JPS6182130A - 表面弾性波圧力センサ - Google Patents

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。

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　Ｄｉｇｉｔ
ａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いた表面弾性波圧力セ
ンサに関する。

（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。

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）
゛ると同時に、表面弾性波素子４の電極間隔も変化し、
・この結果、共振周波数（又は発振周波数）が変化する
。したがって、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。

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っ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３０〜４０　Ｐ
　ＰＭ／’Ｃ）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った。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った。

（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。

（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。

（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。

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。

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上め中心に設
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ｌｌ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、１４
ｃ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。

これら第１、第２及び第３の発振部の各発振周波数をＦ
、、ＦＺ、Ｆ、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、１
６ｂの発振周波数は略等しく Ｆ＋＃Ｆｚ＝ｆ。

となるように選定されている。実際値としては、例えば
ｆ　ｏ＝　１３０ＭＨ２に選ばれる。

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１４ａ、１４ｂが形
成されているので圧力に応じて変化する。

第３の発振部１６ｃの発振周波数Ｆ３は温度によって変
化するが、圧力がＯの時の周波数ＦいＦ２との差が十数
ＭＨ２以下、ｆ　、、１５００００以上となるように選
定されている。十数Ｍ８２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、ｆ　、１５００００以上
とするのは、圧力による第１、第２の発振部１６ａ、１
６ｂ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。

実際値として周波数Ｆ、は、例えば１２８Ｍ）ＩＺに選
ばれる。この場合ｒ　ｏ＝　１３０ＭＨ２とすると、圧
力が０の時には、Ｆ　＋　−Ｆ　３＝　Ｆ　ｚ　　Ｆ　
ｚ”＝　２Ｍ１（Ｚとなる。圧力による周波数変化Δｆ
いΔｆ２はＩ　ＭＨ２以下であり、差の周波数が２１’
ｌＨｚであれば十分である。

発振部１６ａと発振部１６ｃの出力は、ＡＣ（交流）の
ミキシング回路１７に入力されており、発振部１６ｂと
発振部Ｌ６ｃの出力も、ＡＣのミキシング回路１８に入
力されている。

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、ここではフィルタ回路を備え、差の周波
数成分を出力するようになっている。したがって、ミキ
シング回路１７からＦ　ｒ　−Ｆ　３の周波数の信号、
ミキシング回路１８からＦｚ　　Ｆｓの周波数の信号が
出力されるようになる。

ミキシング回路１７．１８の出力は、デジタル減算器１
９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っている。

また第３の発振部１６ｃの出力は、分周器２゜で１／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Ｆｚ−１２８ＭＨｚとすると、Ｎ＝１２８で、
分周器２ｏの出力の周波数はＩ　ＭＨｚとなり、十分に
デジタル処理可能な周波数となり、周波数Ｆ、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
。

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ｆｏよりΔｆ１増加し、第２の表面弾性波素子１４ｂ
に適応力が加わり、その発振周波数がｆｏよりΔｆ２減
少する。すなわち、 Ｆ、−ｆ、＋Δｆ　イＦ　ｚ　＝　ｆ　ｏ−Δｒ２とな
る。しかし、第３の表面弾性波素子１４ｃは圧力を受け
ず、したがって第３の発振部１６ｃの発振周波数Ｆ３は
圧力によって変化せず、Ｆ、＝ｒ、とする。

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、 Ｆ　＋　　Ｆ　３　”　ｆ　ｏ＋Δｆ、−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Ｆ
、の差の周波数の信号であるからＦ　ｚ　　Ｆ　３　＝
　ｆ　ａ−Δｆｔ−ｆ。

となる。そして減算器１９は、ミキシング回路１７．１
８の出力を差動的に処理するものであるから （ＰＩ　　　Ｆ３）　　−（Ｆｚ−Ｆｘ）　　＝　Δ　
ｆ、＋Δ　ｆ２ となる。したがって、この減算器１９の出力Δｆ１＋Δ
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。

また各発振部１６ａ、１６ｂ、１６ｃの発振周波数Ｆ１
、ＦＺ、Ｆ３は周囲温度により変化しＦｌ　（Ｔ）　＝
ｆ　ｌ　（１”　ｃｒ、７’＋　ｃｒ、７”＋α３Ｔ”
・・・） Ｆｚ　　（Ｔ）＝　ｆ、（１”＋Ｔ＋（ｒｚＴ”＋α３
Ｔ３・・・） Ｆｉｌ　　（Ｔ）＝　ｆ：＋　　（１＋α、Ｔ＋α２Ｔ
２＋α３Ｔ３・・・） で表せるが上記のようにｆ、＝ｆ２＝ｆ、とすることに
より、温度が変化してもＦｔ　（Ｔ）＝Ｆｚ（Ｔ）とな
り、ゼロ点が変化しない。

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を肉厚部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って変化しない
ように（Δｒ１、Δｆ２のいずれかが０）してもよい。

（へ）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ＭＨ２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Ｏ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って変
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。

【図面の簡単な説明】

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−１４ｂ１４ｃ：表面弾性波素子　　
１５ａ・１５ｂ・１５ｃ：発振器 特許出願人　　　　　　　株式会社島津製作所代理人　
　　　弁理士　　中　村　茂　信第２図　　　　　　　
　　　第３図 第４図 第５図　　　　　　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力に受応しない肉厚部と、圧力に受応する薄肉
   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。