JPS63241449A - 振動式トランスジユ−サ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械的振動体と該嵌動体に接触している流体
とからなる振動系の共振周波数を検出し℃この検出結果
から前記流体の密度または圧力を測定する振動式トラン
スジューサ１％にこのトランスジ二−サに加えられろ外
部振動の激しい場合においても精度よく測定を行うこと
ができるトランスジューサに関する。

〔従来の技術〕

第３図は板状の振動体を用いた従来の振動式トランスジ
ューサのブロック構成図である。第３図におい工、１は
開口端に設けたつば部ｌｂが図示し工いない手段によっ
て固定された有底円筒状の金属薄板製部動体で、この振
動体ｌの底部１ａの外面には、薄い円板状圧電振動子２
が底部１ａＶｃ対し′Ｃ電気的導通状態にあるようにし
て接着、固定されている。そうして％振動子２の振動体
底部ｌａに接し工いない側にはリングの一部カ欠除した
不完全リング膜状の振動、駆動電極２ａが設けられ、さ
らに電極２ａのリングが欠除した振動子２０部分１？：
は電極２ａＶｃ接触しないよ’）Ｋして膜状の変位検出
電極２ｂが設けられている。３シゴ上記した電極２ａｌ
　２ｂを有する圧電振動子２と振動体ｌとからなる機械
振動子である。機械振動子３は上述のように構成されて
いるので、撮動体１を接地し工この接地とｔ極２ａとの
間に所定の波形脈動電圧を、駆動信号４として加えると
、圧電振動子２が信号４に応じた伸縮動作？して、この
結果振動体底部１ａがその厚さ方向に振動する。５を工
。

振動体底部１ａが前記のようにして振動することによっ
て接地と電極２ｂとの間に生じる電圧が変位信号６とし
℃入力されろローパスフィルタで、この場合変位信号６
は脹動体底部１ａの変位に応じた信号となっている。振
動体底部１ａがその厚さ方向に撮動すると、変位信号６
には、機械損動子３と核邊動子の両面に接するように導
かれた流体７とからなる撮動系８の最低次共憑周波数Ｆ
。

に対応する信号成分と、振動系８の高次共振周波数Ｆ、
　、　ｐ　３＋・・・、　Ｆｎ等に対応する各信号成分
とが現れるので、ローパスフィルタ５Ｇ！Ｆ、、Ｆ、、
・・・。

Ｆｎ等の高次共振周波数の成分信号を強く減衰させろよ
うに構成され工い工、このためフィルタ５の出力信号は
周波数Ｆ、の信号成分が卓越した信号となる。９はフィ
ルタ５の出力信号を増幅しかつ位相を反転させて駆動信
号４を出力する増幅回路、１０は振動系８とフィルタ５
と増幅回路９とからなる発成回路で、１１げ駆動信号４
につい工後述する信号処理を行ってパルス列信号１１ａ
を出力するパルス化回路である。

第４図は第３図に示した振動系８におけ貴波数特性に対
する一実験結果な説明するもので、（８）図、０図はそ
れぞれ位相特性、ゲイン特性を示し工いる。第４図から
明らかなように、振動系８が周波数Ｆ、の共振状態にあ
る場合％第３図において、変位信号６が駆動信号４に対
して９０°浮れており、またこの時フィルタ５を工その
出力信号が入力信号に対して９０’の位相連れが生じる
ように構成されている。このため、第３図においては、
振動系８が周波数Ｆ、で振動すると、フィルタ５の出力
信号が駆動信号４に対して１８０°遅れるので。

この１８００遅れの信号に対し℃位相反転並びに増幅を
行う増幅回路９の出力信号は駆動信号４と同相になる。

そうしてこの場合、増幅回路のゲインが発成回路１０に
おけろ周波数Ｆ、での発成条件を満足するように設定さ
れているので１機械振動子３が周波数Ｆ、の振動を継続
することになる。

発振回路１０においては上述のような特性な有するフィ
ルタ５が設けられているので、変位信号６に前述した周
波数Ｆ２〜Ｆｎの信号成分ＯＺ現れてもこれらの信号は
フィルタ５で減衰させられ″ｃ１結局、撮動系８は周波
数Ｆ１の共振状態を継続することになる。

第５図は第３図におい１娠動系８が周波数Ｆ１で振動し
℃いろ時の駆動信号４の波形説明図で。

図示したよ５に、信号４０波形は、機械振動子８の摂動
を円滑ならしめるために、バイアス直流１王ｖｂに正弦
波形が重畳された図形となり℃いろ。

そうして、第３図に示したパルス化回路１１は内蔵のし
きい値電圧Ｖｂ　Ｋよって入力信号をパルス化するよう
に構成されているので、このパルス化回路１１１？：第
５図に示した波形を有する駆動信号４が入力されると、
パルス化回路の出力４３号１１ａは、第６図に示したよ
うな、信号４の周波数Ｆ１に等しいパルス周波数を有す
るパルス列信号になる。ところが、この場合１周波数Ｆ
、が流体７の密度に対応した周波数になつ℃いるという
特徴がある。故に信号１１ａのパルス周波数を測定すれ
ば流体７の密度を知ることができることに１よる。

〔発明が解決しようとτろ問題点〕

第３図のトランスジユーサによｎば上述のようにして密
度測定が行われるが、このトランスジユーサが周波数Ｆ
、よりも低い周波数Ｆ０で強く撮動する場所に取り付け
られて使用されろ場合１機械振動子３にはこの外部振動
による加速度が加えられるので、変位信号ｆ’５１１工
周波教Ｆ０のイΔ３成分が現れる。ところがこの成分信
号はフィルタ５によっては除去されないので、１１ハ動
信号４０波形＆工第５図の波形に上記外部豫１切による
波形が重畳された波形になる。すなわち、第７１ズは機
械振動子３に周波数Ｆ０の外部振動？加えた一実、験例
におげろ１辰動系８のゲイン特注測定結果の説明図で、
第８図はこの実；次列におけろ駆動信号４の波形説切起
である。そうして第８図かられかるように。

この場合信号４０波形の谷部がバイアス電ＥＥＶｂを上
まわることがあり、また信号４０山部がバイアス電圧ｖ
ｂを下まわることがある。したがって、＼　この場合、
パルス化回路の出力信号１１８は第９図に示したように
なることが明らかで、信号１１ａのパルス周波数が周波
数Ｆ、に一致しなくなることも明らかである。故にこの
ような場合、第３図のトランスジューサによる密度測定
ＶＣは大きい誤差が発生でることになる。

すなわち、第３図のトランスジューサには、これを周波
数Ｆ１よりも低い周波数Ｆ０でしかも強く撮動する場所
に設置して使用する場合、駆動信号４に周波数Ｆ０の信
号成分がフィルタ５によっ工除去されないそこの結果パ
ルス化回路１１が誤動作することがあるので、このよう
な場合大きい測定誤差が生じろという問題点がある。

本発明の目的シエ、上記した周波数Ｆ０でしかも強く振
動する場所に設置しても、駆動信号４がパルス化回路１
１の誤動作を招来することのないようにして、この結果
密度側だの８度を低下させることのない振動式トランス
ジューサを得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明によれば。

振動体と、前記振動体における振動の変位を検出し１該
変位に応じた変位信号を出力する変位検出部と、駆動信
号に応じてａ化銀動体を振動させる振動駆動部と、前記
変位信ＪＦ＃＋について所定の信号処理を行って前記撮
動体が共躯状態で振動するように前記駆動信号を出力す
る信号処理部とを備え、前記駆動信号の周波数にもとづ
き前記振動体に接触し℃いる流体の密度または圧力を測
定するものにおいて、前記信号処理部にローパスフィル
タとバイパスフィルタとを設けるかまたはバンドパスフ
ィルタを設け、前記駆動信号が前記各フィルタ釦よって
限定された周波数領域内の信号であるようにするものと
する。

〔作用〕

上記のようにトランスジューサを構成すると、このトラ
ンスジエーサ九外Ｍｍ動が加えられることによりτ変位
信号に現れる低周波の信号成分。

及び振動体の振動に伴って変位信号に現れる振動体の高
次振動の信号成分のいずれもが、ローパスフィルタ及び
バイパスフィルタ、またｆ１バンドバフ、　フ４　／Ｌ
、夕のために除去され℃駆動信号ＶＣは現れな（なり、
この結果駆動信号は流体の密度または圧力に応じた周波
数の信号成分のみでｒ４成されることになるので、駆動
信号にもとづいて行う流体の密度または圧力の測定の精
度が向上する。すなわちこのようなトランスジューサに
よれば、外部振動が激しい場合にも、密度または圧力の
測定を精度良く行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

この第１図の第３図と異なる所は、変位信号６がバイパ
スフィルタ１２を介してローパスフィルタ５に入力され
るように構成され℃いろことで、この場合フィルタ１２
及び５０周波数特性は第２図に示したように構成されて
いる。すなわち第２図における回国、ｌ］３図はそれぞ
れ位相特性、ゲイン特性を示すもので１両図はいずれも
周波数軸が周波数Ｆの対数で表示され工いろ。そうし王
回国における特性線Ｍ、Ｐがそれぞれフィルタ５．１２
の位相特性を示し、（Ｅ３図における特性線Ｎ、Ｑがそ
れぞれフィルタ５．１２のゲイン特性を示している。

第２図において、ＦＣ１１ＦＣ２はそれぞれフィルタ５
．フィルタ２４の各カットオフ周波数でｈ　Ｆ１〜Ｆｎ
は前述した撮動系の共振周波数である。そうして、＠述
したように、周波数Ｆ１〜Ｆｎには流体７の密度に対応
して値が変化する特徴がある。

図示したＦｌｔ、　Ｆｘｈ＋ｘ、この振動式　トランス
ジ具−サによって測定されろ流体密度の範囲に対応した
共振周波数Ｆ１の範囲の最小値、最大値である。そうし
て、フィルダ５は、その位相特性が、図示したように１
周波数０．１　ＦＣＩ−１０ＦＣＩの範囲で００〜９０
０の遅れ位相を示すようになっており。

また、フィルタ１２＆′Ｌ、その位相特性が周波数００
ＩＦＣ２から１０ＦＣ２の範囲で９０’〜０°の進み位
相を示すようになっている。カットオフ周波数１ｉ’ｅ
ｘｅＦＣ２はいずれも０．１　Ｆｌｔよりも低い周波数
に設定されてしするので、周波数１０Ｆｃ１．１０ＦＣ
２は共に周波数Ｆｘｚよりも低い周波数となっている。

なおこのトランスジューサではＦｌｈ　＝２Ｆｘｔの関
係が成立するようになつ℃いる。

第１図ではフィルタ５，１２が上述のように構成されて
いるので、静止しているトランスジューサにおけるフィ
ルタ５．１２と増幅回路９と振動系８とからなる発掘回
路１３に電源を投入して機械振動子８に駆動信号４を加
えた場合、変位信号６には前述した周波数Ｆ１〜Ｆｎの
信号成分が現れろが、これらの信号成分のうちの周波数
Ｆ、〜Ｆｎの信号成分は、第２図から明らかなように、
フィルタ５によつτ周波数Ｆ、の信号成分よりも強く減
衰させられる。また振動系８が上記のようにして振動し
ている時に憑動式トランスジニーサに周波数Ｆ０の外部
振動が加えられろと変位信号６には周波数Ｆ、の信号成
分が現れるがｓ　Ｆｏがカットオフ周波数Ｆｃｚよりも
かなり低い周波数であると、信号６中の周波数Ｆ。の成
分はフィルタ１２により工強く減衰させられる。したが
クエ増幅回路９に入力される信号には、トランスジュー
サが静止している場合と該トランスジューサに周波数Ｆ
０の外部振動が加えられている場合とのいずれの場合に
おい王も周波数Ｆ１の信号成分が強（現れ、増幅回路９
に入力される周波数Ｆ、の信号成分の位相は％第２図か
ら明らかなようＶｃ＊＠記両場合のいずれの場合におい
℃も変位信号６に対して９０°遅れた位相となる。した
がって、この周波数Ｆ、の信号成分の位相は増幅回路９
０入力側において駆動信号４よりも！８０°遅れること
になるので１発掘回路１３は周波数Ｆ１の振動を継続す
ることになる。そうして、この場合、駆動信号４の中に
は、前述したようにし℃周波数Ｆ、、　Ｆ、〜Ｆｎの信
号取分はほぼ除去されている。故に、このトランスジュ
ーサく周波数Ｆ０の外部振動が加えられても、駆動信号
４０波形がたとえば第８図のようになることはなく、こ
の結果パルス化回路の出力信号１１ａのパルス周波数が
Ｆｌとは異なる周波数になることはない。したがって、
第１図のトランスジューサによれば、該トランスジュー
サに外部振動が加えられる場合でも信号１１ａＶｃより
工精度良（流体７の音間または圧力を測定することがで
きる。

第１図においてはフィルタ１２及び５と増幅回路９とを
図示の順序に配置したが、本発明がこれらの配置順を図
示以外の他のどのような配置順にしてもよいものである
ことは説明するまでもなく明らかである。また本発明で
は、フィルタ５と１２とを一体化してバンドパスフィル
タとしてもよいものであり、またカットオフ周波数ＦＣ
ｔ、Ｆｃ２の大きさの大小関係がどのようになっていて
もよいものである。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明においては、振動体と。

前記振動体における振動の変位を検出して該変位に応じ
た変位信号を出力する変位検出部と１．駆動信号に応じ
て振動体を振動させろ振動駆＠部と、変位信号につい工
所定の信号処理を行って振動体が共振状態で振動するよ
うに駆動信号を出力する信号処理部と？備えｓ１駆動信
号の周波数にもとづき振動体の接触している流体の密度
または圧力を測定するものにおい℃、信号処理部にロー
パスフィルタとバイパスフィルタとを設けろかまたはバ
ンドパスフィルタを設け、小勤信号が前記各フィルタに
よって限定された周波数領域内の信号であるようにして
振動式トランスジューサを構成した。

このため上記のようにトランスジューサを構成すると、
このトランスジューサに外部振動が加えられることによ
って変位信号に現れる低周波の信号成分、及び振動体の
振動に伴つ工変位信号ＶＣ現れる振動体の高次振動の信
号成分のいずれもが、ローパスフィルタ及びバイパスフ
ィルタ、またはバンドパスフィルタのために除去されて
１駆動信号には現れなくなり、この結果、駆動信号は流
体の密度または圧力に応じた周波数の信号成分のみで構
成されることになるので、蹴ＩｆｉＩｌｌ儒号にもとづ
いて行う流体の密度または圧力の測定の相変が向上でる
。すなわち本発明には、外部振動が激しい場合でも密度
または圧力の測定を精度良（行うことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図におけろフィルタの周波数特性を示し、第２図（２）
はその位相特性図、第２図■はそのゲイン特性図である
。第３図は従来の振動式トランスジューサのブロック図
、第４図は第３図に示した振動系の一実験結果を説明す
る図で、第４図（２）はその位相特性図を示し、第４図
８はそのゲイン特性図を示し工いる。第５図、第６図は
それぞれ第３図における異なる要部のいすねも波形説明
図、第７図は第３図に示した振動式トランスジューサに
外部振動を加えた実験における退動系のゲイン特性の測
定結果説明図、第８図及び第９図にいずれも第７図にお
けろと同じ実験の際の第３図における異なる要部の波形
説明図である。 ｌ・・・・・・振動体、　　２ａ・・・・・・撮動駆動
電極、２ｂ・・・・・・変位検出電極、４・・・・・・
駆動信号、５・・・・・・ローパスフィルタ、６・・・
・・・変位信号、７・・・・・・流体、１２・・・・・
・バイパスフィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動体と、前記振動体における振動の変位を検出して該
   変位に応じた変位信号を出力する変位検出部と、駆動信
   号に応じて前記振動体を振動させる振動駆動部と、前記
   変位信号について所定の信号処理を行って前記振動体が
   共振状態で振動するように前記駆動信号を出力する信号
   処理部とを備え、前記駆動信号の周波数にもとづき前記
   振動体に接触している流体の密度または圧力を測定する
   ものにおいて、前記信号処理部にローパスフィルタとバ
   イパスフィルタとを設けるかまたはバンドパスフィルタ
   を設け、前記駆動信号が前記各フィルタによって限定さ
   れた周波数領域内の信号であるようにしたことを特徴と
   する振動式トランスジューサ。