JPS6182130A - 表面弾性波圧力センサ - Google Patents
表面弾性波圧力センサInfo
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- JPS6182130A JPS6182130A JP20508784A JP20508784A JPS6182130A JP S6182130 A JPS6182130 A JP S6182130A JP 20508784 A JP20508784 A JP 20508784A JP 20508784 A JP20508784 A JP 20508784A JP S6182130 A JPS6182130 A JP S6182130A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- surface acoustic
- acoustic wave
- oscillation
- frequency
- pressure sensor
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
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- Measuring Fluid Pressure (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】
(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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
、、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
、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。
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。
、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。
、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。
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。
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
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)
- (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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20508784A JPS6182130A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20508784A JPS6182130A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6182130A true JPS6182130A (ja) | 1986-04-25 |
JPH0582537B2 JPH0582537B2 (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=16501206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20508784A Granted JPS6182130A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6182130A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63164974A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-08 | 株式会社 エ−ス電研 | ミニゴルフ場 |
JPS63164975A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-08 | 株式会社 エ−ス電研 | ミニゴルフ場 |
JP2005214769A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | 圧力センサモジュール |
JP2005214814A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | 圧力センサモジュール |
JP2005241461A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Kyocera Corp | 圧力センサモジュール |
US7353710B2 (en) | 2003-11-27 | 2008-04-08 | Kyocera Corporation | Pressure sensor device with surface acoustic wave elements |
US7387435B2 (en) * | 1999-12-10 | 2008-06-17 | Fujitsu Limited | Temperature sensor |
US7392706B2 (en) | 2003-11-27 | 2008-07-01 | Kyocera Corporation | Pressure sensor device |
WO2009087055A1 (de) | 2008-01-09 | 2009-07-16 | CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH | Mikromechanischer drucksensor |
JP2010160101A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Denso Corp | 弾性表面波センサおよび弾性表面波センサの圧力測定方法 |
DE102009031705A1 (de) | 2009-07-04 | 2011-01-05 | CiS Institut für Mikrosensorik GmbH | Mikromechanischer Drucksensor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4867858B2 (ja) * | 2007-08-29 | 2012-02-01 | セイコーエプソン株式会社 | Sawセンサ |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20508784A patent/JPS6182130A/ja active Granted
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