | |
| JP2000214140A (ja) | センサ | |
| JP3095637B2 (ja) | 超音波湿度センサ | |
| US6393920B1 (en) | Sound pressure sensing device | |
| JPH09178714A (ja) | 超音波においセンサ | |
| JPH0611492A (ja) | 弾性表面波デバイス | |
| JP7351508B2 (ja) | 認識信号生成素子及び素子認識システム | |
| FR3100330A1 (fr) | Capteurs de pression à ondes acoustiques différentiels | |
| JP7310145B2 (ja) | センサ装置 | |
| JPH09178713A (ja) | 超音波濃度センサ | |
| SU775637A1 (ru) | Устройство дл измерени температуры | |
| Rokhlin et al. | Surface acoustic wave pressure transducers and accelerometers | |
| JPH0436322B2 (ja) |