JPS6282335A - Sawフオ−スセンサ - Google Patents
Sawフオ−スセンサInfo
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- JPS6282335A JPS6282335A JP22320785A JP22320785A JPS6282335A JP S6282335 A JPS6282335 A JP S6282335A JP 22320785 A JP22320785 A JP 22320785A JP 22320785 A JP22320785 A JP 22320785A JP S6282335 A JPS6282335 A JP S6282335A
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- Japan
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- saw
- oscillator
- signal
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- piezoelectric substrate
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (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〕
この発明は応力、圧力、歪み、変位などの力学的な物理
量を測定したシ、検出したりするために使用するフォー
スセン丈に係り、特に固体物質の表面全伝搬する表面弾
性波(S AW : 5urfaceAcoustic
Wave )を利用したSAW遅延線の感圧機能全応
用したSkWフォースセンサに関する。
量を測定したシ、検出したりするために使用するフォー
スセン丈に係り、特に固体物質の表面全伝搬する表面弾
性波(S AW : 5urfaceAcoustic
Wave )を利用したSAW遅延線の感圧機能全応
用したSkWフォースセンサに関する。
応力、変位、歪み、圧力等の力学的な物理t を測定す
るセンサにおいては、抵抗値が加えた歪みにより変化す
る歪みゲージが広く使用されている。
るセンサにおいては、抵抗値が加えた歪みにより変化す
る歪みゲージが広く使用されている。
この歪みゲージは一般には、ばね材料に貼りつけて使用
されでいる。力学的な物理量全検出するには、歪みゲー
ジと抵抗器でホイートストンブリッジ( ジを構イし、歪みゲージの抵抗値変化を電圧変化に変換
して出力するという方法が採られている。
されでいる。力学的な物理量全検出するには、歪みゲー
ジと抵抗器でホイートストンブリッジ( ジを構イし、歪みゲージの抵抗値変化を電圧変化に変換
して出力するという方法が採られている。
また、この他に、半導体に形成された拡散抵抗の応力に
よる抵抗値変化を利用したものもある。
よる抵抗値変化を利用したものもある。
このタイプのセンサは歪みゲージと同様にホイートスト
ンブリッジを組成し、抵抗値変化を電圧変化として出力
する方法が採られている。この種のセンサの大きな特徴
はシリコン基板を用いるため同一基板上に感圧部と信号
検出用の電気回路を集積化できる点にある。また、温度
補償も半導体の感温機能を利用して同一基板上で行って
いる。このように半導体の拡散抵抗を利用したタイプの
センサはよ)実用的なセンサであり、また小形化、量産
化の進んだセンナである。
ンブリッジを組成し、抵抗値変化を電圧変化として出力
する方法が採られている。この種のセンサの大きな特徴
はシリコン基板を用いるため同一基板上に感圧部と信号
検出用の電気回路を集積化できる点にある。また、温度
補償も半導体の感温機能を利用して同一基板上で行って
いる。このように半導体の拡散抵抗を利用したタイプの
センサはよ)実用的なセンサであり、また小形化、量産
化の進んだセンナである。
また、その他にフォースセンサに属する技術としては、
SAW遅延線の感圧機能を利用したものがある。SAW
遅延線に用いる圧電性基板は、表面波の伝搬する部分に
応力を加えると、5AWO伝搬速度が力の大きさに比例
して変化し、その結果SAWM延線の遅延時間が変化す
るという性質を持っている。この特性を有するSAW遅
延線を用いて、発振器を構成すると、加えた力に比例し
た周波数変化量を出力するSAWフォースセンサが実現
できる。このSAWフォースセンサは分解能が良好でお
り、従来の抵抗値変化を利用し′fc谷fm 7オース
センザに比べ精度の高いセンサニスルことができる。ま
た、センサを構成するSAW発振器は、セ/す部を兼ね
ているSAW遅延線と増幅器とにより簡単に構成できる
という大きな特徴がある。
SAW遅延線の感圧機能を利用したものがある。SAW
遅延線に用いる圧電性基板は、表面波の伝搬する部分に
応力を加えると、5AWO伝搬速度が力の大きさに比例
して変化し、その結果SAWM延線の遅延時間が変化す
るという性質を持っている。この特性を有するSAW遅
延線を用いて、発振器を構成すると、加えた力に比例し
た周波数変化量を出力するSAWフォースセンサが実現
できる。このSAWフォースセンサは分解能が良好でお
り、従来の抵抗値変化を利用し′fc谷fm 7オース
センザに比べ精度の高いセンサニスルことができる。ま
た、センサを構成するSAW発振器は、セ/す部を兼ね
ているSAW遅延線と増幅器とにより簡単に構成できる
という大きな特徴がある。
SAWセンサは、フォースセンサに限らず、その大多数
がSAW発振回路を構成し、この発振回路の固有発振周
波数の変化によって測定量全表示する方式である。これ
は、SAW遅延線自体が受動的なデバイスであジ、自発
的にエネルギーを放出したり、被測定物の放出エネルギ
ーを他の形に変換して出力するタイプのデバイスではな
いためである。このため、SAW遅延線をセンサに用い
る場合には、まず、SAW遅延線が安定に動作する状態
、すなわち、SAW遅延線と共働し、該SAW遅延線全
発振素子として、その固有振動数で定常発振する状態を
作る必要がある。
がSAW発振回路を構成し、この発振回路の固有発振周
波数の変化によって測定量全表示する方式である。これ
は、SAW遅延線自体が受動的なデバイスであジ、自発
的にエネルギーを放出したり、被測定物の放出エネルギ
ーを他の形に変換して出力するタイプのデバイスではな
いためである。このため、SAW遅延線をセンサに用い
る場合には、まず、SAW遅延線が安定に動作する状態
、すなわち、SAW遅延線と共働し、該SAW遅延線全
発振素子として、その固有振動数で定常発振する状態を
作る必要がある。
しかしながら、SAW遅延線に用いる圧電性基板fiS
AW速度の温度係数を持っているため、周囲温度に敏感
に反応し、発振器を構成した場合には固有発振周波数が
変動するという問題が生じる。
AW速度の温度係数を持っているため、周囲温度に敏感
に反応し、発振器を構成した場合には固有発振周波数が
変動するという問題が生じる。
この問題を解決するため、周囲温度検出用のSAW発損
器と固有発振周波数の変化検出用のSAW発振器とを同
一形状のSAW遅延線で構成し、これら2つの発振器よ
り出力される発振信号のうなりを取り出して測定信号と
し、温度特性の補償を行なっている。このように2つの
信号のうなりを取り出すことにより温度補償は可能とな
るが、従来のSAWフォースセンサではうなりを取り出
す方式の利点を十分に生かした構造のものではなかった
。
器と固有発振周波数の変化検出用のSAW発振器とを同
一形状のSAW遅延線で構成し、これら2つの発振器よ
り出力される発振信号のうなりを取り出して測定信号と
し、温度特性の補償を行なっている。このように2つの
信号のうなりを取り出すことにより温度補償は可能とな
るが、従来のSAWフォースセンサではうなりを取り出
す方式の利点を十分に生かした構造のものではなかった
。
本発明では、感圧特性及び感温特性を示す圧電性基板を
用い、この基板上にSAWを送信及び受信するだめの電
極(交差指形電極ともIDTともいう0IDTはInt
erdigital Transducerの略)を設
け、構造的には実質的に同一もしくは対称(合間)な2
つのSAW遅延線を形成する。この2つのSAW遅延線
のどちらか一万の5AWQ伝搬する部分には、外部より
加えられた電力で発熱する発熱抵抗体を設ける。これら
2つのSAW遅延線を用い2′)のSAW発振器を形成
し、一方を温度補償用、また、他方−i(ぎ号検出用の
発振器とする。この2つの発振器よυ出力される信号は
混合器に入力され、うなりの信号として出力されること
により温度補償された信号を得ることができる。
用い、この基板上にSAWを送信及び受信するだめの電
極(交差指形電極ともIDTともいう0IDTはInt
erdigital Transducerの略)を設
け、構造的には実質的に同一もしくは対称(合間)な2
つのSAW遅延線を形成する。この2つのSAW遅延線
のどちらか一万の5AWQ伝搬する部分には、外部より
加えられた電力で発熱する発熱抵抗体を設ける。これら
2つのSAW遅延線を用い2′)のSAW発振器を形成
し、一方を温度補償用、また、他方−i(ぎ号検出用の
発振器とする。この2つの発振器よυ出力される信号は
混合器に入力され、うなりの信号として出力されること
により温度補償された信号を得ることができる。
ここでSAW遅延線の一方に設けられた発熱抵抗体に外
部より電力を供給すると、このSAW遅延Sを含むSA
W発損器の発振周波数が変化し、混合器より出力される
うなり信号の中心周波数が変化する。こうして発熱抵抗
体に加える電力をコントロールすることにより、うなり
信号の中心周波数を任意の周波数に変えることができる
。
部より電力を供給すると、このSAW遅延Sを含むSA
W発損器の発振周波数が変化し、混合器より出力される
うなり信号の中心周波数が変化する。こうして発熱抵抗
体に加える電力をコントロールすることにより、うなり
信号の中心周波数を任意の周波数に変えることができる
。
以上に述べたような構成、すなわちどちらか一方のSA
W遅延線上に発熱抵抗体を設けて構成される信号検出用
のSAW発振器及び温度補償用のSAW発振器の発振周
波数のうなりヲ取ることにより、温度補償は可能になり
、しかも外部より電力を加えることにより、うなりの中
心周波数は任意にコントロールできる。この周波数制御
機能により、例えば微小の力を検出する場合は、2つの
発振器の発振周波数を近づけ、また一方大きな力を測定
する場合は2つの発振器の発振周波数金離すことにより
適切な分解能を得ることが可能となる。また周波数カウ
ンタの性能に見合った最適な発振周波数を決めることも
可能にン’zす、より実用性の高いSAWフォースセン
サを提供することができる。
W遅延線上に発熱抵抗体を設けて構成される信号検出用
のSAW発振器及び温度補償用のSAW発振器の発振周
波数のうなりヲ取ることにより、温度補償は可能になり
、しかも外部より電力を加えることにより、うなりの中
心周波数は任意にコントロールできる。この周波数制御
機能により、例えば微小の力を検出する場合は、2つの
発振器の発振周波数を近づけ、また一方大きな力を測定
する場合は2つの発振器の発振周波数金離すことにより
適切な分解能を得ることが可能となる。また周波数カウ
ンタの性能に見合った最適な発振周波数を決めることも
可能にン’zす、より実用性の高いSAWフォースセン
サを提供することができる。
第1図に本発明に使用するSAW遅延線の一実施例を示
す。圧電性基板1a及び1b上に、SAWを発射するた
めの送信用■DTt極2a、2bとそれぞれの送信用I
DT電極より発射されたSAWを受信するだめの受信用
IDTt極3a、3bを設ける。
す。圧電性基板1a及び1b上に、SAWを発射するた
めの送信用■DTt極2a、2bとそれぞれの送信用I
DT電極より発射されたSAWを受信するだめの受信用
IDTt極3a、3bを設ける。
送信用IDTt極2&と受信用IDT電極3a間のSA
Wを伝搬する部分には入力された電力に応じ発熱する発
熱抵抗体4を設ける。以上のように2つのSAW遅延線
5a、5b f形成する。ここで2つのSAW遅延線は
構造的には実質的に同一、もしくは対称(合同)の形状
とする。送信用IDT*極2a及び受信用IDTt極3
aより形成されるSAW遅延線は温度補償機能を含み、
自由に温度を設定できるものとしく以下、温度補償用と
呼ぶ)、−万、送信用■DTt極2b、及び受信用ID
T電極3bより形成されるSAW遅延線は力を検出する
それ一方の!極は接地電位に接続しである。また送信用
電極2a、及び受信用IDTt極3aは増幅器6aに接
続し温度補償も含めて温度を自由に可変設定できるよう
な発振器7aを形成する。この回路を以下温度補償用発
振器と呼ぶ。一方送信用IDT電極2b 、及び受信用
よりT%L極3bは増幅器6bに接続し、検出用発振器
7bを形成する。発熱抵抗体4のもう一方の電極は周波
数コントロール端子8に接続されている。また圧電性基
板1a、1bは基板固定部材9に固定されている。
Wを伝搬する部分には入力された電力に応じ発熱する発
熱抵抗体4を設ける。以上のように2つのSAW遅延線
5a、5b f形成する。ここで2つのSAW遅延線は
構造的には実質的に同一、もしくは対称(合同)の形状
とする。送信用IDT*極2a及び受信用IDTt極3
aより形成されるSAW遅延線は温度補償機能を含み、
自由に温度を設定できるものとしく以下、温度補償用と
呼ぶ)、−万、送信用■DTt極2b、及び受信用ID
T電極3bより形成されるSAW遅延線は力を検出する
それ一方の!極は接地電位に接続しである。また送信用
電極2a、及び受信用IDTt極3aは増幅器6aに接
続し温度補償も含めて温度を自由に可変設定できるよう
な発振器7aを形成する。この回路を以下温度補償用発
振器と呼ぶ。一方送信用IDT電極2b 、及び受信用
よりT%L極3bは増幅器6bに接続し、検出用発振器
7bを形成する。発熱抵抗体4のもう一方の電極は周波
数コントロール端子8に接続されている。また圧電性基
板1a、1bは基板固定部材9に固定されている。
第2図に本発明によるSAWフォースセンサの一実施例
を示す。圧電性基板1a上に送信用IDT電極2aと受
信用IDT[極3a及び発熱抵抗体4全設は温度補償用
のSAW遅延線5aを形成する。
を示す。圧電性基板1a上に送信用IDT電極2aと受
信用IDT[極3a及び発熱抵抗体4全設は温度補償用
のSAW遅延線5aを形成する。
それぞれのIDT電極及び発熱抵抗体の一方の電極は接
地電位に接続し、もう−万のそれぞれのよりTt極は増
幅器6aに接続し、温度補償用の発振器7aを形成する
。この発振器の信号は出力バック710aを介し外部に
出力する。次に圧電性基板1b上に送信用IDT電極2
b及び受信用IDT′電極3bを配し、力の検出用SA
W遅延i5bを形成する。
地電位に接続し、もう−万のそれぞれのよりTt極は増
幅器6aに接続し、温度補償用の発振器7aを形成する
。この発振器の信号は出力バック710aを介し外部に
出力する。次に圧電性基板1b上に送信用IDT電極2
b及び受信用IDT′電極3bを配し、力の検出用SA
W遅延i5bを形成する。
それぞれのIDT電極の一方の1と極は接地電位に接続
し、またもう一方のIDT電極はそれぞれ増幅器6bに
接続し、検出用のSAW発振器7b′ff:構成する。
し、またもう一方のIDT電極はそれぞれ増幅器6bに
接続し、検出用のSAW発振器7b′ff:構成する。
この発振器の信号は出力バッノア10b金介し外部に出
力する。こうして得られる2つの発振器の出力信号は混
合器11に入力し、うなり1百号を得る。うなり信号は
ローパスフィルタ12を通過させ正弦波として出力する
。この信号は出力端子13で外部に取り出す。このよう
な構成で得られるイg号は温度変動によるセンサのゆら
き′を補償した信号である。また温度補償用のSAW遅
姑緑上に設けられた発熱抵抗体のもう一方の端子は周波
数コントロール端子8に接続されており、外部よυ電力
を供給することによりうなりの甲心周波数金目山にコン
トロールすることができる。
力する。こうして得られる2つの発振器の出力信号は混
合器11に入力し、うなり1百号を得る。うなり信号は
ローパスフィルタ12を通過させ正弦波として出力する
。この信号は出力端子13で外部に取り出す。このよう
な構成で得られるイg号は温度変動によるセンサのゆら
き′を補償した信号である。また温度補償用のSAW遅
姑緑上に設けられた発熱抵抗体のもう一方の端子は周波
数コントロール端子8に接続されており、外部よυ電力
を供給することによりうなりの甲心周波数金目山にコン
トロールすることができる。
以上述べたように本発明によるSAWフォースセンサは
、測定対象毎に合せ任意に中心周波数を決めることがで
きる。例えば微小な力の測定には温度補償用信号の発振
周波数と検出用発掘信号の発振周波数を接近させること
により、より高精度のセ/すとすることができる。この
発振周波数コントロールは圧電性基板の有する精度と直
線性の良好な温度特性を利用するため、センサの力に対
する感度を損なわずに行なえる。また、このSAWフォ
ースセンサは検出した力を周波数信号として出力するた
め周波数カウンタを必要とする。この周波数カウンタの
性能に合せ、本発明によるSAWフォースセンサでは中
心周波数を変え、より最適な周波数を出力させることも
できる。
、測定対象毎に合せ任意に中心周波数を決めることがで
きる。例えば微小な力の測定には温度補償用信号の発振
周波数と検出用発掘信号の発振周波数を接近させること
により、より高精度のセ/すとすることができる。この
発振周波数コントロールは圧電性基板の有する精度と直
線性の良好な温度特性を利用するため、センサの力に対
する感度を損なわずに行なえる。また、このSAWフォ
ースセンサは検出した力を周波数信号として出力するた
め周波数カウンタを必要とする。この周波数カウンタの
性能に合せ、本発明によるSAWフォースセンサでは中
心周波数を変え、より最適な周波数を出力させることも
できる。
また−万このセンサは出力信号がデジタル信号処理に適
した周波数信号であるため、マイクロコンビーータを用
いる信号処理に適合したタイプのセンサである。
した周波数信号であるため、マイクロコンビーータを用
いる信号処理に適合したタイプのセンサである。
このように本発明によるSAWフォースセンサは産業上
利用価値の高いものである。
利用価値の高いものである。
第1図は、本発明のSAWフォースセンプを構成するS
AW遅延線の一実施例を示す図でろる。 第2図は、本発明のSAWフォースセンサの一実施例を
示す図である。 図において、1a、1bは圧電性基板、2a、2bは送
信用IDT電極、3a、3bは受信用IDTt極、4は
発熱抵抗体、5a、5bはSAW遅延線、6a、6bは
増幅器、7a、7bはSAW発振器、8は周波数コント
ロール端子、9は基板固定部材、10a、lObは出カ
ハッファ、11ハ混合器、12はローパスフィルタ、1
3は出力端子をそれぞれ示す。
AW遅延線の一実施例を示す図でろる。 第2図は、本発明のSAWフォースセンサの一実施例を
示す図である。 図において、1a、1bは圧電性基板、2a、2bは送
信用IDT電極、3a、3bは受信用IDTt極、4は
発熱抵抗体、5a、5bはSAW遅延線、6a、6bは
増幅器、7a、7bはSAW発振器、8は周波数コント
ロール端子、9は基板固定部材、10a、lObは出カ
ハッファ、11ハ混合器、12はローパスフィルタ、1
3は出力端子をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)外部からの電力を吸収して発熱する発熱抵抗体(4
)を表面に有し、該発熱抵抗体で熱せられる第1の圧電
性基板(1a)と、この第1の圧電性基板(1a)の上
に設けられた第1の表面弾性波を発射する第1の送信用
電極(2a)と、該発射された第1の表面弾性波を受信
する第1の受信用電極(3a)とを備えた第1の表面弾
性波遅延線(5a)と;この第1の表面弾性波遅延線(
5a)と共働し、該第1の表面弾性波遅延線(5a)の
固有振動数で発振する第1の発振器(7a)と; 第2の圧電性基板(1b)と; この第2の圧電性基板(1b)の表面に設けられた第2
の表面弾性波を発射する第2の送信用電極(2b)と、
該発射された第2の表面弾性波を受信する第2の受信用
電極(3b)とを備え、該第1の表面弾性波遅延線とは
隣接して置かれ、かつ実質的に合同の形状をした第2の
表面弾性波遅延線(5b)と;この第2の表面弾性波遅
延線(5b)と共働し、該第2の表面弾性波遅延線(5
b)の固有振動数で発振する第2の発振器(7b)と; 前記第1の発振器の出力信号と、前記第2の発振器の出
力信号とを混合し、第1の表面弾性波遅延線または第2
の表面弾性波遅延線に外部から加えられた力に対応した
周波数のうなりを出力する混合器(11)とから成るS
AWフォースセンサ。 2)前記第1の圧電性基板と前記第2の圧電性基板が同
一の圧電性基板であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のSAWフォースセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22320785A JPH0641886B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | Sawフオ−スセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22320785A JPH0641886B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | Sawフオ−スセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6282335A true JPS6282335A (ja) | 1987-04-15 |
| JPH0641886B2 JPH0641886B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=16794469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22320785A Expired - Lifetime JPH0641886B2 (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | Sawフオ−スセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641886B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05116548A (ja) * | 1991-10-30 | 1993-05-14 | Honda Motor Co Ltd | 樹脂製燃料タンク |
| JP2008286520A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Epson Toyocom Corp | 力検知ユニット、圧電基板の製造方法及び加速度センサ |
| CN100514854C (zh) | 2004-03-30 | 2009-07-15 | 中国科学院声学研究所 | 用于气体传感器的声表面波振荡器系统 |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP22320785A patent/JPH0641886B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05116548A (ja) * | 1991-10-30 | 1993-05-14 | Honda Motor Co Ltd | 樹脂製燃料タンク |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0641886B2 (ja) | 1994-06-01 |
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