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技術 被測定物特性測定装置

出願人 日本無線株式会社
発明者 水柿圭市
出願日 2007年9月26日 (12年7ヶ月経過) 出願番号 2007-249253
公開日 2009年4月16日 (11年0ヶ月経過) 公開番号 2009-079997
状態 未査定
技術分野 粘度、粘性・表面、境界、拡散効果の調査
主要キーワード 信号発信源 弾性波センサ 特性信号 リニアアンプ 型減衰器 dB値 櫛歯状電極指 電圧変化分
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この項目の情報は公開日時点(2009年4月16日)のものです。
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図面 (7)

課題

発振器の出力信号の変動が生じた場合であっても、被測定物物理的特性を正確に測定することを提供することを目的とする。

解決手段

被測定物特性測定装置10は、発振器12と、発振器12の出力信号を分配する分配器16と、分配器16の一方の出力信号が入力され、伝搬路負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子18と、前記物理的特性に応じた信号の振幅電圧に変換する振幅検出器22aと、分配器16の他方の出力信号を減衰する減衰器20と、減衰器20の出力信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器22bとを備える。

概要

背景

一般に、弾性表面波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛歯状電極指からなる入力電極及び出力電極を備えている。弾性表面波素子では、入力電極に電気信号が入力されると、電極指間電界が発生し、圧電効果により弾性表面波励振され、圧電基板上を伝搬していく。この弾性表面波のうち、伝搬方向と直交する方向に変位するすべり弾性表面波(SH-SAW:Shear horizontal Surface Acoustic Wave)を利用する弾性表面波素子を用いた各種物質の検出や物性値等の測定を行うための弾性波センサが研究されている。

この弾性波センサでは、圧電基板上に置かれた測定対象である溶液に応じて、出力電極から出力される出力信号の特性に差異があることを利用し、測定対象の溶液の誘電率、粘性率等の物理的特性を求めることができる(特許文献1参照)。

この特許文献1では、温度センサを設けて弾性表面波素子の温度変化を検知し、
温度変化による出力信号の特性の変化に対して温度補償をすることにより測定誤差を低減している。

特開2001−153782号公報

概要

発振器の出力信号の変動が生じた場合であっても、被測定物の物理的特性を正確に測定することを提供することを目的とする。被測定物特性測定装置10は、発振器12と、発振器12の出力信号を分配する分配器16と、分配器16の一方の出力信号が入力され、伝搬路負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子18と、前記物理的特性に応じた信号の振幅電圧に変換する振幅検出器22aと、分配器16の他方の出力信号を減衰する減衰器20と、減衰器20の出力信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器22bとを備える。

目的

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、発振器からの出力信号が変動した場合であっても、被測定物の物理的特性を正確に測定する被測定物特性測定装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

発振器と、前記発振器の出力信号分配する分配器と、前記分配器の一方の出力信号が入力され、伝搬路負荷された液状被測定物物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子と、前記物理的特性に応じた信号の振幅電圧に変換する第1振幅検出器と、前記分配器の他方の出力信号を減衰する減衰器と、前記減衰器の出力信号の振幅を電圧に変換する第2振幅検出器と、を備え、前記第1振幅検出器の出力信号を前記第2振幅検出器の出力信号に基づいて補正し、前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする被測定物特性測定装置

請求項2

請求項1記載の被測定物特性測定装置において、前記減衰器の減衰量を前記弾性表面波素子のダイナミックレンジの中央に設定することを特徴とする被測定物特性測定装置。

請求項3

請求項1又は2記載の被測定物特性測定装置において、前記第1及び第2振幅検出器はログアンプであって、さらに、前記第1振幅検出器の出力信号から前記第2振幅検出器の出力信号を減算する減算器を有し、前記減算器の出力信号に基づいて前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする被測定物特性測定装置。

技術分野

0001

本発明は、被測定物物理的特性を測定する被測定物特性測定装置であって、特に、発振器の出力信号の変動を考慮した被測定物特性測定装置に関する。

背景技術

0002

一般に、弾性表面波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛歯状電極指からなる入力電極及び出力電極を備えている。弾性表面波素子では、入力電極に電気信号が入力されると、電極指間電界が発生し、圧電効果により弾性表面波励振され、圧電基板上を伝搬していく。この弾性表面波のうち、伝搬方向と直交する方向に変位するすべり弾性表面波(SH-SAW:Shear horizontal Surface Acoustic Wave)を利用する弾性表面波素子を用いた各種物質の検出や物性値等の測定を行うための弾性波センサが研究されている。

0003

この弾性波センサでは、圧電基板上に置かれた測定対象である溶液に応じて、出力電極から出力される出力信号の特性に差異があることを利用し、測定対象の溶液の誘電率、粘性率等の物理的特性を求めることができる(特許文献1参照)。

0004

この特許文献1では、温度センサを設けて弾性表面波素子の温度変化を検知し、
温度変化による出力信号の特性の変化に対して温度補償をすることにより測定誤差を低減している。

0005

特開2001−153782号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1では、発振器から出力された高周波の電気信号が弾性表面波素子に入力されるが、発振器の電源電圧の変動や温度変化により前記電気信号が変動すると、弾性表面波素子から出力される電気信号の特性も変化し、測定対象の溶液の物理的特性に測定誤差が生じる。

0007

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、発振器からの出力信号が変動した場合であっても、被測定物の物理的特性を正確に測定する被測定物特性測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る被測定物特性測定装置は、発振器と、前記発振器の出力信号を分配する分配器と、前記分配器の一方の出力信号が入力され、伝搬路負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子と、前記物理的特性に応じた信号の振幅電圧に変換する第1振幅検出器と、前記分配器の他方の出力信号を減衰する減衰器と、前記減衰器の出力信号の振幅を電圧に変換する第2振幅検出器と、を備え、前記第1振幅検出器の出力信号を前記第2振幅検出器の出力信号に基づいて補正し、前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする。

0009

前記減衰器の減衰量は、前記弾性表面波素子のダイナミックレンジの中心に設定することが好ましい。

0010

また、本発明に係る被測定物特性測定装置では、前記第1及び第2振幅検出器はログアンプであって、さらに、減算器により前記第1振幅検出器の出力信号から前記第2振幅検出器の出力信号を減算し、前記発振器の出力信号の変動を相殺することができる。結果として、前記減算器の出力信号により正確な前記液状被測定物の物理的特性を測定することができる。

発明の効果

0011

本発明によれば、第1振幅検出器の出力信号を前記第2振幅検出器の出力信号に基づいて補正することにより、電源電圧や周辺温度の変化による発振器の出力信号の変動を相殺し、液状被測定物の物理的特性を正確に測定することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る被測定物特性測定装置10のブロック図である。

0013

図1に示すように、被測定物特性測定装置10は、信号発信源である発振器12と、発振器12の出力信号を増幅する増幅器14と、増幅器14の出力信号を分配して出力する分配器16と、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子18と、分配器16の出力信号を所定レベルに減衰する減衰器20と、弾性表面波素子18の出力信号の振幅を電圧に変換して直流信号を出力する振幅検出器22a、22bと、振幅検出器(第1振幅検出器)22aの出力信号から振幅検出器(第2振幅検出器)22bの出力信号を減算する減算器24とを備える。

0014

発振器12は、高周波の電気信号を出力する信号発信源であり、水晶発振器SAW発振器等を用いることができる。被測定物特性測定装置10では、液状被測定物の物理的特性を弾性表面波素子18を用いて測定することから、弾性表面波素子18との整合性を考慮するとSAW発振器であることが好ましい。

0015

増幅器(リニアアンプ)14は、発振器12の出力信号を増幅して分配器16に出力する増幅器であって、その増幅率は弾性表面波素子18における信号の減衰量に基づいて定められる。

0016

分配器16は、高周波の電気信号を分配して弾性表面波素子18及び減衰器20に出力することができれば特に限定されるものでない。例えば、図2に示すような回路構成の分配器を用いることができる。

0017

弾性表面波素子18は、液状被測定物の物理的特性として粘性率を測定する場合には図3に示す弾性表面波素子18Aが用いられる。弾性表面波素子18Aは、櫛形電極である入力電極18a及び出力電極18bを備え、入力電極18aと出力電極18bとの間には、電気的に短絡状態である短絡伝搬路18cが形成され、これらは圧電基板18d上に形成されている。被測定物特性測定装置10で液状被測定物の物理的特性を測定する場合には、液状被測定物が短絡伝搬路18c上に負荷される。弾性表面波素子18Aの出力信号が、振幅検出器22aに出力される。

0018

また、弾性表面波素子18は、液状被測定物の物理的特性として比誘電率導電率を測定する場合には図4に示す弾性表面波素子18Bが用いられる。弾性表面波素子18Bは、弾性表面波素子18Aと、弾性表面波素子18Aの一部構成が異なる弾性表面波素子18A1とを備える。弾性表面波素子18A1は、弾性表面波素子18Aに対して、入力電極18aと出力電極18bとの間に、電気的に開放状態である開放伝搬路18eが形成されている。弾性表面波素子18Bで物理的特性を測定する場合には、液状被測定物が短絡伝搬路18c及び開放伝搬路18e上に負荷され、弾性表面波素子18A、18A1の各出力信号が、振幅検出器22aに入力される。

0019

減衰器20は、分配器16の出力信号を弾性表面波素子18のダイナミックレンジに基づいて減衰させる減衰器である。例えば、弾性表面波素子18のダイナミックレンジが−10dBm〜−50dBmの場合には、減衰器20の出力信号のレベルが弾性表面波素子18のダイナミックレンジの中央である−30dBmになるように減衰量が決められる。減衰器20としては、例えば、図5に示すようなT型減衰器を用いることができる。

0020

振幅検出器22a、22bは、図6に示すようにリミッタアンプ多段縦続接続したログアンプである。振幅検出器22a、22bは、弾性表面波素子18又は減衰器20の出力信号の振幅を各リミッタアンプで電流検波して、順次、加算して電圧に変換することにより、入力信号dB値と出力信号の直流電圧値の関係が線形となる。

0021

減算器24は、振幅検出器22aの出力信号から振幅検出器22bの出力信号を減算して、直流信号を出力する。

0022

本発明の実施形態の被測定物特性測定装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、被測定物特性測定装置10による被測定物の物理的特性の測定について説明する。

0023

まず、弾性表面波素子18の伝搬路に被測定物が負荷される。次いで、発振器12から基準信号が出力されて、増幅器14では、弾性表面波素子18での信号の減衰量に応じて増幅され、分配器16で分配されて弾性表面波素子18及び減衰器20に出力される。減衰器20で減衰された信号は振幅検出器22bで信号の振幅に応じた直流電圧Vの信号が出力される。一方、弾性表面波素子18では、伝搬路に負荷された被測定物に応じた特性信号が出力されて、振幅検出器22aにおいて、前記特性信号の振幅に応じた直流電圧(V+α)の信号が出力される。そして、減算器24において、振幅検出器22aから出力された直流電圧(V+α)の信号から、振幅検出器22bから出力された直流電圧Vの信号が減算されて、直流電圧αの信号が得られる。この直流電圧αの信号は、被測定物の物理的特性を示す信号であり、この信号に基づいて被測定物の物理的特性が算出される。

0024

実際の被測定物特性測定装置10による被測定物の物理的特性の測定では、図示しない電源電圧の変動や、周囲の温度変化により、発振器12の出力信号のレベルや増幅器14の利得が変動する場合がある。前記レベルや利得が変動した場合には、振幅検出器22aの出力信号は直流電圧(V+α+ΔV)と変化し、振幅検出器22bの出力信号は直流電圧(V+ΔV)と変化して、各信号にはレベルや利得の変動に応じた電圧変化分ΔVが出力信号に加わる。減衰器20の出力信号のレベルは、弾性表面波素子18の出力信号のダイナミックレンジの中央になるように減衰器20の減衰量が定められているので、減算器24へ出力される振幅検出器22a、22bの出力信号中の電圧変化分ΔVは等しい。従って、減算器24において、振幅検出器22aから出力された信号から、振幅検出器22bから出力された信号が減算され、電圧変化分ΔVが相殺されるので、発振器12の出力信号のレベルの変動や増幅器14の利得が変動しても、被測定物の物理的特性を示す直流電圧αの信号を得ることができるので、被測定物の物理的特性を正確に算出することができる。

0025

以上説明したように、本発明の実施形態に係る被測定物特性測定装置10は、発振器12と、発振器12の出力信号を分配する分配器16と、分配器16の一方の出力信号が入力され、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子18と、前記物理的特性に応じた信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器22aと、分配器16の他方の出力信号を減衰する減衰器20と、減衰器20の出力信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器22bとを備える。

0026

本発明の実施形態によれば、振幅検出器22aの出力信号を振幅検出器22bの出力信号に基づいて補正することにより、電源電圧や周囲温度の変化による発振器12、増幅器14の出力信号の変動を相殺し、液状被測定物の物理的特性を正確に測定することができる。

0027

また、本発明の実施形態では、振幅検出器22a、22bとして、ログアンプを用いているが、振幅検出器22a、22bへ入力される信号の振幅を電圧に変換することができればこれに限られるものではない。例えば、振幅検出器22a、22bとして、ログアンプではなく、増幅器(リニアアンプ)を用いた場合には、減算器24の代わりに、振幅検出器22aの出力信号を振幅検出器22bの出力信号に基づく補正、すなわち、振幅検出器22aの出力信号と振幅検出器22bの出力信号との比に基づく直流信号を出力する補正器(図示無し)を用いることで、前記補正器の出力信号に基づき液状被測定物の物理的特性が測定される。

0028

また、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

図面の簡単な説明

0029

本発明の実施形態に係る被測定物特性測定装置のブロック図である。
分配器の回路構成の一例を示す説明図である。
弾性表面波素子の一例を示す説明図である。
弾性表面波素子の他の例を示す説明図である。
減衰器の回路構成の一例を示す説明図である。
振幅検出器の回路構成の一例を示す説明図である。

符号の説明

0030

10…被測定物特性測定装置12…発振器
14…増幅器16…分配器
18、18A、18B、18A1…弾性表面波素子
18a…入力電極18b…出力電極
18c…短絡伝搬路18d…圧電基板
18e…開放伝搬路20…減衰器
22a、22b…振幅検出器24…減算器

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