(57)【要約】【課題】外部の急激な温度変化に対し恒温槽内部の温度を定格温度の範囲内に保つことができる恒温槽付水晶発振器の制御システムを提供することである。【解決手段】本発明に係る恒温槽付水晶発振器の制御システムは、恒温槽１１、水晶発振器１２および温度調整部１３を有する恒温槽付水晶発振器１０２と、恒温槽付水晶発振器１０２の外部の温度を測定する外部温度センサー１０３と、恒温槽付水晶発振器１０２および外部温度センサー１０３に接続される制御部であって、外部温度センサー１０３が測定する恒温槽付水晶発振器１０２の外部の温度に応じて、温度調整部１３を制御して、恒温槽付水晶発振器１０２内部の温度を調整する制御部１０１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温槽、水晶発振器および温度調整部を有する恒温槽付水晶発振器と、
前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度を測定する外部温度センサーと、
前記恒温槽付水晶発振器および前記外部温度センサーに接続される制御部であって、
前記外部温度センサーが測定する前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度に応じて、前記温度調整部を制御して、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を調整する制御部と
を備える恒温槽付水晶発振器の制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器の制御システムにおいて、
前記制御部は、前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度勾配に応じて、前記温度調整部を制御して、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を調整すること
を特徴とする恒温槽付水晶発振器の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の恒温槽付水晶発振器の制御システムにおいて、
前記恒温槽付水晶発振器は、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を測定する内部温度センサーを備え、
前記制御部は、前記内部温度センサーが測定する前記恒温槽付水晶発振器内部の温度に応じて、前記恒温槽内部の温度が前記水晶発振器の定格温度を超えないように、前記温度調整部を制御すること
を特徴とする恒温槽付水晶発振器の制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の恒温槽付水晶発振器の制御システムにおいて、
前記制御部は、前記恒温槽付水晶発振器の前記内部温度が、前記定格温度範囲内の規定温度に達すると、前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度に応じた前記温度調整部の制御を停止することにより、前記恒温槽内部の温度が前記水晶発振器の前記定格温度を超えないように、前記温度調整部を制御すること
を特徴とする恒温槽付水晶発振器の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温槽付水晶発振器の制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
恒温槽付水晶発振器（OCXO: Oven Controlled Xtal Oscillator）は、水晶発振器を温度の安定した恒温槽内部に設置したものであり、周波数安定度が非常に高い。このように高い周波数安定度を有することから、ＯＣＸＯは、通信基地局など高精度な周波数信号を必要とする機器に多く使用されている。
【０００３】
ＯＣＸＯは、恒温槽内部を最も水晶発振器の周波数が安定する温度（以下、「飽和温度」という）に保つことで高い周波数安定度を実現している。一般に、ＯＣＸＯは、恒温槽を加熱するヒーターとＯＣＸＯ内部の温度を測定する内部温度センサーを備える。ＯＣＸＯは、内部温度センサーでＯＣＸＯ内部の温度を測定し、ＯＣＸＯ内部の温度が、飽和温度より低い場合はヒーターをオンして恒温槽を加熱し、飽和温度より高い場合はヒーターをオフして恒温槽を冷却することで、恒温槽内部の温度を、飽和温度に保とうとする。
【０００４】
近年、周波数安定度を向上させるため、水晶発振器の温度補償をより高精度で行う発明がなされている（特許文献１参照）。通常、ＯＣＸＯは、恒温槽内部の温度をヒーターの制御により飽和温度に保つことで、高い周波数安定度を達成している。特許文献１では、内部温度センサーで測定したＯＣＸＯ内部の温度を制御電圧に変換して出力し、その制御電圧を水晶発振器に印加することで、水晶発振器の周波数を温度補償する方法も併用している。このように、ＯＣＸＯ内部の温度情報をもとに、ヒーターの制御による温度補償と水晶発振器の制御端子への印加電圧による温度補償の２つの温度補償を併用することで、周波数安定度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術は、温度が緩やかに変動しているときは、恒温槽内部の温度を所定の範囲内に保つことができる。しかし、温度が急激に変化するときは、恒温槽内部の温度を、定格温度の範囲内に保てなくなる場合がある。ここで、定格温度の範囲とは、水晶発振器が、所定の周波数精度で発振することを保証される温度範囲である。例えば、雨や雪などにより屋外基地局が急激に冷え、ＯＣＸＯ外部の温度が急激に低下したときは、恒温槽内部の温度もそれに伴い急激に低下する。その急激な温度低下がヒーターの能力を超えている場合は、ヒーターをオンして恒温槽を加熱しても、恒温槽内部の温度は低下を続ける。その結果、恒温槽内部の温度を定格温度の範囲内に保てなくなる場合がある。また、定格温度の範囲を超えた場合は、水晶発振器の制御端子への印加電圧による温度補償を併用しても、周波数を所定の範囲内に保てなくなる場合がある。従来技術のＯＣＸＯは、ＯＣＸＯ内部の温度のみに基づいてヒーターを制御している。ＯＣＸＯ内部の温度は、ＯＣＸＯ外部の温度が急激に変化した場合、ＯＣＸＯ外部の温度の変化から遅れて変化する。したがって、従来のＯＣＸＯは、ＯＣＸＯ外部の温度が急激に変化した場合も、しばらくの間、その変化を検知することができない。その結果、ＯＣＸＯは、ＯＣＸＯ外部の急激な温度変化の影響に起因するＯＣＸＯ内部の温度を検知し、検知後にヒーターの制御を開始しても、ヒーターを制御するタイミングとして遅すぎ、恒温槽内部の温度を定格温度の範囲に保てない場合がある。
【０００７】
また、外部の急激な温度変化への対策として、ダブルオーブン型のＯＣＸＯを使用する方法が考えられる。ダブルオーブン型のＯＣＸＯとは、恒温槽が二重の構造であり、内側の恒温槽内部の温度が、ＯＣＸＯ外部の温度変化による影響を受けにくくなっているものである。しかし、ダブルオーブン型のＯＣＸＯは、サイズが大きく高価であるという欠点がある。
【０００８】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、外部の急激な温度変化に対し恒温槽内部の温度を定格温度の範囲内に保つことができる恒温槽付水晶発振器の制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による恒温槽付水晶発振器の制御システムは、
恒温槽、水晶発振器および温度調整部を有する恒温槽付水晶発振器と、
前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度を測定する外部温度センサーと、
前記恒温槽付水晶発振器および前記外部温度センサーに接続される制御部であって、
前記外部温度センサーが測定する前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度に応じて、前記温度調整部を制御して、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を調整する制御部と
を備えるものである。
【００１０】
また、前記制御部は、前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度勾配に応じて、前記温度調整部を制御して、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を調整することが望ましい。
【００１１】
また、前記恒温槽付水晶発振器は、前記恒温槽付水晶発振器内部の温度を測定する内部温度センサーを備え、前記制御部は、前記内部温度センサーが測定する前記恒温槽付水晶発振器内部の温度に応じて、前記恒温槽内部の温度が前記水晶発振器の定格温度を超えないように、前記温度調整部を制御することが望ましい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記恒温槽付水晶発振器の内部温度が、前記定格温度範囲内の規定温度に達すると、前記恒温槽付水晶発振器の外部の温度に応じた前記温度調整部の制御を停止することにより、前記恒温槽内部の温度が前記水晶発振器の定格温度を超えないように、前記温度調整部を制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外部の急激な温度変化に対し、恒温槽内部の温度を定格温度の範囲内に保つことができる恒温槽付水晶発振器の制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯの制御システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯの温度制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯの内部温度の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯ１０２の制御システムの概略構成図である。本制御システムは、メモリー１０４、制御部１０１、ＯＣＸＯ１０２および外部温度センサー１０３を有する。
【００１７】
ＯＣＸＯ１０２は、恒温槽１１、温度調整部１３および内部温度センサー１４を有する。恒温槽１１は、周囲環境からの温度変化の影響を受けにくい容器であり、内部に水晶発振器１２を有する。水晶発振器１２は、水晶を用いた圧電発振器であり、飽和温度に保たれることにより高い周波数安定度を有する。温度調整部１３は、制御部１０１によって制御され、恒温槽１１内部の温度が飽和温度に保たれるように、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が飽和温度より低いときは恒温槽１１を加熱し、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が飽和温度より高いときは恒温槽１１を冷却する。温度調整部１３は、例えば、ヒーターやクーラーとすることができる。制御部１０１は、温度調整部１３をヒーターとした場合は、ヒーターをオン／オフする制御をすることで、恒温槽１１を加熱／冷却することができる。内部温度センサー１４は、ＯＣＸＯ１０２内部の温度を測定する。
【００１８】
外部温度センサー１０３は、ＯＣＸＯ１０２の外部温度を測定する。具体的には、外部温度センサー１０３は、ＯＣＸＯ１０２のケース外部または近傍などの温度を測定する。外部温度センサー１０３は、測定したＯＣＸＯ１０２の外部温度情報を制御部１０１に出力する。外部温度センサー１０３は、複数個設置してもよい。
【００１９】
制御部１０１は、外部温度センサー１０３が測定するＯＣＸＯ１０２の外部温度情報、および、ＯＣＸＯ１０２内部の内部温度センサー１４が測定するＯＣＸＯ１０２の内部温度情報をもとに、温度調整部１３を制御し、恒温槽１１の内部の温度の調整を行う。制御部１０１は、ＯＣＸＯ１０２外部の急激な温度変化に対応できるように、外部温度センサー１０３が測定するＯＣＸＯ１０２の外部温度情報を考慮して、ＯＣＸＯ１０２の温度調整部１３を制御する。制御部１０１は、メモリー１０４から、以前に測定したＯＣＸＯ１０２外部の温度情報を呼び出し、ＯＣＸＯ１０２外部の温度の時間に対する温度勾配を計算する。制御部１０１は、ＯＣＸＯ１０２外部の温度勾配が閾値Ｔｓ以上の場合は、メモリー１０４から、対応する温度調整情報を呼び出し、当該温度調整情報に基づいて温度調整部１３を制御する。ここで閾値Ｔｓとは、温度変化が温度調整部１３の能力を超え、温度調整部１３では恒温槽１１内部の温度を定格温度の範囲内に保てなくなるときの、恒温槽１１外部の温度勾配である。閾値Ｔｓは、ＯＣＸＯ１０２単体での事前測定により規定しておくものとする。ＯＣＸＯ１０２外部の温度情報も考慮したＯＣＸＯ１０２の制御方法については、図２のフローチャートの説明において詳述する。
【００２０】
メモリー１０４は、外部温度センサー１０３が測定したＯＣＸＯ１０２外部の温度情報を記憶する。また、メモリー１０４は、ＯＣＸＯ１０２外部の温度勾配に対してＯＣＸＯ１０２の温度調整部１３をどの程度調整すれば良いのかを示すテーブルを記憶している。温度調整部１３は、オン／オフによる調整ができるだけでなく、多段階の調整レベルを有するものでも良い。温度調整部１３が、多段階の調整レベルを有する場合は、該テーブルは、ＯＣＸＯ１０２外部の温度勾配の程度に応じて、適切な調整レベルを対応づけたテーブルである。該テーブルは、ＯＣＸＯ１０２単体を事前測定することにより、事前に作成しておくものとする。
【００２１】
図２に示すフローチャートを参照しながら、本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯ１０２の温度制御方法を説明する。
【００２２】
まず、ＯＣＸＯ１０２の起動時は、飽和温度に達するまで制御部１０１が温度調整部１３を制御して恒温槽１１を加熱する（ステップＳ２０１）。恒温槽１１の内部の温度が飽和温度に達したら、外部温度センサー１０３は、ＯＣＸＯ１０２外部の温度Ｔを測定する（ステップＳ２０２）。制御部１０１は、外部温度センサー１０３から温度Ｔを受け取ってメモリー１０４に出力し、メモリー１０４は温度Ｔを記憶する（ステップＳ２０３）。所定の時間の経過後に、外部温度センサー１０３は、再びＯＣＸＯ１０２外部の温度Ｔ´を測定する（ステップＳ２０４）。制御部１０１は、外部温度センサー１０３から温度Ｔ´を受け取ってメモリー１０４に出力し、メモリー１０４は温度Ｔ´を記憶する（ステップＳ２０５）。制御部１０１は、メモリー１０４から温度Ｔ、温度Ｔ´を読み出してＯＣＸＯ１０２外部の温度の時間に対する温度勾配を計算し、計算した温度勾配を閾値Ｔｓと比較する（ステップＳ２０６）。温度勾配が緩やかな場合、つまりＯＣＸＯ１０２外部の温度勾配が閾値Ｔｓより小さい場合は、制御部１０１は、従来技術の制御方法で、温度調整部１３を制御することにより、恒温槽１１の内部の温度を定格温度の温度範囲内に保つことができる。このため、温度調整部１３は、ＯＣＸＯ１０２の内部の温度が飽和温度より低いときは恒温槽１１を加熱し、ＯＣＸＯ１０２の内部の温度が飽和温度より高いときは恒温槽１１を冷却することで、恒温槽１１の内部の温度が飽和温度になるように調整する（ステップＳ２０７）。温度勾配が急な場合、つまりＯＣＸＯ１０２外部の温度勾配が閾値Ｔｓ以上である場合は、制御部１０１は、メモリー１０４に記憶しているテーブルから該温度勾配に対応する温度調整情報を呼び出す（ステップＳ２０８）。制御部１０１は、メモリー１０４が記憶するテーブルから呼び出した温度勾配に対応する温度調整情報に基づいて、温度勾配の傾きが負の場合は温度調整部１３により恒温槽１１を加熱し、温度勾配の傾きが正の場合は温度調整部１３により恒温槽１１を冷却する（ステップＳ２０９）。このように、ＯＣＸＯ１０２外部の温度が急激に変化したときは、制御部１０１は、メモリー１０４が記憶するテーブルに基づいて、あらかじめ恒温槽１１の内部を加熱または冷却しておく（例えば、ＯＣＸＯ１０２外部の温度が急激に低下したときは、温度調整部１３で恒温槽１１を加熱し恒温槽１１の内部の温度を飽和温度よりも高い温度にしておく）。このため、本制御システムは、恒温槽の内部の温度がヒーターの能力を超えて変化した場合でも、常に恒温槽の内部の温度を飽和温度に保とうとする従来のＯＣＸＯに比べて、恒温槽の内部の温度を定格温度の範囲内に保つことに対するマージンを有することになる。
【００２３】
しかし、ステップＳ２０９において、あらかじめ温度調整部１３が恒温槽１１を加熱または冷却することにより、恒温槽１１の内部の温度が定格温度の範囲を超えてしまう可能性がある。それを防ぐため、制御部１０１は、内部温度センサー１４が測定するＯＣＸＯ１０２内部の温度情報を監視し（ステップＳ２１０）、ＯＣＸＯ１０２内部の温度を規定温度α、α´と比較する（ステップＳ２１１）。ここで規定温度α、α´とは、定格温度の温度範囲に対して、あるマージンを持った温度である。規定温度αは、飽和温度より温度が高い側の規定温度であり、規定温度α´は、飽和温度より温度が低い側の規定温度である。制御部１０１は、ＯＣＸＯ１０２内部の温度と規定温度α（α´）を比較し、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が規定温度α（α´）で規定する温度範囲を超えている場合は、規定温度を超えないように温度調整部１３を制御して恒温槽１１の内部の温度を調整する（ステップＳ２１２）。規定温度α、α´が、定格温度の温度範囲に対してマージンを持つようにしたのは、水晶発振器１２が定格温度の温度範囲を、偶然に超えてしまうことを防ぐためである。
【００２４】
以降は、ステップＳ２０４からステップＳ２１２までを繰り返し行う。ただし、２回目のループ以降においては、ステップＳ２０６の温度勾配の計算は、ステップＳ２０４で測定したＯＣＸＯ１０２外部の温度と、前回のループのステップＳ２０４で測定したＯＣＸＯ１０２外部の温度とを使用して行う。
【００２５】
図３に、本発明の一実施形態に係るＯＣＸＯ１０２の内部温度の変化例を示す。ＯＣＸＯ１０２の起動時は、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が飽和温度に達するまで温度調整部１３は恒温槽１１を加熱する。その後、ＯＣＸＯ１０２外部の温度の温度変化が緩やかなとき（Ｔ１−Ｔ２の区間）は、従来技術と同様に、温度調整部１３は、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が飽和温度より低いときは恒温槽１１を加熱し、飽和温度より高いときは恒温槽１１を冷却することで、恒温槽１１の内部の温度が飽和温度を保つように調整する。ＯＣＸＯ１０２外部の温度が急激に下がったとき（Ｔ２−Ｔ３の区間）は、恒温槽１１の内部の温度が下がり始める前に、温度調整部１３は、あらかじめ恒温槽１１を加熱し恒温槽１１の内部の温度を飽和温度よりも高い温度に上げておく。こうすることで、常に恒温槽１１の内部の温度を飽和温度に保とうとする従来技術に比べて、温度低下に対するマージンを生むことになる。したがって、従来技術であれば、ＯＣＸＯ１０２外部の急激な温度低下により、恒温槽１１の内部の温度が、定格温度の温度範囲を超えてしまうような場合であっても、本発明に係る制御を行うことにより、恒温槽１１の内部の温度を定格温度の温度範囲内に保ち、水晶発振器１２を安定して動作させることができる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、ＯＣＸＯ１０２の外部の温度が急激に変化したときは、制御部１０１が、外部温度センサー１０３が測定するＯＣＸＯ１０２の外部の温度に応じて、温度調整部１３を制御することで、ＯＣＸＯ１０２の外部の温度が急激に変化した場合でも、恒温槽１１の内部の温度を定格温度の範囲内に保つことができる。
【００２７】
また、制御部１０１は、内部温度センサー１０２が測定するＯＣＸＯ１０２内部の温度情報を監視し、ＯＣＸＯ１０２内部の温度情報に基づいた温度調整部１３の制御も併用することで、ＯＣＸＯ１０２外部の急激な温度変化に対応した温度調整部１３の制御により、恒温槽１１の内部の温度が、定格温度の範囲を超えてしまうことを防ぐことができる。
【００２８】
また、制御部１０１は、ＯＣＸＯ１０２内部の温度情報を監視する際に、定格温度範囲内に規定温度を設定し、ＯＣＸＯ１０２内部の温度が規定温度に達すると、ＯＣＸＯ１０２外部の急激な温度変化に対応した温度調整部１３の制御を停止することで、恒温槽１１の内部の温度が定格温度の範囲を超えないようにマージンをもたせることができる。
【００２９】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００３０】
例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  恒温槽
１２  水晶発振器
１３  温度調整部
１４  内部温度センサー
１０１  制御部
１０２  ＯＣＸＯ
１０３  外部温度センサー
１０４  メモリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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