JPH02120913A - 圧電素子応用センサ - 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、圧電素子の信号検出に関し、特に電子レンジ
に応用した場合に関するものである。

従来の技術 従来この種の圧電素子応用センサの信号検出方法として
電子レンジの食品の再加熱に応用した例を用いて説明す
る。第５図は、電子レンジの本体構成図である。１は圧
電素子、３１は加熱室、３２はマイクロ波を発生するマ
グネトロン、３３はマグネトロン３２を冷却する冷却フ
ァン、３４はターンチーフル、３５はターンテーブル駆
りＪモータ、３６は冷却ファンの風を加熱室３１へ導く
風路、３７は食品、３８は食品から発生する蒸気、３９
は排気路、４０は食品３７から発生する蒸気を圧電素子
１に導く導風路、４１は圧電素子１の信号にもとづいて
マグネトロン３２、冷却ファン３３、ターンテーブル駆
動モータ３５を制御する制御手段でありこれらにより電
子レンジ１５を構成している。

第６図（ａ）、（ｂ）は、圧電素子１の蒸気検出の動作
原理を示す図である。

チタン酸鉛、ジルコニアを成分とする圧電素子１に強電
界で分極処理を行い強誘電体を構成すると、第６図（ａ
）に示すように温度Ｔ’Ｃの安定状態において空気中の
浮遊電荷４２と電気的に中性にあり、電流計４３に電流
は流れない。ところが、食品からの熱い沸騰蒸気が圧電
素子１に熱変化ΔＴ’Ｃを与えると、第６図（ｂ）に示
すように圧電素子ｌはその象徴な温度変化に追随できず
電荷のアンバランスの状態が発生する。したがって電流
計４３にはそのアンバランスの生じた分の電流がパルス
状に観測できる。そして沸騰蒸気が、次々に圧電素子１
に熱変化を加えるとこのようなパルス状の電流が次々と
観測できる。

次にこのパルス状に発生する電流の周波数成分を調べて
みると、第７図に示すように低周波領域（０から４１１
ｚ帯）で沸騰蒸気発生前Ａと沸騰蒸気発生後Ｂで４０ｄ
Ｂの信号レベル変化があることがわかった。

そこで第８図に示すような回路構成で圧電素子１の信号
を検出していた。２は抵抗で圧電素子１の熱変化によっ
て生した電流を電圧に変換するものであり、３はコンデ
ンサ、４は抵抗でこれらによりバイパスフィルタ及び圧
電素子１に直流が印加されないようになっている。５は
第７図で示したような周波数特性により、４　Ｈｚ帯ま
での通過特性を有するローパスフィルタ、６は信号を増
幅する増幅器、７はダイオード、１２は信号を平滑する
平滑回路、１５は機器である電子レンジ、１７は平滑後
の信号を比較し、機器１５の停止を行う比較手段である
。

第９図は、第８図で構成した時の平滑後の信号変化を示
した図である。図中イは熱変化によるパルス状の電圧、
口はパルス状の電圧を平滑したものを示している。した
がって制御手段４１が比較手段１７で平滑後の信号レベ
ルが設定レベル１８を越えたことを検出すると機器を停
止する構成をとっていた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成の場合、第１０図にしめ
すように、電子レンジのマグネトロンの高周波ノイズな
どが圧電素子１に加わると平滑回路１２に徐々に蓄えら
れ設定レベル１８を越えて沸騰検知と誤検知する課題が
あった。

本発明はかかる従来の課題を解消するもので、圧電素子
を用いて食品からの沸ｐａ蒸気の検出を正確に行う制１
１１１アルゴリズムを提供するものである。

課題を解決するための手段 り記課題を解決するために、本発明の圧電素子応用セン
サは、蒸気信号の検出に対して圧電素子からの信号レベ
ルを適当なタイミングでサンプリングし検出する検出手
段と、圧電素子の信号レベルがあらかじめ決められた信
号レベル以上の場合その信号幅を検出する信号幅検出手
段と、設定レベル以上の信号をあらかじめ決められた信
号幅ごとにカウントするカウンタと、前記カウンタのカ
ウンタ値にもとづいて機器を制御する制御手段で構成し
、かつ信号検出のサンプリングするタイミングをマグネ
トロンの非発振時に行うものである。

作用 上記構成により本発明は、圧電素子によって検出される
男気信号のパルス電圧を判別する作用を有する。

実施例 第１図は、本発明一実施例の回路構成図である。

従来の回路構成図と異なる部分を説明すると、圧電素子
１の信号を平滑せずに抵抗８でパルス状の電圧のまま制
御手段４１（本発明では、マイクロコンピュータ）に入
力することと、商用電源９をトランス１０を介し１１の
電源同期回路によって商用電源９に同期したクロンクパ
ルスを制御手段４１に人力していることである。１３は
制御手段４１に入力された圧電素子１の信号レベルを検
出する検出手段、１４は圧電素子ｌの信号レベルがあら
かじめ決められた信号レベル以上の場合その信号幅を検
出する信号幅検出手段、１６は前記信号レベル以上の信
号をあらかじめ決められた信号幅ごとにカウントするカ
ウンタである。

次に本発明の制御アルゴリズムを実現できる理由を第２
図を用いて説明する。

圧電素子１には、従来の技術のところで説明した電子レ
ンジのドアショックによる振動１９、マグネトロンによ
る電波ノイズ２０、そして真の信号として沸騰蒸気の熱
変化によって生じる信号２１がある。これらの波形図を
みると沸騰蒸気の信号のバルス幅は、他のノイズ源のパ
ルス幅に比べて非常に差があること、およびマグネトロ
ン３２は電源の半サイクルしか発振していないことがわ
かる。

これは、ノイズが高調波成分によるものであり、沸騰蒸
気による熱変化による信号成分は第７図において説明し
たように低周波成分の信号であるためにこのパルス幅の
差がでているものである。

そこで第３図に示す波形図と、第４図の制御フローチャ
ートを用いて説明すると、商用電源の波形２２に同期し
たクロフクパルス２３からマグネトロン３２の非発振の
タイミングのサンプリングタイム２４で圧電素子１の信
号レベルを検出手段１３で検出しく２５）、信号幅の検
出手段１４としては設定レベル１８以上の信号がサンプ
リングタイム２４ごとに、例えば続けて４回以上であれ
ば（２７）カウンタ１６をカウントしく２８）、あらか
じめ決められたカウント値（例えば１０カウント）に等
しいことを検出する（２９）と機器を停止する（３０）
ものである。したがって、２５．２６のようにサンプリ
ングタイム２４ごとに検出した信号レベルが設定レベル
１８以上４回に満たないのでカウンタ１６はカウントし
ないものである。

本発明一実施例においては、信号幅検出手段としては、
圧電素子の信号の設定レベル以上のサンプリング数とし
て検出していたが、設定レベル以上の信号幅そのものを
タイマーなどで検出してもよく本発明一実施例に限定さ
れるものではない。

発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば以下の効果が得ら
れるものである。

（１）従来のアナログ回路のような平滑によるノイズ対
策に比べ、電波ノイズの重畳していないタイミングで圧
電素子の信号を検出しているので判別がきわめて優れＳ
／Ｎの向上がはかれ、シールド線のような特殊な線を用
いることもなく安定な信号検出が可能となる。

（２）従来のアナログ回路の平滑方法ではノイズ対策の
ためにその時定数を太き（すると機器停止の判別まで時
間がかかるのに対して、パルス幅を検出する方法はその
ようなことはなく電子レンジなどのような食品の沸騰検
出に対し時間遅れもなく食品の仕上がりのよ（するセン
サを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路構成図、第２図は同圧電
素子に発生する信号波形図、第３図は同回路の各部波形
図、第４図は制御アルゴリズムのフローチャート、第５
図は同電子レンジの本体構成図、第６図は同圧電素子の
動作原理を示す説明図、第７図は同圧電素子の沸騰蒸気
による周波数成分を示す特性図、第８図は従来の回路構
成図、第９図、第１０図は同回路の信号波形図である。 １・・・・・・圧電素子、５・・・・・・ローパスフィ
ルタ、６・・・・・・増幅器、１３・・・・・・検出手
段、１４・・・・・・信号幅検出手段、１５・・・・・
・機器、１６・・・・・・カウンタ、１８・・・・・・
あらかじめ決められた信号レベル（設定レベル）、２４
・・・・・・サンプリングタイム、３２・・・・・・高
周波放射手段、４１・・・・・・制御手段。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 ５θθ （Ｍ’ＪｅＣ） 第 図 第 図 ４θ ３／ 第７図 ／θ 周 う皮 岑ズ ［Ｈｚ’ｌ 第６図 湯−汝　Ｔ’ｃ 温演（Ｔ十乙Ｔ）’ｃｉネも 第 区 カ 時 間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電素子と、前記圧電素子の信号を適宜ろ波するフィル
   ター、および増幅器と、前記信号の信号レベルをサンプ
   リングし検出する検出手段と、前記信号レベルがあらか
   じめ決められた信号レベル以上の場合その信号幅を検出
   する信号幅検出手段と、前記信号レベル以上の信号をあ
   らかじめ決められた信号幅ごとにカウントするカウンタ
   と、前記カウンタ値にもとづいて高周波加熱装置を制御
   する制御手段とからなり、前記サンプリングするタイミ
   ングを前記高周波放射手段の非発振時にする構成とした
   圧電素子応用センサ。