JPS5957129A - トランスデユ−サの改良 - Google Patents

トランスデユ−サの改良

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JPS5957129A
JPS5957129A JP58101040A JP10104083A JPS5957129A JP S5957129 A JPS5957129 A JP S5957129A JP 58101040 A JP58101040 A JP 58101040A JP 10104083 A JP10104083 A JP 10104083A JP S5957129 A JPS5957129 A JP S5957129A
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resonant
resonant element
optical path
feedback means
filaments
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ジヨン・クリストフア−・グリ−ンウツド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、トランスデー−サまたはセンサに関するも
のであり、特に振動が維持される正帰還路が光学的イン
ターフエ゛イスを備えている共振型のトランスデユーサ
に関するものである。
電気−機械的共振型トランスデー−サは種々の応用にお
いて歪センサとして使用されている。
これらの装置４の典型的なものはその固有周波数または
その高調波で正帰還ループ装置によって振動状態に維持
されるＪ辰動システムを備えている。振動周波数は例え
ばトランスデユーサに加えられた歪或は圧力の関数であ
る。
現用の共振装置の帰還ループは振動素子の全エネルギの
小部分を受け、そのエネルギを増幅し、次いでそれを正
確な位相関係で駆動手段を介して素子に帰還する。帰還
ループは一般に容量的或は電磁的結合手段を介して素子
に結合されている。
振動システムからのエネルギの抽出はもちろん共振周波
数の変動を生じ、得られるＱの値を低下させる。さらに
危険な環境におけるモニター用のような成る種の用途に
おいては電気的に結合された帰還ループの構成は望まし
くないものである。
この発明の目的は、これらの欠点を克服し、或は最小の
ものとすることである。
この発明によれば、共振素子と、この共振素子をその固
有共振周波数或はその高調波周波数で振動状態に維持す
るだめの正帰還手段とを具備し、共振素子への帰還手段
の結合が光学的通路を含んでいる共振装置が提供される
。
素子の撮動の検出は光学的に行なわれる。したがって実
質上共振システムからのエネルギの除去はなく、共振素
子は自由な阻害されない振動器として動作する。したが
って非常に高度の周波数安定度および正確度が得られる
。さらに、装置に対する結合が光学的に行方われるから
、装置は電気的結合のように火花放電による爆発の危険
を考慮する必要がなく、危険な、例えば潜在的に爆発性
の環境でも本質的に安全である。
〔発明の実施例〕
以下添付図面を参照に実施例を説明する。
第１図は共振装置の１実施例を示し、それは２フイラメ
ントねじシ振動装置を構成している。
例えばシリコンや水晶等の弾性材料の均一体から選択エ
ツチングによって形成されるとよいその装置は、端部支
持体１２間に張架された１対のフィラメント１１を備え
、端部支持体１２は絶縁支持体または基体１３に固定さ
れている。フィラメント１１の中央部分は剛固な薄片部
材であるノソドル（ｐａｄｄｌｅ　）　１４によって結
合されている。使用に際して装置はフィラメント１１中
のねじれに対応した周波数のねじれモードで振動する。
振動を維持するための駆動力は基体１３中の開口中に取
り付けられた光ファイバ１５を経て与えられ、その自由
端１６はパドル１４の一方の自由端に隣接して配置され
ている。光ファイバ１５はまた周波数出力が共振装置か
ら得られるだめの手段を与えている。
第２図は第１図のトランスデー−サの光学的駆動および
検知装置の詳細を示している。電極２４は、電極に供給
される交流電位によってパドル１４が静電的に駆動され
て振動するように′パドル１４の自由端と整合して基体
１３上に配置されている。
前述のように基体１３には開口、２５が設けられ、との
開口は電極２４中のもっと大きな開口２６と整合し実質
上同心である。開口２５と電極の開口２６との間の基体
領域は環状のフォトダイオード５アレイ２７を支持して
おす、と（１’）７オトダイオードアレイ２７は電極２
４と固定電位点例えば接地点との間に電気的に接続され
ている。基体１３は単結晶シリコンから構成されるのが
好甘しく、フォトダイオードアレイ２２のフ第１・ダイ
オードはシリコン表面に集積されるとよい。
基体１３中の開口２５は光ファイバ１５を受け、それに
よって光はパドル１４の光ファ゛堕バ端に隣接する領域
に向けられる。この領域は研磨され、実質上平坦で条る
。光ファイバ１．５からの出力光はＡドル１４ＶＣよっ
て反射される。
この反射光の大部分はフォトダイオードアレイシフ上に
入射するがその小部分は光ファイバに戻るように反射さ
れる。
光ファイバ１５０反対側の端部は方向性結合器２９を介
して変調された光源３ｏ１例えば固体レーデに結合され
ている。光源３０は駆動回路３１によｐ作動され、その
駆動回路３ノは安定な低いレベルに高レベルのパルスが
重畳された光を放射するように光源３θを動作さ°せる
。
光ファイバ１５に反射して戻った光は方向性結合器２９
を経て光検出器３２に供給され、その出力は増幅器３３
に結合され、増幅器３３はダート手段３４を備え、駆動
回路２１からの各高レベルパルスの継続期間中不動作状
態にされる。
パドル１４が共振装Ｕりの共振周波数で振動するので、
光検出器３２が受光する反射光信号の振幅は同じ周波数
で振幅変調される。
駆動回路３１で発生される高レベルパルスは光ファイバ
１５を介して対応する高い強度の光パルスの送信を行な
う。これらの光・ぐルスはフォトダイオ−ドアｌ／イ２
７に入射し、フォトダイオードアレイ２７はそれに応答
して電極２４と接地点との間に供給される電圧パルスを
発生させる。これは静電的駆動電位を与え、それによっ
て装置を振動状態に維持する。フォトダイオ−ｒの電位
はもちろん漏洩によってパルスとＡ’ルスの間で減衰す
る。しかしこの減衰は成る種の応用においては電極２４
から接地点への高抵抗漏洩路を設けることによって増加
させることができる。振動しているパドル１４と駆動回
路３１の同期は増幅器３４を含む帰還回路によって与え
られる。
第１図に示す共振、トランスデユーサ装置は密封容器中
に配置され、或は不活性ガスで充填されるとよい。その
ような装置が第３図に示されている。それは密封された
共振装置のパドル部材の長手方向の軸に沿った（フィラ
メントに垂直な）断面図でろ、る。この装置は基体４１
および基体４ノとの間にある枠部材４３と−・−メ“ｒ
ツクノールされて基体４１と間隔を置いて配Ｆ５された
蓋４２とよりなる密封容器を備えている。省・：Ｈ４２
もシリコンで作られることが好ましい。枠部拐もまたシ
リコンで作られることが好廿しく、フィラメントおよび
パドル共振装置と一体であることが好ましい。枠部材４
３はフィラメントの支持体となっている。
基体４ノには開口４５が設けられ、光は光ファイバ１５
を通ってパドル１４に向けられることができる。図面を
判シ易くするために、光ファイバ１５およびパドル１４
と関連するフォトダイオードアレイは図では省略されて
いる。開口４５は透明な窓４６を設けられ、それによっ
て容器の−・−メチツクシールがされるとよい。
容器はフィラメントに歪を伝達してその振動周波数を決
定するように充分に可撓性のものである。
以上説明した装置は歪或は圧力センサとして各種の応用
に使用できる。それらは危険な環境例えば潜在的な爆発
を起し易い雰囲気中或は原子炉中で使用できる。それは
トランスデユーサ素子へ直接電気結合がないためそれら
を固有的に安全にするからである。
この発明のトランスデー−サは単結晶シリコン体から選
択エツチングによる一体構造体として形成することがで
きる。
典型的にはシリコン体は最終的な装置を構成する領域が
硼素を４．　Ｘ　］、　０１９原子／ＣＣ以上のレベル
で選択的にドープされる。ウェー・−はそれかう例えば
ブレンツカチキン（ｃａｔｅｃｈｏｌ　）　、エチレン
ソアミンおよび水の混合液或は水酸化カリウム、イソブ
ルチアルコールおよび水の混合液によってエツチングさ
れる。そのようなエツチング液の組成は硼素をドープし
たシリコンに使用される時に化学的に選択性を有するも
のであることが認められた。通常エツチング速度はドー
プしないシリコンとエツチング速度が実質上ゼロの硼素
がｒ−プされた部分との境界部において判然とした相違
−があシ、そのためエツチングされない領域は硼素をド
ープした領域の形状によって正確に決定される。典型的
には単結晶シリコン体はマスクを使用してエツチングを
要しない区域に硼素がドープされ、次いでエツチング処
理が施されてドープしない材料だけが除去される。場合
によっては複数のマスキング、ドーピングおよびエツチ
ング工程が必要とされる。そのような技術は英国特許第
１２１１４９６号明細書中に詳しく説明されている。
第１図の実施例においては単一の装置のみについて説明
したがそのような装置が複数個同時に例えば単一の半導
体ウェー・上に製造され、次いでそのウェー・が通常の
技術によって個々の装置を形成するように分割されるこ
とも可能であるととは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例の共振装置を示し、第２図は
第１図の装置と共に使用する帰還および駆動装置をブロ
ック図で示し、第３図は密刺された共振装置の断面図を
示す。 １Ｆ・・・フィラメント、１２・・・端部支持体、１３
・・・基体、　　Ｊ　４・・・ノぐドル、１５・・・光
ファイツマ。 １６・・・光フアイバ端部、２４・・・電極、２５・・
・開口、２６・・・電極の開口、２７・・・ダイオード
プレイ、２９・・・方向性結合器、３０・・・光源、３
１・・・駆動回路、３２・・・光検出器、３３・・・増
幅器、３４・・・ゲート手段、４ノ・・・基体、４２・
・・蓋、４３・・・枠部利、４５・・・開口、４６・・
・透明悠。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦昭和　　　年
　　　月　　　１１ 特許辰官若杉和夫　殿 ■、事件の表示 特願昭５８−１０１０４０号 ２、発明の名称 トランスデユーサの改良 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 インターナショナル・スタンダード・ エレクトリック嗜コー４？レイジョン ４、代理人 ５、補正命令の日付 ７、補正の内容　　別紙の通り 図面の浄苫（内容に変更なし） １６０−

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）共振素子と、この共振素子をその固有共振周波数
    またはその高調波で振動状態に保持するだめの正帰還手
    段とを具備し、前記共振素子に対する帰還手段の結合は
    光学的通路を含んでいることを特徴とする共振装置。
  2. （２）共振素子が単結晶シリコン体で構成されている特
    許請求の範囲第１項記載の共振装置。
  3. （３）　　共振素子がフォトダイオードを介して動作可
    能な静電的駆動手段を備えている特許請求の範囲第１項
    または第２項記載の共振装置。
  4. （４）　　前記光学的通路が光フアイバリンクを含んで
    いる特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか記載の共
    振装置。
  5. （５）支持体間に張架された第１および第２の並列した
    フィラメントと、これらフィラメントの中間部分に結合
    された薄片部材と、フィラメントに加えられた力に対応
    する固有周波数のねじれモード振動を形成する構体と薄
    片部材に隣接して配置され、固有周波数で振動を維持す
    るように勃片部月に静電的信号を与える手段とを具備し
    ている特許請求の範囲第１項記載の歪応答用の共振装置
    。
  6. （６）遠隔トランスポンダ用として構成されている特許
    請求の範囲第１項または第５項記載の共振装置。 るための正帰還手段とを具備し、前記共振素子に対する
    帰還手段の結合は光学的通路を含んでいる共振装置を設
    け、前記共振素子を圧力または歪を加えて振動させ、前
    記共振素子から前記光学的通路に沿って前記帰還手段に
    帰還信号を結合させて圧力または歪を測定することを特
    徴とする方法。
JP58101040A 1982-06-10 1983-06-08 トランスデユ−サの改良 Pending JPS5957129A (ja)

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GB08216846A GB2121953B (en) 1982-06-10 1982-06-10 Improvements in transducers
GB8216846 1982-06-10

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