JPH02181619A - 圧電センサ及び温度測定装置 - 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、温度変動を共振周波数の変化として検出する
圧電センサと、該圧電センサの周波数により被測定物の
温度変動を検出し変調して電波輻射するようにした温度
測定装置とに間する。

（従来の技術） 例えば、特公昭６３−５０６４６号公報記載の温度検出
装置の従来例は、第１０図（ａ）に示すとおり、周波数
温度特性が既知の水晶振動子Ｘの両端子にアンテナＡＮ
Ｔ３を接続して遠隔被測定物の温度検出装置としている
。

ここで、水晶振動子Ｘの共振周波数にほぼ同調した搬送
波をパルス変調しｔ論図（ｂ）のバースト信号Ｔｐをこ
の水晶振動子に向けて無線送信するーと、水晶振動子Ｘ
はこのバース）　１ｇ号Ｔｐに共鳴して残響ｔｘのある
エコー信号Ｒｐを返信してくる。これを受信機により受
信し残響ｔｘの周波数変化からこの被測定物の温度を検
出している。

（発明が解決しようとする課題） このバースト信号Ｔｐにより水晶振動子Ｘに誘起したエ
コー信号Ｒｐを返信・利用するシステムは、温度検出装
置の簡素化と無電源化において確かに利点はあるが、し
かし、水晶振動子Ｘにスプリアスがあるとこれに同調す
るから水晶振動子Ｘはスプリアスを抑制した構造を必要
とし、かつバースト信号Ｔｐの搬送波が水晶振動子Ｘの
共振周波数と正確に同調しなければならないなど制約が
あり、水晶振動子の共振周波数が大きく変動すると利用
できず、従って周波数変化を大きくとる高感度な温度検
出は困難になる。

また、水晶振動子Ｘの共振周波数が搬送波周波数とされ
るため、多点測定を行う場合は、それぞれの搬送波周波
数の送信・受信機を測定点の数だけ高精度な周波数を準
備しなければならないばかりか、順次測定を行うには長
時間を要し、温度変−動の激しい被測定物の連続測定は
できなかった。

さらに、送信のバースト信号Ｔ　ｐに水晶振動子Ｘが反
響して返す微弱なエコー信号Ｒｐの残響部分ｔｘの周波
数変化により温度検出を行うものであるから、低Ｑの水
晶振動子のエコー信号は微弱となるばかりかｔｘは一層
小さく検出困難となる。

たとえ検出できたとしても精度及び信頼性は期待できず
、残響の少ない高送信電力を必要とした。

しかも、系全体の複雑な信号処理のため送信・受信装置
が大型となり、とても小型可搬装置にできない等の欠点
があり実施上支障があった。

本発明は、これらの欠点に鑑みてなされたもので、圧電
基板の搬送波と温度検出の信号波との振動姿態と共振周
波数とをそれぞれ異ならしめた圧電センサと、この圧電
センサを用いて搬送波を信号波により変調し電波輻射す
る温度測定装置とを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 圧電基板は、高調波次数あるいは振動モードのいわゆる
振動姿態を異ならしめて共振させると、周波数温度特性
が異なることが知られている。

例えば、ＡＴカット振動子基板は第７図（ａ）に示す厚
みすべり振動ＴＳと、同図（ｂ）に示すＡＴカット水晶
振動子に近接したＣＴカット振動子相当の面滑り振動Ｆ
Ｓとを、第４図に示す基板の表裏板面上の励振電極対に
より音響結合することなく同時に励振することができる
が、これは第９図に示すとおり、適当な切断角度のＡＴ
カット水晶振動子の厚みすべり振動は３次曲線で表され
る周波数温度特性ＴＳに平坦部となる変曲点を常温付近
に与えることができるが、同時に励振できるＣＴカット
相当の面滑り振動は２次曲線で表される周波数温度特性
ＦＳにこのような変曲点を同時に与えることができず、
はぼ直線的に変化する周波数温度特性を示す。

従って、面滑り振動姿態の温度特性から基板温度を検出
すれば、厚みすべり振動姿態の周波数が面滑り振動姿態
の周波数と比べて逼かに高い異なる周波数にとることが
できるから容易に分離して搬送波に利用でき、これを面
滑り振動姿態周波数で変調し電波輻射すると温度測定装
置を構成することができる。

例えば、ＡＴカット１０ＭＨｚ、１１Ｘ１１ｍｒｎの水
晶基板において、ＣＴカット相当の面滑り振動周波数は
約２８０　Ｋ　Ｈｚである。

ここで、圧電基板に切り溝を設けることにより、両振動
姿態の結合を物理的に抑止することもでき、もともと基
板上で音響結合しやすい振動姿態、例えば、厚みすべり
振動と屈曲振動などの組合せも利用可能となる。

ざらに、例えば、基本波振動に対して高次オーバトーン
振動を利用することができる。

この場合、両振動姿態の３次の温度特性差異が方向角の
切断角度差に換算して７分から１８分程度であるので、
差異の比較基準として、例えば、基本波撮動を逓倍して
用いると、周波数差異をほぼ直線的にすることができる
ので、基板温度の検出に利用できる。

いづれにしても、圧電基板上において利用しようとする
振動姿態が音響的に結合して直接干渉しないように、非
結合の振動姿態を特に選ぶか、あるいは切り溝などの物
理的な隔離手段等により結合を抑止して、更に温度変化
・負荷容量等の変化によるあらゆる共振周波数の変化に
対して発振回路の非直線性に基づく間接結合を防止する
ために整数倍関係をも排除して、常に各撮動姿態の周波
数を異ならしめるようにすることが重要である。

（本発明の作用） 上記のように構成された圧電センサの互いに結合しない
二つの振動姿態は、一つは被測定物から伝達してきた基
板温度を周波数として連続検出し、他の一つは順送波と
してこの基板温度検出の周波数により変調されて電波輻
射に利用される。

特に温度検出に任意の振動姿態を利用できるから、所望
の検出感度に基づいて利用する振動姿態を自由に選択・
設定する。

搬送波の主振動と温度検出の副振動とに機能的に分かれ
ており、主振動のスプリアス等を特別に抑圧する必要も
なく、安定した発振回路からの電波輻射であるから水晶
振動子のＱのみならず同調精度や受信感度を特に心配す
る必要もない。本発明の温度測定装置は連続波を電波輻
射するから、一般の受信機を利用して復調し信号波の周
波数をきわめて容易に測定することができる。

（実施例） 第２図と第１図は、２励振電極対型圧電センサの圧電基
板とそれを用いて構成した温度測定装置の一実施例であ
る。

第２図の圧電基板１は中央の切り溝を介して２つの振動
部分１ａ、１ｂに区分され、それぞれ励振電極対２　（
２ａ、２ｂ）と３（３ａ、３ｂ）が表裏板面上に配設さ
れている。例えば、圧電基板をＡＴカット水晶板とする
と、励振電極対２はＣ′ｒカット振動子相当の面滑り振
動姿態で共振し、励振電極対３はＡＴカット厚みすべり
振動姿態で共振する。面滑り撮動姿態は振動基板１ａ中
心の他に辺縁中点に節を持つから、ｌａと１ｂの間に対
称切り溝を設は残存部を基板中央に取ると、ＡＴカット
厚みすべり振動とＣＴカット面滑り振動の共通励振電極
対を面滑り振動姿態の一つの節に端子１−ｓことが出来
る。この端子６と他方の端子４及び端子５により基板１
を３点保持する。

この場合、この切り溝により音響結合を抑止できるから
、例えば、音響結合のある厚みすべりと屈曲の撮動姿態
などを利用することが出来る。

第１図は、第２図の圧電センサと第１発振回路Ｏ８ｌ及
び第２発振回路ＯＳ２とを接続して、それぞれ、例えば
、第８図（ｃ）の面滑り振動姿態ＦＳ及び厚みすべり第
８図（ｂ）の振動姿態ＴＳを共振させ、振幅変調して第
８図（ａ）の電波輻射波Ｆ２を得るものである。

ここで、本発明の温度測定装置を無電源化する方法とし
て、例えば１周波数を全く異にした低周波無線により受
信機ＲＣＶの同調回路に回路駆動用電波Ｆ１を人力させ
、これを検波し整流して温度測定装置の回路駆動に必要
な直流電圧Ｖｄｃを得る方法等がある。低周波の代わり
に超音波でもよい。この部分は、一つの周波数Ｆ１によ
り全温度測定装置を共通駆動させることができるから、
多点測定装置の駆動制御が同時にでき便利である。

第３図と第４図は、基板７の表裏板面上に単励振電極対
８（８ａ、８ｂ）が配設されている圧電センサと、それ
を用いて構成した温度測定装置である本発明の他の実施
例である。

第４図は、基板７の表裏板面上に単励振電極対８（８ａ
、８ｂ）を配設して、音響的非結合の２つの振動姿態を
同時に共振させる圧電センサである。この圧電センサを
第３図の他の実施例の第１発振回路Ｏ８１と第２発振回
路ＯＳ２とに接続することにより、第１図の実施例と同
様にして、変調波の電波輻射Ｆ２を得ることが出来る。

第５図は、第１図の本発明概念を実際の回路に構成した
例である。基板１ａの低周波面滑り振動はトランジスタ
Ｔｒｉとトランジスタ（Ｆ　Ｅ　Ｔ）Ｔｒ２と共通エミ
ッタとコレクターゲート間の帰還により直列発振する。

ＣＩ、Ｃ４は基板１ｂの高周波数厚みすべり振動に対す
るバイパスコンデンサである。Ｌｌ、Ｃ２は低周波面滑
り振動に同調させである。一方、基板１ｂはＴｒ２のハ
ートレー発振回路によりＦ２で並列発振すると同時に前
記低周波により振幅変調を受ける。これが同調回路（Ｃ
３，Ｌ２）の高周波コイル１．２から電波輻射される。

ここで、電源電圧Ｖｄｃは、前記したように別の電波入
力の検波・整流により必要な電力を賄うが、電池供給と
することもできる。

第６図は、第３図の本発明概念を実際の回路に構成した
例である。第５図の実施例と同様に、低周波はＴｒ３と
Ｔｒ４の共通エミッタ七Ｃ９，Ｌ３の同調回路を介して
発振し、かつ高周波はＴｒ３のコルピッツ発振回路によ
り発振するもので、高周波コイルＬ４とコンデンサＣＢ
、ＣＩＯの同調回路のコイルＬ　４から振幅変調波Ｆ２
が電波輻射される。電源電圧Ｖｄｃは第５図の実施例と
同様な供給が可能である。

（本発明の効果） 以上詳述したように本発明は、温度検出のための副振動
振の発振周波数である信号波と、これと結合しない主振
動の発振周波数である搬送波を前記信号波により変調す
ることにより連続波として被測定物の温度情報が無線電
波等を介して得られるものであり、簡単な受信装置で検
波することにより容易に多くの被測定物温度を短時間か
つ高精度に検出することが出来る。

搬送波は、温度情報とは別の単なる媒体変換手段である
から、従来実施例に利用されていたバーストパルス信号
の搬送波エコーの残響周波数を測定する場合に比較して
殆ど精度を必要としない。

また、温度検出のための副振動は主振動に対して非結合
であれば、任意の振動姿態を選択することができ、温度
検出感度の設計を自由にできる利点は大きい。

発振回路からの電波輻射感度を一定に維持ずろことは極
めて容易であり、例えば、第５図、第６図の回路をＨＩ
Ｃに集積させれば容積的にも満足な小型化が図れるから
、送信・受信システムの複雑さも全くなく本発明の運用
上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度測定装置の実施例の構成図、第２
図は第１図等に用いろことができる本発明の実施例の圧
電センサの基板構造斜視図である。 第３図は本発明の温度測定装置の他の実施例の構成図、
第４図は第３図等に用いることができる本発明の他の実
施例の圧電センサの基板構造斜視図である。 第５図は、第１図の構成を実際に具現した本発明の温度
測定装置の実施例回路図である。 第６図は、第３図の構成を実際に具現した本発明の温度
測定装置の他の実施例回路図である。 ！７図（ａ）はＡＴカット水晶振動子の主振動である厚
みすべり振動姿態の説明図、同図（ｂ）は同娠動子の副
振動である面滑り振動姿態の説明図である。 第８図（ａ）は本発明の温度測定装置の実施例の回路に
おける振幅変調波波形の説明図、同図（ｂ）は同回路の
主振動が厚みすべり振動姿態ＴＳの発振波形説明図、同
図（ｃ）は副振動が面滑り振動姿態ＦＳの発振波形説明
図である。 第１Ｏ図（ａ）は、従来の実施例の構成説明図、同（ｂ
）は従来の実施例の送信波波形Ｔｐ及び受信波波形Ｒｐ
である。 ｌ、７、・・・・・・圧電基板 Ｘ・・・・・・・・・水晶振動子 ２．３．８・・・・・励振電極対 ＯＳＩ、Ｃ９２・・・発振回路 ＲＣＶ・・・・・・・電源電力受信回路ＴＲ・・・・・
・・・送信機 ＲＣ・・・・・・・・受信機 ＣＮＴ・・・・・・・制御機 ＣＬ　Ｋ・・・・クロックパルス発振器ＤＳＰ・・・・
・・・表示器 ＡＮＴＩ〜Ａ　Ｎ　Ｔ　３・アンテナ 第１図 第７悶 （ａ） （ｂン 手続補正書 （方式） 事件の表示　昭和６４年特許願第１０４９号発明の名称
　圧電センサ及び温度測定装置補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都渋谷区西原１丁目２１番地２号６、補正の
内容 明細書の第１４頁、第４行目「説明図である。」の後に
下記を加入する。 記 第９図は、ＡＴカット水晶振動子の主振動である厚みす
べり振動姿態ＴＳの周波数温度特性及び同振動子の副振
動である面滑り振動姿態ＦＳの周波数温度特性を示す特
性図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度変動に対応して変化する共振周波数により該
   温度変動を検出する圧電センサにおいて、該圧電センサ
   の圧電基板は基板表裏板面上に独立した２対の励振電極
   対を有し、かつ該励振電極対の中間に切り溝を設けて互
   いに異なる振動姿態の異なる共振周波数により独立して
   共振するようにしたことを特徴とする圧電センサ。
2. （２）請求項１記載の圧電センサの一方の励振電極対と
   第２発振回路とを接続して得られる主振動周波数を搬送
   波とし、かつ他方の励振電極対と第１発振回路とを接続
   して得られる副振動周波数を温度変動検出のための信号
   波として、該信号波により該搬送波を変調し電波輻射す
   るようにしたことを特徴とする温度測定装置。
3. （３）温度変動に対応して変化する共振周波数により該
   温度変動を検出する圧電センサにおいて、該圧電センサ
   の圧電基板は基板表裏板面上に１対の励振電極対を有し
   、互いに音響結合しない２つの異なる振動姿態の異なる
   共振周波数により同時に共振するようにしたことを特徴
   とする圧電センサ。
4. （４）請求項３記載の圧電センサの該励振電極対と第１
   発振回路と第２発振回路とを接続して２つの異なる振動
   姿態を異なる周波数により同時に共振させ、該第２発振
   回路の共振周波数を搬送波とし、該第１発振回路の共振
   周波数を該圧電基板の温度変動検出のための信号波とし
   て、該信号波により該搬送波を変調し電波輻射するよう
   にしたことを特徴とする温度測定装置。