JPH0434090B2 - - Google Patents
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- JPH0434090B2 JPH0434090B2 JP58003701A JP370183A JPH0434090B2 JP H0434090 B2 JPH0434090 B2 JP H0434090B2 JP 58003701 A JP58003701 A JP 58003701A JP 370183 A JP370183 A JP 370183A JP H0434090 B2 JPH0434090 B2 JP H0434090B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- temperature
- oscillator
- crystal oscillator
- angle
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、水晶振動子を測温素子として用いた
水晶温度計に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、同一の水晶のウエハから構成した２つ
の水晶振動子を有し、一方の振動子を測温素子と
し、他方の振動子を基準クロツクを得るための発
振素子とした水晶温度計に関するものである。
水晶温度計に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、同一の水晶のウエハから構成した２つ
の水晶振動子を有し、一方の振動子を測温素子と
し、他方の振動子を基準クロツクを得るための発
振素子とした水晶温度計に関するものである。
水晶は結晶異方性を有しているので、切り出し
角を適当に選択することによつて、温度係数を零
にすることもでき、又、逆に温度係数を大きくす
ることもできる。この温度係数の大きな水晶振動
子を測温素子として用いたものが水晶温度計で、
高分解能、高安定性、周波数出力等の特徴を有し
ている。
角を適当に選択することによつて、温度係数を零
にすることもでき、又、逆に温度係数を大きくす
ることもできる。この温度係数の大きな水晶振動
子を測温素子として用いたものが水晶温度計で、
高分解能、高安定性、周波数出力等の特徴を有し
ている。
従来のこの種の水晶温度計においては、測温素
子としての水晶振動子と、基準クロツクを得るた
めの水晶振動子とは、全く別々に構成されたもの
であるため、多くの温度校正点を必要とし、その
校正に大変な労力を費していた。
子としての水晶振動子と、基準クロツクを得るた
めの水晶振動子とは、全く別々に構成されたもの
であるため、多くの温度校正点を必要とし、その
校正に大変な労力を費していた。
本発明は、この点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、温度校正点を減少させ、高精度の水晶
温度計を提供しようとするものである。
の目的は、温度校正点を減少させ、高精度の水晶
温度計を提供しようとするものである。
本発明に係る装置は、Ｘ軸又はＹ軸に対する回
転角が20°〜160°の範囲で切り出した水晶ウエハ
上に、±60°〜±120°角度をなして一対の水晶振動
子を作り、一方の水晶振動子を測温素子として、
他方の水晶振動子を基準クロツクを得るための水
晶振動子としてそれぞれ用いた点に特徴がある。
転角が20°〜160°の範囲で切り出した水晶ウエハ
上に、±60°〜±120°角度をなして一対の水晶振動
子を作り、一方の水晶振動子を測温素子として、
他方の水晶振動子を基準クロツクを得るための水
晶振動子としてそれぞれ用いた点に特徴がある。
第１図は本発明に係る水晶温度計の一例を示す
電気的なブロツク図である。この図において、１
は第１の水晶振動子で、測温素子としての役目を
なす。この水晶振動子１は、図示してないが、熱
伝達を迅速に行なうため、ヘリウムガス等の不活
性ガスが封入された熱伝達率の高い金属ケース内
に設置されている。
電気的なブロツク図である。この図において、１
は第１の水晶振動子で、測温素子としての役目を
なす。この水晶振動子１は、図示してないが、熱
伝達を迅速に行なうため、ヘリウムガス等の不活
性ガスが封入された熱伝達率の高い金属ケース内
に設置されている。
２は第２の水晶振動子で、基準クロツクを得る
ために用いられる。３１，３２は増巾器で、それ
ぞれ第１の水晶振動子１、第２の水晶振動子２と
ともに発振回路OS1，OS2を形成しており、各発
振回路OS1，OS2から発振周波数信号1，2が得
られる。
ために用いられる。３１，３２は増巾器で、それ
ぞれ第１の水晶振動子１、第２の水晶振動子２と
ともに発振回路OS1，OS2を形成しており、各発
振回路OS1，OS2から発振周波数信号1，2が得
られる。
４０は発振回路OS1からの発振周波数信号1を
分周する分周器、４は分周器４０からのパルスと
発振回路OS2からの発振周波数信号2を入力する
ゲート回路、５はカウンタ、６はカウンタ５から
の信号を入力する演算表示回路である。
分周する分周器、４は分周器４０からのパルスと
発振回路OS2からの発振周波数信号2を入力する
ゲート回路、５はカウンタ、６はカウンタ５から
の信号を入力する演算表示回路である。
第２図及び第４図は、第１の水晶振動子１及び
第２の水晶振動子２の作り方を説明するための説
明図である。
第２の水晶振動子２の作り方を説明するための説
明図である。
第２図に示すように、Ｘ軸（又はＹ軸）に対す
る回転角αを種々変えて切り出した水晶ウエハか
ら水晶振動子をつくり、その温度特性を求める
と、第３図の通りとなる。第３図において、縦軸
は共振周波数の変化Δ／を示す。
る回転角αを種々変えて切り出した水晶ウエハか
ら水晶振動子をつくり、その温度特性を求める
と、第３図の通りとなる。第３図において、縦軸
は共振周波数の変化Δ／を示す。
まず、本発明においては、第２図においてＸ軸
（又はＹ軸）に対する回転角αが20°〜160°の範
囲、すなわち、温度係数が大きくなる範囲
（Δ／が−20ppm／℃以上となる範囲）で切り
出した水晶ウエハＷを使用するものである。
（又はＹ軸）に対する回転角αが20°〜160°の範
囲、すなわち、温度係数が大きくなる範囲
（Δ／が−20ppm／℃以上となる範囲）で切り
出した水晶ウエハＷを使用するものである。
次に、この水晶ウエハＷ上に、第４図に示すよ
うに、その切り出し面が互いにθの角度をなすよ
うに一対の水晶振動子１，２を、例えばホトリソ
グラフイーの技術と、エツチングの技術によつて
作る。ここで、水晶ウエハＷ上につくる水晶の屈
曲振動子１（例えば、音又振動子）の切り出し角
度ψ（第４図参照）に対する一次の温度係数は第
５図に示す通りとなる。すなわち、切り出し角度
ψが0°の場合（Ｙ軸に平行に切り出す場合）が温
度係数が一番大きいのに対し、ψが90°付近では
温度係数が小さく零に近くなる。
うに、その切り出し面が互いにθの角度をなすよ
うに一対の水晶振動子１，２を、例えばホトリソ
グラフイーの技術と、エツチングの技術によつて
作る。ここで、水晶ウエハＷ上につくる水晶の屈
曲振動子１（例えば、音又振動子）の切り出し角
度ψ（第４図参照）に対する一次の温度係数は第
５図に示す通りとなる。すなわち、切り出し角度
ψが0°の場合（Ｙ軸に平行に切り出す場合）が温
度係数が一番大きいのに対し、ψが90°付近では
温度係数が小さく零に近くなる。
本発明においては、ψ＝０付近で切り出した屈
曲振動子１を測温素子としての役目をなす第１の
水晶振動子として使用するとともに、ψが90°付
近、すなわち、屈曲振動子１に対する角度θが±
60°〜±120°好ましくは±90°の角度をなすように
切り出した屈曲振動子２を、基準クロツクを得る
ための第２の水晶振動子として使用するものであ
る。
曲振動子１を測温素子としての役目をなす第１の
水晶振動子として使用するとともに、ψが90°付
近、すなわち、屈曲振動子１に対する角度θが±
60°〜±120°好ましくは±90°の角度をなすように
切り出した屈曲振動子２を、基準クロツクを得る
ための第２の水晶振動子として使用するものであ
る。
屈曲振動子１と屈曲振動子２は、Ｘ軸又はＹ軸
に対する回転角αが20°〜160°の範囲で切り出し
た同一の水晶ウエハ上に、同一マスクによつて作
成することが可能で、両者のなす角度θを高精度
で揃えて作ることができる。
に対する回転角αが20°〜160°の範囲で切り出し
た同一の水晶ウエハ上に、同一マスクによつて作
成することが可能で、両者のなす角度θを高精度
で揃えて作ることができる。
このようにして作られた屈曲振動子１の共振周
波数1及び、屈曲振動子２の共振周波数2の温度
に対する特性は、(1)式、(2)式で表わすことができ
る。
波数1及び、屈曲振動子２の共振周波数2の温度
に対する特性は、(1)式、(2)式で表わすことができ
る。
1≒10｛１＋A1（Ｔ−T0）
＋B1（Ｔ−T0）2＋C1（Ｔ−T0）3｝ ……(1)
2≒20｛１＋A2（Ｔ−T0）
＋B2（Ｔ−T0）2＋C2（Ｔ−T0）3｝ ……(2)
ただし、10，20：温度T0における共振周波数
A1，A2，B1，B2，C1，C2：１次，２
次，３次の温度係数で、A2，B2，C2
はこの場合ほとんど零 第１図に戻り、第１の水晶振動子１を含む発振
回路OS1からは、温度に関連した周波数信号1が
出力され、また、第２の水晶振動子２を含む発振
回路OS2からは、温度に対してほとんど影響され
ない周波数信号2（基準クロツク信号）が出力さ
れる。分周器４０は、周波数信号1を分周し、ゲ
ート４に印加し、ゲート４はこれが開となつてい
る間、周波数信号2をカウンタ５に印加する。カ
ウンタ５はこの信号を計数するもので、その計数
値Ｎは(3)式で表わされる。
次，３次の温度係数で、A2，B2，C2
はこの場合ほとんど零 第１図に戻り、第１の水晶振動子１を含む発振
回路OS1からは、温度に関連した周波数信号1が
出力され、また、第２の水晶振動子２を含む発振
回路OS2からは、温度に対してほとんど影響され
ない周波数信号2（基準クロツク信号）が出力さ
れる。分周器４０は、周波数信号1を分周し、ゲ
ート４に印加し、ゲート４はこれが開となつてい
る間、周波数信号2をカウンタ５に印加する。カ
ウンタ５はこの信号を計数するもので、その計数
値Ｎは(3)式で表わされる。
Ｎ＝1／2＝10／20｛１＋（A1−A2）ｔ＋
（B1−B2）t2＋（C1−C2）t3｝……(3) ただし、ｔ＝（Ｔ−T0） 演算表示回路６は、カウンタ５からの計数値を
入力し、これから温度に変換する演算、リニアラ
イズのための演算等を行なつて、演算結果を表示
する。
（B1−B2）t2＋（C1−C2）t3｝……(3) ただし、ｔ＝（Ｔ−T0） 演算表示回路６は、カウンタ５からの計数値を
入力し、これから温度に変換する演算、リニアラ
イズのための演算等を行なつて、演算結果を表示
する。
このような構成の水晶温度計は、第１の水晶振
動子１と第２の振動子２とが、同一の水晶ウエハ
上に同一マスクによつて同一工程で作られるもの
で、両水晶振動子の切り出し角のなす角度θを、
常に正確な値に維持することができる。また、両
振動子を同一工程で得ることから、電極やゴミの
付着等の外乱による影響をほぼ同じにできる。し
たがつて、水晶ウエハＷの切り出し角αのみを正
確に定めるとともに、1／2を得るようにすれ
ば、各種の外乱の影響をキヤンセルすることがで
き、校正点数の少ない、高精度の水晶温度計が実
現できる。
動子１と第２の振動子２とが、同一の水晶ウエハ
上に同一マスクによつて同一工程で作られるもの
で、両水晶振動子の切り出し角のなす角度θを、
常に正確な値に維持することができる。また、両
振動子を同一工程で得ることから、電極やゴミの
付着等の外乱による影響をほぼ同じにできる。し
たがつて、水晶ウエハＷの切り出し角αのみを正
確に定めるとともに、1／2を得るようにすれ
ば、各種の外乱の影響をキヤンセルすることがで
き、校正点数の少ない、高精度の水晶温度計が実
現できる。
なお、上記では、水晶ウエハＷを、はじめにＸ
軸に対する回転角αで切り出したものについて説
明したが、Ｙ軸に対する回転角βが20°〜160°の
範囲で切り出した水晶ウエハ使用してもよい。
軸に対する回転角αで切り出したものについて説
明したが、Ｙ軸に対する回転角βが20°〜160°の
範囲で切り出した水晶ウエハ使用してもよい。
第６図は、Ｙ軸に対してβ＝50°回転させた水
晶ウエハ上につくる水晶の屈曲振動子の切り出し
角度ψに対する一次の温度係数を示した線図であ
る。この場合には、ψ＝0°近傍で温度係数が小さ
く、ψ＝90°近傍で温度供数の大きい屈曲振動子
が得られる。従つて、ψ＝90°付近で切り出した
屈曲振動子を測温素子として使用し、ψ＝0°付近
で切り出した屈曲振動子を基準クロツクを得るた
めに使用すればよい。
晶ウエハ上につくる水晶の屈曲振動子の切り出し
角度ψに対する一次の温度係数を示した線図であ
る。この場合には、ψ＝0°近傍で温度係数が小さ
く、ψ＝90°近傍で温度供数の大きい屈曲振動子
が得られる。従つて、ψ＝90°付近で切り出した
屈曲振動子を測温素子として使用し、ψ＝0°付近
で切り出した屈曲振動子を基準クロツクを得るた
めに使用すればよい。
なお、上記では、第１の水晶振動子１と第２の
水晶振動子２とを、第４図に示すように同一の水
晶ウエハＷ上に、θの角度をなすように同一形状
でペアで作ることを想定したものであるが、第１
と第２の水晶振動子の形状は同一でなくてもよ
く、また、第１の水晶振動子１内に、第２の水晶
振動子２を作るようにしてもよい。
水晶振動子２とを、第４図に示すように同一の水
晶ウエハＷ上に、θの角度をなすように同一形状
でペアで作ることを想定したものであるが、第１
と第２の水晶振動子の形状は同一でなくてもよ
く、また、第１の水晶振動子１内に、第２の水晶
振動子２を作るようにしてもよい。
第７図及び第８図は、この場合の各水晶振動子
の形状の一例を示す説明図である。
の形状の一例を示す説明図である。
第７図の例では、第１の水晶振動子１を矢印に
示すように振動する音又振動子とし、この水晶振
動子１内の非振動部分に第１の水晶振動子より小
さな形状であつて、切り出し方向が第１の水晶振
動子の切り出し方向に対してθ＝90°の角度をな
すように、第２の水晶振動子２を音又振動子で一
体に構成したものである。
示すように振動する音又振動子とし、この水晶振
動子１内の非振動部分に第１の水晶振動子より小
さな形状であつて、切り出し方向が第１の水晶振
動子の切り出し方向に対してθ＝90°の角度をな
すように、第２の水晶振動子２を音又振動子で一
体に構成したものである。
第８図の例では、第７図において、第２の振動
子２を、矢印に示すように振動する縦振動子とし
たものである。
子２を、矢印に示すように振動する縦振動子とし
たものである。
なお、第１図では、発振回路OS1からの発振周
波数信号1と、発振回路OS2からの発振周波数信
号2とを、図示するような構成によつて1／2な
る演算を含む信号処理を行なうようにしたもので
あるが、これに代えて、1，2をそれぞれカウン
タで計数し、これらのカウンタからのデイジタル
信号をマイクロプロセツサに印加させ、ここで所
定の演算を行ない、温度表示を行なうような回路
としてもよい。
波数信号1と、発振回路OS2からの発振周波数信
号2とを、図示するような構成によつて1／2な
る演算を含む信号処理を行なうようにしたもので
あるが、これに代えて、1，2をそれぞれカウン
タで計数し、これらのカウンタからのデイジタル
信号をマイクロプロセツサに印加させ、ここで所
定の演算を行ない、温度表示を行なうような回路
としてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、温度校
正点が少なく、精度の高い水晶温度計が実現でき
る。
正点が少なく、精度の高い水晶温度計が実現でき
る。
第１図は本発明に係る水晶温度計の一例を示す
電気的なブロツク図、第２図及び第４図は第１，
第２の水晶振動子の作り方を説明するための説明
図、第３図、第５図及び第６図はいずれも切り出
し角度に対する温度特性を示す線図、第７図及び
第８図は第１，第２の水晶振動子の形状の一例を
示す説明図である。 １……第１の水晶振動子、２……第２の水晶振
動子、３１，３２……増巾器、OS1，OS2……発
振回路、４０……分周器、５……カウンタ、６…
…演算表示回路、Ｗ……水晶ウエハ。
電気的なブロツク図、第２図及び第４図は第１，
第２の水晶振動子の作り方を説明するための説明
図、第３図、第５図及び第６図はいずれも切り出
し角度に対する温度特性を示す線図、第７図及び
第８図は第１，第２の水晶振動子の形状の一例を
示す説明図である。 １……第１の水晶振動子、２……第２の水晶振
動子、３１，３２……増巾器、OS1，OS2……発
振回路、４０……分周器、５……カウンタ、６…
…演算表示回路、Ｗ……水晶ウエハ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｘ軸又はＹ軸に対する回転角が20°〜160°の
範囲で切り出した水晶ウエハから、切り出し角度
が互いに±60〜±120°の角度をなすように切り出
して一対の水晶振動子を作り、一方の水晶振動子
を測温素子として用いるとともに、他方の水晶振
動子を基準クロツクを得るのに用いるようにした
水晶温度計。 ２ 一対の水晶振動子をホトリソグラフイーの技
術とエツチングの技術を利用して形成するように
した特許請求の範囲第１項記載の水晶温度計。 ３ 一対の水晶振動子を一体化して構成した特許
請求の範囲第１項記載の水晶温度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP370183A JPS59128422A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 水晶温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP370183A JPS59128422A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 水晶温度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59128422A JPS59128422A (ja) | 1984-07-24 |
| JPH0434090B2 true JPH0434090B2 (ja) | 1992-06-04 |
Family
ID=11564669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP370183A Granted JPS59128422A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 水晶温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59128422A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60196634A (ja) * | 1984-03-21 | 1985-10-05 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 水晶温度計 |
| JP4679782B2 (ja) * | 1999-12-10 | 2011-04-27 | 富士通株式会社 | 温度センサ |
| US8267578B2 (en) | 2009-02-04 | 2012-09-18 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and systems for temperature compensated temperature measurements |
| JP4678892B1 (ja) * | 2010-07-29 | 2011-04-27 | 眞人 田邉 | 水晶温度計測用プローブおよび水晶温度計測装置 |
| JP5703042B2 (ja) * | 2011-01-28 | 2015-04-15 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 水晶デバイス |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS587762B2 (ja) * | 1974-11-27 | 1983-02-12 | トウヨウケンセツ カブシキガイシヤ | ウメタテチトウノ トラフイカビリテイカイリヨウコウホウ |
| CH589281A5 (ja) * | 1975-01-09 | 1977-06-30 | Centre Electron Horloger | |
| JPS5726723A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-12 | Seiko Epson Corp | Crystal thermometer |
-
1983
- 1983-01-13 JP JP370183A patent/JPS59128422A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59128422A (ja) | 1984-07-24 |
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