JPH0643053A - 振動式センサ - Google Patents

振動式センサ

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JPH0643053A
JPH0643053A JP4197191A JP4197191A JPH0643053A JP H0643053 A JPH0643053 A JP H0643053A JP 4197191 A JP4197191 A JP 4197191A JP 4197191 A JP4197191 A JP 4197191A JP H0643053 A JPH0643053 A JP H0643053A
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Satoshi Fukuhara
聡 福原
Takahiro Kudo
貴裕 工藤
Yoji Saito
洋二 齋藤
Etsutaro Koyama
越太郎 小山
Kyoichi Ikeda
恭一 池田
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で外乱に対して出力が安定な自励
発振回路で構成される振動式センサを提供する。 【構成】 物理量の変化に基づいて発振周波数が変化す
る振動子と、この振動子の出力を検出して検出信号とし
て出力する信号検出手段と、この検出信号が入力され制
御信号で決定される振幅として振動子に駆動信号を出力
する駆動制御手段と、検出信号の振幅と振動子の基準振
幅とを比較して制御信号として出力する振幅検出手段
と、検出信号の周波数から物理量に対応する出力信号を
演算して出力する演算手段と、制御信号が基準振幅を外
れたときに異常フラグを出力する異常検知手段と、この
異常フラグを監視しこの異常フラグが現れたときにはこ
れ以前のデ−タを保持して先の出力信号として出力する
監視手段とを具備する振動式センサである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、差圧、圧力などの物理
量に対応して変化する自励発振の周波数の変化から物理
量を検出する振動式センサに係り、特に外乱に対して安
定になるように改良された振動式センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の振動式センサの構成を示す
ブロック図である。振動子10は、例えば、シリコン単
結晶などでダイアフラムが形成され、その中に周囲がエ
ッチングにより空洞が形成された梁がH形状にこのダイ
アフラムに一体に形成された構成を有している。そし
て、この梁の一端には駆動信号が入力されてこれと磁場
との相互作用により梁を振動させ、その他端からこの梁
の振動に対応して発生する電圧を出力するようになって
いる。この場合に、この空洞の部分は真空状態にされて
いるので、感度が非常に高く梁は高いQファクタを有し
ている。
【0003】梁の他端から出力される振動電圧は増幅器
11に入力され、ここで増幅されてその出力端に検出信
号Vi1として出力される。この検出信号Vi1は振幅制御
回路12に出力され、振幅制御回路12は検出信号Vi1
が後述する制御信号Vc1に対応した振幅になるように駆
動電圧Vd1を制御して、つまりAGC制御をして振動子
10の一端出力する。以上のようにして、振動子1
0、増幅器11、振幅制御回路12でAGC制御された
自励発振回路を構成している。
【0004】また、検出信号Vi1は二乗回路13に出力
されてここで整流され、その出力端に現れる電圧は誤差
増幅器14の入力端の一端に入力される。誤差増幅器1
4の入力の他端には振動子10の適正な振幅として採用
される基準振幅Asに対応する基準電圧ES1が印加され
ており、誤差増幅器14は振動子10の振動の振幅が常
にこの基準振幅As、つまり基準電圧ES1になるように
制御する制御信号Vc1をその出力端から振幅制御回路1
2に出力している。
【0005】さらに、検出信号Vi1は、入力の一端に基
準電圧ES2が印加されたコンパレ−タ15の他端に印加
されており、その出力端に基準電圧ES2を越える振幅を
有する検出信号Vi1に対して波形整形をして周波数信号
F1として出力する。
【0006】この周波数信号F1はカウンタ16で計数
されてその積算信号N1がマイクロプロセッサをベ−ス
とする演算部17に出力される。ここで適当な演算が実
行されて振動子10の周波数に対応する物理量を算出し
て出力端18に出力する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の振動式センサは、次に説明するような問題
がある。図4を用いて説明する。図4(a)は増幅器1
1の出力に現れる検出信号Vi1、図4(b)は駆動電圧
d1、図4(c)はコンパレ−タ15の出力として現れ
る周波数信号F1の波形をそれぞれ示している。
【0008】いま、図4(a)のNzで示すように衝撃
などの外乱が検出信号Vi1に混入されると制御信号Vc1
は駆動電圧Vd1を大きくするように動作する(図4
(b))が、振動子10のQフアクタが大きいので振動
子10の振幅がこれに即時に応答せず、図4(a)示す
ように検出信号Vi1が所定時間Tのあいだ基準振幅As
に達しない状態が続く。このため、コンパレ−タ15の
出力端に図4(c)に点線で示すように周波数信号F1
に歯抜けが生じ、カウンタ16がカウントミスを起こし
て誤差発生の原因を作る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、物理量の変化に基づいて発振周波数が
変化する振動子と、この振動子の出力を検出して検出信
号として出力する信号検出手段と、この検出信号が入力
され制御信号で決定される振幅として振動子に駆動信号
を出力する駆動制御手段と、検出信号の振幅と振動子の
基準振幅とを比較して制御信号として出力する振幅検出
手段と、検出信号の周波数から先の物理量に対応する出
力信号を演算して出力する演算手段と、先の制御信号が
基準振幅を外れたときに異常フラグを出力する異常検知
手段と、この異常フラグを監視しこの異常フラグが現れ
たときにはこれ以前のデ−タを保持して出力信号として
出力する監視手段とを具備するようにしたものである。
【0010】
【作 用】振動子は物理量の変化に基づいて自己の発振
周波数を変化させるが、信号検出手段はこの振動子の発
振周波数を検出して検出信号として出力する。一方、駆
動制御手段はこの検出信号を用いて制御信号で決定され
る振幅として振動子に駆動信号を出力する。また、振幅
検出手段は先の検出信号の振幅と振動子の基準振幅とを
比較して制御信号として先の駆動制御手段に出力する。
そして、演算手段は検出信号の周波数から先の物理量に
対応する出力信号を演算して出力する。さらに、異常検
知手段は先の制御信号が基準振幅を外れたときに異常フ
ラグを出力し、監視手段はこの異常フラグを監視してお
りこの異常フラグが現れたときにはこれ以前のデ−タを
保持して先の出力信号として出力する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図3に示す従来の振動式センサと同一
の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその
説明を省略する。
【0012】振動子10、増幅器11、振幅制御回路1
2、二乗回路13、誤差増幅器14、コンパレ−タ1
5、カウンタ16などは図3に示す構成と同様な構成で
ある。振幅制御回路12は誤差増幅器14から出力され
る制御信号Vc2により検出信号Vi2が所定の基準振幅A
sになるようにその出力端から駆動電圧Vd2を振動子1
0に出力している。
【0013】一方、誤差増幅器14の出力端に現れる制
御電圧Vc2はコンパレ−タ19の入力の一端に印加さ
れ、その他端は基準電圧Es3が印加されている。これに
より、制御電圧Vd2はこの基準電圧Es3を越えたか否か
の判断がなされ、越えているときはその出力に現れる比
較信号Vc3のレベルを反転させる。
【0014】異常検知回路20はこのコンパ−レ−タ1
9の出力レベルの反転を検知して所定時間のあいだ異常
フラグAFを立てる。演算部21はこの異常フラグAF
を検知すると異常フラグAFが立つ前のカウンタ16の
出力を出力端に出力すると共に異常検知回路20に対し
て異常フラグAFをリセットするリセット信号RSを出
力する。
【0015】次に、以上のように構成された振動式セン
サの動作について図2に示す波形図を用いて説明する。
いま、図2(a)に示すように検出信号Vi2の中に衝撃
などの形で外乱Nzが混入すると、一時的に検出信号V
i2の振幅が低下する。そこで、誤差増幅器14はその制
御信号Vc2を図2(b)に示すように増加させるが、こ
の値が基準電圧Es3を越えると、コンパレ−タ19は図
2(c)に示すように比較信号Vc3を出力する。
【0016】そこで、異常検知回路20はこの比較信号
c3がハイレベルになったことを検知して所定時間のあ
いだ図2(d)に示すようにその出力端に異常フラグA
Fを立てる。演算部21では図2(e)に示すようにこ
の異常フラグAFを監視しており、異常フラグAFが立
っていないときは通常の信号処理を実行し、異常フラグ
AFが立っているときは、前回のデ−タをホ−ルドして
出力端18に送出し、異常検知回路20に対してこの異
常フラグAFをリセットするリセット信号SRを出力し
て図2(d)に示すように異常フラグAFをリセットさ
せる。
【0017】このように、振動子10の振幅が急激に変
わりカウンタ16がミスカウントしそうになると、制御
信号Vc2が大きく変化して異常検知回路20に異常フラ
グAFが立ち、演算部21はこれをモニタして前回の演
算結果をそのまま出力するので、カウンタ16がミスカ
ウントした信号は演算に用いられない。
【0018】以上の説明では、コンパレ−タ19は1個
しか用いない構成で実現したが、コンパレ−タを2個用
いるようにすれば、振幅が小さくなったときと大きくな
ったときとのどちらでも異常フラグが立つようにするこ
とができる。
【0019】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、振幅制御手段を制御する制御信号
を監視して外乱によりこの制御信号が基準の値を越えた
ときに異常検知手段により異常フラグを立たせこれを演
算部でモニタして出力信号を正常な信号で置き換えて出
力するようにしたので、外乱検出のためのセンサ、例え
ば加速度センサなどを用いない簡単な構成で、振動子の
外乱により生じる異常出力を防止することができ、安定
で信頼性の高い振動式センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】図1に示す実施例の動作を説明する波形図であ
る。
【図3】従来の振動式センサの構成を示すブロック図で
ある。
【図4】図3に示す振動式センサの動作を説明する波形
図である。
【符号の説明】
10 振動子 11 増幅器 12 振幅制御回路 13 二乗回路 14 誤差増幅器 15、19 コンパレ−タ 16 カウンタ 17、21 演算部 20 異常検知回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 越太郎 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 池田 恭一 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物理量の変化に基づいて発振周波数が変化
    する振動子と、この振動子の出力を検出して検出信号と
    して出力する信号検出手段と、この検出信号が入力され
    制御信号で決定される振幅として前記振動子に駆動信号
    を出力する駆動制御手段と、前記検出信号の振幅と前記
    振動子の基準振幅とを比較して前記制御信号として出力
    する振幅検出手段と、前記検出信号の周波数から前記物
    理量に対応する出力信号を演算して出力する演算手段
    と、前記制御信号が前記基準振幅を外れたときに異常フ
    ラグを出力する異常検知手段と、この異常フラグを監視
    しこの異常フラグが現れたときにはこれ以前のデ−タを
    保持して前記出力信号として出力する監視手段とを具備
    することを特徴とする振動式センサ。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0167544U (ja) * 1987-10-23 1989-05-01
JPH01172106U (ja) * 1988-05-25 1989-12-06
JPH0272947U (ja) * 1988-11-25 1990-06-04

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