(57)【要約】      （修正有）【課題】熱置換電力又は熱測定システムにおいて水晶振動子ベースの電子温度計を内部で自己加熱する方法を提供する。【解決手段】熱置換電力測定システム１００は、電気機械的に共振する温度センサ１１０と、温度センサ１１０に結合される温度測定回路１２０と、ＲＦ電源１３０と、電力コントローラ１４０とを備える。温度センサ１１０は、第１の周波数で温度依存の共振を有する。温度測定回路１２０は、第１の周波数に応じて温度信号を生成する。ＲＦ電源は、温度センサ１１０に、温度センサ１１０の共振に対応する第２の周波数で、制御可能なレベルのＲＦ電力を供給し、温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを出力する。電力コントローラ１４０は、温度信号に応じて、温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力を制御して、温度センサに対する外部電力入力の変動にもかかわらず、温度信号を一定に維持するように動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱置換電力測定システム（１００）であって、
第１の周波数で共振を有する電気機械的に共振する温度センサ（１１０）であって、該第１の周波数は、該温度センサ（１１０）の温度の変化に応答して変化する、温度センサ（１１０）と、
前記第１の周波数に応じて温度信号を生成する温度測定回路（１２０）であって、前記温度センサ（１１０）に結合された温度測定回路（１２０）と、
前記温度センサ（１１０）に、該温度センサ（１１０）の共振に対応する第２の周波数で、制御されたレベルのＲＦ電力を供給する可変ＲＦ電源（１３０）であって、さらに該可変ｒｆ電源（１３０）によって出力される（１３２）ｒｆ電力の大きさを出力する（１５４）可変ＲＦ電源（１３０）と、
前記温度信号に応答して、前記可変ＲＦ電源（１３０）によって前記温度センサ（１１０）に供給される前記ＲＦ電力のレベルを制御して、該温度センサ（１１０）に対すて入力される（１５２）外部熱の変動にもかかわらず、前記温度信号を一定に維持するように動作する電力コントローラ（１４０）と
を具備する熱置換電力測定システム。
【請求項２】
前記温度センサ（１１０）は水晶振動子を備える、請求項１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項３】
請求項２に記載の電力測定システム（１００）であって、
前記水晶振動子は、モードＢ共振及びモードＣ共振を有するＳＣカット水晶振動子であり、各共振はそれぞれの周波数を有し、
前記第１の周波数は、前記モードＢ共振の前記周波数に対応し、
前記第２の周波数は、前記モードＣ共振の前記周波数に対応する、請求項２に記載の電力測定システム。
【請求項４】
前記第１の周波数及び前記第２の周波数のうちの少なくとも一方は、前記それぞれの共振のオーバトーンの周波数である、請求項３に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項５】
請求項２に記載の電力測定システム（１００）であって、
前記水晶振動子は、単一共振を有するＹカット水晶振動子であり、
前記第１の周波数は、前記単一共振の前記基本波の周波数に公称値的に等しく、
前記第２の周波数は、前記単一共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい、請求項２に記載の電力測定システム。
【請求項６】
請求項２に記載の電力測定システム（１００）であって、
前記水晶振動子は、単一共振を有するＹカット水晶振動子であり、
前記第１の周波数は、前記単一共振のオーバトーンの周波数に対応し、
前記第１の周波数は、前記単一共振の前記基本波の周波数に対応する、請求項２に記載の電力測定システム。
【請求項７】
前記電気機械共振子温度センサ（１１０）は圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ）を備える、請求項１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項８】
前記可変ｒｆ電源（１３０）から前記ＲＦ電力の大きさを受け取るように結合された電力測定回路（１５０）を更に具備する、請求項１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項９】
前記外部電力入力（４２２）の前に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力と、該外部電力入力（４２２）の間に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力との差が、前記外部電力入力（４２２）の大きさを提供する、請求項８に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１０】
前記第２の周波数は前記第１の周波数とは異なる、請求項１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１１】
電力測定システム（１００）であって、
第１の周波数で共振を有する電気機械的に共振する温度センサ（１１０）であって、該第１の周波数は温度に依存する、温度センサ（１１０）と、
前記第１の周波数に応じて温度信号を生成する受動温度測定回路（６２０）であって、前記温度センサ（１１０）に結合された前記温度測定回路（１２０）と、
前記温度センサ（１１０）に、前記第１の周波数に対応する周波数で、制御されたレベルのＲＦ電力を供給するように接続された可変ｒｆ電源（１３０）であって、さらに該可変ｒｆ電源（１３０）によって前記温度センサ（１１０）に供給される前記ＲＦ電力の大きさを出力する（１５４）ように接続されている、可変ＲＦ電源（１３０）と、
前記可変ＲＦ電源（１３０）によって前記温度センサ（１１０）に供給される前記ＲＦ電力のレベルを制御して、該温度センサ（１１０）に対して入力される（４２２）外部熱の変動にもかかわらず、前記温度信号を一定に維持するように動作する電力コントローラ（１４０）と
を具備する電力測定システム。
【請求項１２】
前記温度センサ（１１０）は水晶振動子を備える、請求項１１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１３】
前記温度センサ（１１０）は圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ）を備える、請求項１１に記載の電力測定システム（１００。
【請求項１４】
前記可変ｒｆ電源（１３０）に接続された電力測定回路（１５０）を更に具備する、請求項１１に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１５】
前記外部電力入力（４２２）の前に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力と、該外部電力入力（４２２）の間に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力との差が、前記外部電力入力（４２２）の大きさを提供する、請求項１４に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１６】
請求項１１に記載の電力測定システム（１００）であって、
二次巻線（８３６）及び中間タップ一次巻線（８３２）を備える変圧器（８３４）と、
前記ＲＦ電源に電気的に接続されたブリッジ回路（８２２）と、
前記可変ＲＦ電源（１３０）によって出力（１３２）される前記ｒｆ電力の周波数を、該可変ｒｆ電源（１３０）によって供給される前記ＲＦ電力のレベルの変化によってもたらされる位相シフトによる前記第１の周波数の変化に整合させる、周波数制御回路（８２６）と
を更に具備し、
前記温度センサ（１１０）及び抵抗器（７７６）が、前記ブリッジの隣接する第１のアームを構成し、
前記変圧器（８３４）の前記中間タップ一次巻線（８３２）が、前記第１のアームの反対側の前記ブリッジの隣接する第２のアームを構成し、
前記変圧器（８３４）の前記二次巻線（８３６）が、前記周波数制御回路（８２６）に誤差信号を出力する、請求項１１に記載の電力測定システム。
【請求項１７】
前記温度センサ（１１０）は水晶振動子を備える、請求項１６に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１８】
前記温度センサ（１１０）は圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ）を備える、請求項１６に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項１９】
前記可変ｒｆ電源（１３０）から前記ＲＦ電力の大きさを受け取るように電気的に接続された電力測定回路（１５０）を更に具備する、請求項１６に記載の電力測定システム（１００）。
【請求項２０】
前記外部電力入力（４２２）の前に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力と、該外部電力入力（４２２）の間に前記電力測定回路（１５０）によって測定された電力との差が、前記外部電力入力（４２２）の大きさを提供する、請求項１８に記載の電力測定システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
熱量計は、ＲＦ、マイクロ波又は光電力を測定する等の用途、及び反応又は構成試薬の特徴を確定する目的で化学反応によって発生する熱を測定する等の用途で使用される。熱は、電力の時間積分である。最新の熱量計は、温度を測定するために電子温度計を使用する。
【０００２】
基本的な従来の電子熱量計は、測定する電力又は熱を電子温度計に加え、電子温度計の温度上昇を測定する。温度上昇をジュールで表される熱に又はワットで表される電力に変換するために、温度計の熱容量を、ジュール／度の単位で求めることにより、熱量計を較正することが必要である。これを、較正ヒータを用いて温度計に既知の量の熱を加え、温度上昇を観察することによって、求めることができる。較正プロセスで受けやすい誤差の１つの原因は、較正ヒータによって発生する熱の全てが電子温度計に伝達されるとは限らないということである。したがって、電子温度計に自己加熱能力があることが望ましい。一例では、電子温度計としてサーミスタが使用される。サーミスタは、温度の既知の関数である抵抗を有し、直流又は低周波交流電流を通過させることによって自己加熱することもできる。サーミスタで発生する熱を、サーミスタの両端の電圧とサーミスタを通る電流とを測定することによって正確に測定することができる。
【０００３】
幾つかの従来の電子熱量計は、フィードバックシステムを用いてサーミスタの温度を安定化することにより、連続的な自己較正を実施する。停止状態では、サーミスタに既知の量の直流又は低周波交流電力（内部電力）が印加されて、サーミスタの温度が周囲温度より高い設定温度で維持される。外部電力（例えばマイクロ波電力）又は熱（例えば化学反応で発生する熱）がサーミスタに加えられると、熱安定化システムが、サーミスタをその設定温度で維持するように、サーミスタに印加される外部電力に正確に等しい量、内部電力を自動的に低減する。したがって、内部電力の低減により、サーミスタに印加される外部電力の測定が可能になる。さらに又は代替的に、経時的に積分される内部電力の低減により、サーミスタに加えられる外部熱の測定が可能になる。直流内部加熱の代りに低周波交流内部加熱を使用することにより、直流内部加熱で発生するフリッカ（１／ｆ）ノイズ及び熱電効果が低減する。通常、１ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲の周波数での交流内部加熱が使用される。この技法は、１９６１年にHP Journal：http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1961-06.pdfに記載されたHewlett-Packard 431A Power Meterに採用されている。
【０００４】
水晶振動子に基づく電子温度計は、熱量測定用途において安定性、小型サイズ及び高感度等の多数の利点を提供する。しかしながら、上述したもの等の従来の自己加熱技法は水晶振動子を自己加熱するには有効ではないため、水晶振動子ベースの電子温度計は、自己加熱熱置換電力又は熱測定システムで温度を測定するためには広く使用されてこなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、必要なものは、熱置換電力又は熱測定システムにおいて水晶振動子ベースの電子温度計を内部で自己加熱する方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】熱置換電力測定システムの一例を示すブロック図である。
【図２】温度測定回路の一例を示す概略図である。
【図３】温度測定回路の更なる例を示すブロック図である。
【図４】温度測定回路の更なる例を示すブロック図である。
【図５】可変ＲＦ電源の例を示すブロック図である。
【図６】可変ＲＦ電源の例を示すブロック図である。
【図７】可変ＲＦ電源の例を示すブロック図である。
【図８】電源測定回路の例を示すブロック図である。
【図９】電源測定回路の例を示すブロック図である。
【図１０】電源測定回路の例を示すブロック図である。
【図１１】より単純な熱置換電力測定システムの一例を示すブロック図である。
【図１２】より単純な熱置換電力測定システムの他の例を示すブロック図である。
【図１３】より単純な熱置換電力測定システムの他の例を示すブロック図である。
【図１４】より単純な熱置換電力測定システムの他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書では、電気機械的に共振する温度センサと、温度センサに結合された温度測定回路と、可変ＲＦ電源と、電力コントローラとを備える熱置換電力測定システムが開示されている。温度センサは、温度センサの温度の変化に応答して変化する第１の周波数で共振を有する。温度測定回路は、第１の周波数に応じて温度信号を生成するものである。可変ＲＦ電源は、温度センサに、温度センサの共振に対応する第２の周波数で、制御可能なレベルのＲＦ電力を供給するものであり、さらに、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力の大きさ（measure）を出力するものであり、電力コントローラは、温度信号に応じて、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力のレベルを制御して、温度センサに入力される外部電力の変動にもかかわらず、温度信号を一定に維持するように動作する。
【０００８】
本明細書にはまた、温度依存の第１の周波数で共振を有する電気機械的に共振する温度センサと、受動温度測定回路と、可変ＲＦ電源と、電力コントローラとを備える熱置換電力測定システムも開示されている。温度センサは、温度センサの温度の変化に応じて変化する第１の周波数で共振を有する。温度測定回路は、第１の周波数に応じて温度信号を生成するものである。可変ＲＦ電源は、温度センサに、第１の周波数に対応する周波数で、制御可能なレベルのＲＦ電力を供給するものであり、さらに、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力の大きさを出力するものである。電力コントローラは、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力のレベルを制御して、温度センサに入力される外部電力の変動にもかかわらず、温度信号を一定に維持するものである。
【０００９】
一実施形態では、電力測定システムは、変圧器、ブリッジ回路及び周波数制御回路を更に備えている。変圧器は、二次巻線及び中間タップ一次巻線を有している。ブリッジ回路は、可変ＲＦ電源に電気的に接続されている。周波数制御回路は、可変ＲＦ電源の周波数を、可変ＲＦ電源によって供給されるＲＦ電力のレベルの変化によってもたらされる位相シフトによる温度センサの共振周波数の変化に整合させるように動作する。温度センサ及び抵抗器は、ブリッジの２つの隣接するアームを構成し、変圧器の中間タップ一次巻線はブリッジの残りの２つのアームを構成し、変圧器の二次巻線は、周波数制御回路に誤差信号を出力する。
【００１０】
図１は、熱置換電力測定システムの一例１００を示すブロック図である。簡潔さのために、熱置換電力測定システムを、本明細書では、電力測定システムと呼ぶ。この詳細な説明（発明を実施するための形態）において電力測定システムと言及する場合、それは、熱置換電力測定システムを指すものと解釈されるべきである。電力測定システム１００は、電気機械的に共振する温度センサ１１０と、温度センサ１１０に結合された温度測定回路１２０と、可変ＲＦ電源１３０と、電力コントローラ１４０とを備えている。簡潔さのために、電気機械的に共振する温度センサを、本明細書では単に温度センサと呼ぶ。この詳細な説明において温度センサと言及する場合、それは電気機械的に共振する温度センサを指すものと解釈されるべきである。図１に示す例は、任意選択的な電力測定回路１５０及びダイプレクサ１６０を更に含む。
【００１１】
ダイプレクサ１６０は、温度測定回路１２０によって出力されるＲＦ測定信号ＭＳと、可変ＲＦ電源１３０によって出力される制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰとを、温度測定回路と可変ＲＦ電源との間の望ましくない相互作用を防止する方法で温度センサ１１０に結合する。通常、測定信号ＭＳ及びＲＦ電力ＣＰの相対的な周波数に応じて、ダイプレクサ１６０は、２つのバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタ及びローパスフィルタから構成されている。
【００１２】
温度センサ１１０は、温度センサの温度の変化に応じて変化する第１の周波数で共振を有する。温度測定回路１２０は、第１の周波数に応じて温度信号ＴＳを生成するものである。可変ＲＦ電源１３０は、温度センサ１１０に、温度センサ１１０の共振に対応する第２の周波数で、制御されたレベルのＲＦ電力を供給するものであり、さらに、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを提供する電力モニタリング信号ＰＭを出力するものである。電力コントローラ１４０は、温度信号ＴＳに応じて、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力のレベルを制御して、温度センサ１１０に入力される外部電力の変動にもかかわらず、温度信号ＴＳを一定に維持するように動作する。
【００１３】
図１に示す例では、温度センサ１１０は、電極１１４、１１６の間に挟装された水晶ブランク１１２を備えている。電極１１４はダイプレクサ１６０に接続され、電極１１６は信号接地に接続されている。水晶ブランク１１２は、第１の周波数ｆ１と呼ぶ周波数で少なくとも１つの共振を有する電気機械的に共振する水晶振動子を備えている。温度センサ１１０で使用されるのに適している水晶振動子は、第１の周波数ｆ１での共振が、共振の周波数を測定することにより又は第１の周波数ｆ１での共振の周波数によって決まるインピーダンス又は位相等の別のパラメータを測定することにより、水晶振動子の温度が正確にかつ好都合に求められるのを可能にする程度まで、温度依存性である水晶振動子である。一例では、水晶振動子は、単一周波数（周波数ｆ１）で共振を有するＹカット水晶振動子である。別の例では、水晶振動子は、２つの周波数で共振を有するＳＣカット水晶振動子である。（Ｂモードの）周波数ｆ１での共振のうちの一方は、（Ｃモードの）共振のうちの他方より実質的に大きい温度係数を有している。水晶振動子は、上述したものに加えて共振を有することができるが、こうした追加の共振は、上述した共振よりＱが実質的に低いため有用ではなく、したがって無視される。
【００１４】
別の例では、温度センサ１１０は、１つが周波数ｆ１である異なる周波数で直列共振及び並列共振を有する電気機械的に共振する圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：film bulk acoustic resonator）を備えている。しかしながら、直列共振及び並列共振は、ＦＢＡＲが、１つが周波数ｆ１である２つの異なる周波数で共振を有するものとしてみなされるためには十分に周波数が異なっていない。温度センサ１１０としての使用に適しているＦＢＡＲは、周波数ｆ１での共振が、周波数ｆ１での共振の周波数を測定することにより、又は第１の周波数ｆ１での共振の周波数によって決まる、インピーダンス又は位相等の別のパラメータを測定することにより、ＦＢＡＲの温度が正確に及び好都合に求められるのを可能にする程度まで、温度依存性であるＦＢＡＲである。
【００１５】
温度センサ１１０は、通常、測定される電力又は熱のための受容体に熱的に結合されている。一例では、温度センサ１１０は、水晶ブランク１１２の周辺で、熱伝導性材料の薄い膜に、温度センサの中心が膜とは無関係に振動するのを可能にするように熱的に結合されている。一例では、膜の材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）である。光電力を測定するために、膜は光吸収材料でコーティングされているか、又は膜に光吸収素子が取り付けられている。マイクロ波電力を測定するために、膜はマイクロ波吸収材料でコーティングされているか、又は膜にマイクロ波吸収素子若しくは終端抵抗器が取り付けられている。別の例では、発熱反応又は吸熱反応をもたらす反応物が膜の上に配置され、それにより、電力測定システムが、反応によって生成されるか又は吸収される熱を測定することができる。
【００１６】
温度測定回路１２０は、上述した第１の周波数での温度センサ１１０の共振に応じて温度信号ＴＳを生成するように構成されている。温度信号ＴＳの特性、例えば振幅若しくは周波数、又は温度信号ＴＳの特性を表すデジタル値は、第１の周波数ｆ１に、したがって温度センサ１１０の温度に依拠する。温度測定回路１２０は、能動温度測定回路である。温度測定回路１２０は測定信号出力１２２を備え、そこで、ダイプレクサ１６０の第１の入力ポート１６２及び出力ポート１６６を介して温度センサ１１０に測定信号ＭＳを出力する。温度測定回路１２０は、周波数ｆ１での温度センサ１１０の共振に対応する周波数で測定信号ＭＳを出力する。この開示では、共振に対応する周波数を有する信号は、周波数が共振の基本波と公称値的に(nominally)等しいか又は周波数が共振のオーバトーンと公称値的に等しい信号である。周波数が共振の基本波と公称値的に等しい信号とは、周波数が共振の３ｄＢ帯域幅の範囲内である信号である。周波数が共振のオーバトーンと公称値的に等しい信号とは、周波数がオーバトーンの３ｄＢ帯域幅の範囲内である信号である。周波数が、共振の基本波又は共振のオーバトーンの１ｄＢ帯域幅の範囲内である信号は、より最適な結果をもたらす。
【００１７】
温度測定回路１２０は温度信号出力１２４を更に備え、この温度信号出力１２４において温度測定回路１２０は温度信号ＴＳを出力する。温度測定回路１２０は、周波数ｆ１における温度センサ１１０の共振における温度に起因した変化によってもたらされる測定信号ＭＳの変化を検出することにより、温度信号ＴＳを生成する。温度測定回路１２０の例については、図２〜図４を参照して後述する。
【００１８】
可変ＲＦ電源１３０は、温度センサ１１０に結合されて、温度センサに、温度センサの共振に対応する第２の周波数ｆ２で、制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰを供給し、さらに、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを出力するものである。図示する例では、可変ＲＦ電源１３０は、ダイプレクサ１６０の第２の入力ポート１６４及び出力ポート１６６を介して温度センサ１１０にＲＦ電力を供給するように結合されている。可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力は、温度センサを、周囲温度より高い設定温度まで内部で加熱する。具体的には、可変ＲＦ電源１３０は、温度センサ１１０に、温度センサから周囲への熱損失にもかかわらず、温度センサを設定温度まで加熱するのに十分な制御されたレベルのＲＦ電力を供給する。可変ＲＦ電源１３０が温度センサ１１０にＲＦ電力を供給する第２の周波数ｆ２は、温度センサの共振の周波数に対応し、ＲＦ電力が温度センサに効率的に結合されるのを確実にする。
【００１９】
可変ＲＦ電源１３０は、可変ＲＦ電源が制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰを出力するＲＦ電力出力１３２を備えている。ＲＦ電力出力１３２は、ダイプレクサ１６０の第２の入力ポート１６４及び出力ポート１６６を介して温度センサ１１０に結合されている。可変ＲＦ電源１３０は電力モニタリング出力１３４を更に備え、それを介して、可変ＲＦ電源は、ＲＦ電力出力１３２において可変ＲＦ電源１３０によって出力される電力を表す電力モニタリング信号ＰＭを出力し、したがって、可変ＲＦ電源１３０は、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを提供する。図示する例では、可変ＲＦ電源１３０は、電力モニタリング信号ＰＭを任意選択的な電力測定回路１５０に出力する。可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力ＣＰのレベルは、電力制御入力１３６において電力コントローラ１４０から受け取られた電力制御信号ＰＣによって制御される。可変ＲＦ電源１３０の例については、図６〜図９を参照して後述する。
【００２０】
温度センサ１１０が単一共振を有する実施形態では、可変ＲＦ電源１３０が温度センサ１１０にＲＦ電力ＣＰを供給する第２の周波数ｆ２は、単一共振の基本波の周波数ｆ１に又は単一共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。温度センサ１１０が周波数ｆ１での第１の共振と第１の共振の周波数とは異なる周波数での第２の共振とを有する実施形態では、可変ＲＦ電源が温度センサ１１０にＲＦ電力を供給する第２の周波数ｆ２は、第２の共振の基本波の周波数に又は第２の共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。
【００２１】
電力コントローラ１４０は、温度信号入力１４２及び電力制御信号出力１４４を有している。図示する例では、電力コントローラ１４０は、温度設定入力１４６を更に有しており、そこで、電力コントローラ１４０は、外部温度設定信号ＳＥＴを受け取る。温度設定信号ＳＥＴは、可変ＲＦ電源１３０によって供給されるＲＦ電力が温度センサ１１０に対して維持する、周囲温度より高い設定温度を定義する。別の例では、電力コントローラ１４０は、温度設定信号ＳＥＴを内部で生成し、温度設定入力はない。電力コントローラ１４０は、温度信号入力１４２において受け取られる温度信号ＴＳに応じてかつ温度設定信号ＳＥＴに応じて、電力制御信号ＰＣを生成するように動作する。電力コントローラ１４０は、電力制御信号出力１４４において電力制御信号ＰＣを出力し、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力のレベルを制御する。電力制御信号ＰＣは、ＲＦ電力のレベルを制御して、温度センサ温度に入力される外部電力の変動にもかかわらず、温度センサ１１０を一定の設定温度で維持する。温度信号ＴＳは、第１の周波数ｆ１における温度センサの共振から求められる温度センサ１１０の温度の大きさを提供する。したがって、一定の温度信号ＴＳは、温度センサ１１０の一定温度を示す。
【００２２】
電力コントローラ１４０は、例えば周囲温度の変動による、又は温度センサへの外部電力の入力による温度センサ１１０の温度の変化によってもたらされる温度信号ＴＳのあらゆる変動を検出する。温度信号ＴＳの変動に応じて、電力コントローラ１４０は、可変ＲＦ電源１３０が、温度センサの温度変動を補正する方法で温度センサに供給されるＲＦ電力のレベルを変化させるように、電力制御信号ＰＣを変化させる。例えば、温度センサの温度が周囲温度の上昇によって上昇する場合、電力制御信号ＰＣにより、可変ＲＦ電源１３０は、温度センサの温度をその設定温度に回復させ、したがって温度信号ＴＳをその元の状態に回復させる量、温度センサに供給されるＲＦ電力のレベルを低減する。温度センサ１１０は、通常、周囲温度の変動を最小限にするように温度制御された筐体内に位置している。
【００２３】
電力コントローラ１４０は、外部電力が温度センサ１１０に入力されるときに上述した方法と類似した方法で動作する。こうした外部電力により、温度センサ１１０の温度が上昇し、温度信号ＴＳが、温度センサ１１０の上昇した温度と一貫して変化する。温度信号ＴＳの変化により、電力コントローラ１４０は、可変ＲＦ電源１３０が、温度センサの温度変動を補正する方法で温度センサに供給されるＲＦ電力のレベルを低減するように、電力制御信号ＰＣを変化させる。これにより、温度センサ１１０がその設定温度に回復する。可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力のレベルの測定された低減は、温度センサに入力される外部電力に等しい。
【００２４】
電力測定システム１００が外部電力の代りに温度センサ１１０に入力される外部熱を測定する用途では、外部熱が温度センサに入力されている間に温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の測定された低減は、合計されて、温度センサに入力される外部熱を定量化する。
【００２５】
任意選択的な電力測定回路１５０は、入力１５２及び出力１５４を備えている。入力１５２は、可変ＲＦ電源１３０の電力モニタリング出力１３４から電力モニタリング信号ＰＭを受け取るように接続されている。電力測定回路１５０は、電力モニタリング信号ＰＭによって表されるＲＦ電力のレベルを測定して、測定された電力信号Ｐを生成する。単純な実施形態では、測定された電力信号Ｐは、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に出力されたＲＦ電力のレベルを表す。こうした実施形態では、温度センサに入力された外部電力を、測定された電力信号Ｐから計算することができる。より複雑な実施形態では、測定された電力信号Ｐは、温度センサに入力された外部電力（幾つかの例では入力された外部熱）を直接表している。電力測定回路１５０の例については、図８〜図１０を参照して後に詳細に説明する。
【００２６】
ダイプレクサ１６０の幾つかの実施形態は、入力ポート１６２、１６４のうちの一方と出力ポート１６６との間に接続されたハイパスフィルタと、入力ポート１６２、１６４のうちの他方と出力ポート１６６との間に接続されたローパスフィルタとを備えている。ハイパスフィルタが入力ポート１６２に接続されるか又は入力ポート１６４に接続されるかは、測定信号ＭＳの周波数が、第２の周波数ｆ２よりそれぞれ高いか又は低いかによって決まる。
【００２７】
ここで、電力測定システム１００の要素の例について説明する。電力測定システム１００の一実施形態では、温度センサ１１０は、ＳＣカット水晶振動子を備えている。ＳＣカット水晶振動子は、モードＢ共振及びモードＣ共振と呼ばれる２つの共振を有している。モードＢ共振の基本波の周波数は、モードＣ共振の基本波の周波数より約９．４％高い。モードＢ共振の基本波の周波数は、−２５．５ｐｐｍ／℃（parts per million per degree C）の略線形温度係数を有しており、モードＣ共振の基本波の周波数は、１ｐｐｍ／℃よりはるかに小さい３次温度係数を有している。ＳＣカット水晶振動子では、モードＢ共振及びモードＣ共振は、機械的に直交しており、したがって、水晶振動子における非線形のために相互作用する可能性は低い。
【００２８】
温度センサ１１０がＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の一実施形態では、第１の周波数ｆ１は、いずれの温度測定回路１２０が温度信号ＴＳを生成するかに応じて、ＳＣカット水晶振動子のモードＢ共振の基本波の周波数に対応し、可変ＲＦ電源１３０が温度センサ１１０にＲＦ電力を供給する第２の周波数ｆ２は、ＳＣカット水晶振動子のモードＣ共振の基本波の周波数に対応する。モードＢ共振の基本波の周波数の大きい温度係数は、温度センサ１１０の温度の変動を温度信号ＴＳの容易に検出可能な変動に変換するが、モードＣ共振の基本波の周波数の小さい温度係数は、温度センサ１１０の温度の変動が、可変ＲＦ電源１３０の周波数と温度センサのモードＣ共振の基本波の周波数又はモードＣ共振のオーバトーンの周波数との間の整合を変化させるのはごくわずかであることを確実にする。
【００２９】
温度センサ１１０がＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第１の例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振の基本波の周波数に対して公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振の基本波の周波数に公称値的に等しい。温度センサ１１０のモードＢ共振の基本波の周波数が１９３ＭＨｚであり、モードＣ共振の基本波の周波数が１８０ＭＨｚである一例では、第１の周波数ｆ１は１９３ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は１８０ＭＨｚに公称値的に等しい。
【００３０】
温度センサ１１０が、上述したようなＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第１の例では、温度センサのモードＢ共振の基本波の周波数とモードＣ共振の基本波の周波数との間の差が比較的小さい（９．４％）ことにより、ダイプレクサ１６０の設計が困難になる。ダイプレクサ１６０の設計を、周波数ｆ１及びｆ２のうちの少なくとも一方を温度センサの対応する共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しくすることによって簡略化することができる。
【００３１】
温度センサ１１０がＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第２の例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振の基本波の周波数に公称値的に等しい。一例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振の第３のオーバトーンに対応する３×１９３ＭＨｚ＝５７９ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振の基本波の対応する１８０ＭＨｚに公称値的に等しい。この例では第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の２オクターブより大きい周波数差により、実質的にダイプレクサ１６０の設計が簡略化される。
【００３２】
温度センサ１１０がＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第３の例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振の基本波の周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。一例では、第１の周波数ｆ１は、１９３ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、３×１８０ＭＨｚ＝５４０ＭＨｚに公称値的に等しい。この場合もまた、周波数ｆ１及びｆ２の一方をＳＣカット水晶振動子の共振のうちの一方のオーバトーンの周波数に対応させることからもたらされる、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の周波数差が大きいことにより、ダイプレクサ１６０の設計が簡略化される。
【００３３】
温度センサ１１０がＳＣカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第４の例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振の異なるオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。一例では、第１の周波数ｆ１は、モードＢ共振の第３のオーバトーンに対応する３×１９３ＭＨｚ＝５７９ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、モードＣ共振の第５のオーバトーンに対応する５×１８０ＭＨｚ＝９００ＭＨｚに公称値的に等しい。この例では第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の周波数差が大きいことにより、ダイプレクサ１６０の設計が簡略化する。
【００３４】
電力測定システム１００の別の実施形態では、温度センサ１１０は、Ｙカット水晶振動子を備えている。Ｙカット水晶振動子は、およそ＋８５ｐｐｍ／℃の略線形温度係数を有する単一共振を有している。温度センサ１１０がＹカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の一実施形態では、いずれの温度測定回路１２０が温度信号ＴＳを生成するかに応答する第１の周波数ｆ１と、可変ＲＦ電源１３０が温度センサ１１０にＲＦ電力ＣＰを供給する第２の周波数ｆ２とのうちの少なくとも一方は、Ｙカット水晶振動子の共振のオーバトーンの周波数に対応する。第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２のうちの他方は、Ｙカット水晶振動子の共振の基本波の周波数又は共振の異なるオーバトーンの周波数に対応する。
【００３５】
Ｙカット水晶振動子は、温度センサ１１０の温度の変化により、可変ＲＦ電源１３０が温度センサ１１０にＲＦ電力を供給する周波数ｆ２と、温度センサの共振の基本波又はオーバトーンの周波数との間の温度によってもたらされる不整合をもたらす可能性があるような、実質的な温度係数を有している。しかしながら、こうした不整合は始動時のみにおいて問題があり、それは、温度センサ１１０がその設定温度に達すると、温度測定回路１２０、電力コントローラ１４０、及び可変ＲＦ電源１３０からのＲＦ電力の制御されたレベルにより、温度センサ１１０は一定温度で維持されるためである。
【００３６】
温度センサ１１０がＹカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第１の例では、第１の周波数ｆ１は、Ｙカット水晶振動子の共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、Ｙカット水晶振動子の共振の基本波の周波数に公称値的に等しい。Ｙカット水晶振動子の共振の基本波の周波数が２００ＭＨｚである一例では、第１の周波数ｆ１は、共振の第３のオーバトーンに対応する３×２００ＭＨｚ＝６００ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、共振の基本波に対応する２００ＭＨｚに公称値的に等しい。この例では第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の１オクターブを超える周波数差により、ダイプレクサ１６０の設計が簡略化される。
【００３７】
温度センサ１１０がＹカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第２の例では、第１の周波数ｆ１は、Ｙカット水晶振動子の共振の基本波の周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、Ｙカット水晶振動子の共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。一例では、第１の周波数ｆ１は、２００ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、３×２００ＭＨｚ＝６００ＭＨｚに公称値的に等しい。この場合もまた、周波数ｆ１及び周波数ｆ２のうちの一方をＹカット水晶振動子の共振のオーバトーンの周波数に対応させることからもたらされる第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の周波数差が大きいことにより、ダイプレクサ１６０の設計が簡略化する。
【００３８】
温度センサ１１０がＹカット水晶振動子を備えている電力測定システム１００の第３の例では、第１の周波数ｆ１は、Ｙカット水晶振動子の共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、Ｙカット水晶振動子の共振の異なるオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。一例では、第１の周波数ｆ１は、共振の第３のオーバトーンに対応する３×２００ＭＨｚ＝６００ＭＨｚに公称値的に等しく、第２の周波数ｆ２は、共振の第５のオーバトーンに対応する５×２００ＭＨｚ＝１０００ＭＨｚに公称値的に等しい。この例では第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間の周波数差が大きいことにより、ダイプレクサ１６０の設計が簡略化する。
【００３９】
測定可能なかつ予測可能な温度係数を備えた他のカットを有する水晶振動子を、電力測定システム１００の他の実施態様で使用することができる。
【００４０】
図２は、温度測定回路１２０の一例２００を示す概略図である。温度測定回路２００は、発振器回路２１０及び周波数測定回路２３０を備えている。図面を簡略化するために、発振器回路２１０の交流コンポーネントのみを示している。温度センサ１１０は、ダイプレクサ１６０（図１）及び測定信号出力１２２を介して発振器回路２１０に結合されている。周波数ｆ１での温度センサ１１０の共振の温度依存周波数、又はこうした共振のオーバトーンの周波数によって、発振器回路２１０が発振する周波数が決まる。したがって、発振器回路２１０が発振する周波数は、温度センサ１１０の温度の大きさを提供する。
【００４１】
発振器回路２１０はトランジスタ２１２を備えている。トランジスタ２１２のエミッタは、温度測定回路１２０の測定信号出力１２２に接続されている。そして、測定信号出力１２２は、ダイプレクサ１６０（図１）を介して温度センサ１１０に結合されている。インダクタ２１４が、トランジスタ２１２のコレクタとベースとの間に接続され、トランジスタ２１２のベースが、コンデンサ２１６を介して信号接地に接続されている。インダクタ２１４とコンデンサ２１６、２１８及び２２０の組合せとは、第１の周波数ｆ１に公称値的に等しい周波数、すなわち温度センサ１１０の共振若しくは複数の共振のうちの１つの基本波の周波数、又はこうした共振若しくはこうした複数の共振のうちの１つのオーバトーンの周波数で共振を有する直列共振回路を形成している。トランジスタ２１２は、発振器回路２１０を発振させる利得を提供する。
【００４２】
トランジスタ２１２のコレクタには、コンデンサ２１８及び２２０によって形成される容量分圧器が更に接続されており、コンデンサ２２０の静電容量は、コンデンサ２１８の静電容量より実質的に大きい。周波数測定回路２３０は入力２３２及び出力２３４を有している。入力２３２は、コンデンサ２１８とコンデンサ２２０との間のノードに接続されている。出力２３４は、温度測定回路１２０の温度信号出力１２４に接続されている。周波数測定回路２３０は、発振器回路２１０が発振して温度信号ＴＳを生成する周波数を測定する。
【００４３】
一例では、周波数測定回路２３０は、値を有するデジタル信号か又は発振器回路２１０の周波数を表すレベル（又は他の特性）を有するアナログ信号として温度信号ＴＳを生成する周波数カウンタ（別個には示さず）を備えている。別の例では、周波数測定回路２３０は、発振器回路２１０の周波数を表すレベル（又は他の特性）を有するアナログ信号として温度信号ＴＳを生成するアナログ周波数測定回路（別個には示さず）を備えている。任意選択的に、アナログ／デジタル変換器を使用して、アナログ温度信号がデジタル温度信号に変換される。発振器回路２１０の周波数を表す特性を有するアナログ信号として温度信号ＴＳを生成することができるか、又は発振器回路２１０の周波数を表す値を有するデジタル信号として温度信号ＴＳを生成することができる他の回路を周波数測定回路２３０として使用することができる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、周波数測定回路２３０は、電力測定システム１００の外部の周波数カウンタ機器（図示せず）の一部である。こうした実施形態では、温度測定回路２００は、外部周波数カウンタ機器の入力がコンデンサ２１８、２２０の間のノードに接続され、外部周波数カウンタ機器の出力が温度信号出力１２４に接続されるのを可能にする２つのコネクタ（図示せず）を備えている。
【００４５】
図３は、温度測定回路１２０の別の例２５０を示す概略図である。温度測定回路２５０は、発振器２６０、方向性結合器２７０及び位相検出器２８０を備えている。発振器２６０は、第１の周波数ｆ１での温度センサ１１０の共振の基本波の周波数か又はこうした共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい周波数でＲＦ信号を生成する温度安定性が高い発振器である。発振器２６０は信号出力２６２を有している。
【００４６】
方向性結合器２７０は、第１のポート２７２、第２のポート２７４、第３のポート２７６及び第４のポート２７８を有している。第１のポート２７２は、発振器２６０の信号出力２６２に接続されている。第２のポート２７４は、温度測定回路２５０の測定信号出力１２２に接続されている。
【００４７】
位相検出器２８０は、入力２８２、２８４及び出力２８６を有している。入力２８２、２８４は、方向性結合器２７０のそれぞれ第３のポート２７６及び第４のポート２７８に接続されている。位相検出器２８０の出力２８６は、温度測定回路２５０の測定信号出力１２４に接続されている。
【００４８】
温度測定回路２５０の動作時、方向性結合器２７０は、第１のポート２７２において受け取られた発振器２６０のＲＦ出力信号のサンプルを第４のポート２７８に結合し、第２のポート２７４において受け取られた温度センサ１１０（図１）からの測定信号ＭＳのサンプルを第３のポート２７６に結合する。位相検出器２８０は、発振器２６０のＲＦ出力信号のサンプルと温度センサ１１０からの測定信号ＭＳのサンプルとの間の位相差を測定して温度信号ＴＳを生成する。位相差は、温度センサ１１０の温度依存の共振周波数と発振器２６０のＲＦ出力信号の温度とは無関係の周波数との間の関係に応じて変化する。
【００４９】
図４は、温度測定回路１２０の別の例３００を示す概略図である。図４は、この例では温度センサ１１０への接続を示すように、電力測定システム１００のダイプレクサ１６０及び温度センサ１１０を更に示す。図３を参照して上述した温度測定回路２５０の要素に対応する温度測定回路３００の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。温度測定回路３００は、発振器２６０、位相検出器２８０、信号分配器３１０及び位相調整器３２０を備えている。
【００５０】
信号分配器３１０は、入力ポート３１２及び２つの出力ポート３１４、３１６を有している。入力ポート３１２は、発振器２６０の出力２６２に接続されている。出力ポート３１４は、温度センサ１１０の電極１１４に接続されている。
【００５１】
位相調整器３２０は、入力３２２及び出力３２４を有している。入力３２２は、信号分配器３１０の出力ポート３１６に接続されており、出力３２４は、位相検出器２８０の入力２８２に接続されている。位相検出器２８０の入力２８４は、温度センサ１１０の電極１１６に接続されている。
【００５２】
温度測定回路３００の動作時、信号分配器３１０は、出力ポート３１４において発振器２６０によって出力されるＲＦ信号の一部を出力し、出力ポート３１６においてＲＦ信号の残りを出力する。出力ポート３１４において出力されるＲＦ信号出力の部分は、ダイプレクサ１６０及び温度センサ１１０を通って位相検出器２８０の入力２８４に進む。位相調整器３２０は、信号分配器３１０の出力ポート３１６において出力されるＲＦ信号の部分に、ダイプレクサ１６０及び設定温度にある温度センサ１１０によって出力ポート３１４において出力されるＲＦ信号の部分にかけられる総位相シフトに実質的に等しい温度に無関係の位相シフトを与える。位相検出器２８０は、信号分配器３１０の出力ポート３１４において出力されたＲＦ信号の部分と、出力ポート３１６において出力されたＲＦ信号の部分との間の位相差を測定して、温度信号ＴＳを生成する。位相差は、温度センサ１１０の温度依存の共振周波数と発振器２６０によって生成されるＲＦ信号の温度とは無関係の周波数との関係に応じて変化する。
【００５３】
温度センサ１１０の温度依存の共振周波数に応じて温度信号ＴＳを生成することができる他の回路を、温度測定回路１２０として使用することができる。
【００５４】
図５は、可変ＲＦ電源１３０の一例４００を示すブロック図である。可変ＲＦ電源４００は、内部可変電力ＲＦ信号発生器４１０と結合器４２０とを備えている。可変電力ＲＦ信号発生器４１０は、ＲＦ出力４１２及び電力制御入力４１４を備えている。結合器４２０は、電力入力４２２、電力出力４２４及びモニタリング出力４２６を備えている。可変電力ＲＦ信号発生器４１０の電力制御入力４１４は、可変ＲＦ電源４００の電力制御入力１３６から電力制御信号ＰＣを受け取るように接続されている。可変電力ＲＦ信号発生器４１０のＲＦ出力４１２は、結合器４２０の電力入力４２２に接続されている。結合器４２０の電力出力４２４は、可変ＲＦ電源４００のＲＦ電力出力１３２に接続されている。結合器４２０のモニタリング出力４２６は、可変ＲＦ電源４００の電力モニタリング出力１３４に接続されている。
【００５５】
可変電力ＲＦ信号発生器４１０は、ＲＦ出力４１２において温度センサ１１０（図１）の共振に対応する周波数ｆ２でＲＦ電力を出力する。可変電力ＲＦ信号発生器４１０によって出力されるＲＦ電力の電力レベルは、電力制御入力４１４において受け取られる電力制御信号ＰＣによって制御される。結合器４２０は、電力出力１３２においてＲＦ電力ＣＰとして可変電力ＲＦ信号発生器４１０によって出力されるＲＦ電力の大部分を出力し、電力モニタリング出力１３４において、可変電力ＲＦ信号発生器４１０から受け取られるＲＦ電力のサンプルを電力モニタリング信号ＰＭとして出力する。電力モニタリング信号ＰＭは、可変ＲＦ電源４００によって供給されるＲＦ電力の大きさを温度センサ１１０に提供する。
【００５６】
可変ＲＦ電源１３０として使用することができる可変ＲＦ電源４００の別の例では、内部可変電力ＲＦ信号発生器４１０の代りに外部可変電力ＲＦ信号発生器（図示せず）が使用される。こうした実施形態では、可変ＲＦ電源は、外部可変電力ＲＦ信号発生器から第２の周波数ｆ２で可変レベルのＲＦ電力を受け取るコネクタ（図示せず）と、外部可変電力ＲＦ信号発生器に電力制御信号ＰＣを出力するコネクタ（図示せず）とを備えている。可変ＲＦ電源１３０として使用することができる可変ＲＦ電源４００の更に別の例では、内部可変電力ＲＦ信号発生器４１０及び内部結合器４２０の代りに直列に接続された外部可変電力ＲＦ信号発生器（図示せず）及び外部結合器が使用される。こうした実施形態では、可変ＲＦ電源は、外部結合器の電力出力から周波数ｆ２で可変レベルのＲＦ電力を受け取るコネクタ（図示せず）と、外部結合器から電力モニタリング信号ＰＭを受け取るコネクタ（図示せず）と、外部可変電力ＲＦ信号発生器に電力制御信号ＰＣを出力するコネクタ（図示せず）とを備えている。
【００５７】
図６は、可変ＲＦ電源１３０の別の例４３０を示すブロック図である。可変ＲＦ電源４３０は、可変電力ＲＦ信号発生器４４０の出力段に供給される直流電力を表す電力モニタリング信号ＰＭを生成するように構成された内部可変電力ＲＦ信号発生器４１０の一実施形態４４０を含む。図示する例では、可変電力ＲＦ信号発生器４４０は、電源４４２、電流測定回路４４４及び出力段４４６を備えている。可変電力ＲＦ信号発生器４４０の他の要素は、図面を簡略化するために示していない。出力段４４６は、可変電力ＲＦ信号発生器４４０によって生成される可変レベルのＲＦ電力を、ＲＦ電力ＣＰとして可変ＲＦ電源１３０のＲＦ出力１３２に提供する。
【００５８】
電流測定回路４４４は、電流入力４４８、電流出力４５０及び電流測定出力４５２を有している。電流入力４４８は、電源４４２に接続されており、電流出力４５０は、出力段４４６の電流入力に接続されている。電流測定回路４４４は、出力段４４６に入力される電流を測定して、電流測定信号ＣＭを生成する。さらに、導線４５４が、出力段４４４の電源入力から供給電圧信号ＳＶを搬送する。電流測定信号ＣＭ及び供給電圧信号ＳＶは、まとめて電力モニタリング信号ＰＭを構成し、可変ＲＦ電源１３０の電力モニタリング出力１３４において出力される。
【００５９】
電源４４２の出力電圧が明確に定義されている可変ＲＦ電源４３０の実施形態では、電流測定信号ＣＭのみが電力モニタリング信号ＰＭとして出力される。電力制御入力１３６において受け取られる電力制御信号ＰＣが電源４４２の出力電圧を変化させて可変ＲＦ電源４３０によって出力される電力を制御し、電源４４２の出力電圧と可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルとの関係が明確に定義されている、可変ＲＦ電源４３０の実施形態では、電流測定回路４４４が省略され、供給電圧信号ＳＶのみが電力モニタリング信号ＰＭとして出力される。
【００６０】
可変ＲＦ電源１３０として使用することができる可変ＲＦ電源４３０の別の例では、内部可変電力ＲＦ信号発生器４４０の代りに、構造が可変電力ＲＦ信号発生器４４０に類似している外部可変電力ＲＦ信号発生器（図示せず）が使用され、可変ＲＦ電源は、外部可変電力ＲＦ信号発生器からＲＦ電出力及び電力モニタリング信号ＰＭを受け取り、外部可変電力ＲＦ信号発生器に電力制御信号ＰＣを提供する適切なコネクタ（図示せず）を備えている。
【００６１】
図７は、可変ＲＦ電源１３０の別の例４６０を示すブロック図である。図５を参照して上述した可変ＲＦ電源４００の要素に対応する可変ＲＦ電源４６０の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。可変ＲＦ電源４６０は、内部固定電力ＲＦ信号発生器４７０、可変減衰器４８０及び結合器４２０を備えている。
【００６２】
固定電力ＲＦ信号発生器４７０は、ＲＦ電力出力４７２を有している。可変減衰器４８０は、電力入力４８２、電力出力４８４及び減衰制御入力４８６を有している。電力入力４８２は、固定電力ＲＦ信号発生器４７０のＲＦ電力出力４７２に接続されている。電力出力４８４は、結合器４２０の電力入力４２２に接続されている。減衰制御入力４８６は、可変ＲＦ電源１３０の電力制御入力１３６から電力制御信号ＰＣを受け取るように接続されている。結合器４２０の電力出力４２４は、可変ＲＦ電源１３０のＲＦ電力出力１３２に接続されており、結合器４２０のモニタリング出力４２６は、電力モニタリング出力１３４に接続されている。
【００６３】
固定電力ＲＦ信号発生器４７０は、ＲＦ出力４７２において、温度センサ４１０（図１）の共振の周波数に対応する周波数ｆ２で固定レベルのＲＦ電力を出力する。可変減衰器４８０は、固定電力ＲＦ信号発生器４７０によって出力されるＲＦ電力に対して、減衰制御入力４８６において受け取られる電力制御信号ＰＣによって定義される減衰をかけて、出力４８４において電力制御信号によって制御された電力レベルでＲＦ電力を出力する。結合器４２０は、可変減衰器４８０によって出力されるＲＦ電力の大部分をＲＦ電力出力１３２に出力し、可変減衰器４８０から受け取られるＲＦ電力のサンプルを、上述した方法と同様に、電力モニタリング出力１３４において電力モニタリング信号ＰＭとして出力する。
【００６４】
可変ＲＦ電源１３０として使用することができる可変ＲＦ電源４６０の他の例では、内部固定電力ＲＦ信号発生器４７０の代りに外部固定電力ＲＦ信号発生器（図示せず）が使用されるか、又は、内部固定電力ＲＦ信号発生器４７０及び内部可変減衰器４８０の代りに外部固定電力ＲＦ信号発生器（図示せず）及び外部可変減衰器（図示せず）が使用されるか、又は内部固定電力ＲＦ信号発生器４７０、内部可変減衰器４８０及び内部結合器４２０の代りに、外部固定電力ＲＦ信号発生器（図示せず）、外部可変減衰器（図示せず）及び外部結合器（図示せず）が使用される。こうした例では、可変ＲＦ電源は、外部コンポーネントから信号を受け取りかつ外部コンポーネントに信号を提供する適切なコネクタ（図示せず）を備えている。
【００６５】
ここで、電力測定回路１５０の例について説明する。図８は、電力測定回路１５０の一例５００を示すブロック図である。電力測定回路５００は、電力モニタリング信号ＰＭに応じて測定電力信号Ｐを生成する測定電力信号発生器５１０を備えている。電力測定回路５００では、測定電力信号発生器５１０は、図５及び図７を参照して上述した可変ＲＦ電源１３０の例によって出力されるＲＦ電力モニタリング信号ＰＭを検出して、測定電力信号Ｐを生成する、検出器５２０を備えている。検出器５２０は、電力測定回路５００の入力１５２に接続された入力５２２と、電力測定回路５００の出力１５４に接続された出力５２４とを有している。
【００６６】
幾つかの実施態様では、検出器５２０は、可変ＲＦ電源１３０（図１）によって出力される電力モニタリング信号ＰＭのレベルと、測定電力信号Ｐのレベルとの関係を線形化する回路を更に備えている。幾つかの実施態様では、測定電力信号発生器５１０は、検出器５２０の出力に接続されて、検出器５２０によって生成されるアナログ測定電力信号Ｐをデジタル電力測定信号に変換する、アナログ・デジタル変換器（図示せず）を更に備えている。
【００６７】
図９は、電力測定回路１５０の別の例５３０を示すブロック図である。電力測定回路５３０は、電力モニタリング信号ＰＭに応じて測定電力信号Ｐを生成する測定電力信号発生器５１０を備えている。電力測定回路５３０では、測定電力信号発生器５１０は、図６を参照して上述した可変ＲＦ電源１３０の例によって出力される直流電力モニタリング信号ＰＭから測定電力信号Ｐを生成するように構成された電力計算回路５５０を備えている。
【００６８】
電力計算回路５５０は、電流入力５５２、電圧入力５５４及び測定電力出力５５６を備えている。電流入力５５２及び電圧入力５５４は、電力モニタリング信号ＰＭを構成する、電流測定信号ＣＭ及び供給電圧信号ＳＶをそれぞれ受け取るように接続されている。更に図６を参照すると、電力計算回路５５０は、電流入力５５２において受け取られる電流測定信号ＣＭに、電圧入力５５４で受け取られる供給電圧信号ＳＶ及び出力段４４６の効率を表す効率係数（ＲＦ電力出力を直流電力入力で除算したもの）を乗算して、出力段４４６に入力される直流電流及び供給電圧から、可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力を計算する。出力段４４６の効率が、出力段の直流電流及び／又は供給電圧に応じて変化する実施態様では、ＲＦ出力電力を計算するために電力計算回路５５０によって適用される効率係数は、電流及び／又は供給電圧に依存する。
【００６９】
電力制御入力１３６において受け取られる電力制御信号ＰＣが、可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルを制御するように出力段４４６における供給電流を変化させ、可変ＲＦ電源によって出力されるＲＦ電源のレベルと出力段４４６への供給電流との関係が明確に定義されている、可変ＲＦ電源４３０の一実施形態で使用される電力計算回路５５０の実施形態では、電力計算回路５５０の電圧入力５５４を省略することができる。この場合、電力計算回路５５０は、電流測定信号ＣＭと、供給電流とＲＦ電力のレベルとの定義された関係とを使用して、可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルを計算する。電力制御入力１３６において受け取られた電力制御信号ＰＣが、可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルを制御するように、電源４４２によって出力される供給電圧を変化させ、電源４４２によって出力される供給電圧と可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルとの関係が明確に定義されている、可変ＲＦ電源４３０の実施形態で使用される電力計算回路５５０の実施形態では、電流測定回路、及び電力計算回路５５０の電流入力５５２を省略することができる。この場合、電力計算回路５５０は、供給電圧信号ＳＶ、及び供給電圧ＳＶと電力出力のレベルとの定義された関係を使用して、可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルを計算する。可変ＲＦ電源によって出力されるＲＦ電力のレベルと電力制御信号ＰＣとの関係が明確に定義されている、可変ＲＦ電源４３０の実施形態で使用される電力計算回路５５０の実施形態では、電力計算回路５５０に、電流測定信号ＣＭ及び／又は供給電圧信号ＳＶの代りに電力制御信号ＰＣが供給される。この場合、電力計算回路５５０は、電力制御信号ＰＣを使用して可変ＲＦ電源４３０によって出力されるＲＦ電力のレベルと、電力制御信号とＲＦ電力のレベルとの定義された関係とを計算する。
【００７０】
幾つかの実施態様では、測定電力信号発生器５１０は、電力計算回路５５０の出力に接続されてアナログ測定電力信号Ｐをデジタル測定電力信号に変換するアナログ／デジタル変換器を更に備えている。
【００７１】
図８及び図９を参照して上述した電力測定回路１５０の例では、測定電力信号Ｐは、可変ＲＦ電源１３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力のレベルを表す。電力測定システム１００によって受け取られる外部電力を求めるために、測定電力信号Ｐの値又はレベルは、電力測定システム１００が外部電力を受け取る前に読み出され、電力測定システムが外部電力を受け取る際に再度読み出される。そして、温度センサが外部電力を受け取る前に取得される読取値は、温度センサが外部電力を受け取る際に取得される読取値から減算されて、温度センサによって受け取られる外部電力が求められる。読取値の各々を、２回以上取得することができる。
【００７２】
図１０は、上述した減算プロセスが自動化された電力測定回路１５０の別の例５６０を示すブロック図である。電力測定回路５６０は、直列に配置された測定電力信号発生器５１０及び外部電力計算器５７０を備えている。外部電力計算器は、測定電力信号入力５７２、測定外部電力信号出力５７４及び制御入力５７６を有している。測定電力信号入力５７２は、測定電力信号発生器５１０から測定電力信号Ｐを受け取るように接続されている。測定外部電力信号出力５７４は、電力測定回路５６０の出力１５４に接続されている。制御入力５７６は、外部電力計算器５７０の動作を制御する制御信号Ｃを受け取るように接続されている。
【００７３】
制御入力５７６において受け取られる制御信号Ｃの状態は、電力測定システム１００が外部電力受け取っているか否かを示す。最初に、制御信号Ｃの状態は、電力測定システム１００が外部電力を受け取っていないことを示す。制御信号Ｃがこの状態にあるとき、外部電力計算器５７０は、測定電力信号発生器５１０によって出力される連続した測定電力信号Ｐを受け取って記憶する。制御信号Ｃの状態の変化に応じて、外部電力計算器は、測定電力信号発生器５１０から受け取られる各後続する測定電力信号Ｐから、記憶された測定電力信号のうちの少なくとも１つを減算して、電力測定システム１００によって受け取られる外部電力の大きさを提供する測定外部電力信号ＥＰを生成する。一例では、外部電力計算器５７０が各測定電力信号Ｐから減算する少なくとも１つの記憶された測定電力信号は、制御信号Ｃが状態を変化させる前に受け取られる最後に測定された電力信号である。別の例では、外部電力計算器５７０が各測定電力信号から減算する少なくとも１つの記憶された測定電力信号は、制御信号Ｃが状態を変化させる前に受け取られる最後のＮ個の測定電力信号の平均又は中央値である。任意選択的に、外部電力計算器５７０は、電力測定システム１００が外部電力を受け取っているときに生成される測定電力信号を受け取る前に外部電力を受け取っていないときに生成される測定電力信号を受け取って記憶することに加えて、又はその代りに、電力測定システム１００が外部電力を受け取っているときに生成される測定電力信号を受け取ることに続いて、外部電力を受け取っていないときに生成される測定電力信号を受け取って記憶することができる。
【００７４】
外部電力計算器５７０の幾つかの実施形態では、制御入力５７６がなく、代りに、電力測定回路５００から受け取られる測定電力信号Ｐをモニタリングして、閾値の低減より大きい、連続して受け取られる測定電力信号間の低減を特定することにより、電力測定システム１００が外部電力を受け取っているか否かを示す状態を有する制御信号を導出する。こうした低減は、電力測定システム１００が外部電力を受け取っていることを示す。
【００７５】
外部電力計算器５７０の幾つかの実施形態は、測定された外部電力信号ＥＰを生成することに加えて又はその代りに、電力測定システム１００によって受け取られる外部熱の大きさを提供する外部測定熱信号を生成するように構成されている。こうした実施形態の一例では、外部電力計算器は、外部熱が電力測定システム１００に入力されている時間間隔にわたって、外部測定電力信号ＥＰの連続したレベル又は連続した値を合計することにより、測定外部熱信号を生成する。
【００７６】
幾つかの実施態様では、外部電力計算器５７０の代りに外部電力計算機器（図示せず）が使用され、電力測定回路５６０は、外部電力計算機器に信号を供給し、外部電力計算機器から信号を受け取るための好適なコネクタを備えることができる。
【００７７】
図１１は、熱置換電力測定システムの別のより単純な例６００を示すブロック図である。電力測定システム６００は、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力を使用して、温度センサの温度を求める。図１〜図１０を参照して上述した電力測定システム１００の要素に対応する電力測定システム６００の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。電力測定システム６００は、温度センサ１１０、温度測定回路６２０、可変ＲＦ電源６３０及び電力コントローラ１４０を備えている。図１１に示す電力測定システム６００の例は、任意選択的な電力測定回路１５０を更に備えている。
【００７８】
温度センサ１１０は、上述したように、温度センサの温度に依拠する第１の周波数ｆ１で共振を有している。温度測定回路６２０は、第１の周波数に応じて温度信号ＴＳを生成するものである。温度測定回路は、温度センサに結合されている。可変ＲＦ電源６３０は、温度センサ１１０に、温度センサ１１０の共振に対応する周波数で、制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰを供給し、さらに、可変ＲＦ電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力の大きさを出力するものである。電力コントローラ１４０は、温度信号ＴＳに応答して、可変ＲＦ電源６３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力のレベルを制御して、温度センサ１１０に入力される外部電力の変動にもかかわらず、温度信号ＴＳを一定に維持するように動作する。任意選択的な電力測定回路１５０は、可変ＲＦ電源６３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを提供する測定電力信号Ｐを出力するものである。
【００７９】
温度測定回路６２０は、温度センサ１１０の共振における温度に起因する変化によってもたらされる可変ＲＦ電源６３０によって出力されるＲＦ電力ＣＰの制御されたレベルの変化を検出することにより温度信号ＴＳを生成する、受動温度測定回路である。
【００８０】
可変ＲＦ電源６３０は、温度センサ１１０に結合されて、温度センサに、第１の周波数、すなわち温度センサの共振の周波数に対応する周波数で、制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰを供給する。可変ＲＦ電源６３０が温度センサ１１０に電力を提供する周波数は、第１の周波数での温度センサの共振の基本波の周波数に公称値的に等しいか、又は共振のオーバトーンの周波数に公称値的に等しい。
【００８１】
図示する例では、可変ＲＦ電源６３０は、電力出力６３２、電力モニタリング出力６３４及び電力制御入力６３６を有している。電力出力６３２は、温度センサ１１０に接続されている。可変ＲＦ電源６３０によって供給される制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰは、温度センサ１１０を、周囲温度より高い設定温度まで内部で加熱する。具体的には、可変ＲＦ電源６３０が、温度センサ１１０に、温度センサから周囲への温度損失にもかかわらず、温度センサをその設定温度まで加熱するのに十分な制御されたレベルのＲＦ電力ＣＰを供給する。可変ＲＦ電源６３０が温度センサにＲＦ電力ＣＰを供給する周波数は、温度センサの共振の周波数に対応して、ＲＦ電力が温度センサに効率的に結合されるのを確実にする。
【００８２】
可変ＲＦ電源６３０は、電力モニタリング出力６３４において電力モニタリング信号ＰＭを更に出力する。電力モニタリング信号ＰＭは、電力出力６３２において可変ＲＦ電源６３０によって出力される電力を表し、このため、可変ＲＦ電源６３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の大きさを提供する。
【００８３】
可変ＲＦ電源６３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ出力電力は、電力制御入力６３６において電力コントローラ１４０から受け取られる電力制御信号ＰＣによって制御される。
【００８４】
可変ＲＦ電源６３０として使用することができる可変ＲＦ電源は、図５〜図７を参照して上述した可変ＲＦ電源１３０の例を含む。
【００８５】
ここで、図１２〜図１４を参照して、電力測定システム６００の例について説明する。図１２は電力測定システム６００の一例７００を示すブロック図である。この電力測定システム６００において、受動温度測定回路６２０が、可変ＲＦ電源６３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の位相の変化を測定することによって温度信号ＴＳを生成する。この位相の変化は、周波数ｆ１に対応する周波数での温度センサの共振における温度に起因する変化によってもたらされる。電力測定システム７００は、温度測定回路７２０及び可変ＲＦ電源７３０を備えている。温度測定回路７２０は、方向性結合器７２２及び位相検出器７２４を備えている。方向性結合器７２２及び位相検出器７２４は、図３を参照して上述した方向性結合器２７０及び位相検出器２８０を使用して実施される。温度測定回路７２０は、可変ＲＦ電源７３０によって温度センサ１１０に供給されるＲＦ電力の位相の変化に応じて温度信号ＴＳを生成する。方向性結合器２７０及び位相検出器２８０の要素に対応する方向性結合器７２２及び位相検出器７２４の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。温度測定回路７２０では、方向性結合器２７０は、可変ＲＦ電源６３０の電力出力６３２と温度センサ１１０との間に挿入されている。具体的には、方向性結合器２７０の第１のポート２７２及び第２のポート２７４は、それぞれ電力出力６３２及び温度センサ１１０に接続されている。方向性結合器２７０の第３のポート２７６及び第４のポート２７８は、位相検出器２８０の入力２８２、２８４にそれぞれ接続されている。位相検出器２８０の出力２８６は、温度信号出力６２４に温度信号ＴＳを供給する。温度センサ１１０の共振の温度依存の周波数と、可変ＲＦ電源６３０によって出力されるＲＦ電力の実質的に温度とは無関係の周波数との関係の変動により、温度センサに供給される電力の位相が変化する。方向性結合器２７０は、こうした位相の変動を位相検出器２８０の入力に結合する。位相検出器２８０は、位相の変動に応じて温度信号ＴＳを生成する。
【００８６】
図１２に示す電力測定システム７００の例では、可変ＲＦ電源７３０は、図５を参照して上述した可変ＲＦ電源４００を使用して実施される。可変ＲＦ電源４００の要素に対応する可変ＲＦ電源７３０の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。図６及び図７を参照して上述した可変ＲＦ電源の実施態様、又は異なる可変ＲＦ電源の実施態様を、可変ＲＦ電源６３０として使用することができる。
【００８７】
図１３は、電力測定システム６００の一例７５０を示す概略図である。この電力測定システム６００において、受動温度測定回路が、可変電源によって温度センサに供給されるＲＦ電力の周波数の変化を測定することによって温度信号ＴＳを生成する。この周波数の変化は、温度センサの共振の周波数における温度に起因する変化によってもたらされる。この例では、温度センサの共振の周波数により、可変ＲＦ電源によって出力されるＲＦ電力の周波数が定義される。
【００８８】
図１３に示す電力測定システム７５０は、受動温度測定回路７６０及び可変ＲＦ電源７７０を備えている。可変ＲＦ電源７７０は、発振器回路７７２及び結合器７７４を備えている。発振器回路７２２は、図２を参照して上述した発振器２１０のより高出力バージョンとして実施される。発振器回路２１０の要素に対応する発振器回路７７２の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度説明しない。発振器回路７７２の構成要素のうちの幾つかを、図面を簡略化するために省略している。電力出力６３２に接続された温度センサ１１０の共振の周波数によって、発振器回路７７２の発振の周波数が決まる。発振の周波数を、温度センサの共振の基本波の周波数又は共振のオーバトーンの周波数とすることができる。
【００８９】
可変ＲＦ電源７７０では、結合器７７４の実施態様は、図５を参照して上述した結合器４２０の実施態様に類似している。結合器４２０の要素に対応する結合器７７４の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。トランジスタ２１２のエミッタは、結合器７７４の電力入力４２２に接続されている。結合器７７４の電力出力４２４は、可変ＲＦ電源７７０の電力出力６３２を介して温度センサ１１０に接続されている。結合器７７４は、可変ＲＦ電源７７０のモニタリング出力６３４に接続されたモニタリング出力４２６において電力モニタリング信号ＰＭを出力する。
【００９０】
発振器回路７７２によって出力されるＲＦ電力のレベルは、トランジスタ２１２を流れる電流によって決まる。発振器回路７７２では、抵抗器７７６、７７８によって形成される分圧器が、トランジスタ２１２のベース電圧、したがってトランジスタ２１２を通る最大電流と可変ＲＦ電源７７０によって出力される電力の最大レベルとを定義する。抵抗器７７６、７７８間のノード７７７が、温度センサ１１０の共振の周波数においてノード７７７からトランジスタ２１２のベースを隔離する並列共振回路７８０を介して、トランジスタ２１２のベースに接続されている。トランジスタ７８２のドレイン及びソースは、抵抗器７７６と並列に接続されている。トランジスタ７８２のゲートは、電力制御入力６３６から電力制御信号ＰＣを受け取るように接続されている。
【００９１】
受動温度測定回路７６０は、容量分圧器７６２及び周波数測定回路７６４を用いて実施される。容量分圧器７６２は、図２を参照して上述したように、直列に接続されたコンデンサ２１８、２２０を用いて実施される。周波数測定回路７６４は、図２を参照して上述した周波数測定回路２３０を用いて実施される。図示する例では、容量分圧器７６２の入力は、トランジスタ２１２のコレクタに接続され、周波数測定回路７６４の入力は、容量分圧器７６２のコンデンサ２１８及び２２０の間のノードに接続されている。他の例では、容量分圧器７６２の代りに単一コンデンサが使用され、周波数測定回路７６４の入力は、トランジスタ２１２のエミッタに、又は結合器７７４の主出力ポートに接続される。周波数測定回路７６４は、可変高出力電源７７０によって生成される電力の周波数に従って温度信号ＴＳを生成する。
【００９２】
温度センサ１１０がその設定温度にあるとき、電力制御信号ＰＣのレベルは、トランジスタ７８２が部分的に導電性である程度である。抵抗器７７６を介してトランジスタ７８２によって引き出される追加の電流により、トランジスタ２１２のベースの電圧、したがってトランジスタ２１２を通る電流と可変ＲＦ電源７７０によって出力されるＲＦ電力のレベルとが最大値未満まで低減する。周囲温度の変化、又は温度センサ１１０への外部電力の入力により温度センサ１１０の共振が変化し、それにより、可変ＲＦ電源７７０によって出力される電力の周波数が変化する。温度測定回路７２０は、周波数測定回路２３０によって測定される周波数の変化に応じて温度信号ＴＳを変化させる。電力コントローラ１４０は、温度信号ＴＳの変化に応じて電力制御信号ＰＣを変化させる。電力制御信号ＰＣの変化により、抵抗器７７６を介してトランジスタ７８４によって引き出される電流が、可変ＲＦ電源７７０の出力電力を変化させるようにトランジスタ２１２のベース電圧を増大又は低減させ、温度センサ１１０の温度を設定温度に回復させる。
【００９３】
別の例では、電力制御信号ＰＣが、トランジスタ２１２のコレクタに結合された電源電圧を変化させることによって、発振器回路７７０の電力出力を変化させる。
【００９４】
発振器回路７７０の電力出力を変化させることにより、偶発的な位相シフトによって発振器回路７７０の周波数と温度センサ１１０の共振の周波数との間のオフセットがもたらされる、プリング（pulling）として知られる効果がもたらされる可能性がある。こうしたオフセットにより、発振器の周波数の、温度センサ１１０の共振の周波数の温度に起因する変化に正確に従う能力が損なわれる。この効果を、発振器回路７７０を、温度センサの共振のオーバトーンの周波数で動作するように構成することによって、軽減することができる。オーバトーンが高いほど、低いオーバトーン又は基本波よりもプリングのリスクが低減する。更なる軽減を、ブリッジ安定化回路に温度センサ１１０を含め、ブリッジ回路によって発生する誤差電圧を使用して、温度センサの温度の変化にもかかわらず、発振器回路の周波数と温度センサの共振周波数との間の整合を維持することによって、得ることができる。
【００９５】
図１４は、受動温度測定回路が、発振器回路によって生成されるＲＦ電力ＣＰの周波数の変化を測定し、発振器回路に対して自動周波数制御を適用して、ＲＦ電力の周波数を温度センサの共振の周波数に整合させる、電力測定システム６００の一例８００を示す概略図である。電力測定システム８００では、可変ＲＦ電源７７０は発振器回路８１０を備え、電力測定システム８００は、発振器回路８１０によって生成されるＲＦ電力の周波数を制御する周波数制御システム８２０を更に備えている。周波数制御システム８２０は、ブリッジ回路８２２及び周波数制御回路８２６を備えている。周波数制御システム８２０は、発振器回路８１０用の周波数制御信号ＦＣを生成する。ブリッジ回路８２２は、温度センサ１１０、抵抗器８３０、及び変圧器８３４の一次巻線８３２から構成されている。温度センサ１１０及び抵抗器８３０は、それぞれブリッジ回路の隣接する第１のアームを構成する。一次巻線８３２は、接地に接続された中間タップを有している。一次巻線の半体は、それぞれ、第１のアームと反対側のブリッジ回路の隣接する第２のアームを構成している。発振器回路８１０によって出力される電力は、温度センサ１１０と抵抗器８３０との間のブリッジ回路８２２のノードに印加される。ブリッジ回路８２２の平衡をとるために、抵抗器８３０の抵抗は、温度センサ１１０の等価直列抵抗に等しくされる。
【００９６】
変圧器８３４の二次巻線８３６は、周波数制御回路８２６の入力に接続されている。周波数制御回路８２６の出力は、発振器回路８１０に周波数制御信号ＦＣを提供するように、並列共振回路８２８を介して接続されている。
【００９７】
発振器回路８１０は、図１３を参照して上述した発振器回路７７２と構造が類似している。発振器回路７７２の要素に対応する発振器回路８１０の要素を、同じ参照数字を用いて示し、再度詳細には説明しない。発振器回路８１０は、トランジスタ２１２のコレクタと接地との間で直列に接続されたバラクタダイオード８１２（８１４の上部はベースではなくコレクタに接続するべきである）及び結合コンデンサ８１４を更に備えている。結合コンデンサ８１４の静電容量は、バラクタダイオード８１２の最大静電容量と比較して大きい。バラクタダイオード８１２と結合コンデンサ８１４との間のノードに、周波数制御信号ＦＣが接続されている。並列共振回路８２８は、温度センサ１１０がその設定温度にある状態で発振器回路８１０によって生成されるＲＦ電力の周波数で共振し、ＲＦ電力の周波数で周波数制御回路８２６の出力からバラクタダイオード８１２を隔離する。バラクタダイオード８１２に印加される周波数制御信号ＦＣにより、バラクタダイオード８１２とコンデンサ２１８及びコンデンサ２２０の直列組合せとの並列組合せの静電容量が変化する。このため、バラクタダイオード８１２に印加される周波数制御信号ＦＣにより、インダクタ２１４とバラクタダイオード８１２並びにコンデンサ２１８及びコンデンサ２２０の直列組合せの並列組合せとから構成された直列共振回路の共振周波数が変化する。
【００９８】
ブリッジ回路８２２から誤差信号を受け取らない場合、周波数制御回路８２６によって出力される周波数制御信号ＦＣにより、バラクタダイオード８１２の静電容量が、発振器回路８１０によって生成されるＲＦ電力の周波数を設定温度にある温度センサ１１０の共振の周波数に整合させる値に設定される。
【００９９】
例えば、温度センサ１１０が外部電力を受け取る結果として温度センサ１１０の温度が設定温度を超えて上昇することによる、発振器８１０によって生成されるＲＦ電力の周波数と温度センサ１１０の共振の周波数とのいかなる不整合も、ブリッジ回路８２２に不均衡をもたらす。ブリッジ回路８２２の不均衡は、変圧器の一次巻線８３２に現れ、変圧器の二次巻線８３６に結合される。不均衡により、二次巻線に誤差信号が発生する。二次巻線８３６によって出力される誤差信号は、周波数制御回路８２６に入力される。誤差信号に応答して、周波数制御回路８２６は、バラクタダイオード８１２に印加されたときに、可変電力制御回路７７０の摂動の影響にもかかわらず、発振器回路８１０の周波数を強制的に温度センサ１１０の共振周波数に正確に追跡させるレベルまで、周波数制御信号ＦＣを変化させる。周波数制御システム８２０は、米国特許第５，７０８，３９４号においてKarlquistによってより詳細に記載されている。
【０１００】
本開示は、本発明を、例示的な実施形態を用いて詳細に記載している。しかしながら、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明は、記載した厳密な実施形態に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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