JPS626365B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械フイルタが、機械的に結合され
た３つの機械共振子と、電歪作用する２つの電気
機械変換器とを有し、一方の電気機械変換器が入
力変換器として用いられ、他方の電気機械変換器
が出力変換器として用いられ、これらの電気機械
変換器が機械共振子と共に複合振動子を構成して
おり、かつフイルタの１つの共振子がこのような
変換器を持たず、また電気機械変換器の各々に１
つのコイルが並列接続されており、このコイルの
インダクタンスが、各電気機械変換器の静電容量
と共に、電気機械変換器を有しない測定すべき共
振子の、この共振子と結合された結合素子も含め
た所望の共振周波数に同調された各々１つの入力
並列共振回路または出力並列共振回路を形成して
いる機械フイルタの共振子の共振周波数測定方法
に関する。

公知のようにフイルタの申分のない機能が得ら
れるようにするためには、フイルタの個々の共振
回路を、比較的高い精度でそれぞれ所定の共振周
波数に合わせて調節しなければならない、という
前提がある。この前提は、例えば不可避の製造公
差のために一般に初めから満足されているもので
はないので、すでに完成したフイルタの個々の共
振回路を、それぞれ所望の共振周波数に合わせて
調節しなければならない。機械フイルタにおいて
この調節は、機械共振子に砂吹きまたはレーザ照
射によつて行うことができる。しかしその際機械
的に結合された隣接する共振子からの作用が同時
に同調に及ぶことなしに、調節すべき個々の共振
子の共振周波数をできるだけ正確に測定する、と
いう困難が生じる。

このような作用が及ばないようにするため、例
えば調節すべき共振子に隣接する共振子の振動を
機械的クランプで防止することにより、調節すべ
き共振子に隣接する共振子の反作用を調節過程の
間できるだけ大幅に除去する、ということは公知
である。しかしこのため高価な機械的プレス装置
が必要になり、このプレスは、さらに共振子にお
けるクランプ面ができるだけ平担でかつ互いに平
行に向けられていることを必要とする。その結果
共振子は、通常のようにクランプ面において材料
を削ることによつて調節を行えるわけではない。
しかし共振子の最も大きく位置におけるクランプ
は、一般に共振子のこの位置に変換器として電歪
セラミツクを設けるのでしばしば不可能である。
すなわちクランプのため必要なクランプ圧力によ
つてこれらのセラミツクはこわれてしまう。

この困難を回避するため、例えばドイツ連邦共
和国特許第1245507号明細書から、機械的クラン
プの代りにいわゆる電気的クランプを行うことが
公知である。この電気的クランプは、それぞれ調
節すべき共振子のすぐ隣りにある共振子が複合振
動子として電歪変換器を有する、ということを前
提としており、調節過程の間この変換器に対して
並列に次のようなインダクタンスを有するコイル
をそれぞれ接続することによつて行われる。すな
わちこのインダクタンスは、それぞれの電歪変換
器の静電容量と共に結合素子も含めた調節すべき
共振子の所望の共振周波数に同調された並列共振
回路を形成するようにする。調節すべき共振子の
すぐ隣りにある共振子はこれにより制動されるの
で、これらの共振子が調節過程の間調節すべき共
振子に及ぼす反作用は無視できる。この場合調節
すべき共振子の振動励振および振動周波測定は、
電歪変換器を介して行われ、これらの変換器は調
節すべき共振子自身に取付けねばならない。

しかし変換器を持たない振動子の調節のために
は、別の振動励振および共振周波数測定が必要で
ある。この場合共振子は、駆動装置、例えば励振
コイルを介して磁歪効果によつて振動を励振され
る。この時共振子のすぐ近くに配置されたマイク
ロホンによつて測定された共振子の共振周波数
は、一般に帰還増幅器に供給され、この増幅器
は、駆動装置およびマイクロホンと共に測定回路
を形成している。この測定回路においてそれぞれ
の共振周波数が測定される。しかしその際測定す
べき共振子の固有共振周波数は、磁化されていな
い状態で生じる固有共振周波数に対してずらされ
る。この周波数変化は、バイアス磁化の量に対す
る共振子材料の弾性係数の関係によつて生じ、か
つ最悪の共振子材料を使いかつ強力なバイアス磁
化を行つた場合に相対周波数Δｆ／ｆで２×10^-4
までの値に達する。砂吹き調節の際に生じる大幅
なマイクロホン消耗も、この振動測定の場合不利
である。その上砂吹き調節の際に生じる超音波に
よつて誤測定を行うこともある。それ以上の欠点
は、避けられない材料のばらつきのため生じる
個々の共振子の不均一な磁化であり、このため公
知のこの方法は自動化するのに困難である。

本発明の課題は、前記の欠点を除去し、機械フ
イルタ内にあつて電歪変換器を持たない共振子の
同調および測定にも適した方法を提供することに
ある。

本発明によれば前記の課題は冒頭に述べた形式
の、機械フイルタの共振子の共振周波数測定方法
において、次のようにして解決される。すなわち
電歪変換器としての電気機械変換器を有しない共
振子において測定過程の間、入力並列共振回路の
Ｑがわずかしか変わらないような高抵抗を介して
電気エネルギが、給電回路から入力変換器に供給
され、かつそのようにして機械振動エネルギが、
測定すべき共振子に供給され、また同時に一方の
電歪変換器において、測定すべき共振子の固有振
動数が高抵抗測定回路を介して測定される。

その際調節される共振子の固有振動数を出力変
換器において測定することは有利であるとわかつ
た。

周波数測定のために出力変換器がアクセスでき
ない場合に、調節すべき共振子の固有振動数を、
供給回路内に挿入された高抵抗測定回路を介して
測定すると有利である。

さらに電歪変換器に対して並列接続されたコイ
ルを可変インダクタンスとして構成するか、また
は電歪変換器に対して並列接続されたコイルに、
並列共振回路になるように可変容量を有するそれ
ぞれ１つのコンデンサを接続することは有利であ
る。

本発明の実施例を以下図面によつて説明する。

第１図に示されたフイルタ装置は、互いに平行
な２つの結合線材１を介して機械的に結合された
たわみ振動モードの３つの共振子を有し、これら
共振子は、それぞれ円柱形金属棒として形成され
ており、かつ棒軸線に対して平行にこれら共振子
の平面内に延びた平坦部を有する。これらの平坦
部は、基板３３によつて形成された平面に対して
平行に向けられている。振動励振または振動の取
出は、電歪材料から成る板片４および４′によつ
て行われ、これらの板片は、それぞれ外側共振子
２および２′の平坦部に取付けられており、かつ
これらの板片は、共振子から離れた方に向けられ
た側に金属被覆を有し、この金属被覆に、基板３
に鋳込み保持されたリードピン５または５′へ通
じる細い接続線材６または６′がそれぞれ接続さ
れている。別の接続線材は、それぞれの外側共振
子２および２′のため設けられた２つの保持部材
７′のそれぞれ１つに接続されており、かつ基板
３のリード線として形成された接続ピン８または
８′に通じている。保持部材７′は、非常にわずか
な太さの曲げられた短い金属棒として形成されて
おり、これらの金属棒の一方の端部は、それぞれ
共振子の振動節に取付けられており、かつ他方の
端部は基板３に取付けられている。

第１図によるフイルタ装置は対称に構成されて
いるので、共振子２または共振子２′は、選択的
に入力共振子として使用できる。以下の説明は、
共振子２を入力共振子として動作させることを前
提としている。

外側共振子２のリードピン５と接続ピン８との
間に交流電圧を加えた際に、この共振子の固有た
わみ振動数が加えられた交流電圧の周波数と少な
くとも近似的に一致すれば、この共振子は、電歪
材料製の板片４の伸縮によりいわゆる横向き収縮
効果を介してたわみ振動で励振される。このたわ
み運動は、結合線材１を介して隣接する内側共振
子９に伝達され、この共振子は、これにより同様
にたわみ振動を行う。連続した結合のために外側
共振子２′においてもたわみ振動が生じるので、
板片４′の圧電作用のために共振子から離れた方
に向けられた金属被覆と共振子２との間に交流電
圧が生じ、この交流電圧は、リードピン５′と接
続ピン８′との間から取出すことができる。

電歪変換器を有していない中央の共振子９を調
節するため、外側共振子２および２′にいつしよ
に生じる振動をかなりの程度まで抑圧する必要が
ある。これは、例えばドイツ連邦共和国特許第
1245507号明細書から公知であるように、第１図
に示されたコイル１０および１０′によつて行う
ことができ、これらのコイルは、調節過程の間ピ
ン５と８との間、またはピン５′と８との間に接
続され、かつこれらのコイルのインダクタンス
は、次のように決められている。すなわちこれら
のコイルが、それぞれの電歪変換器４および４′
の静電容量と共に並列共振回路を形成し、この並
列共振回路の共振周波数を、結合線材１も含めた
共振子９の目標周波数、即ち所望の共振周波数に
同調するようにする。

磁歪方式により磁界を介して中央共振子９を通
常のように励振し、かつ共振子の音波を受取るマ
イクロホンを介して周波数測定を行う代りに本発
明によれば、中央共振子の振動励振および周波数
測定は、複合振動子として形成され電気的にクラ
ンプされた外側共振子２または２′を介して行わ
れる。その際中央共振子９において行われる調節
過程の間、供給回路から入力変換器４に電気エネ
ルギが、入力並列共振回路のＱをわずかにしか低
下しないような高抵抗を介して供給される。それ
により複合振動子２は、非常に振動Ｑの低い駆動
装置として作用し、この駆動装置は、結合された
中央共振子９の共振周波数に実質的には作用を及
ぼさない。電気的なクランプのため同様に無視で
きる作用しか中央共振子の固有振動数に及ぼさな
い共振子２′の電歪変換器４′において、高抵抗測
定回路を介して調節すべき共振子の固有振動数が
測定できる。

第１図において送信機Ｇおよび高直列抵抗Ｒ１
から成る給電回路はコイル１０に対して並列に接
続されている。高抵抗出力測定回路は、コイル１
０′に対して並列に接続された高抵抗Ｒ２とこの
抵抗Ｒ２に対して並列接続された測定受信器Ｍと
から成り、この測定受信器は周波数カウンタＺに
接続されている。一般に抵抗Ｒ１およびＲ２に対
してクランプ回路として作用するこれらの並列共
振回路のＱが少なくとも５０になるような値を選
ぶと望ましい。外側複合振動子２および２′のＱ
は、クランプにより3000からほぼ10にまで低下さ
れている。これにより複合振動子は、非常に小さ
なＱを有する駆動装置として作用し、かつ結合さ
れた振動子の共振周波数の実質的に作用を及ぼさ
ない。これにより結合線材１を介して高いＱの振
動を励起される中央共振子９の共振周波数を、外
側複合振動子の特性から作用を受けずに広い範囲
内で測定できる。

第１図による３素子機械フイルタの第２図に示
された電気的等価回路により、電気的な動作をさ
らに詳細に説明する。

第２図による電気的等価回路は、第１図と同じ
に入力側において信号発生器Ｇおよび直列抵抗Ｒ
１を含む給電回路を、また出力側において抵抗Ｒ
２を有しかつ周波数カウンタＺに接続された測定
受信機Ｍを付加して図示されている。第１図に示
された機械フイルタは、入力端子５および８と出
力端子５′および８′との間にある第２図の４端子
回路網によつて示すことができる。複合振動子と
して構成された共振子２は、直列分路内にあり回
路素子Ｃ１およびＬ１を有する直列共振回路Ｖに
よつてシミユレートされ、中央共振子９は、イン
ダクタンスＬ９およびコンデンサＣ９を有する直
列共振回路９′によつて示される。複合振動子と
して構成された第２の外側共振子２′は、直列分
路内で直列共振回路９′に接続されかつコンデン
サＣ２およびインダクタンスＬ２から構成された
直列共振回路V′によつて示される。この４端子
回路網の入力側において並列分路内にコンデンサ
Cp１が出力側においてコンデンサCp２がある。
これらのコンデンサは、電歪変換器４および４′
の静電容量に相当している。共振回路Ｖと９と
V′との間において回路の並列分路内にそれぞれ
結合コンデンサCkがあり、この結合コンデンサ
は、結合線材１の作用をシミユレートしている。
４端子回路網の入力端子および出力端子に対して
並列にそれぞれコイル１０または１０′が接続さ
れており、このコイルのインダクタンスは、ドイ
ツ連邦共和国特許第1245507から公知のように、
このコイルがそれぞれコンデンサCp１またはCp
２と共に、中央共振子９の目標周波数に同調され
かつクランプ回路として作用する並列共振回路を
なすように決められている。これにより回路部分
およびが中央共振子９の所望の共振周波数に
対して残りの４端子回路から切離される。何とな
ればこの周波数に対してクランプ回路は高抵抗に
なり、従つて端子５および８に供給されるこの周
波数の交流電流をしや断するからである。

本実施例においてほぼ100KΩの抵抗値を有す
る抵抗と信号発生器Ｇとを介して相応して高抵抗
を介して供給する際に共振子２は、入力共振回路
により減衰されるため、中央共振子９の目標周波
数で低いＱにて振動を励振する。回路からわかる
ように内側共振子は、結合線材１を介して、また
は等価回路においては並列分路内に示された結合
コンデンサCkを介して高いＱにて振動を励起す
る。第２の結合コンデンサCkを介して直列共振
回路９′に結合され電気的にクランプされた直列
共振回路V′は、低いＱで振動を励振し、この振
動の周波数は、共振回路９′の周波数と一致して
おり、かつ出力側で高抵抗測定回路によつて測定
される。

第３図に示すように、出力変換器４′が例えば
測定装置のためにアクセスできない場合、調節す
べき共振子９の固有振動数を、給電回路内へ挿入
された測定回路を介して測定できる。第３図にこ
の場合に適した端子５と８との間に接続された入
力回路が示されており、この入力回路を第１図お
よび第２図による入力回路と置換えるようにす
る。ここでは信号発生器Ｇと抵抗Ｒ１との直列回
路から成る給電回路内に測定回路が挿入されてお
り、この測定回路は、信号発生器Ｇに対して直列
に接続された抵抗Ｒ２とこの抵抗Ｒ２に対して並
列接続されかつ周波数カウンタＺに接続された測
定受信機Ｍとから成つている。

本発明の実施例において、さらに電歪変換器
４，４′に並列接続されたコイル１０，１０′に可
変容量を有するコンデンサを各々１つ設け、これ
により並列共振回路が構成されるようにすること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、調節すべき３素子機械フイルタ装置
に関連して本発明による励振および測定装置を示
す図、第２図は、励振および測定装置を含めた第
１図によるフイルタ装置の電気的等価回路を示す
図、第３図は、第２図による測定装置の変形を示
す図である。 ４，４′……電歪変換器、９……調節すべき共
振子、１０，１０′……コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機械フイルタが、機械的に結合された３つの
   機械共振子と、電歪作用する２つの電気機械変換
   器とを有し、一方の電気機械変換器が入力変換器
   として用いられ、他方の電気機械変換器が出力変
   換器として用いられ、これらの電気機械変換器が
   機械共振子と共に複合振動子を構成しており、か
   つフイルタの１つの共振子がこのような変換器を
   持たず、また電気機械変換器の各々に１つのコイ
   ルが並列接続されており、このコイルのインダク
   タンスが、各電気機械変換器の静電容量と共に、
   電気機械変換器を有しない測定すべき共振子のそ
   の結合素子も含む所望の共振周波数に同調された
   各々１つの入力並列共振回路または出力並列共振
   回路を形成している、機械フイルタの共振子の共
   振周波数測定方法において、電歪変換器としての
   電気機械変換器を有しない共振子９において測定
   過程の間、入力並列共振回路１０，Cp１のＱが
   わずかしか変わらないような高抵抗R₁を介して
   電気エネルギを給電回路から入力変換器４に供給
   し、かつそのようにして機械振動エネルギを、測
   定すべき共振子９に供給し、また同時に一方の電
   歪変換器４，４′において、測定すべき共振子９
   の固有振動数を高抵抗測定回路を介して測定する
   ことを特微とする、機械フイルタの共振子の共振
   周波数測定方法。 ２ 測定すべき共振子９の固有振動数が出力変換
   器４′において測定される、特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 測定すべき共振子９の固有振動数が、給電回
   路内に挿入された高抵抗測定回路を介して測定さ
   れる、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 電歪変換器４，４′に並列されたコイル１
   ０，１０′が、可変インダクタンスとして構成さ
   れている、特許請求の範囲第１項から第３項まで
   のいずれか１項に記載の方法。