JPH1123313A - センサ装置 - Google Patents
センサ装置Info
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- JPH1123313A JPH1123313A JP18333597A JP18333597A JPH1123313A JP H1123313 A JPH1123313 A JP H1123313A JP 18333597 A JP18333597 A JP 18333597A JP 18333597 A JP18333597 A JP 18333597A JP H1123313 A JPH1123313 A JP H1123313A
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 検出精度が良く、構成が簡素でかつ安価なセ
ンサ装置を得る。 【解決手段】 周波数を掃引しながら、検出部の圧電共
振子のインピーダンス特性と位相特性を測定し、これら
の測定データに基づいて圧電共振子の純抵抗値Ｒとリア
クタンス値Ｘを計算して求める。検出温度が変化する
と、純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの値の差ΔＨが変化
するので、その差ΔＨを算出する。差ΔＨは、検出部の
検出温度と１対１の相関関係があるので、ΔＨによって
温度を定量的に検出する。
ンサ装置を得る。 【解決手段】 周波数を掃引しながら、検出部の圧電共
振子のインピーダンス特性と位相特性を測定し、これら
の測定データに基づいて圧電共振子の純抵抗値Ｒとリア
クタンス値Ｘを計算して求める。検出温度が変化する
と、純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの値の差ΔＨが変化
するので、その差ΔＨを算出する。差ΔＨは、検出部の
検出温度と１対１の相関関係があるので、ΔＨによって
温度を定量的に検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサ装置、例え
ば、温度センサ装置、圧力センサ装置、加速度センサ装
置、電磁界センサ装置、粘度センサ装置に関する。
ば、温度センサ装置、圧力センサ装置、加速度センサ装
置、電磁界センサ装置、粘度センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、温度、圧力、加速度等の物理
的変化を検出する場合、電気抵抗の変化をホイートスト
ーンブリッジで電圧あるいは電流に変化することが一般
に行われている。
的変化を検出する場合、電気抵抗の変化をホイートスト
ーンブリッジで電圧あるいは電流に変化することが一般
に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気抵
抗の変化をホイートストーンブリッジで電圧あるいは電
流に変化させるセンサの場合、部品数が多く、高価であ
るという問題があった。
抗の変化をホイートストーンブリッジで電圧あるいは電
流に変化させるセンサの場合、部品数が多く、高価であ
るという問題があった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、検出精度が良
く、構成が簡素でかつ安価なセンサ装置を提供すること
にある。
く、構成が簡素でかつ安価なセンサ装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】以上の目的を達成
するため、本発明に係るセンサ装置は、純抵抗成分とリ
アクタンス成分を有するインピーダンス回路系を備え、
このインピーダンス回路系に加えられた物理的変化を、
周波数を掃引しながら前記インピーダンス回路系の純抵
抗値とリアクタンス値を求め、この純抵抗値とリアクタ
ンス値の差に基づいて検出することを特徴とする。
するため、本発明に係るセンサ装置は、純抵抗成分とリ
アクタンス成分を有するインピーダンス回路系を備え、
このインピーダンス回路系に加えられた物理的変化を、
周波数を掃引しながら前記インピーダンス回路系の純抵
抗値とリアクタンス値を求め、この純抵抗値とリアクタ
ンス値の差に基づいて検出することを特徴とする。
【０００６】また、本発明に係るセンサ装置は、コンダ
クタンス成分とサセプタンス成分を有するアドミッタン
ス回路系を備え、このアドミッタンス回路系に加えられ
た物理的変化を、周波数を掃引しながら前記アドミッタ
ンス回路系のアドミッタンスと位相を測定してコンダク
タンス値とサセプタンス値を求め、このコンダクタンス
値とサセプタンス値の差に基づいて検出することを特徴
とする。
クタンス成分とサセプタンス成分を有するアドミッタン
ス回路系を備え、このアドミッタンス回路系に加えられ
た物理的変化を、周波数を掃引しながら前記アドミッタ
ンス回路系のアドミッタンスと位相を測定してコンダク
タンス値とサセプタンス値を求め、このコンダクタンス
値とサセプタンス値の差に基づいて検出することを特徴
とする。
【０００７】以上の構成により、物理的変化を、インピ
ーダンス回路系やアドミッタンス回路系を構成する素子
固有のパラメータ、すなわち、純抵抗値やリアクタンス
値やコンダクタンス値やサセプタンス値によって検出す
るため、再現性良く安定して物理的変化量が検出され
る。ここに、物理的変化は、例えば、温度変化、圧力変
化、加速度変化、電磁界変化、粘度変化等を意味する。
そして、インピーダンス回路系やアドミッタンス回路系
を圧電共振子にて構成することにより、センサが極めて
簡素な構造になる。
ーダンス回路系やアドミッタンス回路系を構成する素子
固有のパラメータ、すなわち、純抵抗値やリアクタンス
値やコンダクタンス値やサセプタンス値によって検出す
るため、再現性良く安定して物理的変化量が検出され
る。ここに、物理的変化は、例えば、温度変化、圧力変
化、加速度変化、電磁界変化、粘度変化等を意味する。
そして、インピーダンス回路系やアドミッタンス回路系
を圧電共振子にて構成することにより、センサが極めて
簡素な構造になる。
【０００８】また、本発明に係るセンサ装置は、純抵抗
成分とリアクタンス成分を含むインピーダンス回路系を
有した検出部と、前記検出部を発振させる発振回路部と
を備え、前記検出部を所定の周波数で発振させた状態で
前記検出部に物理的変化を加え、この物理的変化を発振
レベルの変化に基づいて検出することを特徴とする。
成分とリアクタンス成分を含むインピーダンス回路系を
有した検出部と、前記検出部を発振させる発振回路部と
を備え、前記検出部を所定の周波数で発振させた状態で
前記検出部に物理的変化を加え、この物理的変化を発振
レベルの変化に基づいて検出することを特徴とする。
【０００９】以上の構成により、帰還位相推移θが自動
的に零になるように作用するので、特別の温度補償が必
要ない。さらに、発振子とセンサの二種類の作用を有す
るため、効率の良い装置となる。
的に零になるように作用するので、特別の温度補償が必
要ない。さらに、発振子とセンサの二種類の作用を有す
るため、効率の良い装置となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセンサ装置の
実施形態について添付図面を参照して説明する。
実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】［第１実施形態、図１〜図５］第１実施形
態は温度センサ装置を例にして説明する。図１に示すよ
うに、温度センサ装置１は本体部８と検出部５０とから
なる。本体部８は、概略、周波数発生器２と、電圧計３
と、電流計４と、コンピュータ５とで構成されている。
具体的には、ネットワークアナライザやインピーダンス
アナライザ等である。
態は温度センサ装置を例にして説明する。図１に示すよ
うに、温度センサ装置１は本体部８と検出部５０とから
なる。本体部８は、概略、周波数発生器２と、電圧計３
と、電流計４と、コンピュータ５とで構成されている。
具体的には、ネットワークアナライザやインピーダンス
アナライザ等である。
【００１２】検出部５０は、図２に示すように、ケース
本体５１内に圧電共振子６０を一対の端子６１，６２に
挟着された状態で収容したものである。圧電共振子６０
は、圧電体基板６０ａと、この圧電体基板６０ａの表裏
面に形成された振動電極６０ｂ，６０ｃとで構成されて
いる。圧電体基板６０ａの材料としては、ＰＺＴ等のセ
ラミック材料や水晶、ＬｉＴａＯ3等が用いられる。
本体５１内に圧電共振子６０を一対の端子６１，６２に
挟着された状態で収容したものである。圧電共振子６０
は、圧電体基板６０ａと、この圧電体基板６０ａの表裏
面に形成された振動電極６０ｂ，６０ｃとで構成されて
いる。圧電体基板６０ａの材料としては、ＰＺＴ等のセ
ラミック材料や水晶、ＬｉＴａＯ3等が用いられる。
【００１３】ケース本体５１は一面が開口した略箱形状
をなし、一側面には端子溝５２を有している。端子６
１，６２の外部接続部６１ａ，６２ａは、この端子溝５
２から導出される。蓋５５はケース本体５１の上面開口
部を閉止可能な平板状をなしている。
をなし、一側面には端子溝５２を有している。端子６
１，６２の外部接続部６１ａ，６２ａは、この端子溝５
２から導出される。蓋５５はケース本体５１の上面開口
部を閉止可能な平板状をなしている。
【００１４】図３は圧電共振子６０の等価回路図であ
る。Ｃ１は等価直列キャパシタンス、Ｌは残留インダク
タンス、Ｒは等価直列抵抗、Ｃ２は等価並列キャパシタ
ンスである。すなわち、圧電共振子６０は純抵抗成分と
リアクタンス成分を有するインピーダンス回路系を構成
するものである。
る。Ｃ１は等価直列キャパシタンス、Ｌは残留インダク
タンス、Ｒは等価直列抵抗、Ｃ２は等価並列キャパシタ
ンスである。すなわち、圧電共振子６０は純抵抗成分と
リアクタンス成分を有するインピーダンス回路系を構成
するものである。
【００１５】次に、この温度センサ装置１による温度検
出について説明する。装置１の起動スイッチをオンする
と、コンピュータ５は予めメモリされていたプログラム
に従って、一連の処理及び評価を高速かつ合理的に行
う。すなわち、コンピュータ５からの信号によって周波
数発生器２は所定の周波数帯域の高周波信号を掃引しな
がら検出部５０の圧電共振子６０に印加する。このと
き、任意の周波数毎に圧電共振子６０を流れる電流を電
流計４で測定し、圧電共振子６０に印加される電圧を電
圧計３にて測定する。掃引周波数帯域は任意であるが、
第１実施形態では、圧電共振子６０の共振周波数ｆｒ近
傍を掃引周波数帯域とした。
出について説明する。装置１の起動スイッチをオンする
と、コンピュータ５は予めメモリされていたプログラム
に従って、一連の処理及び評価を高速かつ合理的に行
う。すなわち、コンピュータ５からの信号によって周波
数発生器２は所定の周波数帯域の高周波信号を掃引しな
がら検出部５０の圧電共振子６０に印加する。このと
き、任意の周波数毎に圧電共振子６０を流れる電流を電
流計４で測定し、圧電共振子６０に印加される電圧を電
圧計３にて測定する。掃引周波数帯域は任意であるが、
第１実施形態では、圧電共振子６０の共振周波数ｆｒ近
傍を掃引周波数帯域とした。
【００１６】得られた測定データはコンピュータに送ら
れた後、コンピュータ５で処理され、圧電共振子６０の
インピーダンス特性及び位相特性が得られる。さらに、
このコンピュータ５は、インピーダンス特性と位相特性
から、以下の（１），（２）式を利用して、インピーダ
ンスの実部すなわち純抵抗値Ｒと、虚部すなわちリアク
タンス値Ｘとを算出する。
れた後、コンピュータ５で処理され、圧電共振子６０の
インピーダンス特性及び位相特性が得られる。さらに、
このコンピュータ５は、インピーダンス特性と位相特性
から、以下の（１），（２）式を利用して、インピーダ
ンスの実部すなわち純抵抗値Ｒと、虚部すなわちリアク
タンス値Ｘとを算出する。
【００１７】 Ｒ＝｜Ｚ｜／（１＋ｔａｎ2θ）1/2 ・・・（１） Ｘ＝（｜Ｚ｜2−Ｒ2）1/2 ・・・（２） （θ：位相）
【００１８】図４は算出された純抵抗値Ｒとリアクタン
ス値Ｘのデータをグラフに表示したものである。検出部
５０の検出温度が変化すると、純抵抗値Ｒとリアクタン
ス値Ｘの値がそれぞれ変化する。例えば、実線Ｒ１及び
Ｘ１は、それぞれ検出部５０が２５℃の温度を検出した
場合の純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘを表示している。
一点鎖線Ｒ２及びＸ２は、それぞれ検出部５０が１００
℃の温度を検出した場合の抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘ
を表示している。点線Ｒ３及びＸ３は、それぞれ検出部
５０が−２０℃の温度を検出した場合の純抵抗値Ｒとリ
アクタンス値Ｘを表示している。
ス値Ｘのデータをグラフに表示したものである。検出部
５０の検出温度が変化すると、純抵抗値Ｒとリアクタン
ス値Ｘの値がそれぞれ変化する。例えば、実線Ｒ１及び
Ｘ１は、それぞれ検出部５０が２５℃の温度を検出した
場合の純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘを表示している。
一点鎖線Ｒ２及びＸ２は、それぞれ検出部５０が１００
℃の温度を検出した場合の抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘ
を表示している。点線Ｒ３及びＸ３は、それぞれ検出部
５０が−２０℃の温度を検出した場合の純抵抗値Ｒとリ
アクタンス値Ｘを表示している。
【００１９】次に、コンピュータ５は、純抵抗値Ｒとリ
アクタンス値Ｘの差を算出する。第１実施形態では、共
振周波数ｆｒでの純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差Δ
Ｈを算出している。共振周波数ｆｒでは、リアクタンス
値Ｘは零となり、差ΔＨが純抵抗値Ｒと等しくなり、差
ΔＨの算出が簡単になるからである。図４を参照して具
体的に説明すると、２５℃の場合は、リアクタンス値Ｘ
１が零となる共振周波数ｆｒ（１）での純抵抗値Ｒ１を
求める。１００℃の場合は、リアクタンス値Ｘ２が零と
なる共振周波数ｆｒ（２）での純抵抗値Ｒ２を求める。
−２０℃の場合は、リアクタンス値Ｘ３が零となる共振
周波数ｆｒ（３）での純抵抗値Ｒ３を求める。なお、圧
電共振子６０は、一般に、温度が変化すると、共振周波
数ｆｒが変化するが、温度の検出には殆ど影響しない。
また、純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差を算出する際
に、必ずしも共振周波数ｆｒを算出点にする必要はな
く、任意の周波数を選ぶことができる。
アクタンス値Ｘの差を算出する。第１実施形態では、共
振周波数ｆｒでの純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差Δ
Ｈを算出している。共振周波数ｆｒでは、リアクタンス
値Ｘは零となり、差ΔＨが純抵抗値Ｒと等しくなり、差
ΔＨの算出が簡単になるからである。図４を参照して具
体的に説明すると、２５℃の場合は、リアクタンス値Ｘ
１が零となる共振周波数ｆｒ（１）での純抵抗値Ｒ１を
求める。１００℃の場合は、リアクタンス値Ｘ２が零と
なる共振周波数ｆｒ（２）での純抵抗値Ｒ２を求める。
−２０℃の場合は、リアクタンス値Ｘ３が零となる共振
周波数ｆｒ（３）での純抵抗値Ｒ３を求める。なお、圧
電共振子６０は、一般に、温度が変化すると、共振周波
数ｆｒが変化するが、温度の検出には殆ど影響しない。
また、純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差を算出する際
に、必ずしも共振周波数ｆｒを算出点にする必要はな
く、任意の周波数を選ぶことができる。
【００２０】図５は、各温度に対して、検出部５０が検
出した純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差ΔＨのデータ
を、グラフに表示したものである。ΔＨは、検出部５０
の検出温度と１対１の相関関係にある。従って、ΔＨに
よって温度を定量的に検出することができる。
出した純抵抗値Ｒとリアクタンス値Ｘの差ΔＨのデータ
を、グラフに表示したものである。ΔＨは、検出部５０
の検出温度と１対１の相関関係にある。従って、ΔＨに
よって温度を定量的に検出することができる。
【００２１】以上の温度センサ装置１によれば、検出部
５０の電気機能素子として圧電共振子６０を１個備える
だけですむので、構造が極めて簡素になり、安価なもの
となる。また、圧電共振子６０の固有のパラメータ、す
なわち純抵抗値Ｒやリアクタンス値Ｘによって温度を検
出するので、再現性良く安定した温度検出を行うことが
できる。
５０の電気機能素子として圧電共振子６０を１個備える
だけですむので、構造が極めて簡素になり、安価なもの
となる。また、圧電共振子６０の固有のパラメータ、す
なわち純抵抗値Ｒやリアクタンス値Ｘによって温度を検
出するので、再現性良く安定した温度検出を行うことが
できる。
【００２２】［第２実施形態、図６及び図７］第２実施
形態は、別の温度センサ装置を例にして説明する。図６
に示すように、温度センサ装置１１は、発振回路２０
と、この発振回路２０を制御する制御回路１２と、検出
部５０とからなる。発振回路２０は増幅器１３、帰還抵
抗１４、コンデンサ１５，１６とで構成されている。増
幅器１３の入力端子はコンデンサ１５を介してグランド
に接地され、出力端子はコンデンサ１６を介してグラン
ドに接地されている。増幅器１３の入力端子と出力端子
間には帰還抵抗１４が接続されている。制御回路１２は
アナログ回路でもよいし、ＣＰＵやＡＤコンバータ等を
組み合わせたデジタル回路であってもよい。この制御回
路１２は、制御信号によって増幅器１３の電源電圧を変
え、発振回路２０のゲインを変える。ただし、増幅器１
３のゲインを変えたり、あるいは帰還抵抗１４及びコン
デンサ１５，１６の抵抗値や容量値を変えることによっ
て、発振回路２０のゲインを変えてもよいことは言うま
でもない。検出部５０は前記第１実施形態において説明
した検出部と同様のものである。
形態は、別の温度センサ装置を例にして説明する。図６
に示すように、温度センサ装置１１は、発振回路２０
と、この発振回路２０を制御する制御回路１２と、検出
部５０とからなる。発振回路２０は増幅器１３、帰還抵
抗１４、コンデンサ１５，１６とで構成されている。増
幅器１３の入力端子はコンデンサ１５を介してグランド
に接地され、出力端子はコンデンサ１６を介してグラン
ドに接地されている。増幅器１３の入力端子と出力端子
間には帰還抵抗１４が接続されている。制御回路１２は
アナログ回路でもよいし、ＣＰＵやＡＤコンバータ等を
組み合わせたデジタル回路であってもよい。この制御回
路１２は、制御信号によって増幅器１３の電源電圧を変
え、発振回路２０のゲインを変える。ただし、増幅器１
３のゲインを変えたり、あるいは帰還抵抗１４及びコン
デンサ１５，１６の抵抗値や容量値を変えることによっ
て、発振回路２０のゲインを変えてもよいことは言うま
でもない。検出部５０は前記第１実施形態において説明
した検出部と同様のものである。
【００２３】次に、この温度センサ装置１１による温度
検出について説明する。温度センサ装置１１の起動スイ
ッチをオンさせて、検出部５０の圧電共振子６０を所定
の周波数で発振させる。このとき、共振リアクタンスＸ
は略零となり、帰還位相推移θが零となる。
検出について説明する。温度センサ装置１１の起動スイ
ッチをオンさせて、検出部５０の圧電共振子６０を所定
の周波数で発振させる。このとき、共振リアクタンスＸ
は略零となり、帰還位相推移θが零となる。
【００２４】この状態で検出部５０の検出温度が変化す
ると、図７（Ａ）に示すように、圧電共振子６０の発振
周波数が変化する。すなわち、温度が上昇するにつれて
発振周波数は低下する。また、検出温度が上昇すると、
図７（Ｂ）に示すように、発振周波数（リアクタンスＸ
＝０）での共振抵抗Ｒは上昇し（実線２１参照）、逆に
発振レベルは低下する（一点鎖線２２参照）。図７
（Ａ），（Ｂ）において、Ｔｓは基準温度（通常は２５
℃）を表示している。
ると、図７（Ａ）に示すように、圧電共振子６０の発振
周波数が変化する。すなわち、温度が上昇するにつれて
発振周波数は低下する。また、検出温度が上昇すると、
図７（Ｂ）に示すように、発振周波数（リアクタンスＸ
＝０）での共振抵抗Ｒは上昇し（実線２１参照）、逆に
発振レベルは低下する（一点鎖線２２参照）。図７
（Ａ），（Ｂ）において、Ｔｓは基準温度（通常は２５
℃）を表示している。
【００２５】この発振レベルの低下を制御回路１２が検
出すると、制御回路１２は予めメモリされていたプログ
ラムに従って、発振レベルが元の状態になるように増幅
器１３の電源電圧を変え、発振回路２０のゲインを変え
る。例えば、増幅器１３の電源電圧と発振周波数の関係
が、図７（Ｃ）に示すものであるとすると、発振レベル
の低下を補償するように、増幅器１３の電源電圧を上昇
させる。さらに、制御回路１２は増幅器１３の電源電圧
制御に要した電圧変化を出力として取り出す。具体的に
説明すると、発振周波数が４５５ｋＨｚ、帰還抵抗１４
が１ＭΩ、コンデンサ１５，１６が１００ｐＦで、ＰＺ
Ｔからなる圧電共振子６０を用いた検出部５０の場合、
検出温度が２５℃で、かつ、増幅器１３の電源電圧が５
Ｖのときの発振レベルと等しくするためには、−２０℃
のときは増幅器１３の電源電圧を４．６Ｖに変え、１０
０℃のときは電源電圧を６．０Ｖに変える必要があっ
た。
出すると、制御回路１２は予めメモリされていたプログ
ラムに従って、発振レベルが元の状態になるように増幅
器１３の電源電圧を変え、発振回路２０のゲインを変え
る。例えば、増幅器１３の電源電圧と発振周波数の関係
が、図７（Ｃ）に示すものであるとすると、発振レベル
の低下を補償するように、増幅器１３の電源電圧を上昇
させる。さらに、制御回路１２は増幅器１３の電源電圧
制御に要した電圧変化を出力として取り出す。具体的に
説明すると、発振周波数が４５５ｋＨｚ、帰還抵抗１４
が１ＭΩ、コンデンサ１５，１６が１００ｐＦで、ＰＺ
Ｔからなる圧電共振子６０を用いた検出部５０の場合、
検出温度が２５℃で、かつ、増幅器１３の電源電圧が５
Ｖのときの発振レベルと等しくするためには、−２０℃
のときは増幅器１３の電源電圧を４．６Ｖに変え、１０
０℃のときは電源電圧を６．０Ｖに変える必要があっ
た。
【００２６】こうして取り出された出力は、検出部５０
の検出温度と１対１の相関関係にある。従って、取り出
された出力によって、温度を定量的に検出することがで
きる。
の検出温度と１対１の相関関係にある。従って、取り出
された出力によって、温度を定量的に検出することがで
きる。
【００２７】以上の構成からなる温度センサ装置１１に
よれば、検出部５０の電気機能素子として圧電共振子６
０を１個備えるだけですむので、構造が極めて簡素にな
り、安価にできる。さらに、帰還位相推移θが自動的に
零になるように作用するので特別の温度補償を必要とし
ない。また、この温度センサ装置１１は、発振子と温度
検出センサの二種類の作用効果を併せもち、効率の良い
装置となっている。
よれば、検出部５０の電気機能素子として圧電共振子６
０を１個備えるだけですむので、構造が極めて簡素にな
り、安価にできる。さらに、帰還位相推移θが自動的に
零になるように作用するので特別の温度補償を必要とし
ない。また、この温度センサ装置１１は、発振子と温度
検出センサの二種類の作用効果を併せもち、効率の良い
装置となっている。
【００２８】［第３実施形態、図８］第３実施形態は、
圧力センサ装置を例にして説明する。装置の構成は図６
に示したものと同様のものであるので、図６を参照して
説明する。
圧力センサ装置を例にして説明する。装置の構成は図６
に示したものと同様のものであるので、図６を参照して
説明する。
【００２９】圧力センサ装置１１の起動スイッチをオン
させて、検出部５０の圧電共振子６０を所定の周波数で
発振させる。このとき、共振リアクタンスＸは略零とな
り、帰還位相推移θが零となる。
させて、検出部５０の圧電共振子６０を所定の周波数で
発振させる。このとき、共振リアクタンスＸは略零とな
り、帰還位相推移θが零となる。
【００３０】この状態で検出部５０に圧力が加わると、
図８に示すように発振周波数（リアクタンスＸ＝０）で
の共振抵抗Ｒは上昇し、逆に発振レベルは低下する。こ
の発振レベルの低下を制御回路１２が検出すると、制御
回路１２は予めメモリされていたプログラムに従って、
発振レベルが元の状態になるように増幅器１３の電源電
圧を上昇させ、発振回路２０のゲインを変える。さら
に、制御回路１２は増幅器１３の電源電圧制御に要した
電圧変化を出力として取り出す。取り出された出力は、
検出部５０に加わった圧力と１対１の相関関係にある。
従って、取り出された出力によって、圧力を定量的に検
出することができる。
図８に示すように発振周波数（リアクタンスＸ＝０）で
の共振抵抗Ｒは上昇し、逆に発振レベルは低下する。こ
の発振レベルの低下を制御回路１２が検出すると、制御
回路１２は予めメモリされていたプログラムに従って、
発振レベルが元の状態になるように増幅器１３の電源電
圧を上昇させ、発振回路２０のゲインを変える。さら
に、制御回路１２は増幅器１３の電源電圧制御に要した
電圧変化を出力として取り出す。取り出された出力は、
検出部５０に加わった圧力と１対１の相関関係にある。
従って、取り出された出力によって、圧力を定量的に検
出することができる。
【００３１】［第４実施形態］第４実施形態はアドミッ
タンス回路系を利用した温度センサ装置について説明す
る。装置の構成は図１に示したものと同様のものであ
る。
タンス回路系を利用した温度センサ装置について説明す
る。装置の構成は図１に示したものと同様のものであ
る。
【００３２】装置１の起動スイッチをオンすると、第１
実施形態で説明した方法と同様に、コンピュータ５は予
めメモリされていたプログラムに従って、一連の処理及
び評価を高速かつ合理的に行う。すなわち、コンピュー
タ５からの信号によって周波数発生器２は所定の周波数
帯域の高周波信号を掃引しながら検出部５０の圧電共振
子６０に印加する。このとき、任意の周波数毎に圧電共
振子６０を流れる電流を電流計４で測定し、圧電共振子
６０に印加される電圧を電圧計３にて測定する。掃引周
波数帯域は任意であるが、第４実施形態では、圧電共振
子６０の反共振周波数ｆａ近傍を掃引周波数帯域とし
た。
実施形態で説明した方法と同様に、コンピュータ５は予
めメモリされていたプログラムに従って、一連の処理及
び評価を高速かつ合理的に行う。すなわち、コンピュー
タ５からの信号によって周波数発生器２は所定の周波数
帯域の高周波信号を掃引しながら検出部５０の圧電共振
子６０に印加する。このとき、任意の周波数毎に圧電共
振子６０を流れる電流を電流計４で測定し、圧電共振子
６０に印加される電圧を電圧計３にて測定する。掃引周
波数帯域は任意であるが、第４実施形態では、圧電共振
子６０の反共振周波数ｆａ近傍を掃引周波数帯域とし
た。
【００３３】得られた測定データはコンピュータに送ら
れた後、コンピュータ５で処理され、圧電共振子６０の
アドミッタンス特性及び位相特性が得られる。さらに、
このコンピュータ５はアドミッタンス特性と位相特性か
ら以下の（３），（４）式を利用してアドミッタンスの
実部すなわちコンダクタンス値Ｇと、虚部すなわちサセ
プタンス値Ｂとを算出する。
れた後、コンピュータ５で処理され、圧電共振子６０の
アドミッタンス特性及び位相特性が得られる。さらに、
このコンピュータ５はアドミッタンス特性と位相特性か
ら以下の（３），（４）式を利用してアドミッタンスの
実部すなわちコンダクタンス値Ｇと、虚部すなわちサセ
プタンス値Ｂとを算出する。
【００３４】 Ｇ＝｜Ｙ｜／（１＋ｔａｎ2θ）1/2 ・・・（３） Ｂ＝（｜Ｙ｜2−Ｇ2）1/2 ・・・（４） （θ：位相）
【００３５】検出部５０の検出温度が変化すると、コン
ダクタンス値Ｇとサセプタンス値Ｂの値がそれぞれ変化
する。コンピュータ５は、コンダクタンス値Ｇとサセプ
タンス値Ｂの差を算出する。第４実施形態では、反共振
周波数ｆａでのコンダクタンス値Ｇとサセプタンス値Ｂ
の差ΔＨを算出している。反共振周波数ｆａでは、サセ
プタンス値Ｂは零となり、差ΔＨがコンダクタンス値Ｇ
と等しくなるからである。コンダクタンス値Ｇとサセプ
タンス値Ｂの差ΔＨは、検出部５０の検出温度と１対１
の相関関係にある。従って、ΔＨによって温度を定量的
に検出することができる。
ダクタンス値Ｇとサセプタンス値Ｂの値がそれぞれ変化
する。コンピュータ５は、コンダクタンス値Ｇとサセプ
タンス値Ｂの差を算出する。第４実施形態では、反共振
周波数ｆａでのコンダクタンス値Ｇとサセプタンス値Ｂ
の差ΔＨを算出している。反共振周波数ｆａでは、サセ
プタンス値Ｂは零となり、差ΔＨがコンダクタンス値Ｇ
と等しくなるからである。コンダクタンス値Ｇとサセプ
タンス値Ｂの差ΔＨは、検出部５０の検出温度と１対１
の相関関係にある。従って、ΔＨによって温度を定量的
に検出することができる。
【００３６】［他の実施形態］なお、本発明に係るセン
サ装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要
旨の範囲内で種々に変更することができる。前記圧電共
振子の形状や振動電極の構成、あるいは振動モード、共
振周波数等は任意である。さらに、純抵抗成分とリアク
タンス成分を有するインピーダンス回路系や、コンダク
タンス成分とサセプタンス成分を有するアドミッタンス
回路系として、圧電共振子の他に、インダクタンス素子
とコンデンサ素子と抵抗素子を直列接続し、かつ、この
ＬＣＲ直列回路に並列にコンデンサ素子を接続して構成
した複合素子回路（図３参照）であってもよい。
サ装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要
旨の範囲内で種々に変更することができる。前記圧電共
振子の形状や振動電極の構成、あるいは振動モード、共
振周波数等は任意である。さらに、純抵抗成分とリアク
タンス成分を有するインピーダンス回路系や、コンダク
タンス成分とサセプタンス成分を有するアドミッタンス
回路系として、圧電共振子の他に、インダクタンス素子
とコンデンサ素子と抵抗素子を直列接続し、かつ、この
ＬＣＲ直列回路に並列にコンデンサ素子を接続して構成
した複合素子回路（図３参照）であってもよい。
【００３７】また、検出部は前記実施形態の他に、図９
に示すように圧電共振子６０とコンデンサＣ３，Ｃ４の
π型共振回路や、図１０に示すようにインダクタＬ１と
コンデンサＣ３，Ｃ４のπ型共振回路等であってもよ
い。
に示すように圧電共振子６０とコンデンサＣ３，Ｃ４の
π型共振回路や、図１０に示すようにインダクタＬ１と
コンデンサＣ３，Ｃ４のπ型共振回路等であってもよ
い。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、純抵抗値とリアクタンス値の差、あるいはコン
ダクタンス値とサセプタンス値の差を求めることによっ
て、物理的変化を顕在化させることができるので、再現
性良く安定して物理的変化の検出を行うことができる。
そして、インピーダンス回路系やアドミッタンス回路系
を圧電共振子にて構成することにより、検出部の構造が
極めて簡素となり、安価なセンサ装置を得ることができ
る。
よれば、純抵抗値とリアクタンス値の差、あるいはコン
ダクタンス値とサセプタンス値の差を求めることによっ
て、物理的変化を顕在化させることができるので、再現
性良く安定して物理的変化の検出を行うことができる。
そして、インピーダンス回路系やアドミッタンス回路系
を圧電共振子にて構成することにより、検出部の構造が
極めて簡素となり、安価なセンサ装置を得ることができ
る。
【００３９】また、純抵抗成分とリアクタンス成分を含
むインピーダンス回路系を有した検出部を、所定の周波
数で発振させることによって、物理的変化を発振レベル
の変化として顕在化させることができるので、再現性良
く安定して物理的変化の検出を行うことができる。
むインピーダンス回路系を有した検出部を、所定の周波
数で発振させることによって、物理的変化を発振レベル
の変化として顕在化させることができるので、再現性良
く安定して物理的変化の検出を行うことができる。
【図１】本発明に係るセンサ装置の第１実施形態を示す
概略構成図。
概略構成図。
【図２】検出部の構成例を示す分解斜視図。
【図３】図２に示した圧電共振子の電気等価回路図。
【図４】圧電共振子の純抵抗特性及びリアクタンス特性
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図５】純抵抗値とリアクタンス値との差の特性を示す
グラフ。
グラフ。
【図６】本発明に係るセンサ装置の第２実施形態を示す
概略構成図。
概略構成図。
【図７】（Ａ）は発振周波数の温度特性を示すグラフ、
（Ｂ）は共振抵抗の温度特性を示すグラフ、（Ｃ）は増
幅器の電源電圧と発振周波数との関係を示すグラフ。
（Ｂ）は共振抵抗の温度特性を示すグラフ、（Ｃ）は増
幅器の電源電圧と発振周波数との関係を示すグラフ。
【図８】純抵抗値と圧力との関係を示すグラフ。
【図９】他の実施形態を示す電気回路図。
【図１０】別の他の実施形態を示す電気回路図。
１，１１…温度センサ装置 ８…本体部 １２…制御回路 １３…増幅器 １４…帰還抵抗 １５，１６…コンデンサ ２０…発振回路 ５０…検出部 ６０…圧電共振子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｈ 9/02 Ｈ０３Ｈ 9/02 Ｚ
Claims (5)
- 【請求項１】 純抵抗成分とリアクタンス成分を有する
インピーダンス回路系を備え、このインピーダンス回路
系に加えられた物理的変化を、周波数を掃引しながら前
記インピーダンス回路系の純抵抗値とリアクタンス値を
求め、この純抵抗値とリアクタンス値の差に基づいて検
出することを特徴とするセンサ装置。 - 【請求項２】 コンダクタンス成分とサセプタンス成分
を有するアドミッタンス回路系を備え、このアドミッタ
ンス回路系に加えられた物理的変化を、周波数を掃引し
ながら前記アドミッタンス回路系のアドミッタンスと位
相を測定してコンダクタンス値とサセプタンス値を求
め、このコンダクタンス値とサセプタンス値の差に基づ
いて検出することを特徴とするセンサ装置。 - 【請求項３】 純抵抗成分とリアクタンス成分を含むイ
ンピーダンス回路系を有した検出部と、前記検出部を発
振させる発振回路部とを備え、前記検出部を所定の周波
数で発振させた状態で前記検出部に物理的変化を加え、
この物理的変化を発振レベルの変化に基づいて検出する
ことを特徴とするセンサ装置。 - 【請求項４】 物理的変化が温度変化又は圧力変化のい
ずれか一方であることを特徴とする請求項１、請求項２
又は請求項３記載のセンサ装置。 - 【請求項５】 前記インピーダンス回路系又はアドミッ
タンス回路系のいずれか一方が圧電共振子にて構成され
ていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項
３記載のセンサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18333597A JPH1123313A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18333597A JPH1123313A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | センサ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123313A true JPH1123313A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16133930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18333597A Pending JPH1123313A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1123313A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013132746A1 (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-12 | パナソニック株式会社 | Ｍｅｍｓ共振器を用いた圧力センサ |
| CN115790875A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-03-14 | 成都理想境界科技有限公司 | 一种温度检测方法、可读存储介质及装置 |
| WO2024090902A1 (en) * | 2022-06-22 | 2024-05-02 | Kt & G Corporation | Method and device for measuring temperature of vibrator in non-contact manner |
-
1997
- 1997-07-09 JP JP18333597A patent/JPH1123313A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013132746A1 (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-12 | パナソニック株式会社 | Ｍｅｍｓ共振器を用いた圧力センサ |
| JP5367925B1 (ja) * | 2012-03-07 | 2013-12-11 | パナソニック株式会社 | Ｍｅｍｓ共振器を用いた圧力センサ |
| US8826742B2 (en) | 2012-03-07 | 2014-09-09 | Panasonic Corporation | Pressure sensor using MEMS resonator |
| WO2024090902A1 (en) * | 2022-06-22 | 2024-05-02 | Kt & G Corporation | Method and device for measuring temperature of vibrator in non-contact manner |
| CN115790875A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-03-14 | 成都理想境界科技有限公司 | 一种温度检测方法、可读存储介质及装置 |
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