JPH053911B2 - - Google Patents

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JPH053911B2
JPH053911B2 JP59243097A JP24309784A JPH053911B2 JP H053911 B2 JPH053911 B2 JP H053911B2 JP 59243097 A JP59243097 A JP 59243097A JP 24309784 A JP24309784 A JP 24309784A JP H053911 B2 JPH053911 B2 JP H053911B2
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JP
Japan
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frequency
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voltage
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probe
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JP59243097A
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Koichi Hirama
Takeshi Ooshima
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は周波数の変動に対応してある物理量が
停留点をもつて変化するような素子或は回路等の
該停留点に於ける共振周波数検出方法に関する。
(従来技術) 一般に、共振現象は自然界に広く存在するがこ
れは特に電気回路に於いては極めて重要な現象で
あつて種々様々な回路或は装置に多用されてい
る。
従つて、これら電気回路或は回路素子等の共振
周波数を正確に測定することは不可欠の技術であ
るが一般に、共振回路は周囲環境の影響を受け易
く、周波数カウンター等の測定器の入力端子を直
接共振回路に接触せしめると周波数が変動し正確
な測定が不可能となることが多い。
従来、このような場合の共振周波数測定方法と
しては、これら被測定回路等の近傍に非接触に配
置した周波数可変発振器の発振エネルギーが前記
被測定共振回路と同一周波数に於いてこれに吸収
される現象を用いたもの、所謂デイツプ・メータ
法が一般的であつた。
このデイツプ・メータの原理を少しく説明すれ
ば、第4図に示すように電圧計(V.V)1を付加
した周波数可変発振器2にこれと並列共振回路を
構成する如く接続したアンテナ・コイル3を例え
ばインダクタンスL1及びコンデンサC1とからな
る被測定回路4に接近せしめ前記発振器2の周波
数を1から2まで変化すれば前記コイル3の両端
に於ける周波数と前記電圧計の電圧とは第5図に
示す如く前記被測定回路の共振周波数0に於いて
前記電圧計の地が最小となるよう変化する。これ
は前述の通り、前記発振器2のエネルギーがこれ
よりインピーダンスの低い被測定共振回路に吸収
されるために生ずるものであつて測定者は電圧計
の針の振れが最小となるよう前記発振器2の周波
数を調整することによつてその点に於ける周波数
を検出することができる。
しかしながら、このような従来のレベルデイツ
プ法による共振周波数測定方法はレベル最小値或
はこれを電流変換して電流の最大値を検出するも
のであるから正確な測定が困難である。
即ち、上述のデイツプ点に於ける電圧最小値は
被測定共振回路の抵抗分とリアクタンスの比所謂
Q(quality factor)、或は該回路と前記アンテナ
コイル3との相互インダクタンス等によつて変化
するものであつて都度異るものであるから一義的
に特定が困難なため、測定制度に欠けると云う欠
陥があつた。
(発明の目的) 本発明は上述したような従来の共振周波数測定
方法の欠陥を解決するためになされたものであつ
て、測定条件と無関係に一義的に共振点を検出す
ることができしかも測定制度が極めて高い共振周
波数の検出方法を提供することを目的とする。
(発明の構成) 上述の目的を達成するために本発明は以下の如
き構成をとる。
即ち、被測定回路に所要の低周波信号によつて
周波数変調を施した搬送波信号を印加せしめると
共に、該搬送波信号が前記被測定回路の共振周波
数及びその近傍に於いて受ける振幅歪を復調する
ことによつて前記共振周波数を検出する如く構成
する。
(実施例) 以下本発明を図示した実施例に基づいて詳細に
説明する。
その前に、上述したような被接触にて非測定回
路等の共振周波数を測定する場合の具体例をあ
げ、従来のデイツプメータ法の欠点を少しく説明
する。
近年、生物学、医学上の研究等にガンの治療等
を目的として生体内各部の温度を測定する為長期
間生体内に埋込んだ無電源プローブと生体外の測
定器との間を有線にて接続することなしに測温す
る方法が提案されている。
上述の如き測温方法としてはアンテナ・コイル
に水晶振動子を接続したプローブを生体内の所望
の位置に外科的に埋込むか或はこれを消化器内に
流すと共に生体外から所要周波数の電磁エネルギ
を放射し前記アンテナ・コイルを介して前記水晶
振動子に与えこれが共振する際のエネルギ吸収を
観測する方法、即ち上述のデイツプメータ法を用
い前記プローブの共振点を検出することによつて
体内温度を測定するのが一般的である。
しかしながら、このように生体内に埋め込んだ
プローブと体外装置との結合は極めて疎であるう
え前述の如くデイツプ点に於ける最小レベル量は
測定条件によつて変動するから共振点の検出は非
常に困難を要するものであつた。
このような欠点を除去するため、本実施例では
本発明の共振周波数検出方法を応用して以下の如
く構成した生体内温度測定方法とする。
即ち、第1図は本発明に係かる生体内温度測定
装置の一実施例を示すブロツク図である。
同図に於いて5は水晶発振子Xとアンテナ・コ
イルL3とで構成した生体内プローブであつて、
生体外装置として前記プローブと対向せしめたア
ンテナ・コイルL4に低周波発振器6の出力によ
りFM又はPM変調を施した電圧制御発振器
(VCO)7の出力を印加すると共に、前記アンテ
ナ・コイルL4にAM検波回路8を付加しその出力
を増幅器9を介して前記低周波発振器6の出力を
同期信号とする同期検波回路10に入力せしめか
つその出力でもつて前記VCO7の発振周波数を
制御する如く構成したものである。
このように構成した生体内温度測定装置は以下
の如く動作する。
即ち、第2図は前記プローブの共振周波数0
傍に於いて照射電磁波が受けるAM変調歪の状態
を示す波形図である。
今、前記低周波信号を80Hz、周波数偏位を±
2KHz電磁波周波数を19MHzから21MHzまで可変
とし前記プローブの共振周波数を□0=20MHzと
すると、前記周波数変調を受けた電磁波をその中
心周波数から±2KHzにわたつて80Hzの周期で振
動する。
従つて、その中心周波数が前記プローブの共振
特性曲線上をその共振点0を含んでこれより△
低い点イ、0と同一点ロ及び△高い点ハの三つ
の点に位置する場合のAM変調歪は夫々同図中矢
印にて示したような波形を呈する。
即ち、前記電磁波の偏位周波数中にプローブの
共振点0を包含する場合、該共振点を境にその偏
位周波数の2倍のAM変調歪を生ずる。この2倍
歪は0の上下に於いて180°位相が異なり電磁波の
中心周波数が0と一致するとき前述の2倍歪は直
流的にはシフトしているがほヾ正弦波となる。
これは前記プローブの共振回路に電磁エネルギ
ーが吸収されるためで、このときプローブに対向
した外部装置のコイルL4の両端には第3図c,
d,eに示すようなAM変調をうけた波形が現れ
る。
第3図は前記第1図に示したブロツク図の各部
の信号波形を示したものであつてaは低周波発振
器6の波形、bは該低周波信号によつてFM変調
をうけた電磁波でコイルL4に印加される信号波
形、c,d及びeは夫々前記第2図に示したプロ
ーブ共振特性曲線イ,ロ及びハに於ける前記コイ
ルL4両端に生ずる波形である。
更にこれらc,d,eの波形をAM検波すると
夫々同図f,g,hに示す如く、前記プローブに
エネルギ吸収された結果生じた前述のAM変調成
分が抽出される。
従つてこの変化を何等かの手段によつて検出す
れば、そのときの電磁波の中心周波数が前記プロ
ーブの共振特性曲線上のどの点に位置するかが識
別できる。
本実施例では、このようにして復調した波形を
同期検波数回路10に於いて、前記低周波信号を
基準として同期検波したのち波形成形して第3図
i,j,kに示す如く夫々のAM変調歪に対応し
た矩形波を得、該矩形波のデユーテイ比を検出す
る如く構成し、前記プローブの共振点0に於ける
該デユーテイ比が1:1となることを利用してそ
のとき周波数を検出し、もつて生体内の温度を測
定するものである。
更に、前記矩形波を積分したのち直流電圧に変
換すれば前述のデユーテイ比に対応した直流電圧
を得しかもこれは前記プローブの共振特性曲線上
の各点に一対一に対応した値となる。
即ち、0に於いて相対値が0.5Vとなり0より低
い方で0.5V以下にかつ高い方でも0.5V以上とな
る。
従つて上述の直流電圧を前記VCOの周波数制
御電圧を制御するよう構成すればこれら各ブロツ
クは閉ループを形成し前記電磁波の中心周波数を
プローブの共振点0に自動的に調整することが可
能となる。
つまり前述の直流電圧が0.5Vになるように又
は、この直流電圧出力を0.5Vを基準電圧とした
比較器に入力しその差が0となる如く前記閉ルー
プを作動せしめればサーボ制御ループ系を構成す
ることができ、これを利用して前記プローブの共
振点0が温度に従つて移動する際にその周波数の
自動測定を行なうことができる。
このように本発明を用いてロツクループ系を構
成すれば、従来のフエーズロツクループ(PLL)
を用いたものと比較して次のような特徴をもつ。
即ち、従来のPLLが閉ループ中で信号の位相
を検出しその差を直流信号に変換してサーボ系を
構成するものであつて、一般に位相情報を抽出す
るには大きいレベルの信号を要するのに対し、本
発明はFM波に生ずるAM歪を抽出するものであ
るから比較的低レベル信号であつてもこれが可能
である。
又、両者のループ感度及びロツクレンジを比較
すれば、PLLに於いては周波数可変範囲全域例
えば2MHzをフルスケールとしてその中の極めて
狭い位相範囲例えば数KHzにロツクインせしめる
からロツクレンジとフルスケールの相対比は非常
に大きく、系を構成する回路素子等の安定性が系
の安定性は大きく左右するのに対し、本発明では
上述の周波数偏位例えば±2KHzがフルスケース
であつてその中の変調信号周波数の2倍例えば
160Hzを抽出するか或は波形のデユーテイ比1:
1を検出すれば足り前述のロツクレンジとフルス
ケール比は小さくなり、従来のPLLに比して系
の制御が極めて容易であることが理解できよう。
尚上記実施例は本発明の一具体例であつてこれ
に限定されることはなく他に様々な実施方法があ
ること明らかである。例えば前記低周波信号は三
角波形の如く左右対象波であればよいし、又前記
同期検波回路も同期をとつた位相検波回路として
もよい。
更に、本発明は被測定回路の共振周波数の検出
にとどまらずその特性が極大極小値の停留点(ス
テーシヨン・ポイント)をもつて変化するとき該
変化を周波数の変化に置換せしめればどのような
もの、例えばインピーダンスの停留点或は電流、
電圧の変化又はその他の物理変化のあらゆる停留
点検出に応用可能なること明らかであろう。
本発明の他の応用例としては、例えば圧力によ
つて共振周波数が変化する素子或は回路を前記プ
ローブとなし前記実施例に示したブロツク図と同
様に構成した装置を用いてその共振周波数を検出
すれば上述の説明と同一の方法によつて圧力の検
出が可能であり、このようにすれば前記生体内の
温度測定と同様に生体内各部の圧力例えば脳内圧
力の測定或は容器内圧力の測定等に極めて有効で
ある。
又、上述の例では共振回路のデイツプ点を検出
する場合を示したが、本発明はこれに限らず物理
量の変化の極大点を検出することも可能である。
このときは前記外部回路のアンテナコイルとAM
検波回路とを直列共振せしめそのインピーダンス
を低くすれば被測定回路が呈する物理量変化の極
大点を検出することができる。
(発明の効果) 本発明は以上説明した如く構成し機能するもの
であるから周波数変動に対応してある物理量が停
留点をもつて変化する際の該貯留点に於ける周波
数を精密に検出する手段に適し、更にこの検出の
自動化をはかるうえで極めて都合がよい。
殊に、生体内の温度或は圧力を測定する際の体
内埋込みプローブから温度情報を抽出する場合の
如く、物理変化の情報が微弱な場合これを正確に
検出するうえで極めて大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図及び第3図は前記第1図に示したブロツク
図の各部の動作を説明するための波形図、第4図
及び第5図は共に従来の共振周波数測定方法を示
す原理図である。 1……電圧計、2……発振器、3……アンテ
ナ・コイル、4……被測定回路、5……プロー
ブ、6……低周波発振器、7……電圧制御発振回
路(VCO)、8……AM検波回路、9……増幅
器、10……同期検波回路、11……デユーテイ
比検出回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周波数変化に対応して電圧、電流或いはイン
    ピーダンス等物理量の変化が停留点を有する素子
    或いは回路等の該停留点に於ける周波数を検出す
    る際所要の信号によつて周波数変調を施した搬送
    波信号をアンテナコイルを介して前記素子或いは
    回路にワイヤレスにて関与せしめつつ前記搬送波
    信号の中心周波数を変化したとき前記停留点に於
    ける前記搬送波復調波形のデユーテイ比を抽出す
    ることによつて前記停留点の周波数を検出するよ
    うにしたことを特徴とする共振周波数の検出方
    法。 2 前記搬送波復調波形を矩形波に変換しこれを
    積分したのち直流電圧に変換することによつて前
    記停留点の周波数を検出するようにしたことを特
    徴とする特許請求の範囲1記載の共振周波数の検
    出方法。 3 前記直流電圧によつて前記搬送波信号の中心
    周波数を制御するよう閉ループを構成することに
    よつて前記停留点の周波数を自動的に検出するよ
    うにしたことを特徴とする特許請求の範囲2記載
    の共振周波数の検出方法。
JP24309784A 1984-11-16 1984-11-16 共振周波数の検出方法 Granted JPS61120974A (ja)

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