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JPH049451B2 - - Google Patents
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JPH049451B2 - - Google Patents

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JPH049451B2
JPH049451B2 JP27103985A JP27103985A JPH049451B2 JP H049451 B2 JPH049451 B2 JP H049451B2 JP 27103985 A JP27103985 A JP 27103985A JP 27103985 A JP27103985 A JP 27103985A JP H049451 B2 JPH049451 B2 JP H049451B2
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水晶振動子を利用して、その周囲の気
体の圧力を測る気体圧力測定装置に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas pressure measuring device that uses a crystal oscillator to measure the pressure of gas around it.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

水晶振動(特に屈曲モード)の共振抵抗が、そ
の周囲気体の圧力に対し広い範囲で変化すること
が最近明らかとなり、それを利用すれば、大気圧
から大略10-3トールまで1つのセンサで連続に測
定可能な気体圧力計を実現しうることが明らかと
なつた。これは、例えば、月刊誌「計装」、1984
年、Vol.27、No.7「水晶振動子を使つた超小形真
空センサの開発」の項に開示されている。
It has recently been revealed that the resonant resistance of crystal vibration (particularly in the bending mode) changes over a wide range with respect to the pressure of the surrounding gas, and if this is utilized, it is possible to continuously operate from atmospheric pressure to approximately 10 -3 Torr with a single sensor. It has become clear that it is possible to realize a gas pressure gauge that can measure This is, for example, the monthly magazine "Instrument", 1984
It is disclosed in the section ``Development of ultra-small vacuum sensor using crystal oscillator'', Vol. 27, No. 7, 2013.

次に、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利
用した気体圧力計の動作原理を図面によつて説明
する。
Next, the operating principle of a gas pressure gauge that utilizes the pressure dependence of the resonance resistance of a crystal oscillator will be explained with reference to the drawings.

第1図は、気体(N2)圧力と約32kHzの屈曲モ
ードの水晶振動子の共振抵抗、共振電流、共振周
波数の関数を示す図である。共振周波数は10トー
ルをこえるあたりから変化し始めるが、圧力がそ
れ以下の領域での周波数圧力感度はほとんど零で
ある。一方、水晶振動子の共振抵抗は大気圧から
約10-3トール迄圧力に対して有効な感度を有して
いる。ここで、この水晶振動子を定電圧駆動すれ
ば、同図中i0で示す共振電流−気体圧力曲線が得
られる。それは共振抵抗と同様に、大気圧から約
10-3トール迄、圧力感度を有している。測定の容
易さの点で共振電流を測り、これによつて気体圧
力を示す方式の方がよい。
FIG. 1 is a diagram showing the functions of gas (N 2 ) pressure and resonant resistance, resonant current, and resonant frequency of a crystal resonator in a bending mode of about 32 kHz. The resonance frequency begins to change when the pressure exceeds 10 Torr, but the frequency pressure sensitivity is almost zero below this pressure. On the other hand, the resonant resistance of a crystal resonator has effective sensitivity to pressure from atmospheric pressure to about 10 -3 Torr. Here, if this crystal resonator is driven at a constant voltage, a resonant current-gas pressure curve indicated by i0 in the figure is obtained. It is similar to the resonant resistance and is approximately
Pressure sensitive up to 10 -3 Torr. In terms of ease of measurement, it is better to measure the resonance current and use this to indicate the gas pressure.

第2図は、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性
を利用した水晶式気体圧力計(以下、水晶式気体
圧力計と称する)の電子回路ブロツク図である。
FIG. 2 is an electronic circuit block diagram of a crystal gas pressure gauge (hereinafter referred to as a crystal gas pressure gauge) that utilizes the pressure dependence of the resonance resistance of a crystal resonator.

それは、PLL回路部、表示変換回路部、表示
回路部によつて構成される。前記PLL回路部は、
電圧又は電流によつて制御される周波数可変発振
器1、水晶振動子5の共振電流を電圧として増幅
する増幅器2、前記増幅器2の出力信号と前記周
波数可変発振器1の出力信号との位相差を比較
し、その位相差に比例する信号を出力する位相比
較器3と、前記位相比較器3の出力信号に比例す
る直流電圧を発生する低域濾波器4とによつて構
成され、前記低域濾波器4の出力電圧は前記周波
数可変発振器1の発振周波数を制御する。圧力セ
ンサである前記水晶振動子5は、前記周波数可変
発振器1の出力電圧で駆動される。
It is composed of a PLL circuit section, a display conversion circuit section, and a display circuit section. The PLL circuit section is
A variable frequency oscillator 1 controlled by voltage or current, an amplifier 2 that amplifies the resonant current of the crystal oscillator 5 as a voltage, and a comparison of the phase difference between the output signal of the amplifier 2 and the output signal of the variable frequency oscillator 1. and a phase comparator 3 that outputs a signal proportional to the phase difference, and a low-pass filter 4 that generates a DC voltage proportional to the output signal of the phase comparator 3. The output voltage of the generator 4 controls the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1. The crystal resonator 5, which is a pressure sensor, is driven by the output voltage of the variable frequency oscillator 1.

PLL回路の動作原理はすでに広く知られてい
るので、ここでは省略するが、前記周波数可変発
振器1の出力信号(すなわち、前記水晶振動子5
の駆動電圧)と、前記増幅器2の出力信号(すな
わち前記水晶振動子5を流れる電流)との位相差
が零になるように、前記周波数可変発振器1の発
振周波数が制御される。すなわち、前記水晶振動
子5は常にそれ自信の共振周波数で駆動される。
これは、周囲気体の圧力によつて前記水晶振動子
の共振周波数が変化しても、十分追従できる。
Since the operating principle of the PLL circuit is already widely known, it is omitted here, but the output signal of the frequency variable oscillator 1 (i.e., the crystal resonator 5
The oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is controlled so that the phase difference between the drive voltage (driving voltage) and the output signal of the amplifier 2 (that is, the current flowing through the crystal resonator 5) becomes zero. That is, the crystal resonator 5 is always driven at its own resonant frequency.
This allows sufficient tracking even if the resonant frequency of the crystal resonator changes due to the pressure of the surrounding gas.

次に、表示変換回路部は、前記水晶振動子5の
共振電流を電圧に変えられた信号(以下これを共
振電圧と称する)を、圧力を表示し得る電気信号
に変換する回路で、具体的には下記の回路よりな
る。それらは、表示部が電流計(メータ)で構成
される場合、前記増幅器2の出力信号を更に増幅
する主増幅器6、前記主増幅器6の出力信号を直
流にする整流回路7、前記整流回路7の出力電圧
をメータ駆動電圧に変換するメータ駆動回路8で
ある。本例の場合、表示部は電流計(メータ)9
であり、前記メータ9の針の振れ角により気体の
圧力を知る。
Next, the display conversion circuit unit is a circuit that converts a signal obtained by converting the resonant current of the crystal oscillator 5 into a voltage (hereinafter referred to as a resonant voltage) into an electric signal capable of displaying pressure. consists of the following circuit. When the display section is composed of an ammeter, these include a main amplifier 6 that further amplifies the output signal of the amplifier 2, a rectifier circuit 7 that converts the output signal of the main amplifier 6 into direct current, and the rectifier circuit 7. This is a meter drive circuit 8 that converts the output voltage of the meter into a meter drive voltage. In this example, the display section is an ammeter (meter) 9
The pressure of the gas is determined by the deflection angle of the needle of the meter 9.

前記整流回路7の出力電圧VDCは第3図に示す
ように気体圧力が下がると、第1図の共振電流i0
の傾向に一致して、増加する(VDCの最大値を
VU、最小値をVLとする)。このまま、前記メータ
9を駆動すると、圧力が下がるとともに前記メー
タ9の振れ角が大きくなり、一般的な圧力計の常
識に反する指示となる。そこで、前記メータ駆動
回路は前記整流回路7の出力電圧VDCを第3図の
曲線VMのように逆転し、さらに大気圧にて前記
メータ9の指針の振れ角をフルスケールにし、高
真空時に前記メータ9の指針の振れ角を零にする
ものである。
As shown in FIG. 3, when the gas pressure decreases, the output voltage V DC of the rectifier circuit 7 changes to the resonance current i 0 in FIG.
Consistent with the trend of increasing (the maximum value of V DC
V U and the minimum value is V L ). If the meter 9 is driven in this state, the pressure will decrease and the deflection angle of the meter 9 will increase, giving an indication that is contrary to common sense for a pressure gauge. Therefore, the meter drive circuit reverses the output voltage V DC of the rectifier circuit 7 as shown by the curve V M in FIG. At times, the deflection angle of the pointer of the meter 9 is made zero.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の自動発振器による気体圧力計では、自励
発振回路の帰還ループ内に、水晶振動子を使用す
るので、前記水晶振動子の共振抵抗に対応する出
力電圧が得られるが、前記出力電圧は、前記共振
抵抗値の他に、前記自励発振器のループ利得の影
響を強く受ける。又、前記水晶振動子の共振抵抗
が3桁(高真空では30kΩ、大気圧では300kΩ
強)以上も圧力によつて変わるので、高真空での
前記発振器の出力電圧の飽和を防止しようとする
と、前記水晶振動子の駆動電圧のレベルを低くし
なければならず、これにより常圧附近での自励発
振が困難になる。すなわち、自励発振方式では、
一般に圧力を読みとるための出力電圧が圧力セン
サである水晶振動子の共振抵抗以外の要因に強い
影響を受けることや、測定器としての圧力測定範
囲が前記水晶振動子が有効感度を保持できる圧力
範囲よりもせまくなつてしまうことなどにより前
記水晶振動子の圧力センサとしての性能を十分に
利用できない。又、安定な発振を維持するには、
通常、水晶振動子と発振回路を可能な限り近ずけ
なければならない(センサ・ケーブルが長くなる
と浮遊容量により発振が不安定になる)ことは、
実用上大きな制約である。
In a conventional gas pressure gauge using an automatic oscillator, a crystal resonator is used in the feedback loop of the self-excited oscillation circuit, so an output voltage corresponding to the resonant resistance of the crystal resonator is obtained. In addition to the resonance resistance value, it is strongly influenced by the loop gain of the self-excited oscillator. In addition, the resonance resistance of the crystal resonator is 3 digits (30kΩ in high vacuum, 300kΩ at atmospheric pressure).
Strong) and above also change depending on the pressure, so in order to prevent the output voltage of the oscillator from saturating in high vacuum, the driving voltage level of the crystal oscillator must be lowered, which makes it possible to reduce the voltage near normal pressure. self-sustained oscillation becomes difficult. In other words, in the self-oscillation method,
In general, the output voltage for reading pressure is strongly influenced by factors other than the resonance resistance of the crystal oscillator that is the pressure sensor, and the pressure measurement range as a measuring device is the pressure range within which the crystal oscillator can maintain effective sensitivity. As a result, the performance of the crystal resonator as a pressure sensor cannot be fully utilized. Also, to maintain stable oscillation,
Normally, the crystal resonator and oscillation circuit must be placed as close as possible (the longer the sensor cable, the more unstable the oscillation will be due to stray capacitance).
This is a major practical limitation.

一方、本発明による水晶式気体圧力計では、前
記周波数可変発振器1の出力電圧は前記水晶振動
子5の共振抵抗値に関係なく一定であるので、前
記水晶振動子5は常に共振状態で一定の振幅の電
圧で駆動される。このため、第1図と第3図に示
すように、前記整流回路の出力電圧VDCは前記水
晶振動子の共振電流iO、又、前記メータ駆動回路
の出力電圧VM(前記メータ9の針の振れ角はVM
に正比例する)は、前記水晶振動子5の共振抵抗
ROにそれぞれ一致する。すなわち、前記メータ
駆動電圧VMは、前記水晶振動子の共振抵抗RO
みによつて決まるので、このような気体圧力計は
圧力センサとしての水晶振動子の性能を完全に利
用できる。又、前記水晶振動子の駆動源インピー
ダンスと、前記水晶振動子の共振電流を増幅する
増幅器の入力インピーダンスとが十分に低けれ
ば、センサ(水晶振動子)と気体圧力計本体とを
結ぶケーブルの長さを非常に長く(例えば30から
50m)しても何ら支障がない。これらは、実用上
大きな利点である。しかし、この方式にも次のよ
うな問題がある。すなわち、前記PLLの可変周
波数発振器がいつたん前記水晶振動子の共振周波
数でロツクされると、そのロツクは非常に安定
で、高真空から一気に常圧にもどしても(この
時、前記水晶振動子の共振周波数は数Hzも変化す
る)ロツクがはずれることはないが、ロツク状態
にするために、一度は、数Hzも変化する水晶振動
子の共振周波数に、非常に高い精度(水晶振動子
のQが約10万なので、少なくとも1×10-5程度の
精度)で前記可変周波数発振器の発振周波数を調
整する必要がある。
On the other hand, in the crystal gas pressure gauge according to the present invention, since the output voltage of the variable frequency oscillator 1 is constant regardless of the resonance resistance value of the crystal oscillator 5, the crystal oscillator 5 is always in a resonant state and has a constant state. It is driven by a voltage of amplitude. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, the output voltage V DC of the rectifier circuit is equal to the resonance current i O of the crystal resonator, and the output voltage V M of the meter drive circuit ( The deflection angle of the needle is V M
) is the resonant resistance of the crystal resonator 5
Match R O respectively. That is, since the meter drive voltage V M is determined only by the resonance resistance R O of the crystal resonator, such a gas pressure gauge can fully utilize the performance of the crystal resonator as a pressure sensor. Furthermore, if the drive source impedance of the crystal oscillator and the input impedance of the amplifier that amplifies the resonant current of the crystal oscillator are sufficiently low, the length of the cable connecting the sensor (crystal oscillator) and the main body of the gas pressure gauge can be reduced. for a very long time (e.g. from 30
50m) without any problem. These are great practical advantages. However, this method also has the following problems. In other words, once the variable frequency oscillator of the PLL is locked at the resonant frequency of the crystal oscillator, that lock is extremely stable, and even if the pressure is suddenly returned from high vacuum to normal pressure (at this time, the crystal oscillator The resonant frequency of the crystal oscillator changes by several Hz), but in order to maintain the lock state, the resonant frequency of the crystal oscillator, which changes by several Hz, must be adjusted to a very high precision (the resonant frequency of the crystal oscillator changes by several Hz). Since Q is approximately 100,000, it is necessary to adjust the oscillation frequency of the variable frequency oscillator with an accuracy of at least 1×10 −5 .

本発明は上記の事情に鑑み為されたもので、電
源スイツチ、又は何らかの起動スイツチをONに
すると、前記可変周波数発振器の発振周波数を掃
引し、前記水晶振動子の共振周波数に同調させる
ことによつて、前記PLL回路をロツクするもの
である。
The present invention was made in view of the above circumstances, and when a power switch or some kind of start switch is turned on, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator is swept and tuned to the resonant frequency of the crystal resonator. This locks the PLL circuit.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の図によつて説明する。第4図は、
本発明の実施により、PLLの周波数可変発振器
が水晶振動子の共振周波数でロツクされる過程を
示すものである。電源スイツチ(図示せず)を
ONにする(時間t=0)と、前記可変周波数1
の発振周波数がfoscが徐々に低下し、やがて、前
記水晶振動子の共振周波数fOに等しくなる。この
周波数の変化速度が前記水晶振動子5の応答時間
に適合する程度であれば、ここで前記水晶振動子
は共振電流が流れ、前記増幅器2がこれを増幅
し、前記位相比較器3と前記低域濾波器4とによ
つて前記可変周波数発振器1をロツクする。従つ
て、それ以降の前記可変周波数発振器1の発振周
波数はfosc=fOである。
Next, the present invention will be explained with reference to figures. Figure 4 shows
3 illustrates the process in which the variable frequency oscillator of the PLL is locked at the resonant frequency of the crystal resonator according to the implementation of the present invention. Turn on the power switch (not shown)
When turned ON (time t=0), the variable frequency 1
The oscillation frequency of fosc gradually decreases and eventually becomes equal to the resonant frequency fO of the crystal resonator. If the rate of change in frequency is compatible with the response time of the crystal resonator 5, a resonant current flows through the crystal resonator, the amplifier 2 amplifies this, and the phase comparator 3 and the The variable frequency oscillator 1 is locked by a low pass filter 4. Therefore, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 thereafter is fosc= fosc .

第5図は、本発明の実施例のブロツク図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the invention.

10は電源に接続するスイツチ10dをONに
すると同時に、時間とともに波高値の変化する電
圧を発生する制御電圧発生器で、前記制御電圧発
生器10の出力電圧はスイツチ回路11を経て前
記可変周波数発振器1に加わり、その発振周波数
を掃引する働きを持つ。前記スイツチ回路11は
通常は「閉」状態で前記制御電圧発生器10の出
力電圧を前記周波数可変発振器1に加えるが、前
記水晶振動子5が共振(すなわちPLLがロツク)
すると、前記整流回路7の出力電圧が出現し、前
記整流回路7の出力電圧によつて、「開」状態と
なり、これ以上前記制御電圧発生器10の出力電
圧が前記周波数可変発振器1の発振周波数を掃引
することはなく(第4図参照)、前記PLL回路部
はそれ自身の状態で安定するようになる。前記ス
イツチ回路11は、基本的には電界効果トランジ
スタのような三端子スイツチング素子によつて構
成される。
Reference numeral 10 denotes a control voltage generator that generates a voltage whose peak value changes over time when a switch 10d connected to the power source is turned on. 1 and has the function of sweeping the oscillation frequency. The switch circuit 11 is normally in the "closed" state and applies the output voltage of the control voltage generator 10 to the variable frequency oscillator 1, but when the crystal oscillator 5 resonates (that is, the PLL is locked)
Then, the output voltage of the rectifier circuit 7 appears, and the output voltage of the rectifier circuit 7 becomes an "open" state. (see FIG. 4), and the PLL circuit becomes stable in its own state. The switch circuit 11 is basically constituted by a three-terminal switching element such as a field effect transistor.

第6図は前記制御電圧発生器10の構成の一例
を示す図である。10aはモノマルチ、10bは
積分器、10cは減衰器である。第7図は前記制
御電圧発生器10の各構成部の出力電圧の波形を
示す図である。前記スイツチ10d(系全体の電
源スイツチ)として使つてもよい)を「閉」にす
ると前記モノマルチ10aが動作し、具体的には
幅が約8秒程度のパルスを発生する(第7図a)。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the control voltage generator 10. 10a is a monomulti, 10b is an integrator, and 10c is an attenuator. FIG. 7 is a diagram showing waveforms of output voltages of each component of the control voltage generator 10. When the switch 10d (which may be used as a power switch for the entire system) is closed, the monomulti 10a operates, and specifically generates a pulse with a width of about 8 seconds (see Fig. 7a). ).

このパルスは積分器10bに加えられ、具体的
には、波高値15V程度の三角波(第7図b)が得
られる。この三角波は減衰器10cに加えられ具
体的には、波高値8V程度の出力電圧(制御電圧
VCで波形は第7図c)が得られる。前記制御電
圧VCの大きさは前記周波数可変発振器1の特性
によつて決まるものである。前記制御電圧VC
前記周波数可変発振器1に加えられ、その結果前
記周波数可変発振器1の発振周波数は第7図dの
ように変化する。
This pulse is applied to the integrator 10b, and specifically, a triangular wave (FIG. 7b) with a peak value of about 15V is obtained. This triangular wave is applied to the attenuator 10c, and specifically, the output voltage (control voltage
At V C , the waveform shown in Figure 7c) is obtained. The magnitude of the control voltage V C is determined by the characteristics of the variable frequency oscillator 1. The control voltage V C is applied to the variable frequency oscillator 1, so that the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 changes as shown in FIG. 7d.

第8図は、前記制御電圧発生器10の構成の他
の例で、第8図aは抵抗10eとコンデンサ10
fによる充電回路と、バツフア10gとによつて
構成され、第8図bは単に前記抵抗10eと前記
コンデンサ10fのみによつて構成される。前記
周波数可変発振器1の周波数制御電圧入力インピ
ーダンスが十分高い場合には必ずしも前記バツフ
ア10gは必要ない。第9図aは第8図に示す構
成例の制御電圧VCの波形を示し、第9図bは前
記周波数可変発振器1の発振周波数変化を示して
いる。第8図に示す構成例は構成が非常に簡単で
あるが、次のような欠点がある。すなわち、第9
図bにおいて、前記周波数可変発振器1の時間t
=0での発振周波数が相対的に高い(f1)とPLL
がロツクする時間は非常に長くなる(t1)か又は
いつまでたつてもロツクしなくなる。一方、前記
周波数可変発振器1の発振周波数が相対的に低い
(f3)と、前記水晶振動子5の共振周波数fOを横
切る時の周波数変化率が大きすぎ、前記水晶振動
子5が応答できなくなり、結果的にPLLがロツ
クしなくなる。このように、PLLのロツクする
周波数範囲が狭くなることが、第8図の構成例の
欠点であり、これは前記制御電圧VCの時間的変
化が、充電(放電)曲線だからである。一方、第
6図に示す構成例では、前記制御電圧VCの時間
的変化が直線的(第7図c)なので、第8図に示
す構成例のような欠点を有しないことは明白であ
る。
FIG. 8 shows another example of the configuration of the control voltage generator 10, and FIG. 8a shows a resistor 10e and a capacitor 10.
The charging circuit shown in FIG. 8B is composed of only the resistor 10e and the capacitor 10f. If the frequency control voltage input impedance of the variable frequency oscillator 1 is sufficiently high, the buffer 10g is not necessarily required. 9a shows the waveform of the control voltage V C in the configuration example shown in FIG. 8, and FIG. 9b shows the change in the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1. In FIG. Although the configuration example shown in FIG. 8 has a very simple configuration, it has the following drawbacks. That is, the ninth
In figure b, the time t of the variable frequency oscillator 1
If the oscillation frequency at = 0 is relatively high (f 1 ), the PLL
The time it takes to lock becomes very long (t 1 ) or it never locks. On the other hand, if the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is relatively low (f 3 ), the rate of frequency change when crossing the resonant frequency f O of the crystal oscillator 5 is too large, and the crystal oscillator 5 cannot respond. As a result, the PLL will no longer lock. The disadvantage of the configuration example shown in FIG. 8 is that the frequency range in which the PLL locks becomes narrow as described above, and this is because the temporal change in the control voltage V C is a charging (discharging) curve. On the other hand, in the configuration example shown in FIG. 6, since the temporal change in the control voltage V C is linear (FIG. 7c), it is clear that the configuration example shown in FIG. 8 does not have the drawbacks. .

第10図は、前記制御電圧を前記低域濾波器4
に印加することによつて、前記周波数可変発振器
1の発振周波数を変える構成例を示している。
FIG. 10 shows how the control voltage is applied to the low pass filter 4.
An example of a configuration is shown in which the oscillation frequency of the variable frequency oscillator 1 is changed by applying .

低域濾波器は一般に直流を通すことができるの
で、第10図に示す構成が可能である。又、低域
濾波器の入力インピーダンスは一般的に高くとれ
るので第10図の構成例では、前記制御電圧発生
器の出力インピーダンスをあまり考慮しないでよ
いという利点がある。
Since a low-pass filter can generally pass direct current, the configuration shown in FIG. 10 is possible. Furthermore, since the input impedance of the low-pass filter is generally high, the configuration example shown in FIG. 10 has the advantage that the output impedance of the control voltage generator need not be taken into consideration much.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べてきたように、本発明は、PLL回路
によつて水晶振動子を駆動する水晶式気体圧力計
において、前記PLL回路部中の周波数可変発振
器、もしくは前記発振器の発振周波数を制御する
低域濾波器に、波高値が時間的に変化する電圧を
印加することにより、前記周波数可変発振器の発
振周波数を掃引し、前記周波数掃引増幅内に圧力
センサである水晶振動子の共振周波数があるよう
にすることによつて、PLL回路を前記水晶振動
子の共振周波数でロツクするものである。
As described above, in a crystal gas pressure gauge in which a crystal resonator is driven by a PLL circuit, the present invention provides a variable frequency oscillator in the PLL circuit, or a low frequency By applying a voltage whose peak value changes over time to the filter, the oscillation frequency of the variable frequency oscillator is swept, so that the resonant frequency of the crystal oscillator, which is the pressure sensor, is within the frequency sweep amplification. By doing so, the PLL circuit is locked at the resonant frequency of the crystal resonator.

水晶振動子の共振抵抗の気体圧力依存性を利用
する水晶式気体圧力計においては、前記水晶振動
子を一定電圧で駆動することは本質的に重要であ
り、前記定電圧駆動にPLL回路が優れているこ
とは前述した。前記PLL回路を前記水晶振動子
の共振周波数でロツクするには、まず、前記水晶
振動子をいつたん共振状態にすることが本質的に
必要である。本発明によつて、前記水晶振動子を
最初に共振状態にすることができること、本発明
は、前記PLL回路に内蔵する周波数可変発振器
そのものを利用するので回路の構成が簡単である
こと、前記PLL回路のキヤプチヤ・レンジ(基
準信号の周波数、本発明では前記水晶振動子の共
振周波数に対して前記周波数可変発振器の周波数
を変えていつた時にロツクに引き込める周波数の
幅)の範囲内で前記周波数可変発振器の発振周波
数のエージングや部品定数のバラツキ等に起因す
る変動を許容できること(周波数許容変動幅があ
る実施例では4kHz以上であつた。これは、前記
水晶振動子の共振周波数を約32kHzとすると13%
程度に相当する)、といつた実用上大きな効果を
有するものである。
In a crystal gas pressure gauge that utilizes the gas pressure dependence of the resonance resistance of a crystal oscillator, it is essentially important to drive the crystal oscillator with a constant voltage, and a PLL circuit is excellent for driving the crystal oscillator at a constant voltage. As mentioned above, In order to lock the PLL circuit at the resonant frequency of the crystal resonator, it is essentially necessary to first bring the crystal resonator into a resonant state. According to the present invention, it is possible to first bring the crystal resonator into a resonant state; the present invention uses the variable frequency oscillator itself built into the PLL circuit, so the circuit configuration is simple; The frequency can be varied within the capture range of the circuit (the frequency of the reference signal; in the present invention, the range of frequencies that can be pulled into lock when the frequency of the variable frequency oscillator is varied with respect to the resonant frequency of the crystal resonator). It must be able to tolerate fluctuations caused by aging of the oscillation frequency of the oscillator, variations in component constants, etc. (In the example with a permissible frequency fluctuation range, it was 4 kHz or more. This means that if the resonant frequency of the crystal resonator is approximately 32 kHz, 13%
This has great practical effects, such as:

なお、本発明の実施例では明示しなかつたが、
前記PLL回路部が前記水晶振動子5の共振周波
数でロツクした後、前記スイツチ回路11で前記
制御電圧を「断」にする代わりに、前記制御電圧
をある一定値に保持する手段を導入することによ
つて前記スイツチ回路11を除去することができ
ることは明白であり、このような手段も本発明の
思想に含まれることは言う迄もない。
Although not specified in the embodiments of the present invention,
After the PLL circuit unit is locked at the resonant frequency of the crystal oscillator 5, instead of turning off the control voltage using the switch circuit 11, a means for maintaining the control voltage at a certain constant value is introduced. It is obvious that the switch circuit 11 can be removed by using the above method, and it goes without saying that such means are also included in the spirit of the present invention.

又、本発明の実施例では前記表示部を構成する
要素として前記メータを用いたが、前記メータの
代わりにデジタル回路によるデジタル表示デバイ
スを用いても、その効果は同じである。
Further, in the embodiment of the present invention, the meter is used as an element constituting the display section, but the effect is the same even if a digital display device using a digital circuit is used instead of the meter.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、水晶振動子の共振抵抗、共振電流、
共振周波数と気体(N2)圧力との関係を示す図、
第2図は水晶式気体圧力計の電子回路ブロツク
図、第3図は前記電子回路内の整流回路出力電圧
と、メータ駆動電圧の気体圧力との関係を示す
図、第4図はPLLの周波数可変発振器が水晶振
動子の共振周波数でロツクする過程を示す図、第
5図は本発明の実施例のブロツク図、第6図は本
発明の実施例における制御電圧発生器の構成を示
すブロツク図、第7図は前記制御電圧発生器の各
構成部分の波形を示す図、第8図は本発明の他の
実施例を示す図、第9図は、第8図に示す実施例
の各構成部分の波形を示す図、第10図は本発明
の他の実施例を示す図である。 1……周波数可変発振器、2……増幅器、3…
…位相比較器、4……低域濾波器、5……水晶振
動子、6……主増幅器、7……整流回路、8……
メータ駆動回路、9……メータ、10……制御電
圧発生器、11……スイツチ回路、10a……モ
ノマルチ、10b……積分器、10c……減衰
器、10d……スイツチ、10e……抵抗、10
f……コンデンサ、10g……バツフア。
Figure 1 shows the resonant resistance, resonant current, and
A diagram showing the relationship between resonance frequency and gas (N 2 ) pressure,
Figure 2 is an electronic circuit block diagram of a crystal gas pressure gauge, Figure 3 is a diagram showing the relationship between the output voltage of the rectifier circuit in the electronic circuit and the gas pressure of the meter drive voltage, and Figure 4 is the frequency of the PLL. A diagram showing the process in which the variable oscillator locks at the resonant frequency of the crystal resonator, FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control voltage generator in the embodiment of the present invention. , FIG. 7 is a diagram showing waveforms of each component of the control voltage generator, FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing each configuration of the embodiment shown in FIG. 8. FIG. 10 is a diagram showing a partial waveform, and is a diagram showing another embodiment of the present invention. 1... variable frequency oscillator, 2... amplifier, 3...
... Phase comparator, 4 ... Low-pass filter, 5 ... Crystal oscillator, 6 ... Main amplifier, 7 ... Rectifier circuit, 8 ...
Meter drive circuit, 9...meter, 10...control voltage generator, 11...switch circuit, 10a...monomulti, 10b...integrator, 10c...attenuator, 10d...switch, 10e...resistance , 10
f...Capacitor, 10g...Batsuhua.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも、周波数可変発振器、位相比較
器、低減濾波器、増幅器より成るフエーズ・ロツ
クド・ループ(PLL)回路部と、前記周波数可
変発振器と前記増幅器との間に接続された水晶振
動子と前記PLL回路部に接続された表示部とを
有し、前記水晶振動子の共振抵抗値、又は共振電
流値又は、共振電圧値から前記水晶振動子の周囲
気体の圧力を測定する水晶式気体圧力計におい
て、時間とともに出力電圧が変化する制御電圧発
生器を有し、前記制御電圧発生器は、前記周波数
可変発振器の発振周波数を掃引するように、前記
周波数可変発振器の周波数制御端子又は前記低減
濾波器に接続されることを特徴とする水晶式気体
圧力計。 2 前記制御電圧発生器と前記周波数可変発振器
又は前記低減濾波器との間に、前記表示部を構成
する部分の電圧によつて活性化するスイツチ回路
が接続されることを特徴とする1項記載の水晶式
気体圧力計。 3 前記制御電圧発生器が、少なくともモノマル
チ、積分器から構成されることを特徴とする1項
記載の水晶式気体圧力計。 4 前記制御電圧発生器が少なくとも、抵抗とコ
ンデンサによつて構成されることを特徴とする1
項記載の水晶式気体圧力計。
[Claims] 1. A phase locked loop (PLL) circuit section comprising at least a variable frequency oscillator, a phase comparator, a reduction filter, and an amplifier, and a phase locked loop (PLL) circuit section connected between the variable frequency oscillator and the amplifier. It has a crystal oscillator and a display section connected to the PLL circuit section, and measures the pressure of the gas surrounding the crystal oscillator from the resonance resistance value, resonance current value, or resonance voltage value of the crystal oscillator. The crystal gas pressure gauge includes a control voltage generator whose output voltage changes over time, and the control voltage generator is connected to a frequency control terminal of the variable frequency oscillator so as to sweep the oscillation frequency of the variable frequency oscillator. Or a crystal gas pressure gauge, characterized in that it is connected to the reduction filter. 2. The device according to item 1, characterized in that a switch circuit activated by a voltage of a portion constituting the display section is connected between the control voltage generator and the variable frequency oscillator or the reduction filter. crystal gas pressure gauge. 3. The crystal gas pressure gauge according to item 1, wherein the control voltage generator is composed of at least a monomultiplier and an integrator. 4. The control voltage generator is comprised of at least a resistor and a capacitor.
Crystal gas pressure gauge as described in section.
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