JPS61120974A - 共振周波数の検出方法 - Google Patents

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。

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である物理量る。

（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って種々様々
な回路或は装置に多用されている。

従って、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は易く１周波数カウンター
等の測定器の入力端子全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、
所謂ディップ・メータ法が一般的であった。

このディップ・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？付加した周波数可
変発振器２にこれと並列共振回路全構成する如く接続し
たアンテナ・コイル３ｆｔ例えばインダクタンスＬｓ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２０周波数をｆｌからｆ２まで変化すれば前
記コイ／Ｌ／３の両端に於ける周波数と前記電圧計の電
圧とは＠５図に示す如く前記被測定回路の共振周波数ｆ
ｏに於いて前記電圧計の値が最小となるよう変化する。

これは前述の通り。

前記発掘器２のエネルギーがこれよりインビーダンスの
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
っ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ってその点に於ける
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ィップ法によ
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、上述のディツプ点に於ける電圧最小値は被測定共
振回路の抵抗分とりアクタンスの比所謂Ｑ　（ｑｕａｌ
ｉｔｙ　　ｆａｃｔｏｒ）　、或は該回路と前記アンテ
ナコイ／Ｉ／３との相互インダクタンス等によって変化
するものであって都度具るものであるから一義的に特定
が困難なため、測定精度に欠けると云う欠陥があっ九。

（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
陥を解決する九めになされ九ものであって、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
定精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九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って周波数変
調を施し九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って前記共振周波数
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、上述したような非接触にて被測定回路等の共
振周波数を測定する場合の具体例をあげ、従来のディッ
プメータ法の欠点を少しく説明する。

近年、生物学、医学上の研究特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全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
ル金倉シ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、即ち上述のディップメータ
法を用い前記プローブの共振点を検出することによって
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
ィツプ点に於ける最小レベル量は測定条件によって変動
するから共振点の検出は非常に困ｍｔ要するものであっ
た。

このような欠点を除去するため２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
実施例を示すブロック図である。

同図に於いて５は水晶発振子Ｘとアンテナ・コイルＬ３
とで構成し之生体内プローブであって、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全介して前記低周波発掘器６の出力を
同期信号とする同期検波回路ＩＯに人力せしめかつその
出力でもって前記ＶＣｏ　７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、＠２図は前記プローブの共振周波数ｆＯ近傍に於
いて照射電磁波が受けるＡＭ変調歪の状態金子す波形図
である。

今、前記低周波信号を８０Ｈｚ、周波数偏位を±２ＫＨ
ｚ［磁波周波数を１９ＭＨ−ｚから２１ＭＨｚまで可変
とし前記グローブの共振周波数ｔ−ｆＯ＝２０ＭＨｚと
すると、前記周波数ｆ調を受けた電磁波はその中心周波
数から±２ＫＨ２Ｋわたって８０　Ｈｚの周期で撮動す
る。

従って、その中心周波数が前記グローブの共振特性曲線
上をその共振点ｆＯ１−含んでこれよりΔｆ低い点（イ
）ｅｆＯと同一点（ロ）及びΔｆ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ｆ
ｏ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ＡＭｉ調歪金生ずる。

この２倍歪はｆｏの上下に於いて１８００位相が異なり
電磁波の中心周波数がｆｏ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はｙ正弦波となる。

これは前記グローブの共振回路に電磁エネルギーが吸収
される之めで、このときプローブに対向した外部装置の
コイルＬ２の両端には第３図（ｃ）　（ｄｌ　（ｅｌ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図に示し九ブロック図の各部の信号波
形を示し九ものであって（ａ）は低周波発振器６の波形
、（ｂ）は該低周波信号によってＦＭｉ調金うけた電磁
波でコイ、Ａ／Ｌ４に印加される信号波形、　（ｃｌ（
ｄ）及びｔｅｌは夫々前記第２図に示しｔグローブ共振
特性曲線上）（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（ｃｌ　（ｄｌ　（ｅｌの波形をＡＭ検波す
ると夫々同図（ｆ）（ｇｌ（ｈｌ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。

従ってこの変化を何等かの手段によって検出すれば、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
回路６に於いて、前記低周波信号全基準として同期検波
したのち波形成形して第３図（ｉｌｌｌ（ｋｌに示す如
く夫々のＡＭ変調歪に対応し九矩形波を得、該矩形波の
デユーティ比を検出する如く構成し、前記プローブの共
振点ｆＯに於ける該デユーティ比が１：１となることを
利用してそのときの周波数を検出し、もって生体内の温
度全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
前述のデユーティ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ｒ　ｆ　’に於いて相対値が０．５ＶとなりｆＯよ
り低い方でＯ，ＳＶ以下にかつ高い方でも０．５Ｖ以上
となる。

従って上述の直流電圧音用いて前記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ックは閉ル
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ｆｏに自動的に調贅することが可能となる。

つまり前述の直流電圧がＯ，ＳＶになるように又は、こ
の直流電圧出力ｔ　Ｏ，５ｖｔ−基準電圧とじ之比較器
に入力しその差がＯ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ｆＯが温度に従って移
動する際れば、従来のフェーズロックループ（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
あって、一般に位相情報を抽出するＫは大きいレベルの
信号を要するのに対し２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って
もこれが可能である。

又２両者のループ感度及びロッ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２ＭＨｚｔ
−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にロックィ／の安定性が系の安定性を大きく
左右するのに対し９本発明では上述の周波数偏位例えば
±２ＫＨｚがフルスケールであってその中の変調信号周
波数の２倍例えば１６０Ｈｚｔ−抽出するか或は波形の
デユーティ比１：１を検出すれば足り前述のロックレン
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。

伺上記実施例は本発明の一具体例であってこれに限定さ
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音とった
位相検波回路としてもよい。

更に９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（ステージＭ）ｅポ
イント）をもっ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９例えばイノビーダンス
の停留点或は電流、電圧の変化又はその他の物理変化の
めらゆる停留点検出に応用可能なること明らかであろう
。

本発明の他の厄用例としては９例えば圧力によって共振
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
記実施例に示し九ブロック図と同様に構成し九装置を用
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
法によって圧力の検出が可能であり、このよつにすれば
めて有効である。

又、上述の例では共振回路のディツプ点を検出する場合
を示したが２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
そのイノビ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である物理量が停留点をもって変
化する際の該停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全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ック図、第２図及
び第３図は前記第１図に示したブロック図の各部の動作
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。 ｌ・・・・・・・・・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・・・・川・・低周波発振器、　　７・・
・・・・・・・電圧制御発振回路（ｖｃｏ）、　　　ｓ
・・・・・・・・・ＡＭ検波回路。 ９・・・・・−・・・増幅器、　　１０・・・−・・・
・・同期検波回路１１・・・・・・・・・デユーティ比
検出回路。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 第　Ｉｆｆ 塔２ｃ 葛３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数変化に対応して電圧、電流或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って周波
   数変調を施した搬送波信号を前記素子或は回路に関与せ
   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特徴を抽出する
   ことによっ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。