JP3139656B2 - Signal conversion circuit - Google Patents
Signal conversion circuitInfo
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、測定センサ素子で匂い
などを周波数信号として検出しこれを電圧信号に変換す
る信号変換回路に係り、特に、簡単な構造で安定に精度
良く測定できるように改良した信号変換回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal conversion circuit for detecting an odor or the like as a frequency signal with a measuring sensor element and converting the frequency signal into a voltage signal. The present invention relates to an improved signal conversion circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は従来のこの種の信号変換回路の構
成を示すブロック図である。１０は水晶振動子形の測定
センサ素子、１１は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１２は
基準センサ素子、１３は基準センサ素子を収納する密閉
容器、１４は基準周波数を発振する基準発振回路、１５
は位相比較回路である。そして、これらの構成要素によ
り全体としてフエーズロックループを構成している。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing the structure of a conventional signal conversion circuit of this kind. Reference numeral 10 denotes a quartz-crystal-type measuring sensor element, 11 denotes a voltage-controlled oscillator (VCO), 12 denotes a reference sensor element, 13 denotes a sealed container containing the reference sensor element, 14 denotes a reference oscillation circuit that oscillates a reference frequency, 15
Is a phase comparison circuit. These components constitute a phase lock loop as a whole.
【０００３】測定センサ素子１０は、例えば匂などを検
出するものであり、水晶振動子の表面に匂い感応膜が塗
布されて構成されており、匂いが感応膜に接するとその
質量が増加し水晶振動子の発振周波数が低下することに
より匂いを検出する。この発振周波数は測定周波数ｆM1
として出力されている。The measurement sensor element 10 detects, for example, an odor, and is formed by applying an odor-sensitive film on the surface of a quartz oscillator. The odor is detected by the decrease in the oscillation frequency of the vibrator. This oscillation frequency is measured frequency f M1
Is output as
【０００４】一方、基準センサ素子１２は、測定センサ
素子１０と同一の形状・寸法に作られて密閉容器１３の
中に収納されており、この密閉容器１３の中は匂いのな
い空気が封入されている。そして、この基準センサ素子
１２は基準発振回路１４で駆動されてその出力端に基準
周波数ｆS1を出力している。On the other hand, the reference sensor element 12 is formed in the same shape and dimensions as the measurement sensor element 10 and is housed in a closed container 13, in which air without odor is sealed. ing. The reference sensor element 12 is driven by a reference oscillation circuit 14 and outputs a reference frequency f S1 to an output terminal thereof.
【０００５】電圧制御発振器１１には、測定周波数ｆM1
が入力され、その制御端Ｃに印加される制御電圧ＶC1に
より制御されてその出力端Ｏ1に対応する周波数信号ｆ
M2を出力する。測定センサ素子１０は高い共振周波数で
発振するので、電圧制御発振器１１も高い周波数に対応
するものが採用される。The voltage controlled oscillator 11 has a measurement frequency f M1
Is input, and is controlled by the control voltage V C1 applied to the control terminal C, and the frequency signal f corresponding to the output terminal O 1
Outputs M2 . Since the measurement sensor element 10 oscillates at a high resonance frequency, the voltage-controlled oscillator 11 corresponding to the high frequency is employed.
【０００６】位相比較回路１５は、基準周波数ｆS1と周
波数信号ｆM2との位相差に対応する制御電圧ＶC1をその
出力端Ｏ2を介して電圧制御発振器１１の制御端Ｃに出
力する。[0006] The phase comparison circuit 15 outputs a control voltage V C1 corresponding to the phase difference between the reference frequency f S1 and the frequency signal f M2 to the control terminal C of the voltage controlled oscillator 11 via its output terminal O 2 .
【０００７】以上のようにして、制御端Ｃに接続された
出力端子Ｔ1には、測定センサ素子１０の匂いなどによ
る発振周波数の変化に対応する制御電圧ＶC1を得ること
ができる。As described above, at the output terminal T 1 connected to the control terminal C, it is possible to obtain the control voltage V C1 corresponding to the change in the oscillation frequency due to the smell of the measuring sensor element 10 or the like.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような信号変換回路は電圧制御発振器１１の周波数安定
性、或いはリニアリテイが悪いので、測定センサ素子１
０の微少な共振周波数の変化を正確に測定出来ない上
に、測定センサ素子１０と基準センサ素子１２の形状・
寸法などを全く同一に構成しなければゼロ点がズレると
いう問題がある。However, since the above-mentioned signal conversion circuit has poor frequency stability or linearity of the voltage controlled oscillator 11, the measurement sensor element 1
In addition to the fact that a very small change in the resonance frequency of 0 cannot be accurately measured, the shape of the measurement sensor element 10 and the reference sensor element 12
Unless the dimensions are exactly the same, there is a problem that the zero point shifts.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための主な構成として、基準センサ素子に接続
され基準周波数を発生する基準発振回路と、測定センサ
素子で検出される測定値に対応する測定周波数を発生す
る測定発振回路と、先の基準周波数と先の測定周波数と
が入力されこれらの位相差を演算して差周波数を出力す
る位相差検出回路と、この差周波数と制御周波数とが入
力されこれ等の位相差に対応する差電圧を出力する位相
比較回路と、この差電圧を低域濾波して出力信号として
出力するローパスフイルタと、この出力信号と調整電圧
とを加算して加算信号を出力する加算回路と、この加算
信号で制御されこれに対応する先の制御周波数を出力す
る電圧制御発振器とを具備するようにしたものである。According to the present invention, a reference oscillation circuit connected to a reference sensor element for generating a reference frequency, and a measurement signal detected by the measurement sensor element are provided. A measurement oscillation circuit that generates a measurement frequency corresponding to the value, a phase difference detection circuit that receives the previous reference frequency and the previous measurement frequency, calculates a phase difference between them, and outputs a difference frequency, A phase comparison circuit that receives a control frequency and outputs a difference voltage corresponding to these phase differences, a low-pass filter that low-pass filters this difference voltage and outputs it as an output signal, and an output signal and an adjustment voltage. An adder circuit for adding and outputting an addition signal, and a voltage controlled oscillator controlled by the addition signal and outputting a corresponding control frequency are provided.
【００１０】[0010]
【作 用】基準発振回路は基準センサ素子に接続され基
準周波数を発生する。測定発振回路は測定センサ素子で
検出される測定値に対応する測定周波数を発生する。そ
して、位相差検出回路は先の基準周波数と先の測定周波
数とが入力されこれらの位相差を演算して差周波数を出
力する。[Operation] The reference oscillation circuit is connected to the reference sensor element and generates a reference frequency. The measurement oscillating circuit generates a measurement frequency corresponding to the measurement value detected by the measurement sensor element. The phase difference detection circuit receives the previous reference frequency and the previously measured frequency, calculates the phase difference between them, and outputs the difference frequency.
【００１１】位相比較回路はこの差周波数と制御周波数
とが入力されこれ等の位相差に対応する差電圧を出力す
る。また、ローパスフイルタはこの差電圧を低域濾波し
て出力信号として出力する。The phase comparison circuit receives the difference frequency and the control frequency, and outputs a difference voltage corresponding to the phase difference. The low-pass filter performs low-pass filtering on the difference voltage and outputs the difference voltage as an output signal.
【００１２】加算回路はこの出力信号と調整電圧とを加
算して加算信号を出力する。そして、電圧制御発振器は
この加算信号で制御されこれに対応する先の制御周波数
を出力する。The addition circuit adds the output signal and the adjustment voltage and outputs an addition signal. The voltage controlled oscillator is controlled by the addition signal and outputs the corresponding control frequency.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図３に示す従来の信号変換回路と同一
の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその
説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. Note that portions having the same functions as those of the conventional signal conversion circuit shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
【００１４】測定センサ素子１６は、測定センサ素子１
０と同様な構成の例えば匂などを検出するものであり、
水晶振動子の表面に匂い感応膜が塗布されて構成されて
いるが、基準センサ素子１２と寸法・形状などが同一で
はなく、近似した構成となっているThe measuring sensor element 16 is a measuring sensor element 1
For example, it detects a odor or the like having the same configuration as
Although an odor-sensitive film is applied to the surface of the crystal unit, the size and shape of the reference sensor element 12 are not the same, but are similar.
【００１５】この測定センサ素子１６は、測定発振回路
１７により駆動され、匂いが感応膜に接するとその質量
が増加し水晶振動子の発振周波数が低下するので、これ
が発振回路１７の出力に測定周波数ｆM3として出力され
ている。The measurement sensor element 16 is driven by a measurement oscillation circuit 17. When an odor comes into contact with the sensitive film, its mass increases and the oscillation frequency of the quartz oscillator decreases. It is output as f M3 .
【００１６】位相比較回路１８には、測定発振回路１７
からの測定周波数ｆM3と基準発振回路１４からの基準周
波数ｆS1とが入力され、これ等の位相差を演算してその
出力端に周波数信号ｆP1を出力する。The phase comparison circuit 18 includes a measurement oscillation circuit 17
A reference frequency f S1 from a measurement frequency f M3 and the reference oscillation circuit 14 from is inputted, calculates the phase difference of which such outputs a frequency signal f P1 at its output.
【００１７】具体的には、測定周波数ｆM3と基準周波数
ｆS1との積を演算すると差と和の信号が得られるが、こ
れらのうち低周波成分の位相差に対応する周波数を周波
数信号ｆP1として出力する。Specifically, when the product of the measurement frequency f M3 and the reference frequency f S1 is calculated, a signal of the difference and the sum is obtained. Of these, the frequency corresponding to the phase difference of the low-frequency component is represented by the frequency signal f Output as P1 .
【００１８】位相比較回路１９は、その一方の入力端に
周波数信号ｆP1が、他方の入力端に電圧制御発振器２０
から出力される発振周波数ｆV1が入力され、これらの位
相差を演算して電圧信号ＶC2を出力する。The phase comparison circuit 19 has a frequency signal f P1 at one input terminal and a voltage-controlled oscillator 20 at the other input terminal.
Oscillation frequency f V1 is outputted is inputted from, and outputs a voltage signal V C2 by calculating the retardation.
【００１９】ローパスフイルタ２１は、位相比較回路１
９からの電圧信号ＶC2が入力されこれを低域濾波して出
力端Ｔ2に出力電圧ＶC3として出力すると共に加算回路
２２に出力する。The low-pass filter 21 includes a phase comparison circuit 1
The voltage signal V C2 from 9 is input and low-pass filtered and output to the output terminal T 2 as the output voltage V C3 and output to the addition circuit 22.
【００２０】加算回路２２は、出力電圧ＶC3が入力され
ると共に端子Ｔ3からゼロ調電圧ＶZが入力されるので、
これ等を加算して加算電圧ＶAとして低周波で発振する
電圧制御発振器１９の制御端Ｃに出力する。The adder circuit 22 receives the output voltage V C3 and the zero-adjusted voltage V Z from the terminal T 3 .
These are added and output to a control terminal C of a voltage controlled oscillator 19 which oscillates at a low frequency as an added voltage VA .
【００２１】これらの位相比較回路１９、ローパスフイ
ルタ２１、加算回路２２、電圧制御発振器２０などは、
全体としてフエーズロックループ（ＰＬＬ）を構成して
いる。次に、以上のように構成された信号変換回路の動
作について説明する。These phase comparison circuit 19, low-pass filter 21, addition circuit 22, voltage-controlled oscillator 20, etc.
The whole constitutes a phase lock loop (PLL). Next, the operation of the signal conversion circuit configured as described above will be described.
【００２２】基準センサ素子１２は、匂いのない密閉容
器１３の中に収納されて発振回路１４により駆動され一
定の周波数で発振し、その出力端に基準周波数ｆS1を出
力している。The reference sensor element 12 is housed in a sealed container 13 having no odor, is driven by an oscillation circuit 14, oscillates at a constant frequency, and outputs a reference frequency f S1 to its output terminal.
【００２３】一方、測定センサ素子１６は、例えば匂い
などを検出するものであり、水晶振動子の表面に匂い感
応膜が塗布されているので、匂いが感応膜に接するとそ
の質量が増加して水晶振動子の発振周波数が低下し、測
定発振回路１７の出力端に測定周波数ｆM3として出力さ
れる。On the other hand, the measuring sensor element 16 detects, for example, an odor. Since the odor-sensitive film is coated on the surface of the quartz oscillator, when the odor comes into contact with the sensitive film, its mass increases. The oscillation frequency of the crystal oscillator decreases, and is output to the output terminal of the measurement oscillation circuit 17 as the measurement frequency f M3 .
【００２４】したがって、匂いの程度に応じて測定周波
数ｆM3が基準周波数ｆS1に対して低下するので、この差
を位相比較回路１８で検出して周波数信号ｆP1として出
力する。Therefore, the measured frequency f M3 is reduced with respect to the reference frequency f S1 in accordance with the degree of the odor. This difference is detected by the phase comparison circuit 18 and output as the frequency signal f P1 .
【００２５】位相比較回路１９はこの周波数信号ｆP1と
電圧制御発振器２０から出力される発振周波数ｆV1とが
入力され、これ等の周波数差（位相遅れ）に比例した電
圧信号ＶC2をローパスフイルタ２１に出力する。The phase comparison circuit 19 receives the frequency signal f P1 and the oscillation frequency f V1 output from the voltage controlled oscillator 20, and converts the voltage signal V C2 proportional to the frequency difference (phase delay) into a low-pass filter. 21.
【００２６】この場合に、電圧制御発振器２０は、加算
回路２２からゼロ調電圧ＶZが出力電圧ＶC3に加算され
た電圧で制御されるので、このゼロ調電圧ＶZを調整す
ることにより、測定センサ素子１６と基準センサ素子１
２との共振周波数を基準状態で一致させて、ゼロ点を調
整することができる。[0026] In this case, the voltage controlled oscillator 20, since the zero-adjustment voltage V Z is controlled by a voltage which is added to the output voltage V C3 from the adder circuit 22, by adjusting the zero-scale voltage V Z, Measurement sensor element 16 and reference sensor element 1
The zero point can be adjusted by matching the resonance frequency with the reference frequency 2 in the reference state.
【００２７】このため、これらのセンサ素子の形状・寸
法を同一にする必要がない。なお、このゼロ調電圧ＶZ
を調整することにより任意の点を動作点として動作させ
ることもできる。Therefore, it is not necessary to make the shapes and dimensions of these sensor elements the same. Note that this zero adjustment voltage V Z
Can be adjusted to operate at an arbitrary point.
【００２８】また、水晶振動子を用いた電圧制御発振器
１１の代わりに安定性の良い水晶振動子を用いる測定発
振回路１７と基準発振回路１４と、リニアリテイの良い
低周波用の電圧制御発振器２０を用いる構成としたの
で、センサ素子１６の微少な共振周波数の変化を精度良
く測定することができる。A measurement oscillation circuit 17 and a reference oscillation circuit 14 using a crystal oscillator having good stability in place of the voltage controlled oscillator 11 using a crystal oscillator, and a low frequency voltage controlled oscillator 20 having good linearity are provided. Since the configuration is used, a minute change in the resonance frequency of the sensor element 16 can be accurately measured.
【００２９】図２は本発明の第２の実施例の構成を示す
ブロック図である。この実施例は図１では電圧制御発振
器２０をループの中に取り込んだ構成としたのに対し
て、これをオープンループ構成としたものである。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the voltage-controlled oscillator 20 is incorporated in a loop in FIG. 1, whereas this is an open-loop configuration.
【００３０】電圧制御発振器２０は、端子Ｔ3からゼロ
調電圧ＶZが入力され、これに対応する発振周波数ｆV2
を位相比較回路１９に出力する。位相比較回路１９は周
波数信号ｆP1と発振周波数ｆV2との周波数差に比例した
電圧信号ＶC4をローパスフイルタ２１に出力する。The voltage controlled oscillator 20 receives the zero-adjusted voltage VZ from the terminal T 3, and generates an oscillation frequency f V2 corresponding to the zero-adjusted voltage V Z.
Is output to the phase comparison circuit 19. The phase comparison circuit 19 outputs to the low-pass filter 21 a voltage signal V C4 proportional to the frequency difference between the frequency signal f P1 and the oscillation frequency f V2 .
【００３１】ローパスフイルタ２１はこの電圧信号ＶC4
を低域濾波して出力端Ｔ2に出力電圧ＶC5として出力す
る。この場合も、ゼロ調電圧ＶZによりゼロ点の調整を
することができる。The low-pass filter 21 outputs the voltage signal V C4
The output low-pass filter to the output terminal T 2 as the output voltage V C5. Again, it is possible to adjust the zero point by the zero scale voltage V Z.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、第１請求項、第２請求項共に、水
晶振動子を用いた従来の電圧制御発振器の代わりに安定
性の良い水晶振動子を用いる測定発振回路と基準発振回
路及びリニアリテイの良い低周波用の電圧制御発振器２
０を用いる構成としたので、センサ素子の微少な共振周
波数の変化を精度良く測定することができる。As described above, according to the present invention, both the first and second aspects of the present invention provide stability in place of a conventional voltage controlled oscillator using a crystal oscillator. Oscillator and Reference Oscillator Using a Quartz Crystal Resonator and a Low Frequency Voltage Controlled Oscillator 2 with Good Linearity
Since the configuration using 0 is used, a minute change in the resonance frequency of the sensor element can be accurately measured.
【００３３】また、本発明によれば、ゼロ調電圧を電圧
制御発振器に印加する構成としたので、測定センサ素子
の形状・寸法を基準センサ素子と同一にする必要がなく
なり、コストの低減に寄与する。Further, according to the present invention, since the zero-adjustment voltage is applied to the voltage-controlled oscillator, it is not necessary to make the shape and dimensions of the measuring sensor element the same as those of the reference sensor element, which contributes to cost reduction. I do.
【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
【図３】従来の信号変換回路の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional signal conversion circuit.
１０、１６ 測定センサ素子 １１、２０ 電圧制御発振器 １２ 基準センサ素子 １３ 密閉容器 １４、１７ 発振回路 １５１９ 位相比較回路 ２１ ローパスフイルタ ２２ 加算回路 10, 16 Measurement sensor element 11, 20 Voltage controlled oscillator 12 Reference sensor element 13 Closed container 14, 17 Oscillation circuit 1519 Phase comparison circuit 21 Low-pass filter 22 Addition circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−42054（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−140838（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249542（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−84847（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 5/02 G01D 5/245 H03L 7/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-55-42054 (JP, A) JP-A-3-140838 (JP, A) JP-A-3-249542 (JP, A) 84847 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 5/02 G01D 5/245 H03L 7/08 JICST file (JOIS)
Claims (2)
生する基準発振回路と、測定センサ素子で検出される測
定値に対応する測定周波数を発生する測定発振回路と、
前記基準周波数と前記測定周波数とが入力されこれらの
位相差を演算して差周波数を出力する位相差検出回路
と、この差周波数と制御周波数とが入力されこれ等の位
相差に対応する差電圧を出力する位相比較回路と、この
差電圧を低域濾波して出力信号として出力するローパス
フイルタと、この出力信号と調整電圧とを加算して加算
信号を出力する加算回路と、この加算信号で制御されこ
れに対応する前記制御周波数を出力する電圧制御発振器
とを具備することを特徴とする信号変換回路。A reference oscillation circuit connected to the reference sensor element for generating a reference frequency; a measurement oscillation circuit for generating a measurement frequency corresponding to a measurement value detected by the measurement sensor element;
A phase difference detection circuit to which the reference frequency and the measurement frequency are inputted and which calculates a phase difference between them and outputs a difference frequency; and a difference voltage which is inputted with the difference frequency and the control frequency and corresponds to the phase difference. , A low-pass filter that low-pass filters this difference voltage and outputs it as an output signal, an addition circuit that adds this output signal and the adjustment voltage and outputs an addition signal, And a voltage-controlled oscillator that outputs the control frequency corresponding to the signal.
生する基準発振回路と、測定センサ素子で検出される測
定値に対応する測定周波数を発生する測定発振回路と、
前記基準周波数と前記測定周波数とが入力されこれらの
位相差を演算して差周波数を出力する位相差検出回路
と、この差周波数と制御周波数とが入力されこれ等の位
相差に対応する差電圧を出力する位相比較回路と、この
差電圧を低域濾波して出力信号として出力するローパス
フイルタと、調整電圧が入力されこれに対応する前記制
御周波数を出力する電圧制御発振器とを具備することを
特徴とする信号変換回路。2. A reference oscillation circuit connected to a reference sensor element for generating a reference frequency, a measurement oscillation circuit for generating a measurement frequency corresponding to a measurement value detected by the measurement sensor element,
A phase difference detection circuit to which the reference frequency and the measurement frequency are inputted and which calculates a phase difference between them and outputs a difference frequency; and a difference voltage which is inputted with the difference frequency and the control frequency and corresponds to the phase difference. , A low-pass filter that low-pass filters this difference voltage and outputs it as an output signal, and a voltage-controlled oscillator that receives an adjustment voltage and outputs the control frequency corresponding thereto. Characteristic signal conversion circuit.
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