JPS618638A - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子Info
- Publication number
- JPS618638A JPS618638A JP12895284A JP12895284A JPS618638A JP S618638 A JPS618638 A JP S618638A JP 12895284 A JP12895284 A JP 12895284A JP 12895284 A JP12895284 A JP 12895284A JP S618638 A JPS618638 A JP S618638A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- load
- axis
- crystal resonator
- equation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 2
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- TUBQDCKAWGHZPF-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzothiazol-2-ylsulfanylmethyl thiocyanate Chemical compound C1=CC=C2SC(SCSC#N)=NC2=C1 TUBQDCKAWGHZPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
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- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は屈曲モード水晶振動子に関する。特に、両端部
に荷重を印加する荷重センサー水晶振動子に関する。
に荷重を印加する荷重センサー水晶振動子に関する。
従来から荷重センサーとしてはバネ式、あるいは電磁式
等がおるが、小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに１．ア
センブルの容易性においては各々、一長一短を有してい
る。最近は、エレクトロニクスの発達に伴ない水晶振動
子を荷重センサとして使用した荷重計が注目をあびてい
る。そこで、本発明は屈曲モードの両端部に荷重？ｔ−
印加したときの周波数荷重感度を理論的に求め、更に１
最大感度を与える屈曲モード水晶振動子のカッ）１−提
供することを目的とする。以下、図面に沿って本発明の
詳細な説明する。
等がおるが、小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに１．ア
センブルの容易性においては各々、一長一短を有してい
る。最近は、エレクトロニクスの発達に伴ない水晶振動
子を荷重センサとして使用した荷重計が注目をあびてい
る。そこで、本発明は屈曲モードの両端部に荷重？ｔ−
印加したときの周波数荷重感度を理論的に求め、更に１
最大感度を与える屈曲モード水晶振動子のカッ）１−提
供することを目的とする。以下、図面に沿って本発明の
詳細な説明する。
第１図は本発明の振動解析をするときのモデル図である
。振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さｔ１厚みｔ１密度Ｐ
から成り、両端部は固定さｎている。そして、外部から
荷重（力〕Ｆが印加さｔている。このとき、振動方程式
はポテンシャルエネルギー、運動エネルギーを求め、変
分原理を適用すると以下の様に表現さｎる。
。振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さｔ１厚みｔ１密度Ｐ
から成り、両端部は固定さｎている。そして、外部から
荷重（力〕Ｆが印加さｔている。このとき、振動方程式
はポテンシャルエネルギー、運動エネルギーを求め、変
分原理を適用すると以下の様に表現さｎる。
但し、ｍ＝棒のヤング率 Ｆは引張り荷重Ａ＝棒の断面
積 のとき正、圧縮 Ｉ；棒の二次慣性 荷重のときは− モーメント Ｆとなる。
積 のとき正、圧縮 Ｉ；棒の二次慣性 荷重のときは− モーメント Ｆとなる。
（１）式は近似的に解くことができ、周波数ｆについて
解くと次のようになる。
解くと次のようになる。
但し、ζは補正項である。αは振動子の境界条件によっ
て決まる定数で、両端 固定の場合はｅ６ｅ ｄｎ ａｏｓｈａｎ ＝１の根で
ある。
て決まる定数で、両端 固定の場合はｅ６ｅ ｄｎ ａｏｓｈａｎ ＝１の根で
ある。
又、荷重Ｆが印刃口さｎてないときの共振周波数をｆｏ
とするとの）式は次のようになる。
とするとの）式は次のようになる。
今、両端固定棒の基本波振動を考えると、ζは−０，５
５０５７となり、又、α＝４．７８０となるから、（８
）式は次のようになる。
５０５７となり、又、α＝４．７８０となるから、（８
）式は次のようになる。
（イ）式は荷重を加えたときの周波数 を示し、と
おくと、１５）式は荷重に対する感度を示している。即
ち、Ｘが大きいほど、単位荷重当りの周波数の変化が大
きくなる。次に、このＸの値を詳細に検討すると、感度
を大きくするには、０式より、振動子の長さを長くシ、
二次慣性モーメントを小さく、更に、ヤング率を小さく
すｎば良い事が分かる。換言するならば、ｔと工は振動
子の形状によって決まるものである。一方、ヤング率Ｅ
は振動子の切断方位によって決まるものである。本発明
は最大荷重感度を与えるカット角を理論的に求でいる。
おくと、１５）式は荷重に対する感度を示している。即
ち、Ｘが大きいほど、単位荷重当りの周波数の変化が大
きくなる。次に、このＸの値を詳細に検討すると、感度
を大きくするには、０式より、振動子の長さを長くシ、
二次慣性モーメントを小さく、更に、ヤング率を小さく
すｎば良い事が分かる。換言するならば、ｔと工は振動
子の形状によって決まるものである。一方、ヤング率Ｅ
は振動子の切断方位によって決まるものである。本発明
は最大荷重感度を与えるカット角を理論的に求でいる。
即ち、カット角をパラメーターとして、そのときの弾性
コンプライアンス（ヤング率の逆数）ｔ−求めている。
コンプライアンス（ヤング率の逆数）ｔ−求めている。
第２図は理論解析をするとき。
の振動子と結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚとの関係を示す。棒はＹ軸
方向に長さ１＋とっている。このとき、Ｘ軸を回転軸と
してθ度回転すると考えるＣ反時計方向を正ン。計算の
手順として、まず最初に、長さ方向の弾性コンブライア
ニス日１ｆｉは次のように表わさｎる。（Ｅ＝１／Ｓ’
詑） Ｓ’ ｕ＝８ｎＷ一番＋２ 日１１ ｔｎａ ” ｎ、
” ２ ”１４ ’ｍｌ ” ％２＋ ｆ３ｕ ８
ｍ ’ ＋８４４ ％ ” ｎ−（６）但し１％ｌ ＝
ｃ ｏ ｓθｅ Ｓ１１−”１８ 廖Ｓ１４ ｅ Ｓｕ
、Ｉ Ｓ４４はｎ”＝ｔｔｉｎθ 各々水晶の弾性コ
ンプライアンス定数。
方向に長さ１＋とっている。このとき、Ｘ軸を回転軸と
してθ度回転すると考えるＣ反時計方向を正ン。計算の
手順として、まず最初に、長さ方向の弾性コンブライア
ニス日１ｆｉは次のように表わさｎる。（Ｅ＝１／Ｓ’
詑） Ｓ’ ｕ＝８ｎＷ一番＋２ 日１１ ｔｎａ ” ｎ、
” ２ ”１４ ’ｍｌ ” ％２＋ ｆ３ｕ ８
ｍ ’ ＋８４４ ％ ” ｎ−（６）但し１％ｌ ＝
ｃ ｏ ｓθｅ Ｓ１１−”１８ 廖Ｓ１４ ｅ Ｓｕ
、Ｉ Ｓ４４はｎ”＝ｔｔｉｎθ 各々水晶の弾性コ
ンプライアンス定数。
第８図は角度θと弾性コンプライアンスＳ１ｎとの関係
を示す。第８図より、角度θが１１０度付近から大きく
なるにつｎて５１２２は大きくなり、約１６０度で最大
となる。従って、カット角θを１５０度〜１７５度の範
囲に選ぶことによって振動子形状とは無関係に最大荷重
感度を提供することができる。第４図は本発明の振動子
形状の一例を示す。両端固定形状で両端部より荷ＭＰが
印加さｎるように設計さｎている。
を示す。第８図より、角度θが１１０度付近から大きく
なるにつｎて５１２２は大きくなり、約１６０度で最大
となる。従って、カット角θを１５０度〜１７５度の範
囲に選ぶことによって振動子形状とは無関係に最大荷重
感度を提供することができる。第４図は本発明の振動子
形状の一例を示す。両端固定形状で両端部より荷ＭＰが
印加さｎるように設計さｎている。
以上に述べたように、本発明は両端固定部に荷重］Ｉ′
を加えたときの振動方程式より、振動子形状とは無関係
に最大荷重感度を与えるカット角を得ることができた。
を加えたときの振動方程式より、振動子形状とは無関係
に最大荷重感度を与えるカット角を得ることができた。
それ故、分解能の高い荷重水晶センサーを得ることがで
きるので、高精度の天秤等を得ることができる。同時に
、センサーとして水晶振動子を使用しているので、小型
化、軽量化、耐衝撃性、並びに、アセンブルの容易性に
富んでいる。このように本発明の効果は著しく大きく、
その工業的価値は大変に大きい。
きるので、高精度の天秤等を得ることができる。同時に
、センサーとして水晶振動子を使用しているので、小型
化、軽量化、耐衝撃性、並びに、アセンブルの容易性に
富んでいる。このように本発明の効果は著しく大きく、
その工業的価値は大変に大きい。
第１図は本発明の振動子を解析するときのモデル図、
纂２図は弾性コンブ２イアンスＳ１ｕを求メるときの本
発明の水晶振動子と結晶軸との関係を示す剃視図、 第３図は本発明の水晶振動子の弾性コンプライアンス切
断角との関係を示すグラフ、 第４図は本発明の水晶振動子の一実施例を示す斜視図で
ある。
発明の水晶振動子と結晶軸との関係を示す剃視図、 第３図は本発明の水晶振動子の弾性コンプライアンス切
断角との関係を示すグラフ、 第４図は本発明の水晶振動子の一実施例を示す斜視図で
ある。
Claims (1)
- 屈曲モードの両端部に荷重を印加した水晶振動子におい
て、前記水晶振動子はＺ板をＸ軸を回転軸として、１５
０度〜１７５度回転した角度で切断されていることを特
徴とする荷重センサー水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12895284A JPS618638A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12895284A JPS618638A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 水晶振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS618638A true JPS618638A (ja) | 1986-01-16 |
Family
ID=14997465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12895284A Pending JPS618638A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | 水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS618638A (ja) |
-
1984
- 1984-06-22 JP JP12895284A patent/JPS618638A/ja active Pending
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