JPS60612B2 - vibrating transducer - Google Patents
vibrating transducerInfo
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- JPS60612B2 JPS60612B2 JP9118979A JP9118979A JPS60612B2 JP S60612 B2 JPS60612 B2 JP S60612B2 JP 9118979 A JP9118979 A JP 9118979A JP 9118979 A JP9118979 A JP 9118979A JP S60612 B2 JPS60612 B2 JP S60612B2
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- vibrator
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- signal
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば円筒状の振動子の固有振動数が、その
振動子の周囲の流体密度や振動子に加わっている張力等
によって変化することを利用して密度や力あるいは圧力
等を求める振動式トランスデューサに関するものである
。Detailed Description of the Invention The present invention utilizes the fact that the natural frequency of a cylindrical vibrator changes depending on the density of the fluid surrounding the vibrator, the tension applied to the vibrator, etc. This relates to a vibrating transducer that measures force, pressure, etc.
更に詳しくは、本発明は、出願人が先に提案した特膿昭
54一208叫号に示されているような振動子を同時に
複数の振動モードで振動させる方式のトランスデューサ
に適用して有効な振動式トランスデューサに関する。本
発明の目的は、構成が簡単であって、安定な振動を行な
い、従って高精度の各種物理量の測定を行なうことので
きる振動式トランスデューサを実現しようとするもので
ある。第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図
である。More specifically, the present invention is effective when applied to a transducer of a type in which a vibrator is vibrated in a plurality of vibration modes at the same time, as shown in Japanese Patent No. 54-208, which was previously proposed by the applicant. Regarding vibration transducers. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a vibrating transducer that has a simple configuration, vibrates stably, and can therefore measure various physical quantities with high precision. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
図において、MRは機械振動子を総括して示したもので
、これには測定すべき圧力、力、トルク、温度、密度等
が与えられている。PD,,PD2,・…・・・・・P
Dnは機械振動子MRからの振動信号を一方の入力信号
とする位相比較回路、LF,,LF2・・・・・・・・
・LFnはループフイルタ、V○,,VQ〜V0nは電
圧制御発振器、MOは変調器で、その出力信号は機械振
動子M眼に印加され、機械振動子MRを駆動する。各電
圧制御発振器V○,〜V0hの出力信号は、それぞれ変
調器MOに印加されるとともに、各位相比較器FD,〜
PDnの他方の入力端に印加されている。また、演算回
路CKIに印加されている。位相比較回路PD,,PD
2・・・・・・・・・、ループフィルタLF,,LF2
・・・・・・・・・、電圧制御発振器V○,,V02・
・・・・・・・・は、フェ−ズドロックループPLL,
PLL2・・…・・・・PLLnを構成している。これ
らPLLの数は、機械振動子MRの振動モードの数に対
応して設けられ、各PLLからはそれぞれ異なった周波
数信号f,,f2…・・・・・・mが出力される。第2
図は、第1図における機械振動子の一例を示す構成図で
、aは縦断面図、bはa図におけるb−b断面図である
。In the figure, MR collectively represents mechanical oscillators, to which pressure, force, torque, temperature, density, etc. to be measured are given. PD,,PD2,...P
Dn is a phase comparison circuit whose one input signal is the vibration signal from the mechanical vibrator MR, LF, LF2...
- LFn is a loop filter, V○,, VQ to V0n are voltage controlled oscillators, MO is a modulator, and the output signal is applied to the mechanical resonator M eye to drive the mechanical resonator MR. The output signal of each voltage controlled oscillator V○, ~V0h is applied to a modulator MO, and each phase comparator FD, ~V0h is applied to a modulator MO, respectively.
It is applied to the other input terminal of PDn. It is also applied to the arithmetic circuit CKI. Phase comparator circuit PD,,PD
2......, loop filter LF,, LF2
......, voltage controlled oscillator V○,,V02・
・・・・・・・・・is a phased lock loop PLL,
PLL2... constitutes PLLn. The number of these PLLs is provided corresponding to the number of vibration modes of the mechanical vibrator MR, and each PLL outputs a different frequency signal f, f2, . . . m. Second
The figure is a configuration diagram showing an example of the mechanical vibrator in FIG. 1, in which a is a vertical cross-sectional view and b is a cross-sectional view taken along line bb in figure a.
ここでは機械振動子として薄肉円筒形1を用いたもので
、この円筒形振動子1の内側と外側とに例えば測定圧P
,,Poを導入するようにし、両圧力の差圧を測定する
ようにしている。円筒形振動子1は厚肉のフランジ部1
1を有し、このフランジ部11には、外周面から内壁付
近まで蓬する四つの座ぐり穴12,13〜15が90度
ずつ隔てて形成されている。座ぐり穴12,13の底面
には円筒形振動子1を駆動するための圧電素子22,2
3が取付けられ、また、座ぐり穴14,15の底面には
円筒形振動子1の振動を検出するための圧電素子24,
25が取付けられている。駆動用圧電素子22,23は
変調器MOからの出力信号が印加され、また、検出用圧
電素子24,25からの出力信号は、各位相比較回路P
D,〜PDnの一方の入力機に印加されている。このよ
うに構成した装置の動作を次に説明する。以下の説明で
は、説明を簡単にするために、円筒形振動子1を2次お
よび4次の2つの振動モードで同時に振動させる場合を
例にとる。この場合、第1図において、フェーズドロツ
クループPLL,,PLL2だけが用いられる。ここで
、PLL、変換器M○、振動子MRで構成されるループ
は、振動子1を周波数f,で振動させる正帰還発振回路
を形成し、また、PLL、変調器M○、振動子M旧で構
成されるループは、振動子1を周波数をで振動させる正
帰還発振回路を形成している。これによって、振動子1
は第3図に示すように2つの振動モードで発振すること
となる。各正帰還発振回路における動作は次の通り行な
われる。Here, a thin-walled cylindrical type 1 is used as a mechanical vibrator, and a measurement pressure P is applied between the inside and outside of this cylindrical vibrator 1.
,, Po are introduced, and the differential pressure between the two pressures is measured. The cylindrical vibrator 1 has a thick flange portion 1
1, and in this flange portion 11, four counterbore holes 12, 13 to 15 extending from the outer peripheral surface to the vicinity of the inner wall are formed at 90 degrees apart. Piezoelectric elements 22 and 2 for driving the cylindrical vibrator 1 are provided at the bottoms of the counterbore holes 12 and 13.
3 are attached to the bottoms of the counterbore holes 14 and 15, and piezoelectric elements 24 and 3 for detecting vibrations of the cylindrical vibrator 1 are mounted on the bottoms of the counterbore holes 14 and 15, respectively.
25 is installed. The driving piezoelectric elements 22 and 23 are applied with output signals from the modulator MO, and the output signals from the detection piezoelectric elements 24 and 25 are applied to each phase comparator circuit P.
It is applied to one input device of D, -PDn. The operation of the device configured in this way will be described next. In the following explanation, in order to simplify the explanation, a case will be taken as an example in which the cylindrical vibrator 1 is simultaneously vibrated in two vibration modes, a secondary vibration mode and a quaternary vibration mode. In this case, in FIG. 1, only the phase lock loops PLL, , PLL2 are used. Here, the loop composed of the PLL, the converter M○, and the resonator MR forms a positive feedback oscillation circuit that vibrates the resonator 1 at a frequency f, and also the PLL, the modulator M○, and the resonator M The loop formed by the former forms a positive feedback oscillation circuit that causes the vibrator 1 to oscillate at a frequency. As a result, the vibrator 1
will oscillate in two vibration modes as shown in FIG. The operation of each positive feedback oscillation circuit is performed as follows.
位相比較回路PDは、振動子1からの信号eと「帯城制
限された電圧制御発振器VOの出力信号eoとを入力と
し、両信号の例えば積をとる。いま「振動子1からの信
号eを‘1}式で、また亀圧制御発振器VOの出力信号
eoを■式でそれぞれ表わすものとすれば、位相比較回
路PDの出力信号em2は糊式で表わされる。The phase comparison circuit PD inputs the signal e from the oscillator 1 and the output signal eo of the voltage-controlled oscillator VO with limited bandwidth, and calculates, for example, the product of both signals. If the output signal eo of the tortoise pressure control oscillator VO is expressed by the equation '1}, and the output signal eo of the tortoise pressure control oscillator VO is expressed by the equation (2), then the output signal em2 of the phase comparison circuit PD is expressed by the equation.
e=A,cos(の,t+8,)+んcos(■2t十
a2) 【1)e。e=A, cos(of, t+8,)+ncos(■2t10a2) [1) e.
ニBICOSのlt ■e
m2=e。eo (3’ループフ
ィルタLFを通過した信号eL,は{4’式で表わすこ
とができる。eL.=A.・B.cosa,
■従って電圧制御発振器VOの発振周波数
はcosa,に比例する。NiBICOS's lt ■e
m2=e. eo (3' The signal eL, which has passed through the loop filter LF, can be expressed by the {4' formula. eL.=A.・B.cosa,
(2) Therefore, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator VO is proportional to cosa.
電圧制御発振器VOから位相比較回路PDへの負帰還の
ループゲインを十分高く設定すれば、電圧制御発振器V
Oの発振周波数を入力周波数の, に同期させるに必要
な位相8,の変化は十分小さくすることができ、PLL
の入出力の位相差は、電圧制御発振器VOの中心周波数
におし・て号‘こ。ックされる。よって、振動子MRI
こおいて・その共振点批・位相カギ弄るので「電圧制御
発振器V〇の出力をPLLの入力に対して−亨となるよ
うに、すなわち正帰還ループを形成するように振動子M
眼に与えることによって、振動子MRの発振に必要な位
相条件が満足される。また、振幅条件は、位相比較回路
PDのゲインを十分大きく選定しておけば、電圧制御発
振器VOの出力振幅は一定であるから、ループゲインが
1になり安定な発振が持続できる。各PLL,PLL2
は、個々に設定された電圧制御発振器V○,,V02の
周波数帯城(いckRange)内の入力周波数でのみ
フェーズロック(PhaseLock)され、振動子1
は2つの振動モードで同時にかつ安定に発振することと
なる。If the loop gain of the negative feedback from the voltage controlled oscillator VO to the phase comparison circuit PD is set sufficiently high, the voltage controlled oscillator V
The change in phase 8, required to synchronize the oscillation frequency of O with the input frequency, can be made sufficiently small, and the PLL
The phase difference between the input and output of is set to the center frequency of the voltage controlled oscillator VO. will be checked. Therefore, transducer MRI
In this case, we will manipulate the resonance point and phase key, so we set the oscillator M so that the output of the voltage controlled oscillator V becomes negative with respect to the input of the PLL, that is, to form a positive feedback loop.
By applying it to the eye, the phase conditions necessary for oscillation of the vibrator MR are satisfied. Further, regarding the amplitude condition, if the gain of the phase comparison circuit PD is selected to be sufficiently large, the output amplitude of the voltage controlled oscillator VO is constant, so the loop gain becomes 1 and stable oscillation can be maintained. Each PLL, PLL2
is phase-locked only at the input frequency within the frequency band range (IckRange) of the individually set voltage controlled oscillators V○,,V02, and the oscillator 1
oscillates simultaneously and stably in two vibration modes.
なお、PLLを更に複数個設けることによって、複数の
振動モードで発振させることができる。振動子MRが上
記のようにして2つの振動モードで振動しているとき、
振動子MRの固有振動数をf,(2次の振動モード‘こ
ついての振動数)「f2(4次の振動モードについての
振動数)とすれば、f,,ら‘まいずれも被測定圧(P
o−P,)の関数となるとともに、振動子MRの周囲流
体の密度等の関数となる。Note that by further providing a plurality of PLLs, it is possible to oscillate in a plurality of vibration modes. When the vibrator MR is vibrating in two vibration modes as described above,
If the natural frequency of the vibrator MR is f, (the frequency of the second-order vibration mode) and f2 (the frequency of the fourth-order vibration mode), then f, , and r' are both measured. Pressure (P
o-P, ), and also a function of the density of the fluid surrounding the vibrator MR, etc.
したがって、これらの周波数信号f,,f2を演算回路
CNこ入力し、ここで、例えば密度の関数を消去し、流
体密度等の影響を受けない圧力信号を演算によって求め
ることができる。また、圧力の関数を消去するようにす
れば、密度信号を演算によって求めることもできる。な
お、振動子MRを更に複数の振動モードで振動させるこ
とによって、各種の関数を消去することができる。第4
図および第5図は本発明の他の実施例の要部の構成ブロ
ック図で、いずれもひとつの発振回路のみを示すが、複
数個並列し存在するものとする。Therefore, these frequency signals f, , f2 are input to the arithmetic circuit CN, where, for example, the density function is eliminated, and a pressure signal that is not affected by the fluid density etc. can be obtained by calculation. Furthermore, if the pressure function is eliminated, the density signal can also be obtained by calculation. Note that various functions can be eliminated by further vibrating the vibrator MR in a plurality of vibration modes. Fourth
5 and 5 are block diagrams showing the main parts of other embodiments of the present invention, in which only one oscillation circuit is shown, but it is assumed that a plurality of oscillation circuits exist in parallel.
第4図の実施例では、振動子MRからの信号を入力フィ
ルタLFOを介して位相比較回路PD,に印加させるよ
うにしたものであり、第5図の実施例は電圧制御発振器
V○,の出力側にフィルタ回路LFOを設け、その出力
信号を位相比較回路PDの一方の入力側に帰還させるよ
うにしたものである。In the embodiment shown in FIG. 4, the signal from the resonator MR is applied to the phase comparison circuit PD, via the input filter LFO, and in the embodiment shown in FIG. A filter circuit LFO is provided on the output side, and its output signal is fed back to one input side of the phase comparison circuit PD.
電圧制御発振器V○,の出力信号は、PLL回路にIC
化されたものを用いると一般に矩形波であって・基本波
に対して振幅宏三の(幼十・)次(n:整数)の高調波
を含んでいる。The output signal of the voltage controlled oscillator V○ is sent to the PLL circuit by the IC.
When a converted wave is used, it is generally a rectangular wave and includes harmonics of amplitude Kozo's (young 10) order (n: integer) with respect to the fundamental wave.
また、振動子MRからの信号Aにos(wit+6i)
もAimcos(mwit十8im)の高調波を含んで
いるために、(幼+1)のo=mのi(のo:電圧制御
発振器VOの基本周波数)の場合は位相差信号はぎ申了
‐Aimけ■Saimが加算されることとなり、振動子
MRの位相が変化してしまう欠点がある。Also, os(wit+6i) is applied to the signal A from the vibrator MR.
Since it also contains harmonics of Aimcos (mwit 18im), if o of (yo + 1) = i of m (o: fundamental frequency of voltage controlled oscillator VO), the phase difference signal is removed - Aim There is a drawback that the phase of the vibrator MR changes because the signal Saim is added.
第4図の実施例は、PLL‘こ印加される信号を入力フ
ィル夕LFOによって前記した高調波成分を取り除くこ
とにより、また第5図の実施例では、電圧制御発振器V
Oの出力信号をフィルタ回路FLOによって正弦波にす
ることによって、前記の欠点を除去している。なお、上
記の実施例では、振動子として薄肉円筒形状のものを例
示したが、他の形状のものでもよい。In the embodiment of FIG. 4, the signal applied to the PLL' is filtered by an input filter LFO to remove the above-mentioned harmonic components, and in the embodiment of FIG.
The above-mentioned drawbacks are eliminated by converting the output signal of O into a sine wave using the filter circuit FLO. In the above embodiments, the vibrator has a thin cylindrical shape, but other shapes may be used.
以上説明したように、本発明によれば穣威が簡単で、安
定な複数モードの振動を行ない、従って高精度の各種物
理量の測定を行なうことのできる振動式トランスデュー
サが実現できる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a vibrating transducer that is simple to operate, vibrates stably in a plurality of modes, and is therefore capable of measuring various physical quantities with high precision.
第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は第1図における機械振動子の一例を示す構成図でa
は縦断面図、bはa図におけるb−b断面図、第3図は
第2図振動子の動作説明図、第4図および第5図は本発
明の他の実施例の要部の構成ブロック図である。
MR…・・・機械振動子、PD,,PD2・…・・・・
・PDn・…‘・位相比較回路、LF,,LF2・・・
・・・・・・LFn…・・。
ループフィル夕、V○,,V02・・・・・・・・・V
○n・・…・電圧制御発振器、M○・・・・・・変調器
、PLL,PLL2・・……・PLLn・・・・・・フ
ェーズドロックループ、CK・…川澄算回路。努そ図
弟/函
弟J図
第4露
弟づめFIG. 1 is a configuration block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a configuration diagram showing an example of the mechanical vibrator in Figure 1.
3 is an explanatory diagram of the operation of the vibrator in FIG. 2, and FIGS. 4 and 5 are configurations of main parts of other embodiments of the present invention. It is a block diagram. MR...Mechanical vibrator, PD,, PD2...
・PDn・...'・Phase comparison circuit, LF,, LF2...
...LFn... Loop fill evening, V○,,V02......V
○n...Voltage controlled oscillator, M○...Modulator, PLL, PLL2...PLLn...Phase locked loop, CK...Kawasumi calculation circuit. Tsutomuso-zu younger brother / Box younger brother J-zo 4th Tsuyoshizume
Claims (1)
況やその振動子に加わる張力によつて変化することを利
用した振動式トランスデユーサにおいて、 前記振動子
からの信号が一方の入力端に印加される複数個の位相比
較回路と、これらの各位相比較回路からの信号をそれぞ
れ入力する複数個のループフイルタと、これらの各フイ
ルタからの信号をそれぞれ入力しそれぞれ異なつた周波
数信号を出力する複数個の電圧制御発振器と、これらの
各電圧制御発振器の出力信号をそれぞれフエーズドロツ
クループを構成するように対応する位相比較回路の他方
の入力端に印加させる帰還回路手段と、前記各電圧制御
発振器からの各出力信号を入力とする変調手段とを設け
、前記変調手段の出力信号を前記振動子に与えこの振動
子を複数の振動モードで振動させるようにした振動式ト
ランスデユーサ。 2 各フエーズドロツクループは、電圧制御発振器と帰
還回路手段との間に、電圧制御発振器の出力信号を正弦
波信号にするフイルタを備え、この各フイルタからの各
出力信号を変調手段に印加させるようにした特許請求の
範囲第1項記載の振動式トランスデユーサ。[Claims] 1. In a vibratory transducer that utilizes the fact that the natural frequency of a mechanical vibrator changes depending on the surrounding conditions of the vibrator and the tension applied to the vibrator, A plurality of phase comparator circuits to which a signal of A plurality of voltage controlled oscillators each outputting a different frequency signal, and feedback that applies the output signal of each of these voltage controlled oscillators to the other input terminal of a corresponding phase comparator circuit so as to configure a phased lock loop. A circuit means and a modulation means receiving each output signal from each of the voltage controlled oscillators as input are provided, and the output signal of the modulation means is applied to the vibrator to cause the vibrator to vibrate in a plurality of vibration modes. Vibratory transducer. 2. Each phase drop loop includes a filter between the voltage controlled oscillator and the feedback circuit means, which converts the output signal of the voltage controlled oscillator into a sine wave signal, and applies each output signal from each filter to the modulation means. A vibrating transducer according to claim 1, wherein the vibrating transducer is configured as follows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118979A JPS60612B2 (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | vibrating transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118979A JPS60612B2 (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | vibrating transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5614928A JPS5614928A (en) | 1981-02-13 |
| JPS60612B2 true JPS60612B2 (en) | 1985-01-09 |
Family
ID=14019488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9118979A Expired JPS60612B2 (en) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | vibrating transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60612B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6242343Y2 (en) * | 1981-05-21 | 1987-10-30 | ||
| JP4893170B2 (en) * | 2006-09-01 | 2012-03-07 | パナソニック株式会社 | Density sensor |
-
1979
- 1979-07-18 JP JP9118979A patent/JPS60612B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5614928A (en) | 1981-02-13 |
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