JPS6180024A - Surface elastic wave pressure sensor - Google Patents
Surface elastic wave pressure sensorInfo
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- JPS6180024A JPS6180024A JP20376784A JP20376784A JPS6180024A JP S6180024 A JPS6180024 A JP S6180024A JP 20376784 A JP20376784 A JP 20376784A JP 20376784 A JP20376784 A JP 20376784A JP S6180024 A JPS6180024 A JP S6180024A
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- 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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Abstract
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
ンサに関る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial application field This invention is applicable to surface acoustic wave devices (Inter Digit).
The present invention relates to a surface acoustic wave pressure sensor using a transducer (alTransducer).
(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3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. 3, this type of surface acoustic wave pressure sensor has a comb-shaped pair of diaphragms 2 on a base body 3 consisting of a thick wall section 1 at the periphery and a diaphragm section (thin wall section) 2 at the center. 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するので、音速が変
化し、また表面弾性波素子4の電極間隔も変化するため
、表面弾性波素子4の共振周波数(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。In this surface acoustic wave pressure sensor, when pressure is applied to the diaphragm part 2, the surface stress changes, so the sound speed changes, and the electrode spacing of the surface acoustic wave element 4 also changes, so the surface acoustic wave element 4 changes. The resonant frequency (or oscillation frequency) changes. Therefore, pressure can be detected from this change in resonance frequency.
従来の表面弾性波圧力センサでは、第4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30〜4
0 P PM/’C)という欠点があり、高精度の圧カ
センザ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5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の共振周波数のビ
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、温度による影響は十分に補正しきれないという問題
があった。In a conventional surface acoustic wave pressure sensor, one surface acoustic wave element 4 is mounted on a diaphragm 2 of a base body 3, as shown in FIG.
However, this surface "acoustic wave pressure sensor is greatly affected by changes in ambient temperature (for example, a stable one is 5 PPM/℃, a rough one is 30 to 4 PPM/℃.
0 P PM/'C), and it was not possible to realize a highly accurate 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. 5, and the beat frequency of the resonance frequency of both surface acoustic wave elements 4a and 4b is There are now devices that detect pressure based on changes in . However, even with this surface acoustic wave pressure sensor, there is a problem in that the influence of temperature cannot be sufficiently corrected.
(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) Objective In view of the above, an object of the present invention is 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
薄分を有する基体上に、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の表面弾性素子は前記肉薄部上に、第3の表
面弾性波素子は前記肉厚部上に形成している。(D) Structure In order to achieve the above object, the surface elastic pressure sensor of the present invention has first, second and Three third surface acoustic wave elements are arranged in parallel, and among these three surface acoustic wave elements, the first surface acoustic wave element is on the thin part, and the third surface acoustic wave element is on the thin part. It is formed on the upper part of the body.
この表面弾性波圧力センサでは、肉厚部上に形成される
第3の表面弾性波素子が温度変化のみに応答するもので
あるから、これにより周囲温度変化の影響がキャンセル
される。In this surface acoustic wave pressure sensor, the third surface acoustic wave element formed on the thick portion responds only to temperature changes, thereby canceling the influence of ambient temperature changes.
(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 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to 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
ンサの平面図である。この実施例表面弾性波圧力センサ
は、基体13が、肉厚部1とダイヤフラム部12とから
構成されており、この点第3図に示したものと変わりが
ない。FIG. 1 is a plan view 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 1 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。Three surface acoustic wave elements 14a are provided on the base body 13.
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上に設けられ
ている。また、表面弾性波素子4b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1
4cは、肉厚部11上に、それぞれ形成されている。し
たがって、表面弾性波素子14a、14bは、圧力に応
じて周波数が変化し、表面弾性波素子14cは圧力によ
り変化しないようになっている。しかし、いずれの表面
弾性波素子14a、14b、、14cも温度によって周
波数が変化する。14b and 14c are provided. Among them, the surface acoustic wave element 14a is provided on the thin diaphragm portion 12. Moreover, the surface acoustic wave element 4b is further mounted on the diaphragm part 12 in contact with the thick part 11.
4c are formed on the thick portion 11, respectively. Therefore, the frequency of the surface acoustic wave elements 14a and 14b changes depending on the pressure, and the frequency of the surface acoustic wave element 14c does not change depending on the pressure. However, the frequency of each of the surface acoustic wave elements 14a, 14b, . . . 14c changes depending on the temperature.
この実施例表面弾性波圧力センサを用いて、圧力検出を
行う場合の表面弾性波素子14a、14b、14cが接
続される回路部の信号処理の一例を説明する。An example of signal processing of the circuit section to which the surface acoustic wave elements 14a, 14b, and 14c are connected when performing pressure detection using the surface acoustic wave pressure sensor of this embodiment will be described.
第1の表面弾性波素子14aと第2の表面弾性波素子1
4bの周波数をFl、F2とし、圧力が加えられない時
の画周波数を等しくし、F、=F2=f。First surface acoustic wave element 14a and second surface acoustic wave element 1
Let the frequencies of 4b be Fl and F2, and make the image frequencies equal when no pressure is applied, F,=F2=f.
とする。ある圧力が加えられて、第1の表面弾性波素子
14aの周波数がΔf、増加したとすると、第2の表面
弾性波素子14bに逆応力が加わるので、その周波数が
Δf2減少する。すなわち、F、=f0+Δf1、F2
=f0−Δf2となる。また圧力によっては第3の表面
弾性波素子14cの周波#!lF3は変化せず、F、=
f、とする。shall be. If a certain pressure is applied and the frequency of the first surface acoustic wave element 14a increases by Δf, a reverse stress is applied to the second surface acoustic wave element 14b, so its frequency decreases by Δf2. That is, F, = f0 + Δf1, F2
= f0 - Δf2. Also, depending on the pressure, the frequency # of the third surface acoustic wave element 14c! lF3 does not change and F,=
Let f.
ここで、第1、第2の表面弾性波素子F、、 F2と第
3の表面弾性波素子14cの周波数F、とのアナログビ
ートをとり、そのビート周波数をfl、F2とすると
f I= F 1 F 3 = f o +A f
+ f 5fz=Fz Fz=fo+Δf2−f。Here, if an analog beat of the frequency F of the first and second surface acoustic wave elements F, F2 and the third surface acoustic wave element 14c is taken, and the beat frequencies are fl and F2, f I = F. 1 F 3 = fo + A f
+f 5fz=Fz Fz=fo+Δf2−f.
となる。この周波数f1、F2の信号をデジタル的に減
算処理すると、
f、−f2=Δf、+Δf2
となる。このf、−f、は温度変化成分がキャンセルさ
れ、圧力の変化に応じた周波数の変化成分のみであるか
ら、これにより加えられた圧力を知ることができる。becomes. When the signals of frequencies f1 and F2 are digitally subtracted, f, -f2=Δf, +Δf2. Since the temperature change component is canceled in f and -f, and there is only a frequency change component corresponding to a change in pressure, it is possible to know the applied pressure.
次に他の信号処理例について説明する。この場合は、第
1の表面弾性波素子14aと第2の表面弾性波素子14
bの周波数F、、FZを、圧力が加えられてい い時の
値を異なるものとし、F、=f、、F 2 = f T
としてお(。そして、ある圧力が加えられて第1の表面
弾性波素子14aの周波数Δf、が増加したとすると、
逆に第2の表面弾性波素子14bの周波数がΔr2減少
し、
F、=f0+Δf1、F2=f、−Δr2となる。ここ
で、周波数F1とF2の信号のアナログビートをとり、
そのビート周波数をflとすると、
(+=F+ Fz=fo+Δf、−f、+Δf2一方
、第3の表面弾性波素子14Cの周波数F3は
F3=f。Next, another example of signal processing will be explained. In this case, the first surface acoustic wave element 14a and the second surface acoustic wave element 14
Let the frequencies F, , FZ of b have different values when no pressure is applied, and let F, = f, , F 2 = f T (.Then, when a certain pressure is applied and the first surface Assuming that the frequency Δf of the elastic wave element 14a increases,
Conversely, the frequency of the second surface acoustic wave element 14b decreases by Δr2, and becomes F,=f0+Δf1, F2=f, -Δr2. Here, take the analog beat of the signals of frequencies F1 and F2,
If the beat frequency is fl, (+=F+ Fz=fo+Δf, -f, +Δf2, on the other hand, the frequency F3 of the third surface acoustic wave element 14C is F3=f.
で温度に応じて変化する周波数なので、この周波数F3
で上記f、に含まれる温度変化による影響分をキャンセ
ルできる。Since this frequency changes depending on the temperature, this frequency F3
The influence of the temperature change included in the above f can be canceled.
第2図は、この発明の他の実施例を示す表面弾性波圧力
センサの平面図である。この表面弾性波圧力センサは、
第1図に示したものに比し、第2の表面弾性波素子14
bも、肉厚部13上に設けた点で相違している。FIG. 2 is a plan view of a surface acoustic wave pressure sensor showing another embodiment of the present invention. This surface acoustic wave pressure sensor is
Compared to the one shown in FIG.
b is also different in that it is provided on the thick portion 13.
この実施例表面弾性波圧力センサの信号処理例について
説明する。An example of signal processing of the surface acoustic wave pressure sensor of this embodiment will be explained.
第1の表面弾性波素子14aの周波数F1は、圧力が加
えられない時F + = f oとする。また第2の表
面弾性波素子14bの周波数F2は、圧力によって変化
しないが、温度によって変化するものであり、F z
= f ’rとする。また第3の表面弾性波素子14C
も、同様に圧力によって変化しないが、温度によって変
化するものであり、F3=f、とする。ある圧力が加え
られると、第1の表面弾性波素子14aの周波数がΔf
1増加し、F + = f o+Δf。The frequency F1 of the first surface acoustic wave element 14a is F + = fo when no pressure is applied. Further, the frequency F2 of the second surface acoustic wave element 14b does not change with pressure, but changes with temperature, and F z
= f'r. Further, the third surface acoustic wave element 14C
Similarly, F3 does not change depending on pressure, but changes depending on temperature, and it is assumed that F3=f. When a certain pressure is applied, the frequency of the first surface acoustic wave element 14a becomes Δf
increases by 1, F + = f o + Δf.
となる。この周波数F、と第2の表面弾性波素子14b
の周波数F2とのアナログビートをとり、そのビート周
波数をr、とすると、
f + = F l−F z = f o+Δf、−f
T一方、第3の表面弾性波素子14Cの周波数F3は、
温度変化成分を含むので、これにより周波数r、中の温
度変化の影響分を補正できる。becomes. This frequency F and the second surface acoustic wave element 14b
If we take an analog beat with frequency F2 of
On the other hand, the frequency F3 of the third surface acoustic wave element 14C is
Since it includes a temperature change component, it is possible to correct the influence of temperature change in the frequency r.
(へ)効果
この発明の表面弾性波圧力センサは、圧力検出用の表面
弾性波素子の他に、温度検出用の表面弾性波素子を備え
るので、周囲温度変化の影響を除去し、安定な圧力検出
が可能なセンサを得ることができる。また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 The surface acoustic wave pressure sensor of the present invention includes a surface acoustic wave element for temperature detection in addition to the surface acoustic wave element for pressure detection, so it eliminates the influence of ambient temperature changes and maintains stable pressure. A sensor capable of detection can be obtained. In addition, three surface acoustic wave elements are formed on one substrate, that is, one chip, and the second and third surface acoustic wave elements are created at the same time as the first surface acoustic wave element is created in terms of process. This makes manufacturing easy.
第1図は、この発明の1実施例を示す表面弾性波圧力セ
ンサの平面図、第2図はこの発明の他の実施例を示す表
面弾性波圧力センサの平面図、第3図は一般的な表面弾
性波圧力センサを示す斜視図、第4図、第5図は従来の
表面弾性波圧力センサを示す平面図である。
ll:肉厚部、12:ダイヤフラム(肉薄部)、13:
基体、 14a14b14c:表面弾性波素子
特許出願人 株式会社島津製作所代理人
弁理士 中 村 茂 信%1図
第2図Fig. 1 is a plan view of a surface acoustic wave pressure sensor showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of a surface acoustic wave pressure sensor showing another embodiment of the invention, and Fig. 3 is a general view. FIGS. 4 and 5 are a perspective view showing a conventional surface acoustic wave pressure sensor, and FIGS. 4 and 5 are plan views showing a conventional surface acoustic wave pressure sensor. ll: Thick part, 12: Diaphragm (thin part), 13:
Substrate, 14a14b14c: Surface acoustic wave device patent applicant Shimadzu Corporation Agent
Patent Attorney Shigeru Nakamura %1 Figure 2
Claims (1)
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の表面弾性素子は前記肉薄部上に、第3の表面
弾性波素子は前記肉厚部上に形成してなることを特徴と
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 part that does not respond to pressure and a thin part that does respond to pressure, and these three A surface acoustic wave pressure sensor characterized in that among the surface acoustic wave elements, a first surface acoustic wave element is formed on the thin part, and a third surface acoustic wave element is formed on the thick part.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20376784A JPS6180024A (en) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | Surface elastic wave pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20376784A JPS6180024A (en) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | Surface elastic wave pressure sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6180024A true JPS6180024A (en) | 1986-04-23 |
JPH0582536B2 JPH0582536B2 (en) | 1993-11-19 |
Family
ID=16479477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20376784A Granted JPS6180024A (en) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | Surface elastic wave pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6180024A (en) |
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1984
- 1984-09-27 JP JP20376784A patent/JPS6180024A/en active Granted
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