JPS593696B2 - 共鳴吸収現象を利用した温度計 - Google Patents

共鳴吸収現象を利用した温度計

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JPS593696B2
JPS593696B2 JP14641177A JP14641177A JPS593696B2 JP S593696 B2 JPS593696 B2 JP S593696B2 JP 14641177 A JP14641177 A JP 14641177A JP 14641177 A JP14641177 A JP 14641177A JP S593696 B2 JPS593696 B2 JP S593696B2
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JP
Japan
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frequency
signal
absorption
sensor oscillator
oscillation frequency
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JP14641177A
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JPS5479088A (en
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明 大手
秀人 岩岡
浩二 秋山
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核四重極共鳴や核磁気共鳴等の共鳴吸収現象
を利用した温度計に関するものである。
一般に、KCt03、NaCt3等の中のct35の極
四重極共鳴吸収周波数あるいは、CrBr3中のCr5
3の核磁気共鳴吸収周波数(以下吸収周波数と呼ぶ)は
温度によつて一義的に定まるので、この吸収周波数から
温度を知ることができる。しかしながら、吸収周波数に
おける吸収信号は非常に小さく、またその幅も狭いため
、従来、ノイズに弱くまた、吸収周波数を検出するに多
くの時間と高度の技術を必要としていた。本発明の目的
は、混入するノイズに強く、しかも高精度で吸収周波数
を検出し、これに応じた温度信号を出力するような温度
計を実現しようとするものである。
第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
図において、1は温度検出器で、その先端の接温部には
例えばKCt03、NaCt03等の共鳴吸収周波数が
温度依存性をもつ材料11と、高周波コイル12とが封
入されたセル13が設けられている。2は、材料11の
吸収周波数を検出するための例えばマージナル発振器の
ような可変周波数のセンサーオシレータである。
このセンサーオシレータ2は、可変容量ダイオード21
、22、コンデンサ23、24、25をもち、これらは
コイル12とともに発振器のタンク回路を形成している
。また、低周波増幅器LFampと、高周波増幅器RF
ampを含んでおり、LFampからは吸収信号εoを
、RFampからは発振周波数信号F8をそれぞれ出力
する。3はセンサーオシレータの発振周波数を変調する
例えば70Hzの低周波信号f[nを出力する低周波発
振器で、その出力端は可変容量ダイオード22の一端に
接続されており、この可変容量ダイオードの容量が変わ
ることによつて、発振周波数が周波数変調される。
31は低周波発振器3の出力周波数を2倍にする2倍周
波回路、32は低周波発振器3の出力周波数を3倍にす
る3倍周波数回路である。
41,42はいずれもセンサーオシレータ2のLFam
pからの吸収信号ε。
を入力とするロツクインアンプ又は位相検出手段で、検
出手段41は3倍周波回路32からの出力信号3frn
を参照波信号とし、また、検出手段42は2倍周波回路
31からの出力信号2f[nを参照波信号としている。
43は例えばランプ関数状に変化する電圧信号を発生す
る関数発生器で、その出力端は可変容量ダイオード21
の−端に接続されている。
44は検出手段41からの出力信号E,を入力とする例
えばPI調節器で、その出力端はスイツチS1を介して
可変容量ダイオード21の一端に接続されている。
51,52,53はいずれも比較器で、比較器51は検
出手段41から得られる時定数の小さい(例えば0.0
1sec)出力信号Efを入力とし、比較器52は検出
手段42から時定数の大きい(例えば47sec)出力
信号E2fを人力とし、また比較器53は検出手段41
から時定数の大きい(例えば4.7sec)出力信号E
fを入力としている。
6は制御回路で、各比較器51,52,53からの出力
信号およびクロツク信号を入力とし、関数発生器43卦
よびスイツチS1を制御する。
1はカウンタを含む計数回路部で、キンサーオシレータ
2のRFampから出力される発振周波数信号Fsを入
力としている。
このように構成した装置の動作を次に第2図の各波形図
を参照しながら説明する。
第2図各図において、横軸はセンサーオシレータ2の発
振周波数を示すもので、a−eの各図ともe図の横軸を
共通にして使用するものとする。ここで、センサーオシ
レータ2の発振周波数は、コイル12のインダクタンス
Lとコンデンサ23〜25および可変容量ダイオード2
1,22の合成容量C。で定まる周波数ド27Cβアτ
で発振する。そして、可変容量ダイオード22には、低
周波発振器3からの低周波信号Fn)が与えられている
ので、発振周波数νはF。lで周波数変調されたものと
なる。また、可変容量ダイオード21には、関数発生器
43からの信号が与えられ、発振周波数νが掃引される
。発振周波数νの可変範囲(掃引範囲)は、被測定温度
に対応する吸収周波数の範囲より広く定められている。
第2図aは、センサーオシレータ2の発振周波数νとそ
の発振振幅との関係を表すものである。
発振周波数νが掃引され、その発振周波数が材料11の
吸収周波数ν,に一致すると、材料11による電磁波の
吸収が行なわれ、4に示すように発振振幅が低下する。
これはコイル12内の電磁波のエネルギーの一部が核ス
ピン系で消費され、同調回路内の損失が大きくなつてQ
値が低下するためである。ここでε。は低周波増幅器L
Fampからの吸収信号を示す。検出手段41は、第2
図aのε。
に示されるようなRFampからの吸収信号ε。を入力
とし、これを低周波信号Fn]の3倍調波3fn1を参
照波信号として例えば同期整流するもので、発振周波数
νの高速掃引時に}いて、時定数の小さい出力信号Ef
゛は、第2図bに示すような信号となる。なお、この高
速掃引時には、検出手段41.42からの時定数の大き
い信号Ef,E2fはほとんど零となつている。一方発
振周波数削除を低速掃引する場合あるいは掃引停止時に
訃いては、検出手段41の時定数の大きい信号Efは第
2図cに示すような信号となる。この信号は、低周波信
号f!nの3倍調波成分を示して卦り、ベースラインT
Bは零であり、しかも吸収周波数ν,の点でその値が丁
度零となるという特徴をもつている。また、検出手段4
2は、センサーオシレータの2のLFampからの吸収
信号ε。を入力とし、これを低周波信号F.の2倍調波
2fInを参照波信号として同期整流するもので、低速
掃引あるいは掃引停止時において、その出力信号E2f
は第2図dに示すような信号となる。この信号は、低周
波信号FOの2倍調波成分を示しており、ベースライン
TBは零で、吸収周波数νtにおいて最大値をもつてい
る。これら検出手段41,42から得られる信号Ef,
E2fは、その時定数を大きくしたことから信号Efに
比べてS/Nが良好となる。次に制御回路6を含む装置
全体の動作を説明す !る。
まず、測定開始と同時に制御回路6は、関数発生器43
に高速掃引開始の信号を送る。関数発生器43は、この
信号を受.けると、可変容量ダイオード21にランプ関
数状に増加する電圧信号を与える。これによつて、セン
サーオシレータ2の 1発振周波数νは第2図eに示さ
れるように高速掃引される。この高速掃引時に卦いて、
検出手段41からの時定数の小さい出力信号Ef゛が一
定レベルEc(第2図b参照)に等しくなると、制御回
路6は比較器51を介してこれを検出し、関数発生 ,
器43に高速掃引停止の信号を送り、関数発生器43の
出力を掃引停止時に}ける値に維持させる。これによつ
て、センサーオシレータ2の発振周波数は掃引停止時に
卦ける周波数νc(第2図e参照)に保持される。この
状態に}いて、制御回路6は、比較器52を介して検出
手段42の出力信号E2fの値が一定レベルES(第2
図d参照)を越えているかどうかを判断する。ここでE
2f〉ESであれば、信号Ef゛の振幅変化は材料11
の吸収現象によるもの、すなわち、発振周波数ν。は吸
収周波数ν,の近傍にあることが確認され、またE2f
<ESであれば、信号Ef゛にノイズが混入したことに
よるものとし、再び高速掃引が続行される。制御回路6
は、このように低周波信号の2倍調波信号E2fの値に
よつて吸収周波数信号の存在を確認することによつて、
ノイズ混入による誤動作を防いでいる。制御回路6は、
E2f>ESで吸収周波数ν,の存在を確認すると、関
数発生器43の出力を掃引停止時における値に引続き維
持した状態で、スイツチS1を導通させる。
これによつて、検出手段41の出力信号Efを入力とす
るPI調節器44の出力信号が関数発生器43の出力信
号に加算され、可変容量ダイオード21に与えられる。
そして、PI調節器44、スイツチS1、センサーオシ
レータ2、検出手段41で構成されるルーブは、検出手
段41の出力信号Ef(低周波信号FInの3倍調波成
分)が零となるようにセスサーオシレ]ータ2の発振周
波数を制御する。
よつて、センサーオシレータ2の発振周波数は第2図e
に示すように最終的に吸収周波数ν,に等しくなる。本
発明装置においては、検出手段41から低周波信号Fm
の3倍調波成分を得ており〜この信号Efは吸収周波数
ν,の点pでその値が零となり、しかもこの点の前後の
周波数ではその値の極性が異なるという特徴をもつてい
るので、この信号Efが零となるように制御することに
よつて、センサーオシレータ2の発振周波数を高精度で
吸収周波数ν,に容易に追従させることができるもので
ある。センサーオシレータ2の発振周波数が吸収周波数
ν,に等しくなると、この発振周波数はRFampを介
して計数回路部7で計数され、この計数値を演算するこ
とによつて被測定温度を知ることができる。
な卦、上記の実施例においては検出手段41から高速掃
引に適した時定数の小さい信号E,″ を用いて掃引停
止点を検出するようにしたものであるが、高速掃引を希
望しない場合には、検出手段41あるいは検出手段42
からの時定数の大きい信号EfあるいはE2fを用いて
掃引停止点を検出してもよい。
また、検出手段42,41から得られる第2倍調波成分
E2fl第3倍調波成分Ef,Ei′はその基本波成分
に比べて次第に小さくなるという欠点があるが、これは
、低周波信号F.の振幅を、センサーオシレータの発振
振幅が変化する吸収領域W(第2図a参照)と同程度以
上に周波数シフト(例えば+5kHz)するようにその
値を選定することによつて解決できる。以上説明したよ
うに、本発明によればノイズに強く、高精度の温度測定
が行なえる温度計が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成プロツク図、第2
図は第1図装置の動作を説明するための動作波形図であ
る。 1・・・・・・温度検出端、2・・・・・・センサーオ
シレータ、3・・・・・・低周波発振器、41,42・
・・・・・検出手段、43・・・・・・関数発生器、4
4・・・・・・調節器、51〜53・・・・・・比較器
、6・・・・・・制御回路、7・・・・・・計数回路部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 共鳴吸収周波数が温度依存性をもつ共鳴材料と、低
    周波増幅器と高周波増幅器を含み前記共鳴材料の共鳴吸
    収周波数を検出するとともに低周波増幅器を介して吸収
    信号を、高周波増幅器を介して発振周波数信号をそれぞ
    れ出力するセンサーオシレータと、このセンサーオシレ
    ータの発振周波数を低周波信号で周波数変調する変調手
    段と、前記センサーオシレータから得られる吸収信号か
    ら前記低周波信号の2倍調波成分および3倍調波成分を
    それぞれ検出する検出手段と、前記2倍調波成分を入力
    して共鳴吸収周波数信号の存在を確認するとともに前記
    3倍調波成分を入力して前記センサーオシレータの発振
    周波数を共鳴吸収周波数に一致するように制御する制御
    手段とを具備し、前記センサーオシレータの発振周波数
    から被測定温度を知るようにした共鳴吸収現象を利用し
    た温度計。 2 変調手段において、センサーオシレータの発振周波
    数を変調する低周波信号の振幅値を、前記センサーオシ
    レータの発振周波数が吸収信号の吸収領域幅と同程度以
    上に周波数シフトするように選定した特許請求の範囲第
    1項記載の共鳴吸収現象を利用した温度計。 3 制御手段は第3調波成分を入力とする調節器を含ん
    でおり、この調節器の出力信号によつてセンサーオシレ
    ータの発振周波数を共鳴吸収周波数に一致させるように
    制御するようにした特許請求の範囲第1項記載の共鳴吸
    収現象を利用した温度計。
JP14641177A 1977-12-05 1977-12-05 共鳴吸収現象を利用した温度計 Expired JPS593696B2 (ja)

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JPS5479088A JPS5479088A (en) 1979-06-23
JPS593696B2 true JPS593696B2 (ja) 1984-01-25

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61137498A (ja) * 1984-12-07 1986-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピ−カ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61137498A (ja) * 1984-12-07 1986-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピ−カ

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