JPH0420828A - 絶対圧力検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、大気圧等の気体の絶対圧力を検出する絶対
圧力検出装置に関するものである。

［従来の技術］ この種の従来の検出装置は、特開昭５４−５８０７１号
に示されるように密閉容器内にクリスタルスピーカとク
リスタルマイクロホンとを収納し、クリスタルスピーカ
から一定周波数、一定振幅の音波を呂して、その音波を
クリスタルマイクロホンで受信し、気体の密度を電圧と
して取り出して密閉容器内の圧力を検出するものである
。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、この種の従来の検出装置は、マイクロホンとス
ピーカとの間に形成される空間が、Ｗ８マイクロホンの
全周に亙って外部に向けて解放されているため、外部騒
音をマイクロホンが検出してしまい、Ｓ／Ｎ比が悪くな
るという問題点があった。また、そのＳ／Ｎ比を向上さ
せるためのノイズ処理を外部回路に分担させて行わせる
と、その為の回路規模が大きくなると云う問題点があっ
た。

また、マイクロホンとスピーカとの間に形成さ九た空間
への外部の空気の出入が自由であるため、空間内の気体
の状態、例えば湿度、温度等が天候等によって変化して
しまい、測定誤差を発生してしまうという問題点があっ
た。

更には、その空間に塵、挨等が入り込んでマイクロホン
、スピーカの表面に付着して、耐久性を低下させてしま
い、保守管理が容易でないという問題点があった。

［発明が解決するための手段］ この発明は、上述の諸点に鑑みてなされたもので、外部
の静的な圧力変化に内部圧力を追従せしめるための空気
流通手段が設けられ、かつ略密閉されたケースと、該ケ
ース内に収納されてケース内圧力を変動せしめるための
圧力変化手段と、前記ケース内に収納されて前記圧力変
化手段によって変化せしめられる圧力変化を検出する圧
力検出手段とを備え、該圧力検出手段からの検出出力に
基づいて前記ケース外の静的圧力を算呂し、その静的圧
力を絶対圧力として、検出するものである。

［第一実施例］ 先ず基本原理の構成を第１図に基づいて詳細に説明する
。

第１図において、（１）は剛性を有する密閉ケースで、
その壁面には空気流通孔（空気流通手段）（２）、例え
ば厚さ１ｍｍの壁面に対してＯ，１ｍｍ位の極めて微小
な空気流通孔（２）が設けられ、また内部にはスピーカ
（発音素子）（３）とコンデンサーマイクロホン（受音
素子）（４）が対向配置されて収納されている。空気流
通孔（２）は、前記ケース（１）外で発生する、音、音
声等の音圧や風圧による圧力変動が、減衰なしにケース
（１）内外の空気の流通と云う形でケース（１）内部に
供給されないように空気（気体）に流量抵抗ｒを与える
ものである。スピーカ（３）は、平板状のもので、ヨー
ク（３ａ）、コイル（３ｂ）、振動板（３ｃ）等からな
り、コイル（３ｂ）は、ヨーク（３ａ）と振動板（３Ｃ
）とによって形成される密閉空間内に収納され、振動板
（３Ｃ）がコイル（３ｂ）によって所定角周波数ωで振
動させられることによってケース（１）内容積Ｖｅを変
化させるためのものである。なお、スピーカ（３）は前
記ケース（１）の一方の内壁面に密着して位置せしめら
れ、その前方に形成される空間にはスポンジ等の海綿体
（５）が、空気流通孔（２）を介して、またはケース（
１）壁面を介してケース（１）内に供給される、前記ケ
ース（１）外で発生する音圧、風圧等を減衰させるため
に充填されている。そのためマイクロホン（４）は、一
番影響を受ける空気流通孔（２）から離れた所に位置せ
しめられて設けられると共に、スピーカ（３）が位置せ
しめられた一方の内壁面に対面する他方の内壁面に位置
せしめられている。なお上記海綿体（５）の機能として
は、上記ダンパーとしての機能の他に、スピーカ（３）
が駆動され、空気が圧縮された時に空気が冨ミ呈変化す
るようにするためのものである。（６）は振動板（３ｃ
）とヨーク（３ａ）との接着面全周に亙って設けられた
接着層である。

次に上記マイクロホン（４）の構造の詳細を第２図に基
づいて説明する。

すなわち、マイクロホン（４）は現在ラジカセなどへの
使用目的で市販されているコンデンサーマ、イクロホン
で、リング状絶縁部材（４１）と、該リング状絶縁部材
の後ろ側に配設され、かつ所定の電荷量Ｑが与えられた
エレクトレットフィルム（−方の電極板）（４２）と、
該エレクトレットフィルムに対向配設され、かつ複数個
の空気流通孔（４３）が穿設された他方の電極板（４４
）と、この他方の電極板（４４）に皿状の導電性挟持部
材（４５）及び１つのリード端子（４６ａ）を直列に介
して電気接続されたＦＥＴ集積回路（４７）と、該ＦＥ
Ｔ集積回路からの検出信号等を他のリード端子（４６ｂ
）を介して外部回路に接続する基板（４８）と、該基板
と前記他方の電極板（４４）との間隔を一定に保持する
円筒状隔設部材（４９）とが円筒状容器（４０）内に収
納されると共に、これらの部材は該容器の両端開口部に
、該円筒状容器と一体的に設けられた挟持部（４０ａ）
によって両端から押圧されて収納されている。なお円筒
状容器（４０）内に収納されたものは、容器（４０）の
両端開口部に設けられた双方の挟持部（４０ａ）よって
押圧されて保持されておるが、ミクロ的には完全に密着
されておらず、容器（４０）内外の空気は容器（４０）
内の壁面、各押圧面等に形成された小さな隙間（流量抵
抗の大きい隙間）　Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ、　Ｅを介して
所定の時定数で流通するように構成されており、それに
よってエレクトレットフィルム（４２）は外部から供給
される圧力とエレクトレットフィルム（４２）の背後の
内圧との差をとるように構成されている。

次に上記構成の作用を説明をする。

先ず作用説明に先立ち、以下の説明に用いる符号の説明
を行う。

Ｐ：マイクロホン（４）内の導電性挟持部材（４５）の
後方に形成される空１ｊＪ（Ｆ）内の圧力Ｐ■：ケース
（１）内の海綿体（５）部分の空気圧力Ｖｅ二ケース（
１）に充填された海綿体（５）内部に形成された空洞部
分の全容積 Ｖ（（（Ｖｅ　）　　：コンデンサーマイクロホン（４
）内空間のう゛ちでエレクトレットフィルム（４２）の
後方に形成されている空間（Ｆ）部分の容積（ＦＬＸＷ
Ｘ）ｌ）　　　ｉ、：電極板（４２）、　（４４）間の
空気の誘電率　　　Ｓｏ：エレクトレットフィルム（４
２）の面積　　Ｓニラプラス演算子 Ｑ：エレクトレットフィルム（４２）の電荷量に：エレ
クトレットフィルム（４２）の単位面積当たりのバネ定
数　　Ｄ＝ニスペーサ４０１）の厚さｄ：音圧（圧力）
による双方の電極板（４２）　（４４）間のギャップの
変化量 Ｇ：ＦＥＴ集積回路（４７）のゲイン ｒｅ：空気流通孔（２）の流量抵抗 ｒ：コンデンサーマイクロホン（４）内に形成れている
接触面等による隙間に発生する漏れの流量抵抗　　し二
ケース（１）の最長部分の長さ（＞ｌｊ、Ｈ）Ｖ：ケー
ス（１）の最長部分の長さ方向に直交する方向の一辺の
長さ　　Ｈ：ケース（１）の厚さＰｏ：ケース（１）外
の絶対圧力 Ｔ二ケース（１）内外の絶対温度 Ｃ０：ケース（１）外の温度が常温の時の音速とする。

次に、コンデンサーマイクロホン（４）の空気圧動特性
について説明する。

（１）大気圧Ｐｏとケース（１）内圧力Ｐｍとの関係ｄ
Ｐａ／ｄｔ＝　（−１／Ｔ２）−ＰＭ＋　（１／Ｔ２）
・Ｐ。

Ｔ２＝（ｒｅ−Ｖｅ）／（Ｒ４）　　　Ｒ：ガス定数伝
達関数では Ｐｖｍ＝　（１／　（１＋　ｓ　４２））　・Ｐ、　−
−−■（Ｉ［）ケース（１）内圧力Ｐｍとコンデンサー
マイクロホン（４）内空間の圧力（気圧）Ｐどの関係ｄ
Ｐ／ｄｔ＝　　（−１／丁１　）・Ｐ＋　（１／Ｔ１）
・ＰｍＴ工＝（ｒ・ν）／（Ｒ・丁） 伝達関数では Ｐｍ　（１／　（１＋　ｓ−Ｔ□））　・Ｐ＋ｏ−−−
■（ｎｌ）コンデンサーマイクロホン（４）の出力電圧
（Ｅｂ＋ｅ）とＰｍ、Ｐ、の関係（Ｅｂ：コンデンサー
マイクロホン（４）のバイアス電圧、ｅ：圧力変化によ
る出力電圧） Ｅｂ＋ｅ：Ｇ−ＣＱ・（Ｄａｄ）／　（Ｓ、　・ｉ　ｏ
　））、（Ｇ−Ｄ−Ｑ）／（Ｓ、−ε、　）＋　（Ｇ−
Ｑ−ｄ）／（Ｓｏ・１ｏ）ｄ＝　（Ｐｉ　−Ｐ）／　ｋ
であるのでＥｂ＋ｅ＝（Ｇ−１）Ｑ）／（Ｓｏ・Ｅ　、
　）＋（（ＧＪ）／（Ｓ、・ｔ　、　））・（１／ｋ）
・（Ｐ＋ｓ　　Ｐ） よって Ｅｂ＝　（Ｇ−Ｄ−Ｑ）／（Ｓ、・ε。）ｅ＝　（（Ｇ
−Ｑ）／　（Ｓ、　・ε、　・ｋ））・（Ｐ＋ｍ　−Ｐ
）上式に■の関係を代入すると ｅ＝　（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓ、・ｔ　ｏ・ｋ））（（ｓ４
．）／（１＋ｓ４．））・Ｐｍ更に、上式に■の関係を
代入すると ｅ＝　　（（Ｇ−Ｑ）／（Ｓｏ・　ｔ　　、−ｋ））（
（ｓ４．）／（１＋ｓ４．））・（１／（１＋５−Ｔ２
））・Ｐｏ・・・・・・・・・■となり、更に 通常のコンデンサーマイクロホン（４）では（Ｇ−Ｑ）
／　（Ｓ、−ｔ　０・ｋ）＝　１０−　’　１．７．ｇ
Ｂａｒになる。

そこで、第３図より周波数ｆが ｆ　＞　（１／２７ＣＴ、）　（＝　（１／２７Ｃ）・
（（ｒ−Ｖ）／（トＴ）））ｆ　＜　（１／２７ＣＴ−
）（＝（１／ニアｃ　Ｌ　（（ｒｅ−Ｖｅ）／（Ｒ４２
）））の範囲でｅは絶対気圧Ｐ９に比例することが示さ
れている。

今、スピーカ（３）の能動角周波数ωの使用範囲を （ｒ・ν）／（Ｒ−Ｔ、）　　＜　　ω　　≦　（７Ｃ
・Ｃ０）／（１０−Ｌ）（なお、Ｃｘ　・Ｃ０）／（Ｉ
Ｏ’Ｌ）ハケース（１）内Ｔ：発生する定在波の角周波
数（π・Ｃ，）ルよりスピーカ（３）の訃動角周波数ω
を十分に小さく、即ち１／１ｏに設定してケース（１）
内で定在波が発生しないようにしている。） とし、スピーカ（３）の酩動によるケース（１）内容積
変化をｖｏ　ｓｉｎωｔとすると、ケース（１）内の圧
カ変化は △Ｐ＝（Ｐ０／Ｖ）ｖｏｓｉｎωｔ となる。

ここで、マイクロホン（３）の感度を６とすると、マイ
クロホン（３）の圧力信号の振１＠ｅはｅ　＝Ｇ・（Ｐ
、／Ｖ戸Ｖ。−３ｉｎ（ｉｌｉ”Ａ”ｓｊｎωｊ”””
”’■どなるので、 マイクロホン（３）の圧力信号の振幅値Ａを測定すると
、■の関係式よりケース（１）外の絶対圧力Ｐｏ（ケー
ス（１）内も　同じ）は ｐ、＝Ａ−（Ｖ／ｖ。）−（１／Ｇ） と求められる。

次に、上述の如くして得られた絶対圧力を利用した実施
例を第４図及び第５図に基づいて説明する。

なお第４図において、第１図と同一構成にものについて
はその説明を省略する。

（７）は基準電圧発生器で、コンデンサーマイクロホン
（４）から出力されるバイアス電圧Ｅｂに等しい電圧値
が基４′電圧として設定されている。　（８）は差動増
幅器で、コンデンサーマイクロホン（４）により供給さ
れる出力電圧から基準電圧発生器（７）により供給され
る基準電圧を差し引き、信号成分のみを圧力する。（９
）はバンドパスフィルタで、差動増幅器（８）から供給
される信号成分からノイズ成分を除去し、信号成分のみ
を出力する。（１０）はＡ／Ｄコンバタ−で、バンドパ
スフィルタ（９）の出力信号をデジタル信号に変換する
。（ＩＩ）は演算回路で、Ａ／Ｄコンバタ−（１０）か
ら供給される絶対圧力信号を後述の時計駆動回路（１３
）から供給される時刻信号に基づいて絶対圧力、即ち大
気圧の一時間毎の平均値を第１表示部（］２）に時系列
的にバ＝グラフ表示する。時計駆動回路（１３）は内臓
された水晶振動子の振動数を基準にして作成された時刻
信号を出力し、第２表示部（１４）にデジタル表示せし
める。なお第１表示部（１２）及び第２表示部（１４）
は−体化された表示部（１５）を形成し、第４図に示す
全回路と共に、一つのケース内に収納されて置物用表示
器（１６）を形成する。

［発明の効果コ 以上のように、本発明は、外部の静的な圧力変化に内部
圧力を追従せしめるための空気流通手段が設けられ、か
つａ８密閉されたケースと、該ケス内に収納されてケー
ス内圧力を変動せしめるための圧力変化手段と、前記ケ
ース内に収納されて前記圧力変化手段によって変化せし
められる圧力変化を検出する圧力検出手段とを備え、該
圧力検出手段からの検出出力に基づいて前記ケース外の
静的圧力を算出することを特徴とする絶対圧力検出装置
であるから、どの様な測定環境であっても確実に、かつ
精度よく絶対圧力を測定することができる。また維持管
理のための手数がいらない等の効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例を示す検出装置の断面説明
図、第２図は第１図に示される検出装置のコンデンサー
マイクロホン（４）の断面説明図、第３図は第２図に示
すコンデンサーマイクロホン（４）の周波数特性図５第
４図は本発明による具体的実施例を説明するための回路
ブロック図、第５図は第４図に示した実施例を置物とし
て作成した場合のものを示す説明図である。 密閉ケ ス ２・・・・・空気流通孔 ・スピ 力 ４・ マイクロボン 海綿体 第 図 ψ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部の静的な圧力変化に内部圧力を追従せしめる
   ための空気流通手段が設けられ、かつ略密閉されたケー
   スと、該ケース内に収納されてケース内圧力を変動せし
   めるための圧力変化手段と、前記ケース内に収納されて
   前記圧力変化手段によつて変化せしめられる圧力変化を
   検出する圧力検出手段とを備え、該圧力検出手段からの
   検出出力に基づいて前記ケース外の静的圧力を算出する
   ことを特徴とする絶対圧力検出装置。