JPS5932834A - 水晶温度センサ - Google Patents
水晶温度センサInfo
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- JPS5932834A JPS5932834A JP14286782A JP14286782A JPS5932834A JP S5932834 A JPS5932834 A JP S5932834A JP 14286782 A JP14286782 A JP 14286782A JP 14286782 A JP14286782 A JP 14286782A JP S5932834 A JPS5932834 A JP S5932834A
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- crystal
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- crystal oscillator
- temperature sensor
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-
- 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
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- 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)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（ａ） ’Ａ明の技術分野
本究明は主に海底地震計測システム等の深海の温度測定
に用いられ高分解能で直線性にすぐれかつ測定時間の短
い水晶温度センサに関する。
に用いられ高分解能で直線性にすぐれかつ測定時間の短
い水晶温度センサに関する。
（ｂ） 技術の背景
海底地震計測システムにおいては、肋声計と共に深海（
水深が２０００１ｎ〜４０００ｍ）の海水温度を測定す
る温度センサが必要とされる。深海における温度は約２
℃でかつ浅海に比べて温度変動中が小さく、例えば２５
０９ ｍのｍｌさでは約０．２℃のｉｌｉ＆度変動巾し
かない。これを測定するには約０．０１℃〜０．００１
℃の分解能を有する温度七ンヤが必要であり、絶対温度
の確度よりは高分解能であるものが要求される。１ｆｆ
ｉ’ＬＩＩセンザとしては棹々の形式があるが、上記の
高分解能に対する要求やエージング特性の良好性あるい
（ｄ過去の使用実；ｌ５ｌｉ等から判断して水晶温度セ
ンサが最も優れていると言える。水晶ＴｆｆＫ Ｉｆセ
ンザは一般に感温素子としての水晶振動子と発振回路か
らなる発振器にて構成される。
水深が２０００１ｎ〜４０００ｍ）の海水温度を測定す
る温度センサが必要とされる。深海における温度は約２
℃でかつ浅海に比べて温度変動中が小さく、例えば２５
０９ ｍのｍｌさでは約０．２℃のｉｌｉ＆度変動巾し
かない。これを測定するには約０．０１℃〜０．００１
℃の分解能を有する温度七ンヤが必要であり、絶対温度
の確度よりは高分解能であるものが要求される。１ｆｆ
ｉ’ＬＩＩセンザとしては棹々の形式があるが、上記の
高分解能に対する要求やエージング特性の良好性あるい
（ｄ過去の使用実；ｌ５ｌｉ等から判断して水晶温度セ
ンサが最も優れていると言える。水晶ＴｆｆＫ Ｉｆセ
ンザは一般に感温素子としての水晶振動子と発振回路か
らなる発振器にて構成される。
又向底地ｆ−＝ ＝１測システムにおいては、取扱う信
号は地震側によるものであり、その周波砂は２〜２０
Ｈｚと・ｉ、×めて低い。このような信号を複数観測点
から複数チャンネルで同時に効率よく伝送するために周
波数変調周波数分割多重一方式（Ｐ″Ｍ−Ｆｌ）Ｍ方式
）を採用しておシ、その伝送周波数の１−限は回送線路
も長いので線路の損失等も考慮して約３００Ｋｌ（ｚ程
度である。従って海底地震計測システム１１γの深海用
の温度センサには、前述の高分解能特性と共に低周波出
力信号を有することが要求される０ （ｃ） 従来技術と問題点 従来の水晶湯度センサの構成としては、主に感温用水晶
発振器の発振周波数を直接出力信号として取出す形式と
、感温用水晶発振器の晃撮周波以を分周して所望の周波
数とした後出力信月として取出す形式の２種類に分けら
れる。前者は共振周波数温度係数の直線性が良好なＬＣ
カットあるいはＡＣカット水晶振動子等の高周波水晶振
動子の共振周波数（４〜２８ＭＨｚ）をそのまま取出す
形式であり、この形式は測定の分解能を上げるのは容易
であるが、反面、上述の１うな低周波出力信号を取り出
すことが出来ない欠点がある。一方後者は感温素子とし
ては高周波水晶振動子を利用し、その出力周波数を分周
してセンサの出力信号としては低周波出力信号を得てい
る。しかしこのことは【１情度変化によって生じる周波
数変化分（Δｆ）も分周の倍率（ｎ）分だけ縮少（Δｆ
／ｎ）されるととになり、前者と同一の分ＩＷｆ＃ｔ：
を得る／ζめにはｎ借出１１定時間を貌することになる
欠点がある。４；ｉ−っでＩ′１す１戊ｔ［１３震ｉｊ
ｌ測／ステム等の深海の温度＋ｌ＋ｌＩシｉ！に１・Ｉ
Ｊ用すること全−考えた場合、前者は商周Ｖ叉出力Ｉｍ
１弓のため陸］二局に郊」する信号伝送が川来す、又後
名は測定に多大の時間全役する欠点がある。
号は地震側によるものであり、その周波砂は２〜２０
Ｈｚと・ｉ、×めて低い。このような信号を複数観測点
から複数チャンネルで同時に効率よく伝送するために周
波数変調周波数分割多重一方式（Ｐ″Ｍ−Ｆｌ）Ｍ方式
）を採用しておシ、その伝送周波数の１−限は回送線路
も長いので線路の損失等も考慮して約３００Ｋｌ（ｚ程
度である。従って海底地震計測システム１１γの深海用
の温度センサには、前述の高分解能特性と共に低周波出
力信号を有することが要求される０ （ｃ） 従来技術と問題点 従来の水晶湯度センサの構成としては、主に感温用水晶
発振器の発振周波数を直接出力信号として取出す形式と
、感温用水晶発振器の晃撮周波以を分周して所望の周波
数とした後出力信月として取出す形式の２種類に分けら
れる。前者は共振周波数温度係数の直線性が良好なＬＣ
カットあるいはＡＣカット水晶振動子等の高周波水晶振
動子の共振周波数（４〜２８ＭＨｚ）をそのまま取出す
形式であり、この形式は測定の分解能を上げるのは容易
であるが、反面、上述の１うな低周波出力信号を取り出
すことが出来ない欠点がある。一方後者は感温素子とし
ては高周波水晶振動子を利用し、その出力周波数を分周
してセンサの出力信号としては低周波出力信号を得てい
る。しかしこのことは【１情度変化によって生じる周波
数変化分（Δｆ）も分周の倍率（ｎ）分だけ縮少（Δｆ
／ｎ）されるととになり、前者と同一の分ＩＷｆ＃ｔ：
を得る／ζめにはｎ借出１１定時間を貌することになる
欠点がある。４；ｉ−っでＩ′１す１戊ｔ［１３震ｉｊ
ｌ測／ステム等の深海の温度＋ｌ＋ｌＩシｉ！に１・Ｉ
Ｊ用すること全−考えた場合、前者は商周Ｖ叉出力Ｉｍ
１弓のため陸］二局に郊」する信号伝送が川来す、又後
名は測定に多大の時間全役する欠点がある。
（ｄ） 発明の１」的
本発明の目的は上記の欠点をなく（７１，・４１分１（
Ｙｆ能で直線性にすぐれ、かつＩＬｆｔ度変化の測定時
ＩＹ１）の短い水晶温度センサの提供にある。
Ｙｆ能で直線性にすぐれ、かつＩＬｆｔ度変化の測定時
ＩＹ１）の短い水晶温度センサの提供にある。
（ｅ） 発明の構成
本発明（・よ」１記の目的を達成するために、周囲７６
Ｎ度変化に対１．て共振周波数がほぼｌｉ−］載的に変
化する水晶振動子を用いた感温用水晶３ｈ掘器と、使用
枦、）〆範囲において共振拘（少数の変化が前ｂ１２水
晶振動子の共振周波数の変化に比べて少なくとも山−分
の一以下である基ｉｊ−′４水晶Ｊ辰動−子を用いた基
準水晶発振器と、該感温用水晶発振器及び該基準水晶発
振器それぞれから出力される発振周波数間の周波数差を
発生する機能を有するミキサとからなり、該周波数差を
出力信号とすることを特徴とする。
Ｎ度変化に対１．て共振周波数がほぼｌｉ−］載的に変
化する水晶振動子を用いた感温用水晶３ｈ掘器と、使用
枦、）〆範囲において共振拘（少数の変化が前ｂ１２水
晶振動子の共振周波数の変化に比べて少なくとも山−分
の一以下である基ｉｊ−′４水晶Ｊ辰動−子を用いた基
準水晶発振器と、該感温用水晶発振器及び該基準水晶発
振器それぞれから出力される発振周波数間の周波数差を
発生する機能を有するミキサとからなり、該周波数差を
出力信号とすることを特徴とする。
（ｆ） 発明の実施例
以下本発明の１実施例につき図に従って説明する。
第１図は本発明の実施例の水晶温度センサのブロック図
、第２図、第３図は第１図の感温用及び基準水晶発振器
に用いられる水晶振動子の温度特性で、横軸には温度Ｔ
を示し、縦軸には周波数変化率（△ｆ／ｆ ）を示し、
かつ常温（２５℃）における発振周波数を基準としてい
る。
、第２図、第３図は第１図の感温用及び基準水晶発振器
に用いられる水晶振動子の温度特性で、横軸には温度Ｔ
を示し、縦軸には周波数変化率（△ｆ／ｆ ）を示し、
かつ常温（２５℃）における発振周波数を基準としてい
る。
図中１は海水の温度を測定する感温用水晶発振器であり
、２は基準水晶発振器であり、３は感温用水晶発振器１
及び基準水晶発振器２から出力される発振周波数間の周
波数差をとり出力するミキツ゛である。
、２は基準水晶発振器であり、３は感温用水晶発振器１
及び基準水晶発振器２から出力される発振周波数間の周
波数差をとり出力するミキツ゛である。
いま、ある温度Ｔにおける感温用水晶発振器１の発振周
波数をｆｏとし、海水の温度変動ΔＴによって発振周波
数が△ｆ、だけ変化するものとする。
波数をｆｏとし、海水の温度変動ΔＴによって発振周波
数が△ｆ、だけ変化するものとする。
即ち温度がＴ＋△Ｔになった時発振周波数ｆ’ｌｆ０＋
△ｆ、になるものとする。一方Ｊ５準水晶発振器２も同
様に温度Ｔの時ｆ１の発振周波数が温度Ｔ−（−ΔＴに
なった時ｆ＋＋△ｆ１になるものとすると、ミキサ３に
おいて発生する両全振器１．２間の周波数差ｆｏｕｔは
温度Ｔ十ΔＴにおいては次式の如くなる。
△ｆ、になるものとする。一方Ｊ５準水晶発振器２も同
様に温度Ｔの時ｆ１の発振周波数が温度Ｔ−（−ΔＴに
なった時ｆ＋＋△ｆ１になるものとすると、ミキサ３に
おいて発生する両全振器１．２間の周波数差ｆｏｕｔは
温度Ｔ十ΔＴにおいては次式の如くなる。
ｆｏｕｔ＝ （ｆｏ＋Δｆｏ） （ｊ’＋＋Δｆ＋）
＝ （ｆｏ−ｊ’＋） ＋（△ｆ、十△ｉ 、 ）−（
ｉ）いまｆ。夕ｆ、 Δｆ、＞＞Δｆ、 ・・・・
・・・・・・・・・・・・・（２）となるように両全振
器１，２を構成すれば（１）式は次式の如くなる。
＝ （ｆｏ−ｊ’＋） ＋（△ｆ、十△ｉ 、 ）−（
ｉ）いまｆ。夕ｆ、 Δｆ、＞＞Δｆ、 ・・・・
・・・・・・・・・・・・・（２）となるように両全振
器１，２を構成すれば（１）式は次式の如くなる。
ｆｏｕｔ中Δｆ、・・・・・・・・・・・・・・・（３
）従って感温用水晶発振器１の周波数変化分のみが出力
信月として得られることになる。従ってΔｆ。
）従って感温用水晶発振器１の周波数変化分のみが出力
信月として得られることになる。従ってΔｆ。
が安来を満足すれば良いことになるが、第１図のブロッ
ク図の構成では少なくとも低周波出力信号を得ることは
容易である。しかし、尚（２）式に示す条件を満足する
感温用水晶発振器１と基イい水晶発振器２を用いねばな
らず結局、上記発振器１．２に使用される水晶振動子の
温度特ゼトに依存することになる。捷ず、感温用水晶娠
セり子の（都度ｌ持性であるが第２図に示すように、出
来るだけ１頂線であること及び幀きの大きいことが望ま
しい。良好な直線性を実現するためには一次の共振周波
数＋Ａｉ度係数に比べて２次３次の係数の小さい水晶振
動子が必要であり、又傾きを大きくするために（・Ｊ１
次の係数の絶対値の大きな振動子を選ぶことが心強であ
る。これらの条件を満足する水晶振動子としてＶ↓先に
述べたように、ＬＣＣカット水晶振動子ＡＣカット水晶
撮動子等がある。第２図は上記の水晶振動子の温度特性
の１例で常温（２５℃）における発振周波数を基準に示
している。
ク図の構成では少なくとも低周波出力信号を得ることは
容易である。しかし、尚（２）式に示す条件を満足する
感温用水晶発振器１と基イい水晶発振器２を用いねばな
らず結局、上記発振器１．２に使用される水晶振動子の
温度特ゼトに依存することになる。捷ず、感温用水晶娠
セり子の（都度ｌ持性であるが第２図に示すように、出
来るだけ１頂線であること及び幀きの大きいことが望ま
しい。良好な直線性を実現するためには一次の共振周波
数＋Ａｉ度係数に比べて２次３次の係数の小さい水晶振
動子が必要であり、又傾きを大きくするために（・Ｊ１
次の係数の絶対値の大きな振動子を選ぶことが心強であ
る。これらの条件を満足する水晶振動子としてＶ↓先に
述べたように、ＬＣＣカット水晶振動子ＡＣカット水晶
撮動子等がある。第２図は上記の水晶振動子の温度特性
の１例で常温（２５℃）における発振周波数を基準に示
している。
次に、基準水晶発掘器２に用いる水晶振動子であるが、
全温度範囲にわたり周波数変化が零であるような水晶振
動子は存在しない。従ってできるだけ温度変化による周
波数変化の小さい水晶振動子を選ぶことになる。例えば
温度変化による周波数変化の割合をできるだけ小さくす
るために、使用＋Ａ？ｔ １店範囲の中心近傍（約２℃
）に周波数量ｆｌｒ、の割合の１１点がくるように切断
角度θが約３５°１５′のＡＵ’カット水晶振動子（３
次オーバー ｌ・−ンモー１０を用いれば第３図（・（
了示すような使用温ｊ１）：でｌＪ殆んど周波数変化の
ないものが缶られるｎｒ函１ξ１にお６′する海水の温
９は約２℃でその温度変化中は約０２℃保度であるが余
裕をν、で２℃±５℃の温１几−１Ｉｉｉ！、囲で使用
するものとするとこの温＋ｉ ｇ囲にお＆−ｊる」、Ｉ
：： Ｙ＠水晶発振器（第１図の２）の周波政変イロ１
」（１′、Ｉ：、第２図に示す感温用水晶振動子の周波
数少、ア化１１」に比べて非常に小さくなる。例えばＬ
Ｃカット水晶振動子に比べて約１．／］、０００ 、
Ａ Ｃ力・ト水品振動子に比べて約１．／’７００と
なる。従って前記（２）戊のｒＪ ２項の（宿性をｉ’
ｉｌｉ足することになるので、あわせて第１項の全件で
ある感温用水晶振動子−と卑゛準用水晶振イイノ（子の
周波数をＩＩＪ用温Ｉｉｙで肴しくなるようにすれば高
分解ＭｉＥで直属１ｆｔにすぐれ、かつイ氏周波出力を
有する水晶マ＃ＡＩ馬センザ衾実現出来る。
全温度範囲にわたり周波数変化が零であるような水晶振
動子は存在しない。従ってできるだけ温度変化による周
波数変化の小さい水晶振動子を選ぶことになる。例えば
温度変化による周波数変化の割合をできるだけ小さくす
るために、使用＋Ａ？ｔ １店範囲の中心近傍（約２℃
）に周波数量ｆｌｒ、の割合の１１点がくるように切断
角度θが約３５°１５′のＡＵ’カット水晶振動子（３
次オーバー ｌ・−ンモー１０を用いれば第３図（・（
了示すような使用温ｊ１）：でｌＪ殆んど周波数変化の
ないものが缶られるｎｒ函１ξ１にお６′する海水の温
９は約２℃でその温度変化中は約０２℃保度であるが余
裕をν、で２℃±５℃の温１几−１Ｉｉｉ！、囲で使用
するものとするとこの温＋ｉ ｇ囲にお＆−ｊる」、Ｉ
：： Ｙ＠水晶発振器（第１図の２）の周波政変イロ１
」（１′、Ｉ：、第２図に示す感温用水晶振動子の周波
数少、ア化１１」に比べて非常に小さくなる。例えばＬ
Ｃカット水晶振動子に比べて約１．／］、０００ 、
Ａ Ｃ力・ト水品振動子に比べて約１．／’７００と
なる。従って前記（２）戊のｒＪ ２項の（宿性をｉ’
ｉｌｉ足することになるので、あわせて第１項の全件で
ある感温用水晶振動子−と卑゛準用水晶振イイノ（子の
周波数をＩＩＪ用温Ｉｉｙで肴しくなるようにすれば高
分解ＭｉＥで直属１ｆｔにすぐれ、かつイ氏周波出力を
有する水晶マ＃ＡＩ馬センザ衾実現出来る。
次に本発明の水晶？１１．Ａｌ８ｃセンサの特徴を１２
１ｓべろと次の通りである６、 ので低周波出力が可Ｉｉ目である。
１ｓべろと次の通りである６、 ので低周波出力が可Ｉｉ目である。
（２）感温用水晶発振器の温度変化中に対応した周波数
変化［１がそのｔ寸出力されるので高分解能で温度変化
全測定する時間がτ↓ｉい。
変化［１がそのｔ寸出力されるので高分解能で温度変化
全測定する時間がτ↓ｉい。
（３）ｆψ用湿温度範囲内おいて直線性が良好である。
（４）感温用及び峨準用水晶振勅子のエージング特性を
一致させれば水晶温度センーリのエージング特性は容重
ろに良好なものが得られる。
一致させれば水晶温度センーリのエージング特性は容重
ろに良好なものが得られる。
（ｇ） 発明の効泌
以−ト詳細に説明した如く、本発明の水晶温度センサに
よれば、高分解能で直線性にすぐれ、かつ温度変化の測
定時間の短す水晶温度センサが得られる効果がある。
よれば、高分解能で直線性にすぐれ、かつ温度変化の測
定時間の短す水晶温度センサが得られる効果がある。
Ｉ）１１図はオ発明の実施例の水晶温度センサのブ［７
ツク図、第２図、第３図は第１Ｎの感（品用及び成亭水
晶発振器に用いられる水晶振動子の温度・特性を示す。 図中１は感温用水晶発振器、２Ｖｉ基イ界水晶発振器、
３はミキサを示す。 ・１ 第２図 矛ヲ図
ツク図、第２図、第３図は第１Ｎの感（品用及び成亭水
晶発振器に用いられる水晶振動子の温度・特性を示す。 図中１は感温用水晶発振器、２Ｖｉ基イ界水晶発振器、
３はミキサを示す。 ・１ 第２図 矛ヲ図
Claims (1)
- 周囲温度変化に対して共振周波数がほぼ直線的に変化す
る水晶振動子を用いた第１の水晶発振器と、使用温度範
囲において共振周波数の変化が前記水晶振動子の共振周
波数の変化に比べて少なくとも百分の一以下である基準
水晶振ｍＪ子を用いた；Ｎ ２の水晶発振器と、該第１
の水晶発掘器及び該第２の水晶発振器それぞれから出力
される発振周波数間の周波数差を発生する機能を有する
ミキサとからなり、該周波数差を出力信号とすることを
ｌ待機とする水晶温度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14286782A JPS5932834A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 水晶温度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14286782A JPS5932834A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 水晶温度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5932834A true JPS5932834A (ja) | 1984-02-22 |
Family
ID=15325443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14286782A Pending JPS5932834A (ja) | 1982-08-18 | 1982-08-18 | 水晶温度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932834A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6461625A (en) * | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Anritsu Corp | Temperature measuring instrument |
| JPH01210834A (ja) * | 1988-02-18 | 1989-08-24 | Seiko Electronic Components Ltd | 水晶式熱伝導型真空計 |
| JPH02149115A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-07 | Seiko Electronic Components Ltd | 温度センサ用水晶長辺縦振動子 |
| US7387435B2 (en) | 1999-12-10 | 2008-06-17 | Fujitsu Limited | Temperature sensor |
| JP5152944B1 (ja) * | 2012-09-21 | 2013-02-27 | 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 |
-
1982
- 1982-08-18 JP JP14286782A patent/JPS5932834A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6461625A (en) * | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Anritsu Corp | Temperature measuring instrument |
| JPH01210834A (ja) * | 1988-02-18 | 1989-08-24 | Seiko Electronic Components Ltd | 水晶式熱伝導型真空計 |
| JPH02149115A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-07 | Seiko Electronic Components Ltd | 温度センサ用水晶長辺縦振動子 |
| US7387435B2 (en) | 1999-12-10 | 2008-06-17 | Fujitsu Limited | Temperature sensor |
| JP5152944B1 (ja) * | 2012-09-21 | 2013-02-27 | 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 |
| WO2014045848A1 (ja) * | 2012-09-21 | 2014-03-27 | Tanabe Masato | 水晶温度計測用プローブおよび水晶温度計測装置 |
| US9228906B2 (en) | 2012-09-21 | 2016-01-05 | Masato Tanabe | Quartz-temperature-measurement probe and quartz-temperature-measurement device |
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