JP4893170B2 - Density sensor - Google Patents

Density sensor Download PDF

Info

Publication number
JP4893170B2
JP4893170B2 JP2006237227A JP2006237227A JP4893170B2 JP 4893170 B2 JP4893170 B2 JP 4893170B2 JP 2006237227 A JP2006237227 A JP 2006237227A JP 2006237227 A JP2006237227 A JP 2006237227A JP 4893170 B2 JP4893170 B2 JP 4893170B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
wave
signal
signal wave
initial signal
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 - Fee Related
Application number
JP2006237227A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008058211A (en
Inventor
孝士 川井
英之 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2006237227A priority Critical patent/JP4893170B2/en
Publication of JP2008058211A publication Critical patent/JP2008058211A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4893170B2 publication Critical patent/JP4893170B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、特に、気体あるいは液体の密度を検出する密度センサに関するものである。   The present invention particularly relates to a density sensor for detecting the density of a gas or a liquid.

従来のこの種の密度センサは図７、図８に示すような構成となっていた。   This type of conventional density sensor has a configuration as shown in FIGS.

図７、図８において、１は振動子、２はリード棒で、このリード棒２は信号変換回路３と電気的に接続され、そして、この信号変換回路３は、発振回路４、基準信号発生回路５、周波数測定回路６、周波数気圧変換回路７および表示駆動回路８により構成していた。   7 and 8, reference numeral 1 denotes a vibrator, 2 denotes a lead bar, the lead bar 2 is electrically connected to a signal conversion circuit 3, and the signal conversion circuit 3 includes an oscillation circuit 4 and a reference signal generator. The circuit 5, the frequency measurement circuit 6, the frequency pressure conversion circuit 7, and the display drive circuit 8 are included.

以上のように構成された従来の密度センサについて、次に、その動作を説明する。   Next, the operation of the conventional density sensor configured as described above will be described.

従来の密度センサは、大気中に置かれた振動子１の周囲の気体密度が気圧に比例するため、その気圧に応じた周波数の変化を発振回路４により検出し、そして、この発振信号を入力として基準信号発生回路５と周波数測定回路６とにより周波数の変化を検出し、さらに、周波数気圧変換回路７および表示駆動回路８を介して表示情報を表示部９に出力することにより、大気圧の変化量を検出するものであった。   In the conventional density sensor, since the gas density around the vibrator 1 placed in the atmosphere is proportional to the atmospheric pressure, the oscillation circuit 4 detects a change in frequency according to the atmospheric pressure, and inputs this oscillation signal. The reference signal generation circuit 5 and the frequency measurement circuit 6 detect a change in frequency, and the display information is output to the display unit 9 via the frequency / atmospheric pressure conversion circuit 7 and the display drive circuit 8. The amount of change was detected.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
実開昭６１−１６７５３７号公報（実願昭６０−５０６７３号のマイクロフィルム） As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
Japanese Utility Model Publication No. 61-167537 (microfilm of Japanese Utility Model Application No. 60-50673)

しかしながら、上記した従来の密度センサの構成では、振動子１の周囲の気体密度に応じた周波数の変化を発振回路４により検出するものであるため、振動子１の周囲の温度が変化すると振動子１の縦弾性係数が変化することになり、これにより、振動子１の共振周波数が変化するため、空気の密度を正確に測定することができなくなってしまうという課題を有していた。   However, in the configuration of the conventional density sensor described above, since the oscillation circuit 4 detects a change in frequency according to the gas density around the vibrator 1, the vibrator 1 changes when the temperature around the vibrator 1 changes. 1 has a problem in that the density of air cannot be measured accurately because the resonance frequency of the vibrator 1 changes.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、振動子の周囲の温度が変化しても測定物の密度を正確に測定することができる密度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a density sensor that can accurately measure the density of a measurement object even if the ambient temperature of a vibrator changes.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項１に記載の発明は、駆動電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子の共振によりモニタ電極から発生する出力信号から搬送波を生成する搬送波発生回路と、前記振動子の共振周波数よりも低周波の初期信号波を発生させる初期信号波出力手段と、前記振動子の共振によりモニタ電極から発生する周囲の気体の抵抗により位相のずれた変調信号を復調することにより初期信号波より位相のずれた信号波を出力するＡＭ復調器と、前記初期信号波出力手段からの初期信号波と前記搬送波発生回路からの出力信号とを変調して合成した変調信号を駆動信号として前記振動子に入力するＡＭ変調器とを備え、前記初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ変調器の信号波との位相差を比較回路により比較することにより、気体の密度を、気体の抵抗により生じる位相差として検出するようにしたもので、この構成によれば、比較回路で、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ変調器の信号波との位相差を比較するようにしたため、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ復調器の信号波との位相差が共に、振動子の温度変化による縦弾性係数の変化の影響を受けないこととなり、振動子の周囲の温度が変化しても、測定物（空気）の密度をさらに正確に測定できるという作用効果を有するものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a vibrator provided with a drive electrode and a monitor electrode, a carrier wave generating circuit for generating a carrier wave from an output signal generated from the monitor electrode by resonance of the vibrator, and the vibrator initial and initial signal wave output means for generating an initial signal wave of a low frequency than the resonance frequency by demodulating the modulated signal out of phase by the resistance of the surrounding gas generated from the monitor electrode by the resonance of the vibrator and an AM demodulator for outputting a shifted signal wave of the phase from the signal wave, a modulated signal modulated to synthesize an output signal from the initial signal wave and the carrier wave generating circuit from the initial signal-wave output means as a drive signal by comparing by the a AM modulator for input to the oscillator, comparing the phase difference between the signal wave of the initial signal wave and AM modulator of the initial signal-wave output unit circuit, the gas The density is detected as a phase difference caused by gas resistance. According to this configuration, the phase difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM modulator is detected by the comparison circuit. Since the comparison is made, the phase difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM demodulator is not affected by the change of the longitudinal elastic modulus due to the temperature change of the vibrator. Even if the ambient temperature changes, the density of the measurement object (air) can be measured more accurately.

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、搬送波発生回路にＡＧＣ回路を設けるとともに、比較回路で、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ復調器の信号波との振幅差を比較するようにしたもので、この構成によれば、搬送波発生回路にＡＧＣ回路を設けるとともに、比較回路で、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ復調器の信号波との振幅差を比較するようにしているため、振動子の周囲の温度が変化して、振動子の縦弾性係数が変化しても、ＡＧＣ回路により、搬送波発生回路で生成される搬送波の振動の振幅を一定にすることができ、これにより、振動子の周囲の温度が変化しても、測定物（空気）の密度をさらに正確に測定できるという作用効果を有するものである。 According to the second aspect of the present invention, in particular, the AGC circuit is provided in the carrier wave generation circuit, and the comparison circuit compares the amplitude difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM demodulator. According to this configuration, the AGC circuit is provided in the carrier wave generation circuit, and the comparison circuit compares the amplitude difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM demodulator. Therefore, even if the ambient temperature of the vibrator changes and the longitudinal elastic modulus of the vibrator changes, the amplitude of the vibration of the carrier wave generated by the carrier wave generation circuit is made constant by the AGC circuit. Thus, even if the temperature around the vibrator changes, the density of the measurement object (air) can be measured more accurately.

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、振動子を密度測定物質中で振動駆動させたときに、振動子における共振周波数での位相特性よりもπ／４ｒａｄ位相が偏移する点の周波数での位相差を比較回路により比較するようにしたもので、この構成によれば、π／４ｒａｄ位相が偏移する点の周波数での位相差は、振動子の周囲の気体の密度により大きく変化するため、密度測定の感度が向上するという作用効果を有するものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is that, in particular, when the vibrator is driven to vibrate in the density measuring substance, the π / 4 rad phase shifts more than the phase characteristic at the resonance frequency of the vibrator. The phase difference at the frequency is compared by the comparison circuit. According to this configuration, the phase difference at the frequency at which the π / 4 rad phase shifts is larger due to the density of the gas around the vibrator. Since it changes, it has the effect of improving the sensitivity of density measurement.

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、振動子の振幅が所定の振幅になった際にＡＭ変調器が動作するように、ＡＭ変調器に動作スイッチを設けたもので、この構成によれば、振動子の振幅が所定の振幅になった際にＡＭ変調器が動作するように、ＡＭ変調器に動作スイッチを設けているため、振動子の振幅が所定の振幅になる前は、ＡＭ変調器は動作しないことになり、これにより、共振周波数以外での共振をすることはなくなり、不正確な出力信号を出力することもないため、出力信号の信頼性が向上するという作用効果を有するものである。 In the invention according to claim 4 of the present invention, in particular, an operation switch is provided in the AM modulator so that the AM modulator operates when the amplitude of the vibrator reaches a predetermined amplitude. Since the AM modulator is provided with an operation switch so that the AM modulator operates when the amplitude of the vibrator reaches a predetermined amplitude, before the amplitude of the vibrator becomes the predetermined amplitude, Therefore, the AM modulator does not operate, so that it does not resonate at a frequency other than the resonance frequency and does not output an inaccurate output signal, so that the reliability of the output signal is improved. It is what has.

以上のように本発明の密度センサは、駆動電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子の共振によりモニタ電極から発生する出力信号から搬送波を生成する搬送波発生回路と、前記振動子の共振周波数よりも低周波の初期信号波を発生させる初期信号波出力手段と、前記振動子の共振によりモニタ電極から発生する周囲の気体の抵抗により位相のずれた変調信号を復調することにより初期信号波より位相のずれた信号波を出力するＡＭ復調器と、前記初期信号波出力手段からの初期信号波と前記搬送波発生回路からの出力信号とを変調して合成した変調信号を駆動信号として前記振動子に入力するＡＭ変調器とを備え、前記初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ変調器の信号波との位相差を比較回路により比較することにより、気体の密度を、気体の抵抗により生じる位相差として検出するようにしたもので、この構成によれば、比較回路で、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ変調器の信号波との位相差を比較するようにしたため、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ復調器の信号波との位相差が共に、振動子の温度変化による縦弾性係数の変化の影響を受けないこととなり、振動子の周囲の温度が変化しても、測定物（空気）の密度をさらに正確に測定できるという優れた効果を奏するものである。 As described above, the density sensor of the present invention includes a vibrator provided with a drive electrode and a monitor electrode, a carrier wave generation circuit that generates a carrier wave from an output signal generated from the monitor electrode due to resonance of the vibrator, an initial signal wave output means for generating an initial signal wave of a low frequency than the resonance frequency, the initial signal by demodulating the modulated signal out of phase by the resistance of the surrounding gas generated from the monitor electrode by the resonance of the vibrator wherein the AM demodulator to output phase-shifted signal waves from the wave, a modulated signal modulated to synthesize an output signal from the initial signal wave and the carrier wave generating circuit from the initial signal-wave output means as a drive signal and a AM modulator for input to the oscillator, by comparing the comparison circuit the phase difference between the signal wave of the initial signal wave and AM modulator of the initial signal wave output means, the gas In this configuration, the phase difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM modulator is detected by the comparison circuit. Therefore, the phase difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM demodulator is not affected by the change of the longitudinal elastic modulus due to the temperature change of the vibrator, and the vibration Even if the temperature around the child changes, the density of the measurement object (air) can be measured more accurately .

以下、本発明の一実施の形態における密度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a density sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の一実施の形態における密度センサの回路図、図２は同密度センサにおける振動子の斜視図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of a density sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a vibrator in the density sensor.

図１、図２において、１１は振動子で、この振動子１１は四角柱状の水晶製の駆動電極振動体１２と、四角柱状の水晶製のモニタ電極振動体１３と、水晶製の接続部１４とにより構成されている。そして、前記駆動電極振動体１２は４つの側面に金からなる駆動電極１５ａおよび１５ｂを設けている。また前記モニタ電極振動体１３は駆動電極振動体１２と平行に設けられており、その表面および裏面に金からなるモニタ電極１６を設けている。１９は搬送波発生回路で、この搬送波発生回路１９は前記振動子１１のモニタ電極１６の電荷を入力する増幅器２０と、この増幅器２０の出力信号を入力するバンドパスフィルタ２１と、このバンドパスフィルタ２１の出力信号を入力する整流器２２と、この整流器２２の出力信号を入力する平滑回路２３とにより構成されている。２４はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路２４は前記搬送波発生回路１９における平滑回路２３の出力信号を入力し、前記バンドパスフィルタ２１の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。２５は駆動制御回路で、この駆動制御回路２５は前記ＡＧＣ回路２４の出力信号を入力するとともに、振動子１１における共振周波数からなる搬送波を出力信号として出力するものである。２６は初期信号波出力手段で、この初期信号波出力手段２６は、振動子１１の共振周波数よりも低周波の初期信号波を出力するものである。２７はＡＭ変調器で、このＡＭ変調器２７は前記搬送波発生回路１９における搬送波からなる出力信号と初期信号波出力手段２６からの初期信号波とを変調して合成した変調信号を前記振動子１１における駆動電極１５ａに入力するものである。２８は反転アンプで、この反転アンプ２８は前記ＡＭ変調器２７からの変調信号を反転させた後、振動子１１における駆動電極１５ｂに入力するものである。２９は動作スイッチで、この動作スイッチ２９は前記ＡＭ変調器２７の動作を切り替えるものである。   1 and 2, reference numeral 11 denotes a vibrator. The vibrator 11 is a quadrangular columnar crystal drive electrode vibrator 12, a quadrangular columnar crystal monitor electrode vibrator 13, and a crystal connection portion 14. It is comprised by. The drive electrode vibrating body 12 is provided with drive electrodes 15a and 15b made of gold on four side surfaces. The monitor electrode vibrating body 13 is provided in parallel with the drive electrode vibrating body 12, and a monitor electrode 16 made of gold is provided on the front and back surfaces thereof. Reference numeral 19 denotes a carrier wave generation circuit. The carrier wave generation circuit 19 includes an amplifier 20 for inputting the charge of the monitor electrode 16 of the vibrator 11, a band pass filter 21 for inputting an output signal of the amplifier 20, and the band pass filter 21. The rectifier 22 inputs the output signal of the rectifier 22 and the smoothing circuit 23 inputs the output signal of the rectifier 22. Reference numeral 24 denotes an AGC circuit. The AGC circuit 24 inputs an output signal of the smoothing circuit 23 in the carrier wave generation circuit 19 and amplifies or attenuates the output signal of the bandpass filter 21. Reference numeral 25 denotes a drive control circuit. The drive control circuit 25 inputs an output signal of the AGC circuit 24 and outputs a carrier wave having a resonance frequency in the vibrator 11 as an output signal. Reference numeral 26 denotes an initial signal wave output means. The initial signal wave output means 26 outputs an initial signal wave having a frequency lower than the resonance frequency of the vibrator 11. Reference numeral 27 denotes an AM modulator. The AM modulator 27 modulates and combines a modulated signal obtained by modulating an output signal composed of a carrier wave in the carrier wave generation circuit 19 and an initial signal wave from the initial signal wave output means 26. Are input to the drive electrode 15a. Reference numeral 28 denotes an inverting amplifier. The inverting amplifier 28 inverts the modulation signal from the AM modulator 27 and then inputs the inverted signal to the drive electrode 15 b of the vibrator 11. Reference numeral 29 denotes an operation switch. The operation switch 29 switches the operation of the AM modulator 27.

上記したように本発明の一実施の形態においては、振動子１１の振幅が所定の振幅になった際にＡＭ変調器２７が動作するように、ＡＭ変調器２７に動作スイッチ２９を設けているため、振動子１１の振幅が所定の振幅になる前は、ＡＭ変調器２７が動作するということはなくなり、これにより、共振周波数以外での共振を防止することができ、そして不正確な出力信号を出力することもないため、出力信号の信頼性が向上するという効果が得られるものである。   As described above, in the embodiment of the present invention, the operation switch 29 is provided in the AM modulator 27 so that the AM modulator 27 operates when the amplitude of the vibrator 11 reaches a predetermined amplitude. Therefore, before the amplitude of the vibrator 11 reaches a predetermined amplitude, the AM modulator 27 does not operate, whereby resonance other than the resonance frequency can be prevented, and an inaccurate output signal is generated. Therefore, the reliability of the output signal is improved.

また、図１、図２において、３０はＡＭ復調器で、このＡＭ復調器３０は前記モニタ電極振動体１３におけるモニタ電極１６に電気的に接続されるとともに、このモニタ電極１６から出力される出力信号を復調することにより、搬送波分の信号を除去した出力信号を出力するものである。３１は比較回路で、この比較回路３１は初期信号波出力手段２６からの初期信号波とＡＭ復調器３０からの信号波とを比較して演算することにより、振動子１１の周辺の密度を検出するものである。   1 and 2, 30 is an AM demodulator, and this AM demodulator 30 is electrically connected to the monitor electrode 16 in the monitor electrode vibrating body 13 and output output from the monitor electrode 16. By demodulating the signal, an output signal from which the signal corresponding to the carrier wave has been removed is output. Reference numeral 31 is a comparison circuit. The comparison circuit 31 compares the initial signal wave from the initial signal wave output means 26 with the signal wave from the AM demodulator 30 to detect the density around the transducer 11. To do.

上記のように本発明の一実施の形態においては、初期信号波出力手段２６の初期信号波とＡＭ復調器３０の信号波とを比較する比較回路３１を設けているため、初期信号波出力手段２６の初期信号波とＡＭ復調器３０の信号波は同一の温度条件で比較されることになり、これにより、振動子１１の共振周波数の変化による影響を受けることはなくなるため、振動子１１の周囲の温度が変化することにより振動子１１の縦弾性係数が変化し、そして振動子１１の共振周波数が変化しても測定物（空気）の密度を正確に測定できるという効果が得られるものである。   As described above, in the embodiment of the present invention, since the comparison circuit 31 for comparing the initial signal wave of the initial signal wave output means 26 and the signal wave of the AM demodulator 30 is provided, the initial signal wave output means The 26 initial signal waves and the signal wave of the AM demodulator 30 are compared under the same temperature condition, so that they are not affected by the change in the resonance frequency of the vibrator 11. By changing the ambient temperature, the longitudinal elastic modulus of the vibrator 11 changes, and even if the resonance frequency of the vibrator 11 changes, the density of the measurement object (air) can be measured accurately. is there.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における密度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the density sensor according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

振動子１１の駆動電極１５ａおよび１５ｂに交流電圧を加えると前記振動子１１が共振し、振動子１１のモニタ電極１６に電荷が発生する。そしてこのモニタ電極１６に発生した電荷は、搬送波発生回路１９における増幅器２０に入力され、正弦波形の出力電圧として出力される。そしてこの増幅器２０の出力電圧はバンドパスフィルタ２１に入力され、振動子１１の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去し、図３（ａ）に示すような正弦波形が出力される。また、前記バンドパスフィルタ２１の出力信号を整流器２２に入力することにより、負電圧成分は正電圧に変換されて図３（ｂ）に示すような出力信号が出力される。そして、この出力信号を平滑回路２３に入力することにより、図３（ｃ）に示すような直流電圧信号に変換される。そしてまた、ＡＧＣ回路２４は前記平滑回路２３の直流電圧信号が大の場合には前記バンドパスフィルタ２１の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記平滑回路２３の直流電圧信号が小の場合には前記バンドパスフィルタ２１の出力信号を増幅させるような信号を駆動制御回路２５に入力し、前記振動子１１の振動を一定振幅になるように調整している。この後、ＡＭ変調器２７により、図３（ｄ）に示す駆動制御回路２５からの出力信号と、図３（ｅ）に示す初期信号波出力手段２６からの初期信号波とを変調して合成することにより、図３（ｆ）に示すような変調信号を振動子１１における駆動電極１５ａに入力するとともに、この変調信号を反転アンプ２８により反転させた後、振動子１１における駆動電極１５ｂに入力し、振動子１１における駆動電極振動体１２を振動駆動させる。そして、この振動は接続部１４を伝わってモニタ電極振動体１３に伝わり、水晶の分極に応じて、モニタ電極１６に電荷が発生する。この電荷を増幅器（図示せず）により、出力信号として出力する。この出力信号は、図３（ｇ）に示すように、振動子１１における駆動電極１５ａおよび１５ｂに入力される図３（ｆ）の信号よりも位相がずれている。この位相のずれは、振動子１１の周囲の気体が抵抗となって発生するものであり、気体の密度が大きい程、位相のずれも大きくなる。そして、モニタ電極振動体１３におけるモニタ電極１６からの出力信号をＡＭ復調器３０により復調して、図３（ｈ）に示す出力信号を出力し、比較回路３１により、図３（ｅ）に示す初期信号波出力手段２６からの初期信号波と比較して演算することにより、振動子１１の周囲の気体の密度としての出力信号を外部に出力するものである。   When an AC voltage is applied to the drive electrodes 15 a and 15 b of the vibrator 11, the vibrator 11 resonates and charges are generated at the monitor electrode 16 of the vibrator 11. The charges generated on the monitor electrode 16 are input to the amplifier 20 in the carrier wave generation circuit 19 and output as a sine waveform output voltage. The output voltage of the amplifier 20 is input to the band-pass filter 21, and only the resonance frequency of the vibrator 11 is extracted, the noise component is removed, and a sine waveform as shown in FIG. Further, by inputting the output signal of the bandpass filter 21 to the rectifier 22, the negative voltage component is converted into a positive voltage, and an output signal as shown in FIG. 3B is output. Then, by inputting this output signal to the smoothing circuit 23, it is converted into a DC voltage signal as shown in FIG. The AGC circuit 24 also attenuates the output signal of the bandpass filter 21 when the DC voltage signal of the smoothing circuit 23 is large, while the DC voltage signal of the smoothing circuit 23 is small. In this case, a signal that amplifies the output signal of the band-pass filter 21 is input to the drive control circuit 25, and the vibration of the vibrator 11 is adjusted to have a constant amplitude. Thereafter, the AM modulator 27 modulates and combines the output signal from the drive control circuit 25 shown in FIG. 3 (d) and the initial signal wave from the initial signal wave output means 26 shown in FIG. 3 (e). As a result, a modulation signal as shown in FIG. 3 (f) is input to the drive electrode 15a in the vibrator 11, and this modulation signal is inverted by the inverting amplifier 28 and then input to the drive electrode 15b in the vibrator 11. Then, the drive electrode vibrating body 12 in the vibrator 11 is driven to vibrate. Then, this vibration is transmitted to the monitor electrode vibrating body 13 through the connection portion 14, and an electric charge is generated in the monitor electrode 16 in accordance with the polarization of the crystal. This electric charge is output as an output signal by an amplifier (not shown). As shown in FIG. 3G, the output signal is out of phase with the signal of FIG. 3F input to the drive electrodes 15 a and 15 b in the vibrator 11. This phase shift is caused by the resistance of the gas around the vibrator 11, and the larger the gas density, the larger the phase shift. Then, the output signal from the monitor electrode 16 in the monitor electrode vibrating body 13 is demodulated by the AM demodulator 30 to output the output signal shown in FIG. 3 (h), and the comparison circuit 31 shows the output signal shown in FIG. 3 (e). An output signal as the density of the gas around the vibrator 11 is output to the outside by performing a comparison with the initial signal wave from the initial signal wave output means 26.

この場合、初期信号波出力手段２６の初期信号波とＡＭ復調器３０の信号波との位相差は共に、振動子１１の温度変化による縦弾性係数の変化の影響を受けないため、振動子１１の周囲の温度が変化しても、測定物（空気）の密度をさらに正確に測定できるという効果が得られるものである。   In this case, the phase difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means 26 and the signal wave of the AM demodulator 30 is not affected by the change in the longitudinal elastic modulus due to the temperature change of the vibrator 11. Even if the ambient temperature changes, the effect that the density of the measurement object (air) can be measured more accurately can be obtained.

ここで、例えば、密度センサの高低の位置により、気体密度が気圧に比例することを利用して気圧の変化を検出する場合を考えて見ると、図４に示すように、密度センサを低地等の気圧の高い場所で使用して、ＡＭ復調器３０の出力信号波と初期信号波出力手段２６の初期信号波との位相差がπ／４ｒａｄとなる周波数を記憶しておき、そして、高地等の気圧の低い場所に密度センサを移動させて、前述した周波数での位相を測定すると、気圧の低い場所では、位相差が低く出力されるものである。   Here, for example, considering the case where the change in the atmospheric pressure is detected by utilizing the fact that the gas density is proportional to the atmospheric pressure due to the height position of the density sensor, as shown in FIG. The frequency at which the phase difference between the output signal wave of the AM demodulator 30 and the initial signal wave of the initial signal wave output means 26 is π / 4 rad is stored, and the high altitude etc. When the density sensor is moved to a location where the atmospheric pressure is low and the phase at the above-described frequency is measured, the phase difference is output low at a location where the atmospheric pressure is low.

そして、π／４ｒａｄ位相が偏移する点の周波数での位相差は、振動子１１の周囲の気体の密度により大きく変化するため、密度測定の感度が向上するという効果が得られるものである。   Since the phase difference at the frequency at which the π / 4 rad phase shifts greatly changes depending on the density of the gas around the vibrator 11, the effect of improving the sensitivity of density measurement can be obtained.

また、同様に、密度センサの振幅特性を測定すると、図５に示すように、振動子１１の周囲の気体の密度が低いときに比較して、周囲の気体の密度が高い場合には、振幅は小さくなるものであり、したがって、振幅を比較することによっても、密度を検出することができるものである。   Similarly, when the amplitude characteristics of the density sensor are measured, as shown in FIG. 5, the amplitude is higher when the density of the surrounding gas is higher than when the density of the gas around the vibrator 11 is low. Therefore, the density can be detected also by comparing the amplitudes.

すなわち、搬送波発生回路１９にＡＧＣ回路２４を設けるとともに、比較回路３１で、初期信号波出力手段２６の初期信号波とＡＭ復調器３０の信号波との振幅差を比較するようにしているため、振動子１１の周囲の温度が変化して、振動子１１の縦弾性係数が変化しても、ＡＧＣ回路２４により、搬送波発生回路１９で生成される搬送波の振動を振幅を一定にすることができ、これにより、振動子１１の周囲の温度が変化しても、測定物（空気）の密度をさらに正確に測定できるという効果が得られるものである。   That is, since the AGC circuit 24 is provided in the carrier wave generation circuit 19 and the comparison circuit 31 compares the amplitude difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means 26 and the signal wave of the AM demodulator 30, Even if the temperature around the vibrator 11 changes and the longitudinal elastic modulus of the vibrator 11 changes, the amplitude of the vibration of the carrier wave generated by the carrier wave generation circuit 19 can be made constant by the AGC circuit 24. As a result, even if the temperature around the vibrator 11 changes, the density of the measurement object (air) can be measured more accurately.

なお、上記本発明の一実施の形態における密度センサにおいては、振動子１１として、水晶製の圧電型振動子を使用したものについて説明したが、図６に示すように、駆動電極３２および検出電極３３を設けた静電容量型振動子３４を使用しても、上記本発明の一実施の形態における密度センサと同様の効果が得られるものである。   In the above-described density sensor according to the embodiment of the present invention, the vibrator 11 using a crystal piezoelectric vibrator is described. However, as shown in FIG. Even if the capacitive vibrator 34 provided with 33 is used, the same effect as the density sensor in the embodiment of the present invention can be obtained.

本発明に係る密度センサは、振動子の周囲の温度が変化しても測定物の密度を正確に測定することができるという効果を有するものであり、気体あるいは液体の密度を検出する密度センサとして有用なものである。   The density sensor according to the present invention has an effect that the density of the measurement object can be accurately measured even if the temperature around the vibrator changes, and is a density sensor that detects the density of gas or liquid. It is useful.

本発明の一実施の形態における密度センサの回路図Circuit diagram of density sensor in one embodiment of the present invention 同密度センサにおける振動子の斜視図Perspective view of transducer in the same density sensor （ａ）〜（ｈ）同密度センサが動作したときの出力信号を示す波形図(A)-(h) Waveform diagram which shows an output signal when the same density sensor operates 同密度センサが動作したときの位相特性を示す図The figure which shows the phase characteristic when the same density sensor operates 同密度センサが動作したときの振幅特性を示す図The figure which shows the amplitude characteristic when the same density sensor operates 本発明の他の実施の形態の密度センサにおける振動子の側断面図Side sectional view of a vibrator in a density sensor according to another embodiment of the present invention. 従来の密度センサの側面図Side view of conventional density sensor 同密度センサの回路図Circuit diagram of the same density sensor

１１ 振動子
１９ 搬送波発生回路
２６ 初期信号波出力手段
２７ ＡＭ変調器
２９ 動作スイッチ
３０ ＡＭ復調器
３１ 比較回路 Reference Signs List 11 vibrator 19 carrier wave generation circuit 26 initial signal wave output means 27 AM modulator 29 operation switch 30 AM demodulator 31 comparison circuit

Claims (4)

駆動電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子の共振によりモニタ電極から発生する出力信号から搬送波を生成する搬送波発生回路と、前記振動子の共振周波数よりも低周波の初期信号波を発生させる初期信号波出力手段と、前記振動子の共振によりモニタ電極から発生する周囲の気体の抵抗により位相のずれた変調信号を復調することにより初期信号波より位相のずれた信号波を出力するＡＭ復調器と、前記初期信号波出力手段からの初期信号波と前記搬送波発生回路からの出力信号とを変調して合成した変調信号を駆動信号として前記振動子に入力するＡＭ変調器とを備え、前記初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ変調器の信号波との位相差を比較回路により比較することにより、気体の密度を、気体の抵抗により生じる位相差として検出するようにした密度センサ。 A vibrator provided with a drive electrode and a monitor electrode, a carrier wave generating circuit for generating a carrier wave from an output signal generated from the monitor electrode by resonance of the vibrator, and an initial signal wave having a frequency lower than the resonance frequency of the vibrator By outputting an initial signal wave output means and a modulated signal whose phase is shifted by the resistance of the surrounding gas generated from the monitor electrode due to resonance of the vibrator, a signal wave whose phase is shifted from the initial signal wave is output. It comprises a AM demodulator, and a AM modulator for inputting a modulated signal modulated to synthesize an output signal from the initial signal wave and the carrier wave generating circuit from the initial signal-wave output unit to the vibrator as a drive signal by comparing the comparison circuit the phase difference between the signal wave of the initial signal wave and AM modulator of the initial signal wave output unit, the density of the gas, caused by the resistance of the gas Density sensor detected as the phase difference. 搬送波発生回路にＡＧＣを設けるとともに、比較回路で、初期信号波出力手段の初期信号波とＡＭ復調器の信号波との振幅差を比較するようにした請求項１記載の密度センサ。 2. The density sensor according to claim 1, wherein an AGC is provided in the carrier wave generation circuit, and an amplitude difference between the initial signal wave of the initial signal wave output means and the signal wave of the AM demodulator is compared by the comparison circuit. 振動子を密度測定物質中で振動駆動させたときに、振動子における共振周波数での位相特性よりもπ／４ｒａｄ位相が偏移する点の周波数での位相差を比較回路により比較するようにした請求項１記載の密度センサ。 When the vibrator is driven to vibrate in the density measuring substance, the phase difference at the frequency where the π / 4 rad phase shifts from the phase characteristics at the resonance frequency of the vibrator is compared by the comparison circuit. The density sensor according to claim 1 . 振動子の振幅が所定の振幅になった際にＡＭ変調器が動作するように、ＡＭ変調器に動作スイッチを設けた請求項１記載の密度センサ。 The density sensor according to claim 1, wherein the AM modulator is provided with an operation switch so that the AM modulator operates when the amplitude of the vibrator becomes a predetermined amplitude.
JP2006237227A 2006-09-01 2006-09-01 Density sensor Expired - Fee Related JP4893170B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006237227A JP4893170B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Density sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006237227A JP4893170B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Density sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008058211A JP2008058211A (en) 2008-03-13
JP4893170B2 true JP4893170B2 (en) 2012-03-07

Family

ID=39241106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006237227A Expired - Fee Related JP4893170B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Density sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4893170B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10184870B2 (en) * 2013-04-03 2019-01-22 Micro Motion, Inc. Vibratory sensor and method
KR20160002956A (en) * 2013-04-23 2016-01-08 마이크로 모우션, 인코포레이티드 A method of generating a drive signal for a vibratory sensor
DE102015101891A1 (en) * 2015-02-10 2016-08-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium
JP2017161543A (en) * 2017-04-24 2017-09-14 マイクロ モーション インコーポレイテッド Vibratory sensor and method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60612B2 (en) * 1979-07-18 1985-01-09 横河電機株式会社 vibrating transducer
JPS61167537A (en) * 1985-01-22 1986-07-29 Victor Co Of Japan Ltd Manufacture of information recording disc
JPH11173968A (en) * 1997-12-12 1999-07-02 Riken Corp Method and apparatus for measuring property of liquid
JP2005189070A (en) * 2003-12-25 2005-07-14 Seiko Epson Corp System for measuring microbalance of piezoelectric oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008058211A (en) 2008-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102803897B (en) The control method of measuring physical and measuring physical, abnormity diagnostic system and abnormality diagnostic method
CN100489454C (en) Method and system for exciting main control vibration of oscillator
JP2793044B2 (en) Method and apparatus for detecting and / or monitoring a predetermined filling level in a container
JP4893170B2 (en) Density sensor
US10663432B2 (en) Gas sensor and gas detection method
JP2000171257A (en) Angular speed detector
CN105308432A (en) A method of generating a drive signal for a vibratory sensor
CN108872063A (en) A kind of minimal feeding device and method based on parametric excitation and synchro-resonance
JP4536016B2 (en) Vibrating gyro
CN208872648U (en) A kind of minimal feeding device based on parametric excitation and synchro-resonance
JP2010232974A (en) Piezoelectric oscillator
JP5348408B2 (en) Physical quantity detection device, physical quantity detection device abnormality diagnosis system, and physical quantity detection device abnormality diagnosis method
JP5240045B2 (en) Driving method and driving circuit for vibrator, and inertial force detection device including the driving circuit
Takasaki et al. Resonance frequency tracing system for Langevin type ultrasonic transducers
Miller et al. Signal enhancement in mem resonant sensors using parametric suppression
CN104160255A (en) Load sensor
JP2010286371A (en) Physical quantity detector, abnormality diagnosis system of the same, and abnormality diagnosis method of the same
JP5589171B2 (en) Circuit for physical quantity detection device
JP2003194615A (en) Method and device for detecting filler
JP2006250643A (en) Abnormality detection device for angular velocity sensor
JP2011185828A (en) Acceleration sensor
JP2001004431A (en) Capacity type displacement sensor
Maruyama et al. Resonance frequency tracing system for langevin type ultrasonic transducers
JP5210194B2 (en) Vibrating gyro
JP2010286369A (en) Physical quantity detector, abnormality diagnosis system of the same, and abnormality diagnosis method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090817

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20090914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111031

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111122

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees