JPH01291137A - 振動式トランスデューサ - Google Patents

振動式トランスデューサ

Info

Publication number
JPH01291137A
JPH01291137A JP12020888A JP12020888A JPH01291137A JP H01291137 A JPH01291137 A JP H01291137A JP 12020888 A JP12020888 A JP 12020888A JP 12020888 A JP12020888 A JP 12020888A JP H01291137 A JPH01291137 A JP H01291137A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
output
oscillation
amplifying
amplifier
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.)
Granted
Application number
JP12020888A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2526987B2 (ja
Inventor
Kinji Harada
原田 謹爾
Kyoichi Ikeda
恭一 池田
Hideki Kuwayama
桑山 秀樹
Takashi Kobayashi
隆 小林
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Sunao Nishikawa
直 西川
Takashi Yoshida
隆司 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP63120208A priority Critical patent/JP2526987B2/ja
Publication of JPH01291137A publication Critical patent/JPH01291137A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2526987B2 publication Critical patent/JP2526987B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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、シリコン基板に形成された振動梁の固有周波
数が力あるいは環境の変化に対応して変化することを利
用して圧力或いは差圧などを検出する振動式トランスデ
ユーサに係り、特にその回路構成を改良した振動式トラ
ンスデユーサに関する。
第6図は米国特許第4495818に開示されている従
来の振動式トランスデユーサの振動子本体の構成を示す
上部には円板状の金属製の底部10を有しここから下方
に円筒状に伸びる薄肉の金属製の円筒部11が一体に形
成され更に下方にはこの円筒部11と一体に円筒部11
より直径の大きな段差部12をもって円筒状の厚肉部1
3が形成されている。
この厚肉部13にはその半径方向に有底孔が開けられて
ここにM動手段としての一対の圧電素子14A、14B
が形成されている。
この段差部13の上には円筒部11とは所定の間隔を以
て部屋15を形成してカバー16が配置されており、そ
の上部は底部10と溶接され底部は段差部13と溶接さ
れている。更に、その側面には導入孔17が形成されこ
れを介して部屋15に測定圧力P0が導入されている。
また、肉厚部13の底部は円板状の塁18で0リングを
介してボルト19により押圧シールされている。この蓋
18には測定圧力P、を導入する導入孔20を介して円
筒部11の内部21と連通している。
円筒部11、圧電素子14A、14B、底部10などで
円筒振動子22を形成している。
第7図は第6図に示す円筒振動子に接続される増幅器の
構成を示す回路図である。
増幅器23は、増幅器AMSI、バンドパスフィルタB
PF、リミッタLM、ローパスフィルタLPFをなどで
構成されている。
その初段の増幅器AMSIを構成する演算増幅器U1の
非反転入力端(+)は圧電素子14Aに接続され、その
出力端はバンドパスフィルタBPFに、この出力端はリ
ミッタLMに、更にこの出力端はローパスフィルタLP
Fに、その出力端は圧電素子14Bにそれぞれ接続され
ている。
以上のように構成されたiii!動式トランスデユーサ
は、増幅器23を含む回路のルーグゲインが1以上であ
ると円筒振動子22のもつ固有振動数で回路全体が自動
発振を起こす、そして、この自励発振の発振振幅はリミ
ッタLMのり、 、D2で示されるゼナーダイオードの
ゼナー電圧に制限された発振をする。この場合に円筒振
動子22に導入される測定圧力PGとPiに依存して円
筒部11に歪みが加わり、固有振動数が変化する。
従って、この固有@動電の変化から測定圧力の差圧(P
o  Pi)を知ることができる。
以上の構成では、ゼナーダイオードにより発振振幅を一
定に保持したが、従来技術としてこれ等のほから駆動電
圧を一定に保持するように自動利得回路が動作して発振
振幅を一定に保持する構成としたものもある。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の振動式トランスデユー
サは、振動子が非線形領域で発振をする構成であるので
、ゼナーダイオードで発振振幅を制限すると発振周波数
が変化するという問題があり、またN動電圧を一定に制
御する構成では他の共振系との結合や測定流体との接合
状態などの境界条件により振動子の振幅が変化すること
がしばしば生じる。従って、駆動カ一定の回路でも振動
子の共振周波数がずれて発振することになり、正確な共
振周波数を発生することができない、という問題がある
く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、ダイアフラム
に形成された振動子を有する振動子本体の出力端子と入
力端子の間に増幅器の入力端子と出力端子とが接続され
振動梁の持つ固有振動数で自動発振する振動式トランス
デユーサにおいて、増幅器は、振動子本体から出力され
た信号を増幅する第1増幅手段と、この第1増幅手段の
出力に関連する信号を増幅してその利得を調節する利得
調節手段と、第1増幅手段の出力の振幅に関連する信号
と所定の基準値とを比較しその差信号を出力する比較手
段とを具備しこの差信号により利得調節手段を制御して
自励発振の発振振幅を一定にするようにしたものである
〈作 用〉 自励発振の発@振幅は増幅器の途中から検出され、この
検出された発振振幅は予め設定した基準電圧と比叙され
てこの基準電圧になるようにその後段に設けられた利得
調節手段を調整するようにして振幅を一定に保持する。
このため発振振幅は外部条件に左右されずに常に一定に
保持され自励発振の発振周波数の変動を来たすことはな
い。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。第1図は本発明の要部である増幅部の構成を示す回路
図、第2図はこの増幅部に接続される振動子本体を含む
全体構成を示す、第3図は第2図に示す振動子本体の要
部の構成を示し、第3図(A)はその上面図、第3図(
B)は第3図(A)のA−A−断面を示している。
まず、第2図に示す全体構成について第3図を含めてそ
の概要を説明する。
振動子本体24は、ダイアフラム25、第1@動子26
A、26Bと第2@動子27で構成されるH形の振動子
、磁石28、入カドランス29、出カドランス30など
で構成されている。
ダイアフラム25は、周囲に厚肉部(図示せず)を有す
るP形のシリコン基板の下面の中央部をエツチングして
薄肉として形成されており、測定圧力がこの而に印加さ
れることによって全体として変位する。このダイアフラ
ム25の上面の結晶面<100)の一部にはエツチング
により四部31が形成されている。
この四部31を跨ぐようにして、梁状の第1@動子26
A、26Bがそれぞれ結晶軸<ooi>に平行にダイア
フラム25と一体にP形で形成され、これ等の中央部を
これ等の振動子に直角にP形の梁状の第2振動子27で
結合してH形の振動子が形成されている。この第1振動
子26Aの両端には電極32と33が、更に第1振動子
26Bの両端には電極34と35が形成されている。
第2振動子27の上部にはこれと平行に磁石36が配置
され、第1振動子26A、27Bに直角に磁場を発生さ
せている。
入カドランス29の出力端子は電極32.33に、その
入力端子の一端は振動子本体24の入力端子36に、他
端は共通電位点にそれぞれ接続されている。
出カドランス30の入力端子はi4極34.35に接続
され、その出力端子は振動子本体24の出力端子37.
38を介して増幅器39の入力端にそれぞれ接続されて
いる。更に、増幅器39の出力端子40は振動子本体2
4の入力端子36に接続されている。
なお、図示されてはいないが、ダイアフラム25の上部
は第1振動子26A、26B、および第2振動子27の
周囲に空間を保ってエピタキシャル成長などの半導体技
術で覆われ、この空間の内部は真空に保持されて振動子
の振動に対して高いQファクタを維持している。
次に、増幅器39の詳細な構成は第2図に示しであるが
、これについて説明する。
AMClは増幅回路であり、その入力@(+)、(−)
は振動子本体24の出力端37.38に接続されている
。その出力端は結合コンデンサC5を介して更に増幅回
路AMC2に入力されその出力電圧は結合点Jに出力さ
れる。その出力は位相調整回路P HCを介して利得調
整回路GACに出力される。利得調整回路GACは、そ
の初段で増幅した後、その増幅出力が抵抗R1゜、電界
効果トランジスタQ1、トランスTの直列回路に印加さ
れ、このトランスTの2次口?1巻線から出力端子40
にその大きさが制御された出力電圧を出力する。
一方、結合点Jの電圧■、は半波整流回路II WRに
入力され、ここでこの電圧Vjの大きさに対応した直流
なEF: E Jに変換され、比較器CMPの反転入力
@(−)に入力される。比較器CMPの非反転入力@(
+)には振幅設定回路ASCから基準電圧vRが印加さ
れ°Cおり、比較器CMPはこれ等の直流電圧E、と基
準電圧■吃」との偏差を増幅してその出力端から電界効
果トランジスタQ1°のゲートにこの差電圧を印加して
そのドレイン/ゲート間の抵抗を調節してトランス1゛
に流れる電流を調節する。
なお、これ等の回路において、コンデンサC6と抵抗R
77で位相調整し、抵抗R28で出力端40に現れる電
圧の振幅を設定する。
以上の構成において、増幅器39から入カドランス29
に電圧が印加されるとその出力から第1振動子26Aに
電流iが流れ、磁石28による磁場との間で電磁力が作
用して第1振動子26Aが振動する。この振動は第2振
動子27を介して第1振動子26Bを振動させるが、第
1振動子26Bには磁石から磁場が印加されているので
、第1振動子26Bには電圧eが発生し出カドランス3
0を介して増幅器39に入力される。増幅器39はこの
電圧を増幅してその出力端子40に増幅した電圧を発生
させる。
この増幅された電圧は再度入カドランス29に印加され
、第1振動子26Aに更に大きな電圧と2印加される。
以上を繰り返して増幅器39と振動子本体24とを結合
するループは自励発振をする。そして、このループのル
ープゲインを1以上に設定しておくことにより、この自
励発振は持続する。
この場合に、この自動発振の電圧の振幅は基準電圧vR
に対して一定の誤差の中に入るように制御される。
すなわち、結合点の電圧vjに対応する直流電圧E、が
基準電圧vRに対して大きいときはこれらの偏差に応じ
て比較器CMPの出力で電界効果トランジスタQ1の内
部抵抗を増加させてトランスTに流れる電流を小さくし
て出力端子40に現れる電圧を小さくする。この結果、
振動子本体24に印加される電圧が小さくなり、増幅器
39に入力される電圧が小さくなる。
逆に、結合点の電圧V、に対応する直流電圧Ejが基準
電圧V12に対して小さいときはこの逆に動作する。
このようにして常に発振振幅は基準電圧vRに一定の誤
差の範囲内で一致するように動作する。
この誤差は比較器CMPの(出力電圧/比較器CMPの
ゲイン)で決定される。従って、比較器CMPのゲイン
が大きければ誤差は無視できる値となり、常に振動子の
振幅は基準電圧vRに等しくなるように動作する。
次に、第4図と第5図を用いて第1図に示す回路構成を
とったときの効果について説明する。
第4図は第1図に示す回路構成を採用したときの効果を
示しており、第5図は第1図に示す電界効果トランジス
タ9L1を除去、し3.短絡し駆動力を一定(一定の電
源電圧による駆!f!IJ)にしたときの回路構成をと
ったときの効果を示している。いずれも、スパンはiK
g/cm2であり、横軸は圧力、縦軸は指示値をそれぞ
れ示している。
これ等の結果から判るように、第4図に示す場合は±0
.005%程度の変動に対して第5図に示す場合は最大
±0.025程度の変動を示しており、約5倍程度の改
善が図られている。
〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明は、
自励発振の発振振幅は増幅器の途中から検出し、この検
出した発振振幅を予め設定した基準電圧と比較してこの
基準電圧になるようにその後段に設けられた利得調節手
段を調整するようにして振幅を一定に保持したので、発
振振幅は外部条件に左右されずに常に一定に保持され自
動発振の発振周波数の変動を来たすことはなく、高精度
の振動式トランスデユーサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の要部を示す増幅部の構成図、第2図は
第1図に示す増幅部を含む全体構成を示す構成図、第3
図は第2図に示す振動検出部の要部の構成を示す構成図
、第4図は第2図に示す全体構成の効果を説明する特性
図、第5図は駆動力を一定にしたときの従来の効果を説
明する特性図、第6図は従来の振動式トランスデユーサ
の振動子本体の構成を示す縦断面図、第7図は第6図に
示す円筒振動子に接続される増幅器の構成を示す回路図
である。 10・・・底部、11・・・円筒部、14A、14B・
・・圧電素子、16・・・カバー、17.20・・・導
入孔、22・・・円筒振動子、23・・・増幅器、24
・・・振動子本体、25・・・ダイアフラム、26SA
、26B・・・第16動子、27・・・第2振動子、2
8・・・磁石、31・・・凹部、36・・・入力端子、
37.38・・・出力端子、39・・・増幅器、GAC
・・・利得調整回路、AsC・・・振幅設定回路、CM
P・・・比較器、Ql・・・電界効果トランジスタ。 1・パ′、゛・、 代理人  弁理士  小浜 信助、、、−,:、’、1
111、パ2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ダイアフラムに形成された振動子を有する振動子本体の
    出力端子と入力端子の間に増幅器の入力端子と出力端子
    とが接続され上記振動梁の持つ固有振動数で自励発振す
    る振動式トランスデューサにおいて、前記増幅器は、前
    記振動子本体から出力された信号を増幅する第1増幅手
    段と、この第1増幅手段の出力に関連する信号を増幅し
    てその利得を調節する利得調節手段と、前記第1増幅手
    段の出力の振幅に関連する信号と所定の基準値とを比較
    しその差信号を出力する比較手段とを具備しこの差信号
    により前記利得調節手段を制御して前記自励発振の発振
    振幅を一定にするようにしたことを特徴とする振動式ト
    ランスデューサ。
JP63120208A 1988-05-17 1988-05-17 振動式トランスデュ―サ Expired - Lifetime JP2526987B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63120208A JP2526987B2 (ja) 1988-05-17 1988-05-17 振動式トランスデュ―サ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63120208A JP2526987B2 (ja) 1988-05-17 1988-05-17 振動式トランスデュ―サ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01291137A true JPH01291137A (ja) 1989-11-22
JP2526987B2 JP2526987B2 (ja) 1996-08-21

Family

ID=14780578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63120208A Expired - Lifetime JP2526987B2 (ja) 1988-05-17 1988-05-17 振動式トランスデュ―サ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2526987B2 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4985951U (ja) * 1972-11-16 1974-07-25
JPS5524722A (en) * 1978-08-10 1980-02-22 Nippon Steel Corp Continuous casting machine
JPS61161432A (ja) * 1985-01-10 1986-07-22 Agency Of Ind Science & Technol 水晶式気体圧力計
JPS62288542A (ja) * 1986-06-06 1987-12-15 Yokogawa Electric Corp 振動式半導体トランスジユ−サ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4985951U (ja) * 1972-11-16 1974-07-25
JPS5524722A (en) * 1978-08-10 1980-02-22 Nippon Steel Corp Continuous casting machine
JPS61161432A (ja) * 1985-01-10 1986-07-22 Agency Of Ind Science & Technol 水晶式気体圧力計
JPS62288542A (ja) * 1986-06-06 1987-12-15 Yokogawa Electric Corp 振動式半導体トランスジユ−サ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2526987B2 (ja) 1996-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4926143A (en) Oscillator using H-shaped single crystal silicon vibrator
JP3141645B2 (ja) 圧力センサ
US4562413A (en) Driving frequency controlling method for an ultrasonic transducer driving apparatus
CN103379410A (zh) 传感器电路和校准方法
US5009108A (en) Vibrating type transducer
US4256987A (en) Constant current electrical circuit for driving piezoelectric transducer
JP2018185286A (ja) 共振器振幅制御システムおよび共振器振幅制御方法
JP3399150B2 (ja) 角速度センサ
JP2526987B2 (ja) 振動式トランスデュ―サ
US8373513B2 (en) Compensated micro/nano-resonator with improved capacitive detection and method for producing same
JP2001021362A (ja) クローズドループ制御リング共振型振動ジャイロ
JP3603376B2 (ja) 電磁石加振方式の自励振動型振動装置
US4830577A (en) Impulse pump with a metal diaphragm
JPH04338268A (ja) 超音波振動装置
US3015764A (en) Vacuum chopper system
JP2001033533A (ja) 磁気インピーダンスセンサ回路
US10254134B2 (en) Interference-insensitive capacitive displacement sensing
JP2870217B2 (ja) 振動式半導体トランスデュ−サ
JP2005127841A (ja) リング型振動式角速度センサ
JPS60207027A (ja) 振動式力検出器
JPH04337432A (ja) 振動式半導体トランスデュ−サ
JPH0238934A (ja) 振動形半導体トランスデューサ
JPH04145876A (ja) 超音波アクチュエータ駆動回路
RU15461U1 (ru) Устройство для питания пьезокерамического или магнитострикционного преобразователя
JPH03282341A (ja) 振動式半導体トランスデューサ

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term