JPH0582537B2 - - Google Patents
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- JPH0582537B2 JPH0582537B2 JP20508784A JP20508784A JPH0582537B2 JP H0582537 B2 JPH0582537 B2 JP H0582537B2 JP 20508784 A JP20508784 A JP 20508784A JP 20508784 A JP20508784 A JP 20508784A JP H0582537 B2 JPH0582537 B2 JP H0582537B2
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
- G01L9/0025—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element with acoustic surface waves
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Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
この発明は、表面弾性波素子（Inter Digital
Transducer）を用いた表面弾性波圧力センサに
関する。[Detailed description of the invention] (a) Industrial application field This invention relates to a surface acoustic wave device (Inter Digital
This paper relates to a surface acoustic wave pressure sensor using a transducer.
(ロ) 従来技術
一般に、固体中を伝播する体積弾性波、表面弾
性波は温度、応力などにより変化することが知ら
れている。この性質を利用して圧力を検出するも
のに表面弾性波圧力センサがある。この種の表面
弾性波圧力センサは、第４図に示すように、周辺
部の肉厚部１と中央部のダイヤフラム部（肉薄
部）２からなる基体３のダイヤフラム２上に、櫛
葉状の一対の電極からなる表面弾性波素子４が設
けられて構成されている。(b) Prior Art It is generally known that bulk acoustic waves and surface acoustic waves propagating in solids change depending on temperature, stress, etc. A surface acoustic wave pressure sensor uses this property to detect pressure. As shown in FIG. 4, this type of surface acoustic wave pressure sensor has a comb-shaped pair of A surface acoustic wave element 4 consisting of electrodes is provided and configured.
この表面弾性波圧力センサでは、ダイヤフラム
部２に、圧力を受けると、その表面応力が変化
し、音速が変化すると同時に、表面弾性波素子４
の電極間隔も変化し、その結果、共振周波数（又
は発振周波数）が変化する。したがつて、この共
振周波数の変化より、圧力を検出することができ
るものである。 In this surface acoustic wave pressure sensor, when pressure is applied to the diaphragm portion 2, its surface stress changes, the speed of sound changes, and at the same time the surface acoustic wave element 4
The electrode spacing also changes, and as a result, the resonant frequency (or oscillation frequency) changes. Therefore, pressure can be detected from changes in this resonance frequency.
従来の表面弾性波圧力センサでは、第５図に示
すように、基体３のダイヤフラム２上に１個の表
面弾性波素子４を設けるものであるが、この表面
弾性波圧力センサは、周囲温度の変化によつて大
きく影響を受ける（例えば安定なもので5PPM／
℃、ラフなもので30〜40PPM／℃）という欠点
があり、高精度の圧力センサを実現することがで
きなかつた。そこでこの温度による影響を補正す
るために、第６図に示すようにダイヤフラム２上
に２個の表面弾性波素子４ａ，４ｂを設け、これ
ら両表面弾性波素子４ａ，４ｂの周波数のビート
周波数の変化により圧力を検出するようにしたも
のが出現している。しかし、この表面弾性波圧力
センサでも十分に補正しきれないという問題があ
つた。 In the conventional surface acoustic wave pressure sensor, one surface acoustic wave element 4 is provided on the diaphragm 2 of the base body 3, as shown in FIG. Significantly affected by changes (for example, 5PPM/
℃, 30 to 40 PPM/℃ for rough samples), and it was not possible to realize a high-precision pressure sensor. Therefore, in order to correct the influence of this temperature, two surface acoustic wave elements 4a and 4b are provided on the diaphragm 2 as shown in FIG. 6, and the beat frequency of both surface acoustic wave elements 4a and 4b is There are now devices that detect pressure based on changes. However, there was a problem that even this surface acoustic wave pressure sensor could not sufficiently compensate.
(ハ) 目的
この発明の目的は、上記に鑑み、周囲温度変化
の影響を受けず、安定した圧力検出を可能にする
表面弾性波圧力センサを提供することである。(c) Purpose In view of the above, it is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave pressure sensor that is not affected by changes in ambient temperature and enables stable pressure detection.
(ニ) 構成
上記目的を達成するために、この発明の表面弾
性波圧力センサは、圧力に受応しない肉厚部と、
圧力に受応する肉薄部を有する基体上に、第１、
第２及び第３の３個の表面弾性波素子を並設し、
これら３個の表面弾性波素子のうち、第１の表面
弾性波素子及び若しくは第２の表面弾性波素子を
前記肉薄部上に、第３の表面弾性波素子を前記肉
厚部上に形成するとともに、前記第１、第２、第
３の表面弾性波素子と、これらに個別に接続され
る３個の発振器とで第１、第２及び第３の発振部
を形成し、前記薄肉部に圧力が入力されない時の
第１と第２の発振部の発振周波数を略等しくし、
前記第３の発振部の発振周波数を、前記第１ある
いは第２の発振周波数に対して、十数メガヘルツ
（ＭHz）以下の差であり、かつ前記第１の発振周
波数の５万分の１以上となるように選定されてい
る。(d) Configuration In order to achieve the above object, the surface acoustic wave pressure sensor of the present invention has a thick wall portion that does not respond to pressure;
A first,
three second and third surface acoustic wave elements are arranged in parallel,
Of these three surface acoustic wave elements, a first surface acoustic wave element and/or a second surface acoustic wave element is formed on the thin part, and a third surface acoustic wave element is formed on the thick part. At the same time, the first, second, and third surface acoustic wave elements and three oscillators individually connected thereto form first, second, and third oscillating parts, and The oscillation frequencies of the first and second oscillation sections when no pressure is input are made substantially equal,
The oscillation frequency of the third oscillation section is different from the first or second oscillation frequency by more than ten megahertz (MHz) or more, and is 1/50,000 or more of the first oscillation frequency. It has been selected to be.
(ホ) 実施例
以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に説
明する。(e) Examples The present invention will be explained in more detail below using examples.
第１図は、この発明の１実施例を示す表面弾性
波圧力センサの構成図である。この実施例表面弾
性波圧力センサは、基体１３が、肉厚部１１とダ
イヤフラム部１２とから構成されており、この点
第４図に示したものと変わりがない。 FIG. 1 is a configuration diagram of a surface acoustic wave pressure sensor showing one embodiment of the present invention. In the surface acoustic wave pressure sensor of this embodiment, the base body 13 is composed of a thick portion 11 and a diaphragm portion 12, and this point is the same as that shown in FIG.
基体１３上に、３個の表面弾性波素子１４ａ，
１４ｂ，１４ｃが設けられている。そのうち表面
弾性波素子１４ａは、肉薄のダイヤフラム部１２
上の中心に設けられている。また、表面弾性波素
子１４ｂは、肉厚部１１と接するダイヤフラム部
１２上に、さらに表面弾性波素子１４ｃは、肉厚
部１１上に、それぞれ形成されている。そして、
各表面弾性波素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、発
振器１５ａ，１５ｂ，１５ｃに個別に接続され
て、第１の発振部１６ａ，第２の発振部１６ｂ、
第３の発振部１６ｃをそれぞれ形成している。 On the base 13, three surface acoustic wave elements 14a,
14b and 14c are provided. Among them, the surface acoustic wave element 14a has a thin diaphragm portion 12.
It is located at the top center. Further, the surface acoustic wave element 14b is formed on the diaphragm part 12 in contact with the thick part 11, and the surface acoustic wave element 14c is formed on the thick part 11, respectively. and,
Each surface acoustic wave element 14a, 14b, 14c is individually connected to an oscillator 15a, 15b, 15c, and has a first oscillation section 16a, a second oscillation section 16b,
A third oscillation section 16c is formed respectively.
これら第１、第２及び第３の発振部の各発振周
波数をF1，F2，F3とすると、薄肉部１２に圧力
が入力されない時（入力＝０）に、第１と第２の
発振部１６ａ，１６ｂの発振周波数は略等しく
F1≒F2＝f0
となるように選定されている。実際値としては、
例えばf0＝130MHzに選ばれる。 Assuming that the oscillation frequencies of the first, second, and third oscillation parts are F 1 , F 2 , and F 3 , when no pressure is input to the thin part 12 (input = 0), the first and second oscillation frequencies are F 1 , F 2 , and F 3 . The oscillation frequencies of the oscillation units 16a and 16b are selected to be approximately equal, F 1 ≈F 2 =f 0 . As an actual value,
For example, f 0 =130MHz is selected.
これら第１、第２の発振部１６ａ，１６ｂの発
振周波数は、肉薄部１２上に表面弾性波素子１４
ａ，１４ｂが形成されているので圧力に応じて変
化する。 The oscillation frequencies of these first and second oscillation parts 16a and 16b are determined by the surface acoustic wave element 14 on the thin part 12.
Since a and 14b are formed, it changes depending on the pressure.
第３の発振部１６ｃの発振周波数F3は温度に
よつて変化するが、圧力が０の時の周波数F1，
F2との差が十数ＭHz以下、（f0／50000以上となる
ように選定されている。十数ＭHz以下とするのは
デジタル処理の限界を考慮したためであり、f0／
50000以上とするのは、圧力による第１、第２の
発振部１６ａ，１６ｂの周波数変化Δf1，Δf2の
絶対値が差の周波数を越えないようにするためで
ある。 The oscillation frequency F 3 of the third oscillation section 16c changes depending on the temperature, but the frequency F 1 when the pressure is 0,
It is selected so that the difference from F 2 is less than a dozen MHz and (f 0 /50000 or more.The difference between f 0 /
The reason why it is set to 50000 or more is to prevent the absolute values of the frequency changes Δf 1 and Δf 2 of the first and second oscillating parts 16a and 16b due to pressure from exceeding the difference frequency.
実際値として周波数F3は、例えば128MHzに選
ばれる。この場合f0＝130MHzとすると、圧力が
０の時には、F1−F3＝F2−F3＝2MHzとなる。圧
力による周波数変化Δf1，fΔ2は1MHz以下であ
り、差の周波数が2MHzであれば十分である。 As a practical value, the frequency F 3 is chosen to be, for example, 128 MHz. In this case, if f 0 =130 MHz, then when the pressure is 0, F 1 −F 3 =F 2 −F 3 =2 MHz. The frequency changes Δf 1 and fΔ 2 due to pressure are 1 MHz or less, and it is sufficient if the difference frequency is 2 MHz.
発振器１５ａと発振器１５ｂの出力は、AC（交
流）のミキシング回路１７に入力されており、発
振器１５ｂと発振器１５ｃの出力も、ACのミキ
シング回路１８に入力されている。 The outputs of the oscillators 15a and 15b are input to an AC (alternating current) mixing circuit 17, and the outputs of the oscillators 15b and 15c are also input to an AC mixing circuit 18.
これらミキシング回路１７，１８は、入力され
た２信号の周波数の和の周波数成分、差の周波数
成分を含む信号を出力するが、ここではフイルタ
回路を備え、差の周波数成分を出力するようにな
つている。したがつて、ミキシング回路１７から
F1−F3の周波数の信号、ミキシング回路１８か
らF2−F3の周波数の信号が出力されるようにな
る。 These mixing circuits 17 and 18 output a signal containing a frequency component of the sum of the frequencies of the two input signals and a frequency component of the difference. ing. Therefore, from the mixing circuit 17
A signal with a frequency of F 1 -F 3 and a signal with a frequency of F 2 -F 3 are output from the mixing circuit 18.
ミキシング回路１７，１８の出力は、デジタル
減算器１９に入力され、減算器１９では入力され
る信号の差の周波数に対応する信号を出力するよ
うになつている。 The outputs of the mixing circuits 17 and 18 are input to a digital subtracter 19, and the subtracter 19 outputs a signal corresponding to the frequency of the difference between the input signals.
また第３の発振器１５ｃの出力は、分周器２０
でＩ／Ｎに分周されて、カウンタ２１で計数され
る。今、上記例のようにF3＝128MHzとすると、
Ｎ＝128で、分周器２０の出力の周波数は1MHzと
なり、十分にデジタル処理可能な周波数となり、
周波数F3は温度にのみ依存するものであるから、
その分周された信号により直接デジタル処理可能
な温度信号を得ることができる。 Further, the output of the third oscillator 15c is transmitted to the frequency divider 20
The frequency is divided into I/N and counted by the counter 21. Now, if F 3 = 128MHz as in the above example,
When N=128, the frequency of the output of the frequency divider 20 is 1MHz, which is a frequency that can be sufficiently digitally processed.
Since the frequency F 3 depends only on temperature,
A temperature signal that can be directly digitally processed can be obtained from the frequency-divided signal.
この実施例表面弾性波圧力センサにおいて、あ
る圧力が加えられたとすると、第１の表面弾性波
素子１４ａにその圧力が加わり、これにより発振
部１６ａの発振周波数がf0よりΔf1増加し、第２
の表面弾性波素子１４ｂに逆応力が加わり、その
発振周波数がf0よりΔf2減少する。すなわち、
F1＝f0＋Δf1、F2＝f0−Δf2
となる。しかし、第３の表面弾性波素子１４ｃは
圧力を受けず、したがつて第３の発振部１６ｃの
発振周波数F3は圧力によつて変化せず、F3＝fsと
する。 In the surface acoustic wave pressure sensor of this embodiment, if a certain pressure is applied, that pressure is applied to the first surface acoustic wave element 14a, and as a result, the oscillation frequency of the oscillation part 16a increases by Δf 1 from f 0 , and the 2
A reverse stress is applied to the surface acoustic wave element 14b, and its oscillation frequency decreases by Δf 2 from f 0 . That is, F 1 =f 0 +Δf 1 and F 2 =f 0 −Δf 2 . However, the third surface acoustic wave element 14c is not subjected to pressure, so the oscillation frequency F 3 of the third oscillation section 16c does not change depending on the pressure, and F 3 =f s .
ミキシング回路１７の出力は周波数F1と周波
数F3の差の信号であるから、
F1−F3＝f0＋Δf1−fs
となる。また、ミキシング回路１８の出力は周波
数F2と周波数F3の差の周波数の信号であるから
F2−F3＝f0−Δf2−fs
となる。そして減算器１９は、ミキシング回路１
７，１８の出力を差動的に処理するものであるか
ら
（F1−F3）−（F2−F3）＝Δf1＋Δf2
となる。したがつて、この減算器１９の出力Δf1
＋f2により、加えられた圧力を知ることができ
る。なお、カウンタ２１にて温度を検出するの
で、この温度データにより温度補正を行うことが
できる。 Since the output of the mixing circuit 17 is a signal of the difference between the frequency F1 and the frequency F3 , F1 - F3 = f0 + Δf1 - fs . Furthermore, since the output of the mixing circuit 18 is a signal having a frequency that is the difference between the frequency F 2 and the frequency F 3 , F 2 −F 3 =f 0 −Δf 2 −f s . And the subtracter 19 is the mixing circuit 1
Since the outputs of 7 and 18 are processed differentially, (F 1 −F 3 )−(F 2 −F 3 )=Δf 1 +Δf 2 . Therefore, the output Δf 1 of this subtractor 19
+f 2 allows us to know the applied pressure. Note that since the temperature is detected by the counter 21, temperature correction can be performed using this temperature data.
また各発振部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの発振周
波数F1，F2，F3は周囲温度により変化し
F1（Ｔ）＝f1（１＋α1T6＋α2T2＋α3T3……）
F2（Ｔ）＝f2（１＋α1Ｔ＋α2T2＋α3T3……）
F3（Ｔ）＝f2（１＋α1Ｔ＋α2T2＋α3T3……）
で表せるが上記のようにf1＝f2＝f0とすることに
より、温度が変化してもF1（Ｔ）＝F2（Ｔ）とな
り、ゼロ点が変化しない。 Furthermore, the oscillation frequencies F 1 , F 2 , F 3 of each oscillation section 16a, 16b, 16c change depending on the ambient temperature, and F 1 (T)=f 1 (1+α 1 T6+α 2 T 2 +α 3 T 3 ……) F 2 (T)=f 2 (1+α 1 T+α 2 T 2 +α 3 T 3 ...) F 3 (T)=f 2 (1+α 1 T+α 2 T 2 +α 3 T 3 ...) As shown above, f By setting 1 = f 2 = f 0 , even if the temperature changes, F 1 (T) = F 2 (T), and the zero point does not change.
また上記実施例では第１、第２の表面弾性波素
子１４ａ，１４ｂをいずれもダイヤフラム１２上
に形成しているが、第２図に示すように第２の表
面弾性波素子１４ｂを肉厚部１１上に形成しても
よいし、第３図に示すように第１の表面弾性波素
子１４ａが肉厚部１１内に形成してもよい。つま
り、第１の発振部あるいは第２の発振部のいずれ
かの発振周波数を圧力の変化によつて変化しない
ように（Δf1，Δf2のいずれかが０）してもよい。 Further, in the above embodiment, both the first and second surface acoustic wave elements 14a and 14b are formed on the diaphragm 12, but as shown in FIG. 11, or the first surface acoustic wave element 14a may be formed within the thick portion 11 as shown in FIG. That is, the oscillation frequency of either the first oscillation section or the second oscillation section may be made not to change due to a change in pressure (either Δf 1 or Δf 2 is 0).
(ヘ) 効果
この発明の表面弾性波圧力センサによれば、第
１、第２の発振部の発振周波数と第３の発振部の
発振周波数の差が十数ＭHz以下に選定されるの
で、デジタル処理が可能であり、信号処理が容易
となる。また圧力０の時に、第１の発振部と第２
の発振部の周波数が略等しくなるようにしている
ので、圧力信号のゼロ点が温度によつて変化せず
安定である。その上、１つの基体すなわち１チツ
プ上に３つの表面弾性波素子を形成するものであ
り、工程的に第１の表面弾性波素子を作成するの
と同時に第２、第３の表面弾性波素子を作成でき
るので製作が容易となる。(F) Effect According to the surface acoustic wave pressure sensor of the present invention, the difference between the oscillation frequencies of the first and second oscillation sections and the oscillation frequency of the third oscillation section is selected to be less than ten MHz, so that the digital processing is possible, and signal processing becomes easy. Also, when the pressure is 0, the first oscillating part and the second oscillating part
Since the frequencies of the oscillating parts are made to be approximately the same, the zero point of the pressure signal does not change with temperature and is stable. Moreover, three surface acoustic wave elements are formed on one substrate, that is, one chip, and the second and third surface acoustic wave elements are fabricated at the same time as the first surface acoustic wave element is fabricated. can be created, making production easier.
第１図は、この発明の１実施例を示す表面弾性
波圧力センサの構成図、第２図、第３図はこの発
明の実施に使用される他の表面弾性波圧力センサ
の基体の平面図、第４図は一般的な表面弾性波圧
力センサを示す斜視図、第５図、第６図は従来の
表面弾性波圧力センサを示す平面図である。
１１……肉厚部、１２……ダイヤフラム（肉薄
部）、１３……基体、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…
…表面弾性波素子、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ……
発振器。
FIG. 1 is a configuration diagram of a surface acoustic wave pressure sensor showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are plan views of the base of another surface acoustic wave pressure sensor used in carrying out the present invention. , FIG. 4 is a perspective view showing a general surface acoustic wave pressure sensor, and FIGS. 5 and 6 are plan views showing conventional surface acoustic wave pressure sensors. 11... Thick part, 12... Diaphragm (thin part), 13... Base body, 14a, 14b, 14c...
...Surface acoustic wave elements, 15a, 15b, 15c...
oscillator.
Claims (1)
薄肉部を有する基体上に、第１、第２及び第３の
３個の表面弾性波素子を並設し、これら３個の表
面弾性波素子のうち、第１の表面弾性波素子及び
若しくは第２の表面弾性波素子を前記肉薄部上
に、第３の表面弾性波素子を前記肉厚部上に形成
するとともに、前記第１、第２、第３の表面弾性
波素子と、これらに個別に接続される３個の発振
器とで第１、第２及び第３の発振部を形成し、前
記肉薄部に圧力が入力されない時の第１と第２の
発振部の発振周波数を略等しくし、前記第３の発
振部の発振周波数を、前記第１あるいは第２の発
振周波数に対して、十数メガヘルツ以下の差であ
り、かつ前記第１の発振周波数の５万分の１以上
となるように選定したことを特徴とする表面弾性
波圧力センサ。1 Three surface acoustic wave elements, first, second, and third, are arranged in parallel on a base having a thick wall portion that does not respond to pressure and a thin wall portion that responds to pressure, and the surface acoustic wave elements of these three Among the acoustic wave elements, a first surface acoustic wave element and/or a second surface acoustic wave element is formed on the thin part, a third surface acoustic wave element is formed on the thick part, and the first surface acoustic wave element is formed on the thick part. , the second and third surface acoustic wave elements and three oscillators individually connected to these form the first, second and third oscillation parts, and when no pressure is input to the thin part. The oscillation frequencies of the first and second oscillation sections are substantially equal, and the oscillation frequency of the third oscillation section is different from the first or second oscillation frequency by more than ten megahertz, A surface acoustic wave pressure sensor characterized in that the oscillation frequency is selected to be 1/50,000 or more of the first oscillation frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20508784A JPS6182130A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Surface acoustic wave pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20508784A JPS6182130A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Surface acoustic wave pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6182130A JPS6182130A (en) | 1986-04-25 |
| JPH0582537B2 true JPH0582537B2 (en) | 1993-11-19 |
Family
ID=16501206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20508784A Granted JPS6182130A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Surface acoustic wave pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6182130A (en) |
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1984
- 1984-09-28 JP JP20508784A patent/JPS6182130A/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6182130A (en) | 1986-04-25 |
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