JPS62130326A - Crystal type gas manometer - Google Patents

Crystal type gas manometer

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JPS62130326A
JPS62130326A JP27103985A JP27103985A JPS62130326A JP S62130326 A JPS62130326 A JP S62130326A JP 27103985 A JP27103985 A JP 27103985A JP 27103985 A JP27103985 A JP 27103985A JP S62130326 A JPS62130326 A JP S62130326A
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crystal
frequency
variable frequency
crystal resonator
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Fujio Tamura
田村 富士夫
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Seiko Electronic Components Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element

Abstract

PURPOSE:To lock a PLL circuit by sweeping the oscillation frequency of a variable frequency oscillator with a start switch ON and tuning it to the resonance frequency of a crystal resonator. CONSTITUTION:When a power switch is turned on, the oscillation frequency fosc of the variable frequency oscillator 1 decreases gradually and becomes equal to the resonance frequency fo of the crystal resonator eventually. When the varying speed of this frequency almost matches with the response time of the crystal resonator 5, a resonance current is conducted through the crystal resonator 5 and is amplified by an amplifier 2 to lock the variable frequency oscillator 1 through a phase comparator 3 and a low-pass filter 4. The subsequent oscillation frequency fosc of the variable frequency oscillator 1 is equal to fo. Thus, the PLL circuit is locked at the resonance frequency of the crystal resonator 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水晶振動子を利用して、その周囲の気体の圧力
を測る気体圧力測定装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas pressure measuring device that uses a crystal oscillator to measure the pressure of gas around it.

〔従来の技術〕  。[Conventional technology].

水晶振動(特に屈曲モード)の共振抵抗が、その周囲気
体の圧力に対し広い範囲で変化することが最近明らかと
なり、それを利用すれば、大気圧から大略10−’トー
ルまで1つのセンサで連続に測定可能な気体圧力計を実
現しうろことが明らかとなった。これは、例えば、月刊
誌「計装」、1984年、Vo I 、 27、隘7 
「水晶振動子を使った超小形真空センサの開発」の項に
開示されている。
It has recently been revealed that the resonant resistance of crystal vibration (especially in the bending mode) changes over a wide range with respect to the pressure of the surrounding gas, and if this is utilized, it is possible to continuously generate vibrations from atmospheric pressure to about 10-' Torr with one sensor. It became clear that a gas pressure gauge capable of measuring gas pressure could be realized. For example, the monthly magazine "Keiso", 1984, Vo I, 27, 7th
It is disclosed in the section ``Development of an ultra-small vacuum sensor using a crystal oscillator''.

次に、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利用した気
体圧力計の動作原理を図面によって説明する。
Next, the operating principle of a gas pressure gauge that utilizes the pressure dependence of the resonance resistance of a crystal resonator will be explained with reference to the drawings.

第1図は、気体(N2)圧力と約32kH,の屈曲モー
ドの水晶振動子の共振抵抗、共振電流、共振周波数の関
係を示す図である。共振周波数は10トールをこえるあ
たりから変化し始めるが、圧力がそれ以下の領域での周
波数圧力悪魔はほとんど零である。一方、水晶振動子の
共振抵抗は大気圧から約10−3トール迄圧力に対して
有効な感度を有している。ここで、この水晶振動子を定
電圧駆動すれば、同図中10で示す共振電流−気体圧力
曲線が得られる。それは共振抵抗と同様に、大気圧から
約101トール迄、圧力感度を有している。測定の容易
さの点で共振電流を測り、これによって気体圧力を示す
方式の方がよい。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the gas (N2) pressure and the resonant resistance, resonant current, and resonant frequency of a crystal resonator in a bending mode of about 32 kHz. The resonant frequency begins to change when the pressure exceeds 10 Torr, but the frequency pressure devil is almost zero in the region where the pressure is lower than that. On the other hand, the resonant resistance of a quartz crystal has an effective sensitivity to pressures from atmospheric pressure to about 10@-3 Torr. If this crystal resonator is driven at a constant voltage, a resonance current-gas pressure curve shown at 10 in the figure is obtained. It has pressure sensitivity from atmospheric pressure to about 101 Torr, as well as a resonant resistance. In terms of ease of measurement, it is better to measure the resonance current and use this to indicate the gas pressure.

第2図は、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利用し
た水晶式気体圧力計(以下、水晶式気体圧力計と称する
)の電子回路ブロック図である。
FIG. 2 is an electronic circuit block diagram of a crystal gas pressure gauge (hereinafter referred to as a crystal gas pressure gauge) that utilizes the pressure dependence of the resonance resistance of a crystal resonator.

それは、PLL回路部、表示変換回路部、表示回路部に
よって構成される。前記PLL回路部は、電圧又は電流
によって制御される周波数可変発振器1、水晶振動子5
の共振電流を電圧として増幅する増幅器2、前記増幅器
2の出力信号と前記周波数可変発振器1の出力信号との
位相差を比較し、その位相差に比例する信号を出力する
位相比較器3と、前記位相比較器3の出力信号に比例す
る直流電圧を発生する低域濾波器4とによって構成され
、前記低域濾波器4の出力電圧は前記周波数可変発振器
1の発振周波数を制御する。圧力センサである前記水晶
振動子5は、前記周波数可変発振器1の出力電圧で駆動
される。
It is composed of a PLL circuit section, a display conversion circuit section, and a display circuit section. The PLL circuit section includes a variable frequency oscillator 1 controlled by voltage or current, and a crystal oscillator 5.
an amplifier 2 that amplifies the resonant current of as a voltage; a phase comparator 3 that compares the phase difference between the output signal of the amplifier 2 and the output signal of the variable frequency oscillator 1 and outputs a signal proportional to the phase difference; A low-pass filter 4 generates a DC voltage proportional to the output signal of the phase comparator 3, and the output voltage of the low-pass filter 4 controls the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1. The crystal resonator 5, which is a pressure sensor, is driven by the output voltage of the variable frequency oscillator 1.

PLL回路の動作原理はすでに広く知られているので、
ここでは省略するが、前記周波数可変発振器1の出力信
号(すなわち、前記水晶振動子5の駆動電圧)と、前記
増幅器2の出力信号(すなわち前記水晶振動子5を流れ
る電流)との位相差が零になるように、前記周波数可変
発振器1の発振周波数が制御される。すなわち、前記水
晶振動子5は常にそれ自身の共振周波数で駆動される。
The operating principle of the PLL circuit is already widely known, so
Although omitted here, the phase difference between the output signal of the variable frequency oscillator 1 (i.e., the drive voltage of the crystal resonator 5) and the output signal of the amplifier 2 (i.e., the current flowing through the crystal resonator 5) is The oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is controlled so that the frequency becomes zero. That is, the crystal resonator 5 is always driven at its own resonant frequency.

これは、周囲気体の圧力によって前記水晶振動子の共振
周波数が変化しても、十分追従できる。
This allows sufficient tracking even if the resonant frequency of the crystal resonator changes due to the pressure of the surrounding gas.

次に、表示変換回路部は、前記水晶振動子5の共振電流
を電圧に変えられた信号(以下これを共i電圧と称する
)を、圧力を表示し得る電気信号に変換する回路で、具
体的には下記の回路よりなる。それらは、表示部が電流
計(メータ)で構成される場合、前記増幅器2の出力信
号を更に増幅する主増幅器6、前記主増幅器6の出力信
号を直流にする整流回路7、前記整流回路7の出力電圧
をメータ駆動電圧に変換するメータ駆動回路8である。
Next, the display conversion circuit unit is a circuit that converts a signal obtained by converting the resonant current of the crystal oscillator 5 into a voltage (hereinafter referred to as a voltage) into an electric signal capable of displaying pressure. Basically, it consists of the following circuit. When the display section is composed of an ammeter, these include a main amplifier 6 that further amplifies the output signal of the amplifier 2, a rectifier circuit 7 that converts the output signal of the main amplifier 6 into direct current, and the rectifier circuit 7. This is a meter drive circuit 8 that converts the output voltage of the meter into a meter drive voltage.

本例の場合、表示部は電流計(メータ)9であり、前記
メータ9の針の振れ角により気体の圧力を知る。
In this example, the display section is an ammeter (meter) 9, and the pressure of the gas is determined by the deflection angle of the needle of the meter 9.

前記整流回路7の出力電圧VOCは第3図に示すように
気体圧力が下がると、第1図の共振電流ioの傾向に一
致して、増加する(Vocの最大値をvu、最小値をv
Lとする)。このまま、前記メータ9を駆動すると、圧
力が下がるとともに前記メーク9の振れ角が大きくなり
、一般的な圧力計の常識に反する指示となる。そこで、
前記メータ駆動回路は前記整流回路7の出力電圧vIl
cを第3図の曲線v8のように逆転し、さらに大気圧に
て前記メータ9の指針の振れ角をフルスケールにし、高
真空時に前記メータ9の指針の振れ角を零にするもので
ある。
As shown in FIG. 3, the output voltage VOC of the rectifier circuit 7 increases as the gas pressure decreases, matching the tendency of the resonant current io shown in FIG.
). If the meter 9 is driven in this state, the pressure will decrease and the deflection angle of the make 9 will increase, giving an indication that is contrary to common sense for a pressure gauge. Therefore,
The meter drive circuit receives the output voltage vIl of the rectifier circuit 7.
c is reversed as shown by curve v8 in Fig. 3, and the deflection angle of the pointer of the meter 9 is made full scale at atmospheric pressure, and the deflection angle of the pointer of the meter 9 is made zero at high vacuum. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の自助発振器による気体圧力計では、自助発振回路
の帰還ループ内に、水晶振動子を使用するので、前記水
晶振動子の共振抵抗に対応する出力電圧が得られるが、
前記出力電圧は、前記共振抵抗値の他に、前記自動発振
器のループ利得の影響を強く受ける。又、前記水晶振動
子の共振抵抗が3桁(高真空では30にΩ、大気圧では
300に0強)以上も圧力によって変わるので、高真空
での前記発振器の出力電圧の飽和を防止しようとすると
、前記水晶振動子の駆動電圧のレベルを低くしなければ
ならず、これにより常圧附近での自動発振が困難になる
。すなわち、自助発振方式では、一般に圧力をア°コみ
とるための出力電圧が圧力センサである水晶振動子の共
振抵抗以外の要因に強い影響を受けることや、測定器と
しての圧力測定範囲が前記水晶振動子が存効悪魔を保持
できる圧力範囲よりもせまくなってしまうことなどによ
り前記水晶振動子の圧力センサとしての性能を十分に利
用できない。又、安定な発振を維持するには、通常、水
晶振動子と発振回路を可能な限り近すけなければならな
い(センサ・ケーブルが長くなると浮遊容量により発振
が不安定になる)ことは、実用上の大きな制約である。
In a conventional gas pressure gauge using a self-help oscillator, a crystal resonator is used in the feedback loop of the self-help oscillator circuit, so an output voltage corresponding to the resonance resistance of the crystal resonator can be obtained.
The output voltage is strongly influenced by the loop gain of the automatic oscillator in addition to the resonance resistance value. Furthermore, since the resonant resistance of the crystal resonator changes by more than three orders of magnitude (30 to 0 Ω in high vacuum, 300 to 0 at atmospheric pressure) depending on the pressure, attempts were made to prevent the output voltage of the oscillator from saturating in high vacuum. Then, the level of the driving voltage of the crystal resonator must be lowered, which makes automatic oscillation near normal pressure difficult. In other words, in the self-oscillation method, the output voltage for measuring pressure is generally strongly influenced by factors other than the resonant resistance of the crystal oscillator that is the pressure sensor, and the pressure measurement range of the measuring device is The performance of the crystal oscillator as a pressure sensor cannot be fully utilized because the pressure range becomes narrower than the pressure range in which the oscillator can maintain its effective temperature. Also, in order to maintain stable oscillation, it is usually necessary to place the crystal resonator and the oscillation circuit as close as possible (the longer the sensor cable becomes, the more unstable the oscillation becomes due to stray capacitance). This is a major limitation.

一方、本発明による水晶式気体圧力計では、前記周波数
可変発振器1の出力電圧は前記水晶振動子5の共振抵抗
値に関係なく一定であるので、前記水晶振動子5は常に
共振状態で一定の振幅の電圧で駆動される。このため、
第1図と第3図に示すように、前記整流回路の出力電圧
■。、は前記水晶振動子の共振電流10を、又、前記メ
ータ駆動回路の出力電圧v、l(前記メータ9の1)の
振れ角は■。に正比例する)は、前記水晶振動子5の共
振抵抗R8にそれぞれ一致する。すなわち、前記メータ
駆動電圧■9は、前記水晶振動子の共振抵抗Roのみに
よって決まるので、このような気体圧力計は圧力センサ
としての水晶振動子の性能を完全に利用できる。又、前
記水晶振動子の駆動源インピーダンスと、前記水晶振動
子の共眼電流を増幅する増幅器の入力インピーダンスと
が十分に低ければ、センサ(水晶振動子)と気体圧力計
本体とを結ぶケーブルの長さを非常に長く (例えば3
0から50m)しても何ら支障がない。これらは、実用
上大きな利点である。しかし、この方式にも次のような
問題がある。すなわち、前記PLLの可変周波数発振器
がいったん前記水晶振動子の共振周波数でロックされる
と、その口・ツクは非常に安定で、高真空から一気に常
圧にもどしても(この時、前記水晶振動子の共振周波数
は数Hzも変化する)ロックがはずれることはないが、
ロック状態にするために、一度は、数H2も変化する水
晶振動子の共振周波数に、非常に高い精度(水晶振動子
のQが約10万なので、少な(ともlXl0−’程度の
精度)で前記可変周波数発振器の発振周波数を調整する
必要がある。
On the other hand, in the crystal gas pressure gauge according to the present invention, since the output voltage of the variable frequency oscillator 1 is constant regardless of the resonance resistance value of the crystal oscillator 5, the crystal oscillator 5 is always in a resonant state and has a constant state. It is driven by a voltage of amplitude. For this reason,
As shown in FIGS. 1 and 3, the output voltage of the rectifier circuit is . , is the resonant current 10 of the crystal resonator, and the deflection angle of the output voltage v, l of the meter drive circuit (1 of the meter 9) is ■. ) corresponds to the resonance resistance R8 of the crystal resonator 5, respectively. That is, since the meter drive voltage (19) is determined only by the resonance resistance Ro of the crystal oscillator, such a gas pressure gauge can fully utilize the performance of the crystal oscillator as a pressure sensor. Furthermore, if the drive source impedance of the crystal oscillator and the input impedance of the amplifier that amplifies the synocular current of the crystal oscillator are sufficiently low, the cable connecting the sensor (crystal oscillator) and the gas pressure gauge body can be Make the length very long (e.g. 3
0 to 50m) without any problem. These are great practical advantages. However, this method also has the following problems. In other words, once the variable frequency oscillator of the PLL is locked at the resonant frequency of the crystal oscillator, its operation is extremely stable, and even if the pressure is suddenly returned from high vacuum to normal pressure (at this time, the crystal oscillator (The resonant frequency of the child changes by several Hz) The lock will not be lost, but
In order to achieve a locked state, the resonant frequency of the crystal oscillator, which varies by several H2, must be adjusted with very high precision (the Q of the crystal oscillator is approximately 100,000, so the precision is small (accuracy of lXl0-')). It is necessary to adjust the oscillation frequency of the variable frequency oscillator.

本発明は上記の事情に鑑み為されたもので、電源スイッ
チ、又は何らかの起動スイッチをONにすると、前記可
変周波数発振器の発振周波数を掃引し、前記水晶振動子
の共振周波数に同調させることによって、前記PLL回
路をロックするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when a power switch or some kind of starting switch is turned on, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator is swept and tuned to the resonant frequency of the crystal resonator. This locks the PLL circuit.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の図によって説明する。第4図は、本発明の
実施により、PLLの周波数可変発振器が水晶振動子の
共振周波数でロックされる過程を示すものである。電源
スィッチ(図示せず)をONにする(時間1=0>と、
前記可変周波数1の発振周波数がfoscが徐々に低下
し、やがて、前記水晶振動子の共振周波数f0に等しく
なる。この周波数の変化速度が前記水晶振動子5の応答
時間に適合する程度であれば、ここで前記水晶振動子は
共振電流が流れ、前記増幅器2がこれを増幅し、前記位
相比較器3と前記低域濾波器4とによって前記可変周波
数発振器1をロックする。従って、それ以降の前記可変
周波数発振器1の発振周波数はfosc=foである。
Next, the present invention will be explained with reference to figures. FIG. 4 shows a process in which the variable frequency oscillator of the PLL is locked at the resonant frequency of the crystal resonator according to the embodiment of the present invention. Turn on the power switch (not shown) (time 1=0>,
The oscillation frequency of the variable frequency 1 fosc gradually decreases and eventually becomes equal to the resonant frequency f0 of the crystal resonator. If the rate of change in frequency is compatible with the response time of the crystal resonator 5, a resonant current flows through the crystal resonator, the amplifier 2 amplifies this, and the phase comparator 3 and the The variable frequency oscillator 1 is locked by a low pass filter 4. Therefore, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 thereafter is fosc=fo.

第5図は、本発明の実施例のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the invention.

10は電源に接続するスイッチ10dをONにすると同
時に、時間とともに波高値の変化する電圧を発生する制
御電圧発生器で、前記制御電圧発生器10の出力電圧は
スイッチ回路1)を経て前記可変周波数発振器lに加わ
り、その発振周波数を掃引する働きを持つ、前記スイッ
チ回路1)は通常は「閉」状態で前記制御電圧発生器1
0の出力電圧を前記周波数可変発振器1に加えるが、前
記水晶振動子5が共振(すなわちPLLがロック)する
と、前記整流回路7の出力電圧が出現し、前記整流回路
7の出力電圧によって、「開」状態となり、これ以上前
記制御電圧発生器10の出力電圧が前記周波数可変発振
器1の発振周波数を掃引することはなく (第4図参照
)、前記PLL回路部はそれ自身の状態で安定するよう
になる。前記スイッチ回路1)は、基本的には電界効果
トランジスタのような三端子スイッチング素子によって
構成される。
Reference numeral 10 denotes a control voltage generator that generates a voltage whose peak value changes over time when a switch 10d connected to the power source is turned on, and the output voltage of the control voltage generator 10 passes through the switch circuit 1) to the variable frequency The switch circuit 1), which is connected to the oscillator l and has the function of sweeping its oscillation frequency, is normally in the "closed" state when the control voltage generator 1
An output voltage of 0 is applied to the variable frequency oscillator 1, but when the crystal oscillator 5 resonates (that is, the PLL locks), the output voltage of the rectifier circuit 7 appears, and the output voltage of the rectifier circuit 7 causes The output voltage of the control voltage generator 10 no longer sweeps the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 (see FIG. 4), and the PLL circuit section is stabilized in its own state. It becomes like this. The switch circuit 1) is basically constituted by a three-terminal switching element such as a field effect transistor.

第6図は前記制御電圧発生器10の構成の一例を示す図
である。10aはモノマルチ、10bは積分器、10c
は減衰器である。第7図は前記制御電圧発生器10の各
構成部の出力電圧の波形を示す図である。前記スイッチ
10d(系全体の電源スィッチとして使ってもよい)を
「閉」にすると前記モノマルチ10aが動作し、具体的
には幅が約8秒程度のパルスを発生する(第7図(a)
)。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the control voltage generator 10. 10a is mono multi, 10b is integrator, 10c
is an attenuator. FIG. 7 is a diagram showing waveforms of output voltages of each component of the control voltage generator 10. When the switch 10d (which may be used as a power switch for the entire system) is closed, the monomulti 10a operates, and specifically generates a pulse with a width of about 8 seconds (see Fig. 7(a)). )
).

このパルスは積分器Jobに加えられ、具体的には、波
高値15V程度の三角波(第7図(b))が()られる
。この三角波は減衰器10cに加えられ具体的には、波
高値8V程度の出力電圧(制御電圧V、で波形は第7図
(C))が得られる。前記制御電圧VCの大きさは前記
周波数可変発振器1の特性によって決まるものである。
This pulse is applied to an integrator Job, and specifically, a triangular wave (FIG. 7(b)) with a peak value of about 15V is generated. This triangular wave is applied to the attenuator 10c, and specifically, an output voltage (control voltage V, waveform shown in FIG. 7(C)) with a peak value of about 8V is obtained. The magnitude of the control voltage VC is determined by the characteristics of the variable frequency oscillator 1.

前記制御電圧vcが前記周波数可変発振器1に加えられ
、その結果前記周波数可変発振器1の発振周波数は第7
図+dlのように変化する。
The control voltage vc is applied to the variable frequency oscillator 1, so that the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is the seventh
It changes as shown in the figure +dl.

第8図は、前記制御電圧発生器lOの構成の他の例で、
第8図(alは抵抗10eとコンデンサ10fによる充
電回路と、バッファ10gとによって構成され、第8図
山)は単に前記抵抗10eと前記コンデンサ10fのみ
によって構成される。前記周波数可変発振器10周波数
制御電圧入力インピーダンスが十分高い場合には必ずし
も前記バッファ10gは必要ない。第9図+a+は第8
図に示す構成例の制御電圧vcの波形を示し、第9図(
blは前記周波数可変発振器1の発振周波数変化を示し
ている。第8図に示す構成例は構成が非常に筒車である
が、次のような欠点がある。すなわち、第9図To)に
おいて、前記周波数可変発振器1の時間t=0での発振
周波数が相対的に高い(fl)とPLLがロックする時
間は非常に長くなる( 1 +)か又はいつまでたって
もロックしなくなる。一方、前記周波数可変発振器1の
発振周波数が相対的に低い(r、)と、前記水晶振動子
5の共振周波数r0を横切る時の周波数変化率が大きす
ぎ、前記水晶振動子5が応答できなくなり、結果的にP
LLがロックしなくなる。このように、PLLのロック
する周波数範囲が狭くなることが、第8図の構成例の欠
点であり、これは前記制御電圧vcの時間的変化が、充
電(放電)曲線だからである。一方、第6図に示す構成
例では、前記制御電圧Veの時間的変化が直線的(第7
図(C))なので、第8図に示す構成例のような欠点を
有しないことは明白である。
FIG. 8 shows another example of the configuration of the control voltage generator lO,
FIG. 8 (Al is composed of a charging circuit including a resistor 10e and a capacitor 10f, and a buffer 10g, and the crest in FIG. 8) is simply composed of the resistor 10e and the capacitor 10f. If the frequency control voltage input impedance of the variable frequency oscillator 10 is sufficiently high, the buffer 10g is not necessarily required. Figure 9 +a+ is the 8th
The waveform of the control voltage vc of the configuration example shown in the figure is shown in FIG.
bl indicates a change in the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1. Although the configuration example shown in FIG. 8 is very similar in configuration to an hour wheel, it has the following drawbacks. That is, in Figure 9 To), if the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 at time t=0 is relatively high (fl), the time for the PLL to lock becomes very long (1 +) or how long does it take? will no longer lock. On the other hand, if the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is relatively low (r,), the rate of frequency change when crossing the resonance frequency r0 of the crystal oscillator 5 is too large, and the crystal oscillator 5 becomes unable to respond. , resulting in P
LL no longer locks. The disadvantage of the configuration example shown in FIG. 8 is that the frequency range in which the PLL locks becomes narrow in this way, and this is because the temporal change in the control voltage vc is a charging (discharging) curve. On the other hand, in the configuration example shown in FIG. 6, the temporal change in the control voltage Ve is linear (the seventh
(C)), it is clear that the configuration example shown in FIG. 8 does not have the drawbacks.

第1θ図は、前記制御電圧を前記低域濾波器4に印加す
ることによって、前記周波数可変発振器1の発振周波数
を変える構成例を示している。
FIG. 1θ shows an example of a configuration in which the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is changed by applying the control voltage to the low-pass filter 4.

低域濾波器は一般に直流を通すことができるので、第1
0図に示す構成が可能である。又、低域濾波器の入力イ
ンピーダンスは一般的に高くとれるので第10図の構成
例では、前記制御電圧発生器の出力インピーダンスをあ
まり考慮しないでよいという利点がある。
Low-pass filters can generally pass direct current, so the first
The configuration shown in Figure 0 is possible. Furthermore, since the input impedance of the low-pass filter is generally high, the configuration example shown in FIG. 10 has the advantage that the output impedance of the control voltage generator need not be taken into consideration much.

(発明の効果〕 以上述べてきたように、本発明は、PLL回路によって
水晶振動子を駆動する水晶式気体圧力計において、前記
PLL回路部中の周波数可変発振器、もしくは前記発振
器の発振周波数を制御する低域濾波器に、波高値が時間
的に変化する電圧を印加することにより、前記周波数可
変発振器の発振周波数を掃引し、前記周波数掃引幅内に
圧力センサである水晶振動子の共振周波数があるように
することによって、PLL回路を前記水晶振動子の共振
周波数でロックするものである。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention provides a crystal gas pressure gauge in which a crystal oscillator is driven by a PLL circuit, in which a frequency variable oscillator in the PLL circuit section or the oscillation frequency of the oscillator is controlled. By applying a voltage whose peak value changes over time to a low-pass filter, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator is swept, and the resonant frequency of the crystal resonator, which is a pressure sensor, is within the frequency sweep width. By doing so, the PLL circuit is locked at the resonant frequency of the crystal resonator.

水晶振動子の共振抵抗の気体圧力依存性を利用する水晶
式気体圧力計においては、前記水晶振動子を一定電圧で
駆動することは本質的に重要であり、前記定電圧駆動に
PLL回路が優れていることは前述した。前記PLL回
路を前記水晶振動子の共振周波数でロックするには、ま
ず、前記水晶振動子をいったん共振状態にすることが本
質的に必要である。本発明によって、前記水晶振動子を
最初に共振状態にすることができること、本発明は、前
記PLL回路に内蔵する周波数可変発振器そのものを利
用するので回路の構成が簡単であること、前記PLL回
路のキャプチャ・レンジ(基準信号の周波数、本発明で
は前記水晶振動子の共振周波数に対して前記周波数可変
発振器の周波数を変えていった時にロックに引き込める
周波数の幅)の範囲内で前記周波数可変発振器の発振周
波数のエージングや部品定数のバラツキ等に起因する変
動を許容できること(周波数許容変動幅がある実施例で
は4 kHz以上であった。これは、前記水晶振動子の
共振周波数を約32kllzとすると13%程度に相当
する)、といった実用上大きな効果を有するものである
In a crystal gas pressure gauge that utilizes the gas pressure dependence of the resonance resistance of a crystal oscillator, it is essentially important to drive the crystal oscillator with a constant voltage, and a PLL circuit is excellent for driving the crystal oscillator at a constant voltage. As mentioned above, In order to lock the PLL circuit at the resonant frequency of the crystal resonator, it is essentially necessary to first bring the crystal resonator into a resonant state. According to the present invention, it is possible to first bring the crystal resonator into a resonant state; the present invention has a simple configuration of the circuit because the variable frequency oscillator itself built in the PLL circuit is used; The frequency variable oscillator can be used within a capture range (the frequency of the reference signal; in the present invention, the range of frequencies that can be pulled into lock when the frequency of the variable frequency oscillator is changed with respect to the resonant frequency of the crystal resonator). It is possible to tolerate fluctuations caused by aging of the oscillation frequency of the oscillation frequency, variations in component constants, etc. (In an example with a permissible frequency fluctuation range, it was 4 kHz or more. This means that if the resonant frequency of the crystal resonator is approximately 32 kHz, (equivalent to about 13%), which has a large practical effect.

なお、本発明の実施例では明示しなかったが、前記PL
L回路部が前記水晶振動子5の共振周波数でロックした
後、前記スイッチ回路1)で前記制御電圧を「断」にす
る代わりに、前記制御電圧をある一定値に保持する手段
を導入することによって前記スイッチ回路1)を除去す
ることができることは明白であり、このような手段も本
発明の忠恕に含まれることは言う迄もない。
Although not specified in the embodiments of the present invention, the PL
After the L circuit section locks at the resonant frequency of the crystal oscillator 5, instead of turning off the control voltage in the switch circuit 1), a means for maintaining the control voltage at a certain constant value is introduced. It is obvious that the switch circuit 1) can be eliminated by using the above method, and it goes without saying that such means are also included in the scope of the present invention.

又、本発明の実施例では前記表示部を構成する要素とし
て前記メータを用いたが、前記メータの代わりにデジタ
ル回路によるデジタル表示デバイスを用いても、その効
果は同じである。
Further, in the embodiment of the present invention, the meter is used as an element constituting the display section, but the effect is the same even if a digital display device using a digital circuit is used instead of the meter.

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

第1図は、水晶振動子の共振抵抗、共振電流、共振周波
数と気体(N2)圧力との関係を示す図、第2図は水晶
式気体圧力計の電子回路ブロック図、第3図は前記電子
回路内の整流回路出力電圧と、メータ駆動電圧の気体圧
力との関係を示す図、第4図はPLLの周波数可変発振
器が水晶振動子の共振周波数でロックする過程を示す図
、第5図は本発明の実施例のブロック図、第6図は本発
明の実施例における制御電圧発生器の構成を示すブロッ
ク図、第7図は前記制御電圧発生器の各構成部分の波形
を示す図、第8図は本発明の他の実施例を示す図、第9
図は、第8図に示す実施例の各構成部分の波形を示す図
、第10図は本発明の他の実施例を示す図である。 1・・・周波数可変発振器 2・・・増幅器 3・・・位相比較器 4・・・低域濾波器 5・・・水晶振動子 6・・・主増幅器 7・・・整流回路 8・・・メータ駆動回路 9・・・メータ 10・・・制御電圧発生器 1)・・・スイッチ回路 10a・・モノマルチ 10b・・積分器 10’C・・減衰器 10d・・スイッチ  10e・・抵抗10f・・コン
デンサ 10g・・バッファ以上 軛イ本(NりのtE力Cb的 第]図 第3図 周ジ友数呵受光18区の 光子jIl濠黴(Jasg 第4図 第5図
Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the resonant resistance, resonant current, and resonant frequency of the crystal resonator and the gas (N2) pressure, Fig. 2 is a block diagram of the electronic circuit of the crystal gas pressure gauge, and Fig. 3 is the above-mentioned A diagram showing the relationship between the rectifier circuit output voltage in the electronic circuit and the gas pressure of the meter drive voltage. Figure 4 is a diagram showing the process in which the variable frequency oscillator of the PLL locks at the resonant frequency of the crystal oscillator. Figure 5 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a control voltage generator in an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing waveforms of each component of the control voltage generator. FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention, FIG.
This figure is a diagram showing waveforms of each component of the embodiment shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 1... variable frequency oscillator 2... amplifier 3... phase comparator 4... low pass filter 5... crystal oscillator 6... main amplifier 7... rectifier circuit 8... Meter drive circuit 9...Meter 10...Control voltage generator 1)...Switch circuit 10a...Monomulti 10b...Integrator 10'C...Attenuator 10d...Switch 10e...Resistor 10f...・Capacitor 10g...Buffer or more yoke (Nri's tE force Cb) Figure 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも、周波数可変発振器、位相比較器、低
域濾波器、増幅器より成るフェーズ・ロックド・ループ
(PLL)回路部と、前記周波数可変発振器と前記増幅
器との間に接続された水晶振動子と前記PLL回路部に
接続された表示部とを有し、前記水晶振動子の共振抵抗
値、又は共振電流値又は、共振電圧値から前記水晶振動
子の周囲気体の圧力を測定する水晶式気体圧力計におい
て、時間とともに出力電圧が変化する制御電圧発生器を
有し、前記制御電圧発生器が前記周波数可変発振器又は
低域濾波器に接続されることを特徴とする水晶式気体圧
力計。
(1) A phase-locked loop (PLL) circuit section consisting of at least a variable frequency oscillator, a phase comparator, a low-pass filter, and an amplifier, and a crystal resonator connected between the variable frequency oscillator and the amplifier. and a display section connected to the PLL circuit section, and measures the pressure of a gas surrounding the crystal oscillator from a resonance resistance value, a resonance current value, or a resonance voltage value of the crystal oscillator. A quartz crystal gas pressure gauge comprising a control voltage generator whose output voltage changes over time, the control voltage generator being connected to the variable frequency oscillator or the low-pass filter.
(2)前記制御電圧発生器と前記周波数可変発振器又は
前記低域濾波器との間に、前記表示部を構成する部分の
電圧によって活性化するスイッチ回路が接続されること
を特徴とする前項記載の水晶式気体圧力計。
(2) A switch circuit activated by a voltage of a portion constituting the display section is connected between the control voltage generator and the variable frequency oscillator or the low-pass filter. crystal gas pressure gauge.
(3)前記制御電圧発生器が、少なくともモノマルチ、
積分器から構成されることを特徴とする(1)項記載の
水晶式気体圧力計。
(3) The control voltage generator is at least a mono-multi,
The crystal gas pressure gauge according to item (1), comprising an integrator.
(4)前記制御電圧発生器が少なくとも、抵抗とコンデ
ンサによって構成されることを特徴とする(1)項記載
の水晶式気体圧力計。
(4) The crystal gas pressure gauge according to item (1), wherein the control voltage generator is comprised of at least a resistor and a capacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013132842A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 パナソニック株式会社 Load sensor

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WO2013132842A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 パナソニック株式会社 Load sensor
CN104160255A (en) * 2012-03-07 2014-11-19 松下电器产业株式会社 Load sensor

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