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JP2007147495A - Atmosphere analyzer - Google Patents

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JP2007147495A
JP2007147495A JP2005343642A JP2005343642A JP2007147495A JP 2007147495 A JP2007147495 A JP 2007147495A JP 2005343642 A JP2005343642 A JP 2005343642A JP 2005343642 A JP2005343642 A JP 2005343642A JP 2007147495 A JP2007147495 A JP 2007147495A
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frequency
frequency difference
oscillation
detection
signal
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Application number
JP2005343642A
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Japanese (ja)
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良三 ▲高▼須
Ryozo Takasu
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】雑音の影響を受けにくく、検出部を一層小型化できる雰囲気分析装置の実現。
【解決手段】センサ部40と、制御部60と、接続経路71-73と、を備える雰囲気分析装置であって、センサ部40は、気密容器42に封入された基準水晶振動子41と、被検知物質に曝されるように保持された検出用水晶振動子45と、2つの水晶振動子を発振させる2つの発振回路43,46と、アップ・ダウン・カウンタ50を用いて2つの発振回路の周波数差に対応する値をカウントし、カウントした値を周波数差変換信号に変換して出力する周波数差分回路53,54と、を備える。
【選択図】図2
An atmosphere analyzer that is less susceptible to noise and that can further reduce the size of a detection unit.
An atmosphere analyzer including a sensor unit, a control unit, and a connection path, wherein the sensor unit includes a reference crystal resonator, sealed in an airtight container, A crystal oscillator 45 for detection held so as to be exposed to the detection substance, two oscillation circuits 43 and 46 for oscillating the two crystal oscillators, and two oscillation circuits using an up / down counter 50 Frequency difference circuits 53 and 54 that count a value corresponding to the frequency difference, convert the counted value into a frequency difference conversion signal, and output the converted signal.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、QCM(Quartz Crystal Microbalance)センサを使用した雰囲気分析装置に関し、特に離れた位置に設置可能なセンサ部と制御部とを有する雰囲気分析装置における信号伝送及び制御方法の改良に関する。   The present invention relates to an atmosphere analysis apparatus using a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor, and more particularly to improvement of a signal transmission and control method in an atmosphere analysis apparatus having a sensor unit and a control unit that can be installed at remote positions.

QCMセンサは、水晶振動子の発振周波数が、振動子表面への物質吸着に基づく質量変化によって変化することを利用したもので、高感度な雰囲気分析装置などとして応用がなされている。   The QCM sensor utilizes the fact that the oscillation frequency of a crystal resonator changes due to a mass change based on substance adsorption on the surface of the resonator, and is applied as a highly sensitive atmosphere analysis device.

図1は、従来の高感度な雰囲気分析装置の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional highly sensitive atmosphere analyzer.

図示のように、雰囲気分析装置は、検出部を構成するセンサ回路基板10と、制御部を構成する制御ユニット20と、センサ回路基板10と制御ユニット20との間を電気的に接続するケーブル31、32と、を備える。センサ回路基板10には、被検知物質が吸着される材料が表面に設けられた水晶振動子11と、水晶振動子11を利用して発振する水晶発振回路12とが設けられている。制御ユニット20には、信号伝送線32を介して水晶発振回路12の発振信号が入力され、発振信号をカウントする周波数カウンタ21と、周波数カウンタ21のカウントした値を記録する記録回路22とが設けられている。センサ回路基板10の電源は、電源供給線31を介して制御ユニット20から供給される。   As shown in the drawing, the atmosphere analyzer includes a sensor circuit board 10 that constitutes a detection unit, a control unit 20 that constitutes a control unit, and a cable 31 that electrically connects the sensor circuit board 10 and the control unit 20. , 32. The sensor circuit board 10 is provided with a crystal resonator 11 provided with a material on which a substance to be detected is adsorbed on the surface, and a crystal oscillation circuit 12 that oscillates using the crystal resonator 11. The control unit 20 is provided with a frequency counter 21 that receives the oscillation signal of the crystal oscillation circuit 12 via the signal transmission line 32 and counts the oscillation signal, and a recording circuit 22 that records the value counted by the frequency counter 21. It has been. The power for the sensor circuit board 10 is supplied from the control unit 20 via the power supply line 31.

図1に示した雰囲気分析装置は、いくつかの欠点を有する。欠点のひとつは発振周波数の温度依存性である。発振周波数が変化しても、その原因が気中濃度変化なのか温度変化なのかを区別できないため、温度変化のある系では使用できなかった。温度補償を行う目的で、水晶振動子と温度センサを並べて配置し、水晶振動子の発振周波数の変化を既知の温度−発振周波数曲線を用いて補正しようとした例もあるが、計算通りの変化とはならず、回路の複雑さに比して補正はうまくできなかった。   The atmosphere analyzer shown in FIG. 1 has several drawbacks. One drawback is the temperature dependence of the oscillation frequency. Even if the oscillation frequency changes, it cannot be distinguished whether the cause is a change in air concentration or a change in temperature, so it cannot be used in a system with a change in temperature. For the purpose of temperature compensation, there is an example in which a crystal oscillator and a temperature sensor are arranged side by side and the change in the oscillation frequency of the crystal oscillator is corrected using a known temperature-oscillation frequency curve. However, the correction was not successful compared to the complexity of the circuit.

もうひとつの欠点は、センサ回路基板の設置場所の自由度が低いことである。この原因は主に信号伝送線32に原因がある。水晶振動子を利用した水晶発振回路12の発振周波数は数十MHzであるため、センサ基板回路10から制御ユニット20まで信号を伝送する信号伝送線32には伝送損失を抑えるために同軸ケーブルを用いる必要があった。最近の雰囲気分析装置への要求として、密閉された狭隘な空間の雰囲気変化を測定する必要が生じているが、そこへセンサ回路基板10を設置するためには、密閉容器の壁に高周波の伝送が可能なフィード・スルーを取り付ける必要があり、設置の障害となっていた。また、同軸ケーブルは太く可撓性に乏しいことも障害になっていた。特許文献1に記載されたような無線伝送にする方法もあるが、装置が大型化することや、電源の確保の問題があった。密閉容器の隙間にフレキシブルケーブルを通して配線する方式も考えられるが、フレキシブルケーブルにおける伝送損失が大きく、回路全体の安定性が低下する問題があった。センサ回路基板10と周波数カウンタ21を有する制御ユニット20は離れた位置に設置するため、伝送損失の問題は致命的である。   Another disadvantage is that the degree of freedom of installation location of the sensor circuit board is low. This is mainly due to the signal transmission line 32. Since the oscillation frequency of the crystal oscillation circuit 12 using a crystal resonator is several tens of MHz, a coaxial cable is used for the signal transmission line 32 for transmitting a signal from the sensor substrate circuit 10 to the control unit 20 in order to suppress transmission loss. There was a need. As a recent requirement for an atmospheric analyzer, it is necessary to measure the atmospheric change in a sealed narrow space. In order to install the sensor circuit board 10 there, high-frequency transmission is performed on the wall of the sealed container. It was necessary to install a feed-through that could not be installed, which was an obstacle to installation. Another problem is that the coaxial cable is thick and poor in flexibility. There is also a method of wireless transmission as described in Patent Document 1, but there are problems of increasing the size of the apparatus and securing a power source. Although a method of wiring through a flexible cable through the gap between the sealed containers is also conceivable, there is a problem that transmission loss in the flexible cable is large and stability of the entire circuit is lowered. Since the control unit 20 having the sensor circuit board 10 and the frequency counter 21 is installed at a distant position, the problem of transmission loss is fatal.

上記の2つの欠点を解決するため、特許文献2から4は、被検知物質に曝される検出用水晶振動子及びその検出用発振回路と、被検知物質に曝されないように設けられた基準水晶振動子及びその基準発振回路と、検出用発振回路と基準発振回路の発振周波数差を検出する周波数差検出回路と、を設け、2つの発振周波数の差を検出することにより温度変化の影響を相殺すると共に、検出する振動数の数値を小さくする構成を記載している。特許文献2はD−Kフリップフロップで構成した周波数差検出回路を、特許文献2はビート周波数検出回路で構成した周波数差検出回路を、記載している。特許文献3は、周波数差検出回路を乗算&サンプリング&分周回路で構成することを記載しているが、具体的な構成は記載していない。   In order to solve the above-mentioned two drawbacks, Patent Documents 2 to 4 disclose a quartz crystal for detection exposed to a substance to be detected, a detection oscillation circuit thereof, and a reference crystal provided so as not to be exposed to the substance to be detected. A vibrator and its reference oscillation circuit, and a frequency difference detection circuit for detecting the oscillation frequency difference between the detection oscillation circuit and the reference oscillation circuit are provided, and the effect of temperature change is canceled by detecting the difference between the two oscillation frequencies. In addition, a configuration is described in which the numerical value of the detected frequency is reduced. Patent Document 2 describes a frequency difference detection circuit configured by a DK flip-flop, and Patent Document 2 describes a frequency difference detection circuit configured by a beat frequency detection circuit. Patent Document 3 describes that the frequency difference detection circuit is configured by a multiplication & sampling & frequency dividing circuit, but does not describe a specific configuration.

センサ回路基板に特許文献2から4に記載された構成を設ければ、出力される周波数差検出信号は低周波数であるので、フレキシブルケーブルやツイストペア線などによって制御ユニットに送信することができる。以上のように、特許文献2から4に記載された構成を使用すれば、前述の2つの欠点が改善される。   If the configuration described in Patent Documents 2 to 4 is provided on the sensor circuit board, the output frequency difference detection signal has a low frequency, and therefore can be transmitted to the control unit through a flexible cable, a twisted pair wire, or the like. As described above, if the configurations described in Patent Documents 2 to 4 are used, the above-described two drawbacks are improved.

特開2004−047929号公報JP 2004-047929 A 特開平9−304259号公報JP-A-9-304259 特開平6−167435号公報JP-A-6-167435 特開平9−297096号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-297096

上記の構成における2つの水晶発振信号の周波数差を示す周波数差検出信号は、高々数百Hzであり、制御ユニットは送られてくる差信号を監視する。周波数差検出信号はこのような低周波数であるために同軸ケーブルなどを使用せずにフレキシブルケーブルなどで送信することができるが、逆に周波数差が小さいため周囲の雑音の影響を受けやすいという問題がある。送信信号に雑音などを発生する外乱は突発的に発生し、その発生期間は一般に短い。上記のような非常に低周波数の信号を監視する場合、ある程度長い期間信号を監視してパルスをカウントする必要があるが、カウント期間が長くなると、その分雑音の影響を受ける確率も高くなる。   The frequency difference detection signal indicating the frequency difference between the two crystal oscillation signals in the above configuration is at most several hundred Hz, and the control unit monitors the transmitted difference signal. Since the frequency difference detection signal is such a low frequency, it can be transmitted via a flexible cable without using a coaxial cable, etc., but conversely, the frequency difference is small, so it is easily affected by ambient noise. There is. Disturbances that generate noise or the like in the transmission signal occur suddenly, and their generation period is generally short. When a very low frequency signal as described above is monitored, it is necessary to monitor the signal for a certain period of time and count the pulses. However, as the count period becomes longer, the probability of being affected by noise increases accordingly.

また、センサ回路基板は、狭隘な空間に配置できるようにできるだけ小型化することが求められる。特許文献3及び4に記載された構成を使用すれば、2つの発振周波数の差を検出するため、検出する振動数の数値は小さく、カウンタの桁数などが小さくできる。しかし、実際に回路を形成する場合、各種要素のばらつきを完全に抑えることは難しく、発振周波数差がある程度ばらつくことを前提として、その分の余裕をみてカウンタの桁数などを設定している。そのため、回路が十分に小型化できないという問題があった。   In addition, the sensor circuit board is required to be as small as possible so that it can be arranged in a narrow space. If the configurations described in Patent Documents 3 and 4 are used, the difference between the two oscillation frequencies is detected, so the numerical value of the detected frequency is small, and the number of digits of the counter can be reduced. However, when a circuit is actually formed, it is difficult to completely suppress variations in various elements, and the number of digits of the counter is set with an allowance on the assumption that the oscillation frequency difference varies to some extent. Therefore, there has been a problem that the circuit cannot be sufficiently reduced in size.

本発明は、このような問題を解決するもので、雑音の影響を受けにくく、検出部を一層小型化できる雰囲気分析装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide an atmosphere analyzer that is less susceptible to noise and that can further reduce the size of a detection unit.

上記目的を実現するため、本発明の雰囲気分析装置は、アップ・ダウン・カウンタを用いて2つの発振回路の周波数差に対応する値をカウントし、カウントした値を低周波数信号の周波数差変換信号に変換して短時間に出力する。さらに、カウント期間の長さを制御部から制御できるようにする。   In order to achieve the above object, the atmosphere analyzer of the present invention uses an up / down counter to count a value corresponding to a frequency difference between two oscillation circuits, and the counted value is a frequency difference conversion signal of a low frequency signal. To output in a short time. Further, the length of the count period can be controlled from the control unit.

すなわち、本発明の雰囲気分析装置は、被検知物質を有する雰囲気中に配置されるセンサ部と、前記センサ部とは離れた位置に設けることが可能で、前記センサ部を制御する制御部と、前記センサ部と前記制御部とを電気的に接続する接続経路と、を備える雰囲気分析装置であって、前記センサ部は、略等しい特性を有し、一方は前記被検知物質に曝されるように保持され、他方は気密容器に封入された2つの水晶振動子と、前記2つの水晶振動子を発振させる2つの発振回路と、アップ・ダウン・カウンタを用いて前記2つの発振回路の周波数差に対応する値を第1所定期間カウントし、カウントした値を周波数差変換信号に変換して前記第1所定期間より短い第2所定期間中に出力する周波数差分回路と、を備え、前記接続経路は、前記低周波数信号を送信する低周波用であることを特徴とする。   That is, the atmosphere analyzer of the present invention can be provided in a sensor unit disposed in an atmosphere having a substance to be detected, a position away from the sensor unit, and a control unit that controls the sensor unit; An atmosphere analysis device comprising a connection path for electrically connecting the sensor unit and the control unit, wherein the sensor unit has substantially the same characteristics, and one is exposed to the substance to be detected. And the other is a frequency difference between the two oscillation circuits using an up / down counter and two oscillation circuits for oscillating the two quartz oscillators. A frequency difference circuit that counts a value corresponding to the first predetermined period, converts the counted value into a frequency difference conversion signal, and outputs it during a second predetermined period shorter than the first predetermined period, and the connection path Said Characterized in that it is a low frequency of transmitting the frequency signal.

制御部は、検出した前記周波数差変換信号に応じて、前記第1所定期間の長さを変化させる。   The control unit changes the length of the first predetermined period according to the detected frequency difference conversion signal.

本発明の雰囲気分析装置では、アップ・ダウン・カウンタを用いてカウントした周波数差に対応する値をカウントし、カウントした値を、数十MHzといった高周波数ではなく、フレキシブルケーブルやツイストペア線のような接続経路で伝送できる周波数範囲の比較的低い周波数の周波数差変換信号に変換して出力するので、数十MHzといった高周波数に比べて雑音の影響を受けにくくなる。   In the atmosphere analyzer of the present invention, the value corresponding to the frequency difference counted using the up / down counter is counted, and the counted value is not a high frequency such as several tens of MHz, but a flexible cable or a twisted pair wire. Since it is converted into a frequency difference conversion signal having a relatively low frequency in the frequency range that can be transmitted through the connection path, it is less susceptible to noise than a high frequency such as several tens of MHz.

また、制御部が前記アップ・ダウン・カウンタを用いた周波数差のカウント開始とカウント停止、すなわちカウント期間を制御できるようにすることで、回路要素にばらつきがあっても回路の能力を最大限に利用できるようになり、回路規模を実質的に小さくして、常に良好な精度で検出が行えるようになる。   In addition, by enabling the control unit to start and stop the frequency difference counting using the up / down counter, that is, to control the counting period, the circuit capacity can be maximized even if the circuit elements vary. As a result, the circuit scale can be substantially reduced, and detection can always be performed with good accuracy.

前述のように、カウンタで信号のカウントを行う場合、信号の周波数のばらつきなどを考慮して、カウンタの桁数を余裕をもって設定している。例えば、カウンタのオバーフローが生じると正しいカウントが行えない。特許文献3及び4に記載された構成では、カウンタ期間などは固定であり、カウンタの桁数は余裕をもって設定する必要があり、その分回路が大きくなっていた。これに対して、本発明によれば、カウント期間は制御部から設定されるので、カウンタがオバーフローしそうな時にはカウント期間を短くし、カウンタのカウント値が小さい時には逆にカウント期間を長くすることで、常に回路の能力を最大限に利用できる。従って、カウンタの桁数を余裕をもって設定する必要がなく、回路を一層小型にできる。   As described above, when the signal is counted by the counter, the number of digits of the counter is set with a margin in consideration of variations in the signal frequency. For example, if counter overflow occurs, correct counting cannot be performed. In the configurations described in Patent Documents 3 and 4, the counter period and the like are fixed, and it is necessary to set the number of digits of the counter with a margin, and the circuit is correspondingly large. On the other hand, according to the present invention, since the count period is set by the control unit, the count period is shortened when the counter is likely to overflow, and conversely, the count period is lengthened when the counter count value is small. Always use the full power of the circuit. Therefore, it is not necessary to set the number of digits of the counter with a margin, and the circuit can be further reduced in size.

本発明によれば、温度変化にも強く、可撓性に富んだ細いケーブルの使用が可能となり、検出部の自由度が高いという従来の雰囲気分析装置と同様の利点を維持した上で、更に雑音の影響を受けにくく高精度の検出が可能になると共に、検出部を一層小型化できる。   According to the present invention, it is possible to use a thin cable that is resistant to temperature changes and rich in flexibility, and further maintains the same advantages as the conventional atmosphere analyzer that the degree of freedom of the detection unit is high. While being less susceptible to noise, highly accurate detection is possible, and the detection unit can be further miniaturized.

図2は、本発明の実施例の雰囲気分析装置の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the atmosphere analyzer according to the embodiment of the present invention.

図示のように、実施例の雰囲気分析装置は、検出部を構成するセンサ回路基板40と、制御部を構成する制御ユニット60と、センサ回路基板40と制御ユニット60との間を電気的に接続するフレキシブルケーブルやツイストペア線などのケーブル71−73と、を備える。センサ回路基板40には、密封容器42内に設けられ、被検知物質に曝されない基準水晶振動子41と、基準水晶振動子41を利用して発振する基準水晶発振回路43と、基準水晶振動子41と略同一の特性を有するが、表面に被検知物質が吸着される材料が設けられ、被検知物質を含む雰囲気に曝される検出用水晶振動子45と、検出用水晶振動子45を利用して発振する検出用水晶発振回路46と、アップ・ダウン・カウンタ50と、3個のANDゲート51、52、56と、コンパレータ53と、低周波数発振回路54と、インバータ55と、が設けられている。配線は図示の通りである。また、基準水晶振動子41、基準水晶発振回路43、検出用水晶振動子45及び検出用水晶発振回路46については、特許文献1から4などに記載されているので、詳しい説明は省略するが、基準水晶発振回路43と検出用水晶発振回路46がそれぞれ出力する基準発振信号と検出発振信号は、測定開始の時点で、できるだけ近い周波数で、基準発振信号の周波数の方が検出発振信号より少なくとも高い周波数であることが必要である。また、基準水晶振動子41と検出用水晶振動子45は、できるだけ近接して配置されることが望ましい。低周波数発振回路54は、例えば、ケーブル72で伝送可能な周波数、例えば1kHzの送信用発振信号を出力する。コンパレータ53は、アップ・ダウン・カウンタ50のカウント値を監視し、カウント値がゼロの時に、低周波数発振回路54の発振を停止させる信号を出力する。   As shown in the drawing, the atmosphere analyzer of the embodiment is electrically connected between the sensor circuit board 40 constituting the detection unit, the control unit 60 constituting the control unit, and the sensor circuit board 40 and the control unit 60. Cables 71 to 73 such as flexible cables and twisted pair wires. The sensor circuit board 40 is provided in a sealed container 42 and is not exposed to a substance to be detected, a reference crystal oscillator 41 that oscillates using the reference crystal oscillator 41, and a reference crystal oscillator. 41. Although it has substantially the same characteristics as 41, a material for adsorbing the substance to be detected is provided on the surface, and the quartz crystal for detection 45 exposed to the atmosphere containing the substance to be detected and the quartz crystal for detection 45 are used. And a detection crystal oscillation circuit 46 that oscillates, an up / down counter 50, three AND gates 51, 52, and 56, a comparator 53, a low-frequency oscillation circuit 54, and an inverter 55 are provided. ing. The wiring is as shown. Further, since the reference crystal oscillator 41, the reference crystal oscillation circuit 43, the detection crystal oscillator 45, and the detection crystal oscillation circuit 46 are described in Patent Documents 1 to 4 and the like, detailed description thereof is omitted. The reference oscillation signal and the detection oscillation signal output from the reference crystal oscillation circuit 43 and the detection crystal oscillation circuit 46, respectively, are as close as possible at the start of measurement, and the frequency of the reference oscillation signal is at least higher than the detection oscillation signal. It must be a frequency. It is desirable that the reference crystal unit 41 and the detection crystal unit 45 be arranged as close as possible. The low frequency oscillation circuit 54 outputs a transmission oscillation signal having a frequency that can be transmitted by the cable 72, for example, 1 kHz. The comparator 53 monitors the count value of the up / down counter 50, and outputs a signal for stopping the oscillation of the low frequency oscillation circuit 54 when the count value is zero.

制御ユニット60には、制御回路61と、記録回路62と、が設けられている。制御回路61は、センサ回路基板40に対して、電源供給線に相当するケーブル71を介して電源を供給し、ケーブル73を介して計測開始及び周波数伝送開始を指示する制御信号を出力し、センサ回路基板40から、ケーブル72を介して計数パルスを受信する。   The control unit 60 is provided with a control circuit 61 and a recording circuit 62. The control circuit 61 supplies power to the sensor circuit board 40 via a cable 71 corresponding to a power supply line, and outputs a control signal for instructing measurement start and frequency transmission start via the cable 73, A counting pulse is received from the circuit board 40 via the cable 72.

図3は、実施例の雰囲気分析装置の制御動作を示すフローチャートである。以下、図3を参照して実施例の雰囲気分析装置の動作を説明する。   FIG. 3 is a flowchart illustrating the control operation of the atmosphere analyzer according to the embodiment. Hereinafter, the operation of the atmosphere analyzer of the embodiment will be described with reference to FIG.

基準水晶発振回路43及び検出用水晶発振回路46は、常時発振しており、それぞれ基準発振信号及び検出発振信号を出力している。一般に、検出用水晶振動子45は、表面に被検知物質が吸着される材料が設けられ、被検知物質を含む雰囲気に曝されるので質量が増加し、検出発振信号の周波数は、測定開始時点で基準発振信号の周波数と略同一の周波数であっても、時間の経過に従って徐々に低下し、周波数差が徐々に大きくなる。   The reference crystal oscillation circuit 43 and the detection crystal oscillation circuit 46 always oscillate, and output a reference oscillation signal and a detection oscillation signal, respectively. In general, the crystal unit for detection 45 is provided with a material on which the substance to be detected is adsorbed and exposed to the atmosphere containing the substance to be detected, so that the mass increases. Even when the frequency is substantially the same as the frequency of the reference oscillation signal, the frequency gradually decreases with the passage of time, and the frequency difference gradually increases.

ステップ101では、制御回路61が、ケーブル73に出力する制御信号(データ転送制御ビット)を「H」にする。これに応じて、ANDゲート51からアップ・ダウン・カウンタ50のダウンパルス入力端子DOWNに基準発振信号が入力され、ANDゲート52からアップ・ダウン・カウンタ50のアップパルス入力端子UPに検出発振信号が入力され、アップ・ダウン・カウンタ50は基準発振信号と検出発振信号の周波数差に相当するパルス数の差のカウントを開始する。上記のように、基準発振信号の周波数の方が検出発振信号の周波数より高いので、アップ・ダウン・カウンタ50は徐々に減少する。   In step 101, the control circuit 61 sets the control signal (data transfer control bit) output to the cable 73 to “H”. In response to this, the reference oscillation signal is input from the AND gate 51 to the down pulse input terminal DOWN of the up / down counter 50, and the detected oscillation signal is input from the AND gate 52 to the up pulse input terminal UP of the up / down counter 50. The up / down counter 50 starts to count the difference in the number of pulses corresponding to the frequency difference between the reference oscillation signal and the detected oscillation signal. As described above, since the frequency of the reference oscillation signal is higher than the frequency of the detection oscillation signal, the up / down counter 50 gradually decreases.

ステップ102では、計測開始から第1所定期間のt秒経過したかを判定し、t秒経過するまで待機し、t秒間経過したらステップ103に進む。言い換えれば、アップ・ダウン・カウンタ50のカウント動作を第1所定期間のt秒間行う。   In step 102, it is determined whether t seconds of the first predetermined period have elapsed from the start of measurement. The process waits until t seconds elapse, and proceeds to step 103 when t seconds elapse. In other words, the counting operation of the up / down counter 50 is performed for t seconds of the first predetermined period.

ステップ103では、制御回路61が、ケーブル73に出力するデータ転送制御ビットを「L」にする。これに応じて、アップ・ダウン・カウンタ50への基準発振信号及び検出発振信号の入力が停止される。それと同時に、インバータ55の出力が「H」になり、低周波発振回路54の出力する送信用発振信号がANDゲート56からアップ・ダウン・カウンタ50のアップパルス入力端子UPに入力されると共に、ケーブル72を介して制御回路61に送信される。   In step 103, the control circuit 61 sets the data transfer control bit output to the cable 73 to “L”. In response to this, the input of the reference oscillation signal and the detection oscillation signal to the up / down counter 50 is stopped. At the same time, the output of the inverter 55 becomes “H”, the transmission oscillation signal output from the low frequency oscillation circuit 54 is input from the AND gate 56 to the up pulse input terminal UP of the up / down counter 50, and the cable 72 to the control circuit 61.

アップ・ダウン・カウンタ50は、送信用発振信号がアップパルス入力端子UPに入力されると、ダウンしていたカウント値がゼロになるまで、すなわち基準発振信号と検出発振信号のt秒間のパルス数差(周波数差)分をカウントするまでカウント動作を続け、コンパレータ53がカウント値がゼロになったことを検出すると、低周波発振回路54の発振を停止させる。従って、アップ・ダウン・カウンタ50のカウント値はゼロで停止する。カウント値がゼロになるまでの時間、すなわち第2所定期間は、送信用発振信号の周波数が基準発振信号と検出発振信号の周波数差より大きいので、第1所定期間より短い。   When the transmission oscillation signal is input to the up pulse input terminal UP, the up / down counter 50 counts the number of pulses for t seconds of the reference oscillation signal and the detection oscillation signal until the count value that has been down becomes zero. The counting operation is continued until the difference (frequency difference) is counted. When the comparator 53 detects that the count value has become zero, the low-frequency oscillation circuit 54 stops oscillating. Therefore, the count value of the up / down counter 50 stops at zero. The time until the count value becomes zero, that is, the second predetermined period, is shorter than the first predetermined period because the frequency of the transmission oscillation signal is larger than the frequency difference between the reference oscillation signal and the detection oscillation signal.

一方、制御回路61は、ステップ103でケーブル73に出力する制御信号を「L」にすると同時に、ステップ104に進み、送信用発振信号のパルス数の計数を開始する。   On the other hand, the control circuit 61 sets the control signal output to the cable 73 at step 103 to “L”, and simultaneously proceeds to step 104 to start counting the number of pulses of the oscillation signal for transmission.

ステップ105では、制御回路61が、送信用発振信号が送られない状態が2ms以上継続したかを検出し、そのような状態を検出するまでパルス数の計数を続ける。従って、制御回路61は、基準発振信号と検出発振信号のt秒間のパルス数差(周波数差)分をカウントすることになる。   In step 105, the control circuit 61 detects whether or not the state in which the transmission oscillation signal is not transmitted continues for 2 ms or more, and continues counting the number of pulses until such a state is detected. Therefore, the control circuit 61 counts the difference in the number of pulses (frequency difference) for t seconds between the reference oscillation signal and the detection oscillation signal.

ステップ106では、制御回路61はカウントしたパルス数がアップ・ダウン・カウンタ50のカウント値の上限に近いかを判定し、上限に近ければステップ107に進んで、ステップ102で使用するtの値を所定量だけ減少させた後、ステップ108に進む。近くなければそのままステップ108に進む。   In step 106, the control circuit 61 determines whether the counted number of pulses is close to the upper limit of the count value of the up / down counter 50. If it is close to the upper limit, the process proceeds to step 107, and the value of t used in step 102 is set. After decreasing by a predetermined amount, the process proceeds to step 108. If not close, the process proceeds to step 108 as it is.

ステップ106では、制御回路61はカウントしたパルス数がアップ・ダウン・カウンタ50のあらかじめ設定した所定の下限に近いかを判定し、下限に近ければステップ109に進んで、ステップ102で使用するtの値を所定量だけ増加させた後、ステップ110に進む。近くなければそのままステップ110に進む。   In step 106, the control circuit 61 determines whether the counted number of pulses is close to a predetermined lower limit set in advance by the up / down counter 50. After increasing the value by a predetermined amount, go to step 110. If not close, proceed to step 110 as it is.

以上のようにカウント値に基づいてtを調整することで、常に最適な条件で計測を行うことができる。   As described above, by adjusting t based on the count value, it is possible to always perform measurement under optimum conditions.

ステップ110では、制御回路61はカウントしたパルス数をステップ102で使用したtで除して周波数差を算出して時刻と共に記録回路62に記録する。   In step 110, the control circuit 61 calculates the frequency difference by dividing the counted number of pulses by t used in step 102, and records it in the recording circuit 62 together with the time.

ステップ111では、基準発振信号と検出発振信号の周波数差を計測する動作を続けるかを判定し、続ける場合にはステップ101に戻り、上記の動作を繰り返す。動作を続けない時には終了する。   In step 111, it is determined whether or not to continue the operation of measuring the frequency difference between the reference oscillation signal and the detected oscillation signal, and if so, the process returns to step 101 and the above operation is repeated. When the operation is not continued, it ends.

低周波発振回路54の周波数は1kHz程度であり、2つの発振信号の周波数差は、高々数百Hz程度であるから、カウント差を伝送するのに1秒とはかからず、雰囲気分析装置の時間応答速度から考えてこの伝送時間のロスは無視できるレベルである。   Since the frequency of the low-frequency oscillation circuit 54 is about 1 kHz and the frequency difference between the two oscillation signals is about several hundred Hz at most, it takes less than 1 second to transmit the count difference. Considering the time response speed, this transmission time loss is negligible.

また、2つの発振信号の周波数差は、高々数百Hz程度であるから、アップ・ダウン・カウンタ50の桁数は少なくてよく、例えば十進のカウンタであれば4桁あればよい。これは、制御回路61内のカウンタについても同様である。   Further, since the frequency difference between the two oscillation signals is about several hundreds Hz at most, the number of digits of the up / down counter 50 may be small. For example, a decimal counter may have four digits. The same applies to the counter in the control circuit 61.

制御回路61への伝送に使用される信号は低周波発振回路54からの低周波パルスであるから、同軸ケーブルを使用せずとも、フレキシブルケーブルやツイストペア銅線で伝送でき、しかも伝送損失は小さく、ノイズに強いため誤動作が少なくなる。センサ回路基板40と制御ユニット60との距離を充分離すことができる。しかも、ケーブルの本数は、電源供給線以外に2本でよい。また、周波数差が100Hzで、tが1秒間で、カウント値が100の場合には、伝送に要する時間は0.1秒であり、1秒以上カウントする場合に比べて雑音の影響を受けにくい。   Since the signal used for transmission to the control circuit 61 is a low-frequency pulse from the low-frequency oscillation circuit 54, it can be transmitted by a flexible cable or twisted pair copper wire without using a coaxial cable, and the transmission loss is small. Because it is resistant to noise, fewer malfunctions occur. The distance between the sensor circuit board 40 and the control unit 60 can be charged and separated. Moreover, the number of cables may be two in addition to the power supply line. Further, when the frequency difference is 100 Hz, t is 1 second, and the count value is 100, the time required for transmission is 0.1 second, which is less susceptible to noise than when counting for 1 second or more. .

本発明は、発振信号の周波数の変化を検出する雰囲気分析装置であれば、どのような装置にも適用可能である。   The present invention is applicable to any apparatus as long as it is an atmosphere analyzer that detects a change in the frequency of an oscillation signal.

図1は従来の雰囲気分析装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional atmosphere analyzer. 図2は本発明の実施例の雰囲気分析装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the atmosphere analyzer according to the embodiment of the present invention. 図3は実施例の雰囲気分析装置の制御動作を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the control operation of the atmosphere analyzer according to the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

40 検出部(センサ回路基板)
41 基準水晶振動子
42 密封容器
43 基準水晶発振回路
45 検出用水晶振動子
46 検出用水晶発振回路
50 アップ・ダウン・カウンタ
54 低周波発振回路
60 制御ユニット
61 制御回路
40 Detection unit (sensor circuit board)
41 Reference Crystal Oscillator 42 Sealed Container 43 Reference Crystal Oscillator 45 Detection Crystal Oscillator 46 Crystal Oscillator for Detection 50 Up / Down Counter 54 Low Frequency Oscillator 60 Control Unit 61 Control Circuit

Claims (2)

被検知物質を有する雰囲気中に配置されるセンサ部と、
前記センサ部とは離れた位置に設けることが可能で、前記センサ部を制御する制御部と、
前記センサ部と前記制御部とを電気的に接続する接続経路と、を備える雰囲気分析装置であって、
前記センサ部は、
略等しい特性を有し、一方は前記被検知物質に曝されるように保持され、他方は気密容器に封入された2つの水晶振動子と、
前記2つの水晶振動子を発振させる2つの発振回路と、
アップ・ダウン・カウンタを用いて前記2つの発振回路の周波数差に対応する値を第1所定期間カウントし、カウントした値を周波数差変換信号に変換して前記第1所定期間より短い第2所定期間中に出力する周波数差分回路と、を備え、
前記接続経路は、前記低周波数信号を送信する低周波用であることを特徴とする雰囲気分析装置。
A sensor unit disposed in an atmosphere having a substance to be detected;
A control unit that can be provided at a position away from the sensor unit and controls the sensor unit;
An atmosphere analyzer comprising: a connection path for electrically connecting the sensor unit and the control unit;
The sensor unit is
Two quartz crystal resonators having substantially equal characteristics, one held to be exposed to the substance to be detected and the other sealed in an airtight container;
Two oscillation circuits for oscillating the two crystal resonators;
A value corresponding to the frequency difference between the two oscillation circuits is counted for a first predetermined period using an up / down counter, and the counted value is converted into a frequency difference conversion signal to be a second predetermined period shorter than the first predetermined period. A frequency difference circuit that outputs during the period,
The atmosphere analyzer according to claim 1, wherein the connection path is for low frequency transmission of the low frequency signal.
前記制御部は、検出した前記周波数差変換信号に応じて、前記第1所定期間の長さを変化させる請求項1に記載の雰囲気分析装置。   The atmosphere analysis apparatus according to claim 1, wherein the control unit changes the length of the first predetermined period according to the detected frequency difference conversion signal.
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