Digital Displacement Sensor Based on Surface Acoustic Wave

表面弾性波を用いた直線・曲面用デジタル式変位計

Takaaki OIWA, Masaki KANATORI, Kenji TERABAYASHI, Jun KONDOH and Junichi ASAMA: Shizuoka University

研究者　
静岡大学大学院工学研究科機械工学専攻 大岩孝彰　教　授　
静岡大学創造科学技術大学院（システム工学科） 近藤　淳　教　授　
静岡大学大学院工学研究科機械工学専攻 朝間淳一　准教授　
寺林賢司　助　教　

Abstract

This study developed a new displacement sensor based on Surface Acoustic Wave (SAW). SAW is an acoustic wave travelling along the material surface. A standing SAW is generated by transmitting SAWs travelling in the opposite direction along the scale material. The standing SAW is then detected and counted. SAW devices with fabricated interdigital electrodes on a piezoelectric substrate are used for transmitting and detecting the SAW. Using the SAW devices (resonance frequency: 25MHz, piezoelectric substrate: LiNbO3, electrode pitch: 160μm) and glass scale material, the output periodical signals is confirmed to be capable of increasing and decreasing with the obtained cycle according to the SAW wavelength. Furthermore, the output signals showed a great repeatability. Thus, SAW applying to displacement measurement is the effective method.

研究の概要

　固体表面に弾性表面波（ＳＡＷ）を伝搬させ，この周期性を用いて変位計測を行う原理のセンサ（ディジタル式エンコーダ）を開発する．スケール基板上に弾性表面波発生用トランスデューサを設置するだけで周期的な波が生成されるため，基板上に等間隔ピッチの目盛線や磁気パターンを作成するなどの加工が一切不要である．また弾性表面波は曲面形状の基板表面上も伝搬するため，このような面に沿った変位計測が可能となる．波長を短くすれば高分解能化を達成でき，さらに90度位相差を持つ２信号を用いれば移動方向の検出が可能となる．

図　自由曲面上に沿った変位の計測の可能性

原　　理

　原理を下の図に示します．スケール基板表面に発生させた弾性表面波の周期性を利用します．具体的には，圧電基板上に生成した櫛歯形電極からなるトランスジューサから発生させた表面弾性波をスケール基板に伝搬させます．スケール基板上に発生した表面弾性波を受信用のディテクタにより検出し，波の数を数えることにより変位計測が可能となります．