JPS60612B2 - 振動式トランスデユーサ - Google Patents
振動式トランスデユーサInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- voltage controlled
- output signal
- signal
- controlled oscillator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- 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
。
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
。
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。
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。
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
。
、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
。
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。
、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。
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。
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。
ｅ＝Ａ，ｃｏｓ（の，ｔ＋８，）＋んｃｏｓ（■２ｔ十
ａ２） 【１）ｅ。
ａ２） 【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 機械的振動子の固有振動数が、その振動子の周囲状
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118979A JPS60612B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 振動式トランスデユーサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9118979A JPS60612B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 振動式トランスデユーサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5614928A JPS5614928A (en) | 1981-02-13 |
| JPS60612B2 true JPS60612B2 (ja) | 1985-01-09 |
Family
ID=14019488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9118979A Expired JPS60612B2 (ja) | 1979-07-18 | 1979-07-18 | 振動式トランスデユーサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60612B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6242343Y2 (ja) * | 1981-05-21 | 1987-10-30 | ||
| JP4893170B2 (ja) * | 2006-09-01 | 2012-03-07 | パナソニック株式会社 | 密度センサ |
-
1979
- 1979-07-18 JP JP9118979A patent/JPS60612B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5614928A (en) | 1981-02-13 |
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