JP2009042063A - Sensing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the frequency jump at the time of switching of a channel in fetching the frequency signals of a plurality of channels, which are respectively equipped with piezoelectric oscillators changed in natural frequency by adsorbing a sensing target, in a measuring part by time-sharing control. <P>SOLUTION: This sensing device is constituted so as to be equipped with a switching part, which is equipped with a plurality of oscillation circuits for respectively oscillating a plurality of the piezoelectric oscillators; a first contact provided at every oscillation circuit, in order to successively switch the respective oscillation circuits to connect them to the measuring part to connect the output terminal of the oscillation circuits to the measuring part and a second contact switching the output terminal of the oscillation circuits, with respect to the first contact to separate them from the measuring part; and the phase correcting circuit part which is connected to the second contact and shifts the phase of the frequency signals from the oscillation circuits, in order to suppress the disturbance of the waveforms of the frequency signals from the oscillation circuits at the time of switching of the switching part, to suppress the effect of a reflected wave. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を複数チャンネル備え、これらチャンネルを順次切り替えて時分割により、周波数信号を測定部に取り込み、各チャンネルに係る感知対象物を感知するための感知装置に関する。   The present invention is provided with a plurality of channels of piezoelectric vibrators whose natural frequency changes due to the adsorption of the sensing object, and these channels are sequentially switched and the frequency signal is taken into the measurement unit by time division to sense the sensing object associated with each channel. It is related with the sensing apparatus for doing.

バイオテクノロジーの分野、食品分野及び環境保全の分野などにおいては、微量な物質の有無あるいは濃度の正確な検出を行わなければならない場合が多く、その手法として水晶振動子を用いた感知装置を利用したQCM(Quartz Crystal Microbalance)測定法が知られている(特許文献1)。この測定法は水晶振動子の表面に前記ダイオキシンなどの感知対象物質を付着させると、その水晶振動子の固有振動数がその付着量に応じて変化する性質を利用したものであり、10−12g/mlオーダの高い分析精度を持つ。従ってこの測定法は高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計を用いる公定法(JIS)やELISA法(酵素固定化免疫測定法)に比べてコスト、分析に要する時間の短さ及び分析精度の点で格段に有利である。 In the fields of biotechnology, food, and environmental conservation, it is often necessary to accurately detect the presence or concentration of trace amounts of substances, and a sensing device using a quartz crystal is used as the method. A QCM (Quartz Crystal Microbalance) measurement method is known (Patent Document 1). This assay depositing a sensing substance, such as the dioxins on the surface of the crystal oscillator, which the natural frequency of the quartz resonator utilizing a property that varies depending on the deposition amount, 10 -12 High analytical accuracy on the order of g / ml. Therefore, this measurement method is remarkably low in cost, analysis time, and analysis accuracy compared to the official method (JIS) and ELISA method (enzyme-immobilized immunoassay method) using a high-resolution gas chromatograph mass spectrometer. It is advantageous.

そして最近では、ある特定の分子しか化学結合しない抗体の開発も盛んに行われており、予め水晶振動子の表面(詳しくは電極の表面)に、検体に対して抗体抗原反応を起こす抗体を吸着層として形成することで各種分野の分析、解析を行うことが可能になってきている。   Recently, an antibody that chemically binds only a specific molecule has been actively developed, and an antibody that causes an antigen-antigen reaction to a specimen is previously adsorbed on the surface of a crystal resonator (specifically, the surface of an electrode). By forming it as a layer, it has become possible to analyze and analyze various fields.

ところで水晶振動子を用いて溶液中の汚染物質や血液中の抗原を測定する手法においては、センサ部分を繰り返し使おうとすると洗浄が必要であるし、また抗体抗原反応に長い時間がかかる場合があり、更にまた多数の検体を測定することで分布データを取得して統計的な評価も行うことがあるため、効率的な手法が望まれている。こうしたことから多数の水晶センサを使って同時に測定することが検討されている。多数の水晶センサを用いる技術は、特許文献1などに記載されている。   By the way, in the method of measuring contaminants in solution and antigens in blood using a quartz oscillator, it is necessary to wash the sensor part repeatedly and the antibody-antigen reaction may take a long time. Furthermore, since distribution data may be obtained by measuring a large number of specimens and statistical evaluation may be performed, an efficient method is desired. For these reasons, simultaneous measurements using a large number of quartz sensors are being studied. A technique using a large number of quartz sensors is described in Patent Document 1 and the like.

図17は8つの水晶振動子11a〜11hが接続された8チャンネル構成の感知装置1を示している。図中12a〜12hは水晶振動子11a〜11hの発振回路であり、各発振回路12a〜12hの後段には図に示すようにスイッチ部13a〜13oを備えた信号切り替え部14が設けられている。信号切り替え部14の後段には周波数を計測する周波数計測部を含んだ測定本体部15が設けられている。   FIG. 17 shows the sensing device 1 having an 8-channel configuration to which eight crystal resonators 11a to 11h are connected. In the figure, reference numerals 12a to 12h denote oscillation circuits of the crystal oscillators 11a to 11h, and a signal switching unit 14 including switch units 13a to 13o is provided at the subsequent stage of each of the oscillation circuits 12a to 12h. . A measurement main body unit 15 including a frequency measurement unit that measures the frequency is provided at the subsequent stage of the signal switching unit 14.

スイッチ部13a〜13oは図示しない切り替え制御部により切り替え制御される。具体的には水晶振動子11a〜11hの各々を測定本体部15に順次一個ずつ繰り返し接続するように、即ち8つのチャンネルが例えば順番に1個ずつ接続された状態となるように各スイッチ部13a〜13oに制御信号を出力し、8つの水晶振動子11a〜11hからの周波数信号(8つの発振回路12からの周波数)が時分割して測定本体部15に出力されるようになっている。そして特許文献1においては、測定本体部15は概略的な言い方をすれば各周波数信号の位相に基づいて、8つの水晶振動子11a〜11hの周波数を並行して算出し、算出された周波数に基づいて感知対象物質の定量及び存在の有無の判定が行われる。   The switch units 13a to 13o are controlled to be switched by a switching control unit (not shown). Specifically, each of the switch units 13a is connected so that each of the crystal resonators 11a to 11h is repeatedly connected to the measurement main body unit 15 one by one, that is, eight channels are connected one by one in order, for example. The control signals are output to .about.13o, and the frequency signals from the eight crystal resonators 11a to 11h (the frequencies from the eight oscillation circuits 12) are time-divided and output to the measurement main body 15. And in patent document 1, the measurement main-body part 15 will calculate the frequency of eight crystal oscillators 11a-11h in parallel based on the phase of each frequency signal, if it says roughly, and will be set to the calculated frequency. Based on this, the detection target substance is quantified and the presence or absence is determined.

ところで後述の評価試験で示すように所定の発振回路12から次の発振回路12に測定本体部15への出力を切り替えた直後は、測定される周波数が一時的に上昇する周波数ジャンプと呼ばれる現象が生じる。この理由について後述の実験例などから次のように推測している。スイッチ部において発振回路が測定部に接続される側の接点をオン接点、発振回路が測定部から切り離される側の接点をオフ接点とすると、発振回路がオフ接点に切り替わっているときには発振回路からの出力を全反射した反射波つまり180°位相がずれた反射波が発生する。このためオン接点からオフ接点に切り替わった直後は、反射波の影響により波形のつながりに乱れが生じると考えられる。このため波形が乱れたままオフ接点からオン接点に切り替わると、測定部に向かう発振出力の周波数信号の波形に乱れが生じる。またオフ接点からオン接点に切り替わった後にも、図18に示すように反射波によって波形のつながりに乱れが生じ、このようにオン接点からオフ接点への切り替わり時とその逆の切り替わり時とにおける波形の乱れが重畳されて、結果として測定部に入力された周波数信号の波形が乱れて周波数ジャンプが起こっているものと推測される。このため水晶振動子に吸着したときにおける感度が劣化し、周波数計測精度が劣化する。   By the way, as shown in an evaluation test to be described later, immediately after switching the output to the measurement main body 15 from a predetermined oscillation circuit 12 to the next oscillation circuit 12, a phenomenon called a frequency jump in which the measured frequency rises temporarily is present. Arise. The reason for this is presumed from the following experimental examples and the like. If the contact on the side where the oscillation circuit is connected to the measurement unit in the switch unit is the ON contact, and the contact on the side where the oscillation circuit is disconnected from the measurement unit is the OFF contact, when the oscillation circuit is switched to the off contact, A reflected wave that totally reflects the output, that is, a reflected wave that is 180 ° out of phase is generated. For this reason, immediately after switching from the on-contact to the off-contact, it is considered that the waveform connection is disturbed due to the influence of the reflected wave. For this reason, when switching from the OFF contact to the ON contact while the waveform is distorted, the waveform of the frequency signal of the oscillation output directed to the measurement unit is distorted. Further, even after switching from the off contact to the on contact, the waveform connection is disturbed by the reflected wave as shown in FIG. 18, and thus the waveform at the time of switching from the on contact to the off contact and vice versa. It is presumed that a frequency jump occurs due to a disturbance of the waveform of the frequency signal input to the measurement unit as a result. For this reason, the sensitivity when adsorbed to the quartz resonator is degraded, and the frequency measurement accuracy is degraded.

そこで従来は、チャンネル切り替え後から周波数が安定するまで、周波数を測定しないガードタイムと呼ばれる信号の安定化時間を確保し、そのガードタイム経過後に周波数の計測を開始している。   Therefore, conventionally, a stabilization time of a signal called a guard time in which the frequency is not measured is ensured until the frequency is stabilized after the channel is switched, and the measurement of the frequency is started after the guard time elapses.

しかしガードタイムを長く設定すると、各チャンネルに割り当てられた時分割処理の1スロット分の時間が長くなり、周波数のサンプリングの間隔が長くなる。そうなるとコンピュータのサンプリング値の更新に長い時間がかかってしまう。そのため、測定時間を長くすれば測定精度は低下しないが、同じ測定時間計測すれば、周波数の分解能が低下して、結局測定精度も低下する。   However, when the guard time is set to be long, the time for one slot of time division processing assigned to each channel is lengthened, and the frequency sampling interval is lengthened. In that case, it takes a long time to update the sampling value of the computer. For this reason, if the measurement time is lengthened, the measurement accuracy does not decrease, but if the same measurement time is measured, the frequency resolution decreases, and eventually the measurement accuracy also decreases.

特許文献1では、同様な構成の感知装置においてオフ接点に終端負荷を接続しているが、これは発振回路の発振周波数を少しずらし、測定中の発振回路と切り離された発振回路との間で周波数スペクトラムの重なりを防止しようとするものであり、位相を補正するものではない。従って上述の問題を解決することはできない。
特開2006−184260号公報:図4
In Patent Document 1, a terminal load is connected to an off contact in a sensing device having a similar configuration. This is because the oscillation frequency of the oscillation circuit is slightly shifted, and the oscillation circuit being measured is separated from the oscillation circuit that is disconnected. It is intended to prevent overlapping of the frequency spectrum and does not correct the phase. Therefore, the above problem cannot be solved.
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-184260: FIG.

本発明は、上述のような事情によりなされたものであり、感知対象物を吸着することで固有振動数が変わる圧電振動子を夫々備えた複数チャンネルの周波数信号を時分割制御で測定部に取り込むにあたって、チャンネルの切り替わり時の周波数ジャンプを抑えて、精度高く感知対象物の感知を行うことができる感知装置を提供することである。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and takes in frequency measurement signals of a plurality of channels each having a piezoelectric vibrator that changes its natural frequency by adsorbing a sensing object to a measurement unit by time division control. In the meantime, it is an object of the present invention to provide a sensing device capable of detecting a sensing object with high accuracy while suppressing frequency jumps at the time of channel switching.

本発明の感知装置は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を用い、この圧電振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数の圧電振動子と、
前記複数の圧電振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するために各発振回路毎に設けられ、発振回路の出力端を測定部に接続するための第1接点と、この第1接点との間で当該発振回路の出力端が切り替えられて測定部から切り離される第2接点と、を備えた切り替え部と、
前記複数の発振回路からの周波数信号を時分割制御により順次前記測定部に取り込ませるように前記切り替え部に対して切り替え信号を出力する制御部と、
前記第2接点に接続され、前記切り替え部の切り替え時に発振回路からの周波数信号の波形の乱れを抑えるために、前記発振回路からの周波数信号の位相をずらす位相補正回路部と、を備えたことを特徴とする。
The sensing device of the present invention uses a piezoelectric vibrator in which an adsorption layer for adsorbing a sensing object is formed on the surface, and the natural frequency is changed by the adsorption of the sensing object. In a sensing device that senses a sensing object by a change,
A plurality of piezoelectric vibrators;
A plurality of oscillation circuits for oscillating each of the plurality of piezoelectric vibrators;
A first contact for connecting the output terminal of the oscillation circuit to the measurement unit and the first contact are provided for each oscillation circuit to sequentially connect the plurality of oscillation circuits to the measurement unit. A switching unit including a second contact that is switched from the measurement unit by switching the output end of the oscillation circuit;
A control unit that outputs a switching signal to the switching unit so that the frequency signal from the plurality of oscillation circuits is sequentially taken into the measurement unit by time division control;
A phase correction circuit unit that is connected to the second contact and that shifts the phase of the frequency signal from the oscillation circuit in order to suppress disturbance of the waveform of the frequency signal from the oscillation circuit when the switching unit is switched. It is characterized by.

前記位相補正回路部は、例えば前記周波数信号の位相のずれが絶対値で17°から41°の範囲となるように構成されていてもよく、前記測定部は、切り替え信号が出力されてから、1ミリ秒以上経過した後の周波数測定値を有効とするように構成されていてもよい。   The phase correction circuit unit may be configured, for example, such that a phase shift of the frequency signal is in an absolute value range of 17 ° to 41 °, and the measurement unit is configured to output a switching signal, You may be comprised so that the frequency measured value after 1 millisecond or more may pass may be validated.

本発明によれば、圧電振動子及び発振回路を含む複数のチャンネルの切り替え接点について、発振回路が測定部から切り離される側の接点に、発振回路の周波数信号の位相をずらす位相補正回路部を設けているため、後述の実験結果からも分かるように発振回路を測定部に接続したときの波形の乱れが抑えられ、このため周波数ジャンプが低減する。このためチャンネルの切り替わり後に確保される信号安定化時間であるガードタイムが短くても波形の乱れが抑えられるので、結局感知対象物の測定を高精度に行うことができる。   According to the present invention, the phase correction circuit unit for shifting the phase of the frequency signal of the oscillation circuit is provided at the contact point on the side where the oscillation circuit is disconnected from the measurement unit for the switching contacts of the plurality of channels including the piezoelectric vibrator and the oscillation circuit. Therefore, as can be seen from the experimental results described later, the waveform disturbance when the oscillation circuit is connected to the measurement unit is suppressed, and the frequency jump is reduced. For this reason, even if the guard time, which is the signal stabilization time ensured after the channel switching, is short, the waveform disturbance can be suppressed, so that the sensing object can be measured with high accuracy.

以下に本発明に係る感知装置の実施の形態について説明する。先ず感知装置の全体構造について簡単に説明しておく。この感知装置2Aは図1に示すように、複数例えば8個の水晶センサ2と、これら水晶センサ2が着脱自在に装着される発振回路ユニット3と、発振回路ユニット3に接続される測定器本体4とを備えている。発振回路ユニット3は、後述する発振回路E(E1〜E8)、信号切り替え部32及び切り替え制御部33を備え、測定器本体4は後述する測定本体部40を備えている。   Embodiments of a sensing device according to the present invention will be described below. First, the overall structure of the sensing device will be briefly described. As shown in FIG. 1, the sensing device 2A includes a plurality of, for example, eight crystal sensors 2, an oscillation circuit unit 3 to which these crystal sensors 2 are detachably mounted, and a measuring instrument body connected to the oscillation circuit unit 3. 4 is provided. The oscillation circuit unit 3 includes an oscillation circuit E (E1 to E8) described later, a signal switching unit 32, and a switching control unit 33, and the measuring instrument main body 4 includes a measurement main unit 40 described later.

水晶センサ2は、図1及び図2に示すように配線基板例えばプリント基板21を備えており、このプリント基板21は、その表面側に凹部23が設けられたゴムシート22が重ねられ、ゴムシート22の下面側の突出部位が、プリント基板21の開口部23aに嵌合している。そして前記凹部23を塞ぐように圧電振動子である水晶振動子24が設けられており、水晶振動子24の下面側は気密空間に面し、水晶振動子24の上面側の空間には注入口25aから注入された試料溶液が満たされるようになっている。図中25bは前記空間における試料溶液の有無を確認するための確認口である。水晶振動子24は、円形の水晶片の両面に夫々不図示の電極が設けられ、これら電極は導電性接着剤26を介して基板21に設けられている一対の導電路であるプリント配線27a,27bに夫々電気的に接続されている。また上面側の電極には試料液の測定対象物質に応じて、その物質を吸着するための吸着層が設けられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the quartz sensor 2 includes a printed circuit board 21, for example, a printed circuit board 21. The printed circuit board 21 is overlaid with a rubber sheet 22 having a concave portion 23 provided on the surface thereof, and a rubber sheet. The protruding portion on the lower surface side of 22 is fitted into the opening 23 a of the printed circuit board 21. A crystal resonator 24, which is a piezoelectric resonator, is provided so as to close the concave portion 23. The lower surface side of the crystal resonator 24 faces an airtight space, and an injection port is formed in the space on the upper surface side of the crystal resonator 24. The sample solution injected from 25a is filled. In the figure, 25b is a confirmation port for confirming the presence or absence of the sample solution in the space. In the crystal unit 24, electrodes (not shown) are provided on both sides of a circular crystal piece, and these electrodes are a pair of printed wirings 27a, which are a pair of conductive paths provided on the substrate 21 via a conductive adhesive 26. 27b is electrically connected to each other. The upper electrode is provided with an adsorption layer for adsorbing the substance according to the substance to be measured in the sample solution.

図3は、感知装置のブロック図である。このブロック図において発振回路ユニット3に装着される8個の水晶センサ2は便宜上F1〜F8の番号を付して示している。水晶センサF(F1〜F8)は、試料液中の感知対象物を水晶振動子24の上面側の電極表面に吸着させることによって、その固有周波数の変化を検知する感知センサとして用いられる。   FIG. 3 is a block diagram of the sensing device. In this block diagram, the eight crystal sensors 2 attached to the oscillation circuit unit 3 are indicated by numbers F1 to F8 for convenience. The quartz sensor F (F1 to F8) is used as a sensing sensor that detects a change in its natural frequency by adsorbing a sensing object in the sample liquid to the electrode surface on the upper surface side of the quartz vibrator 24.

発振回路ユニット3は、水晶センサF1〜F8を夫々発振させるため8チャンネルの発振回路E1〜E8を備えており、図1に示す発振回路ユニット3の差込口に水晶センサF1〜F8が差し込まれることにより、差込口に設けられた端子部(不図示)と水晶センサF1〜F8のプリント配線27a,27bが夫々電気的に接続され、水晶センサF1〜F8が各発振回路31と電気的に接続されて、各水晶振動子2が発振する。そして各水晶センサF1〜F8の電気信号(周波数信号)が、発振回路E1〜E8の後段の信号切り替え部32へと出力される。   The oscillation circuit unit 3 includes 8-channel oscillation circuits E1 to E8 for causing the quartz sensors F1 to F8 to oscillate, and the quartz sensors F1 to F8 are inserted into the insertion ports of the oscillation circuit unit 3 shown in FIG. As a result, terminal portions (not shown) provided in the insertion ports and the printed wirings 27a and 27b of the quartz sensors F1 to F8 are electrically connected to each other, and the quartz sensors F1 to F8 are electrically connected to the oscillation circuits 31. When connected, each crystal resonator 2 oscillates. Then, the electrical signals (frequency signals) of the crystal sensors F1 to F8 are output to the signal switching unit 32 at the subsequent stage of the oscillation circuits E1 to E8.

信号切り替え部32はスイッチSW1〜SW15を備え、各発振回路E1〜E8の後段には夫々スイッチSW1〜SW8が設けられているが、図示の便宜上信号切り替え部32の構造は簡略化して示しており、発振回路E3〜E8の後段の枠D2〜D3内は、発振回路E1及びE2の後段の点線の枠D1内と同様にスイッチSW及び後述する位相補正終端回路Gが接続されることにより構成されている。SW1及びSW2の後段にSW9が接続されているように、SW3及びSW4の後段にはSW10、SW5及びSW6の後段にはSW11、SW7及びSW8の後段にはSW12が夫々接続されている。そしてSW9及びSW10の後段にはSW13が、SW11及びSW12の後段にはSW14が夫々接続され、図に示すようにSW14及びSW14の後段にはSW15が接続されている。   The signal switching unit 32 includes switches SW1 to SW15, and switches SW1 to SW8 are provided in the subsequent stages of the oscillation circuits E1 to E8, respectively, but the structure of the signal switching unit 32 is shown in a simplified manner for convenience of illustration. The frames D2 to D3 in the subsequent stage of the oscillation circuits E3 to E8 are configured by connecting the switch SW and a phase correction termination circuit G to be described later in the same manner as in the dotted frame D1 in the subsequent stage of the oscillation circuits E1 and E2. ing. Just as SW9 is connected to the subsequent stage of SW1 and SW2, SW10 is connected to the subsequent stage of SW3 and SW4, SW11 is connected to the subsequent stage of SW5 and SW6, and SW12 is connected to the subsequent stage of SW7 and SW8. SW13 is connected to the subsequent stage of SW9 and SW10, SW14 is connected to the subsequent stage of SW11 and SW12, and SW15 is connected to the subsequent stage of SW14 and SW14 as shown in the figure.

スイッチSW1〜SW8の各接点Aは、後段のスイッチSW9〜12、スイッチSW13、スイッチSW15が夫々切り替わることにより測定本体部40に接続される、オン接点となっている。またスイッチSW1〜SW8のオフ接点である各接点Bの後段には位相補正終端回路G(G1〜G8)が接続されている。スイッチSW1〜SW15は後述する切り替え制御部33からの切り替え信号(制御信号)を受けて切り替わる。   Each contact A of the switches SW1 to SW8 is an ON contact that is connected to the measurement main body 40 when the subsequent switches SW9 to SW12, switch SW13, and switch SW15 are switched. Further, a phase correction termination circuit G (G1 to G8) is connected to the subsequent stage of each contact B which is an OFF contact of the switches SW1 to SW8. The switches SW1 to SW15 are switched in response to a switching signal (control signal) from a switching control unit 33 described later.

位相補正回路部である位相補正終端回路G1〜G8は、各々例えばコンデンサ、抵抗及びインダクタなどを含んでいる。作用で説明するように各スイッチSWが切り替わり、各発振回路Eが、その発振回路Eに対応する位相補正終端回路Gから測定本体部40に接続される。そして測定本体部40に接続されたときに測定本体部40に出力される周波数信号の波形の乱れが抑えられるように、各発振回路Eから位相補正終端回路Gに出力される周波数信号の位相が、測定本体部40に出力される周波数信号の位相に対して例えば40°進むように(+40°ずれるように)各位相補正終端回路Gが構成されている。   The phase correction termination circuits G1 to G8, which are phase correction circuit units, each include, for example, a capacitor, a resistor, an inductor, and the like. As described in the operation, each switch SW is switched, and each oscillation circuit E is connected to the measurement main body 40 from the phase correction termination circuit G corresponding to the oscillation circuit E. The phase of the frequency signal output from each oscillation circuit E to the phase correction termination circuit G is such that the disturbance of the waveform of the frequency signal output to the measurement main body 40 when connected to the measurement main body 40 is suppressed. Each phase correction termination circuit G is configured so as to advance, for example, 40 ° (deviation + 40 °) with respect to the phase of the frequency signal output to the measurement main body 40.

信号切り替え部32のスイッチSW15の後段の測定本体部40は、アナログ/ディジタル(A/D)コンバータ41、周波数測定部42、周波数演算部43及び図示しない表示部により構成されている。A/Dコンバータ41は各発振回路Eから順に出力される周波数信号(アナログ信号)をディジタル信号に変換する。   The measurement main body 40 following the switch SW15 of the signal switching unit 32 includes an analog / digital (A / D) converter 41, a frequency measurement unit 42, a frequency calculation unit 43, and a display unit (not shown). The A / D converter 41 converts the frequency signal (analog signal) output in order from each oscillation circuit E into a digital signal.

A/Dコンバータ41の後段には周波数測定部42が設けられている。周波数測定部42はFPGAにより構成されており、A/Dコンバータ41からのディジタル信号を処理し、例えば2006−184260号公報に記載されている手法により発振回路Eの周波数を計測する。なおこの周波数の計測手法については公知の種々の手法を採用することができる。また周波数測定部42は、切り替え制御部33に接続されており、当該切り替え制御部33に制御信号を送る。 A frequency measurement unit 42 is provided following the A / D converter 41. The frequency measurement unit 42 is configured by an FPGA, processes a digital signal from the A / D converter 41, and measures the frequency of the oscillation circuit E by a method described in, for example, 2006-184260. Various known methods can be employed for this frequency measurement method. The frequency measurement unit 42 is connected to the switching control unit 33 and sends a control signal to the switching control unit 33.

切り替え制御部33は周波数測定部42からの制御信号に基づいて、発振回路E1〜E8が測定本体部40に順次一個ずつ接続される、つまり検出端側の8つのチャンネルが順番に一個ずつ接続された状態となると共に測定本体部40に接続されているチャンネルの発振回路以外の発振回路Eについては対応する位相補正終端回路Gに接続されるように、各スイッチSWに切り替え信号(制御信号)を出力する機能を有しており、この切り替え信号によって各スイッチSWは、例えば後段側から順に、つまりSW15、SW13及び14、SW9〜SW12、SW1〜8の順に切り替わるようになっている。   Based on the control signal from the frequency measurement unit 42, the switching control unit 33 is connected to the oscillation circuits E1 to E8 one by one in sequence to the measurement main body 40, that is, the eight channels on the detection end side are connected one by one in order. A switching signal (control signal) is sent to each switch SW so that the oscillation circuit E other than the oscillation circuit of the channel connected to the measurement main body 40 is connected to the corresponding phase correction termination circuit G. Each switch SW is switched in order from, for example, the subsequent stage, that is, SW15, SW13 and 14, SW9 to SW12, and SW1 to 8 by this switching signal.

測定本体部40に接続される各チャンネルの切り替えは例えば12.5nsecで行われ、周波数測定部42は8つの水晶センサF1〜F8からの周波数信号(8つの発振回路E1〜E8からの周波数)を時分割して取り込み、これにより周波数測定部42にて、8つの水晶センサF1〜F8の周波数を並行して求めることができるようになっている。チャンネルの切り替え時間である12.5nsecは例えば発振回路Eの周波数の41°〜42°分のずれに対応しており、またこのチャンネルの切り替え時間は、後述のガードタイムよりもはるかに短く、実質ゼロとなるように設定されている。   Switching of each channel connected to the measurement main body 40 is performed at 12.5 nsec, for example, and the frequency measurement unit 42 receives frequency signals (frequency from eight oscillation circuits E1 to E8) from the eight crystal sensors F1 to F8. The frequency measurement unit 42 can obtain the frequencies of the eight crystal sensors F <b> 1 to F <b> 8 in parallel by time division. The channel switching time of 12.5 nsec corresponds to, for example, a shift of 41 ° to 42 ° of the frequency of the oscillation circuit E, and this channel switching time is much shorter than the guard time described later, It is set to be zero.

周波数測定部42の後段には例えばCPUを含んだ周波数演算部43が設けられており、周波数演算部43は各チャンネルの周波数を演算して求める。演算された周波数は表示部に表示される。   A frequency calculation unit 43 including, for example, a CPU is provided after the frequency measurement unit 42, and the frequency calculation unit 43 calculates and obtains the frequency of each channel. The calculated frequency is displayed on the display unit.

次に上述の感知装置2Aの作用について説明する。先ず発振回路ユニット3と測定器本体4とを接続し、水晶センサF1〜F8を発振回路ユニット3に差込み、水晶振動子24を例えば空の状態で発振させる。   Next, the operation of the above-described sensing device 2A will be described. First, the oscillation circuit unit 3 and the measuring instrument main body 4 are connected, and the quartz sensors F1 to F8 are inserted into the oscillation circuit unit 3 to oscillate the crystal resonator 24, for example, in an empty state.

その後、例えば測定本体器4に設けられた測定を開始するためのボタン(不図示)をユーザが押すと、周波数測定部42から切り替え制御部33に制御信号が出力され、順次発振回路E1〜E8がスイッチSW1〜SW15の切り替わりにより測定本体部40に接続される。測定本体部40では各チャンネルごとに周波数の計測が行われる。ある時刻t1でユーザが各水晶センサF1〜F8に測定対象物を含まない例えば純水を注入して、水晶振動子24の発振周波数が低下し、発振が安定した後、続いてある時刻t2で測定対象物質例えばダイオキシンを含んだ試料溶液を水晶センサF1〜F8に注入する。測定対象物質は水晶振動子24の励振電極に設けられた吸着層に吸着し、水晶振動子24の発振周波数が低下する。図4は表示部に表示された周波数のグラフを表示したものであり、ユーザは時刻t1〜t2間での安定した周波数とt2の後の安定した周波数との差qから、予め求めておいた検量線などを用いて各チャンネルのダイオキシンの濃度を測定する。   Thereafter, for example, when the user presses a button (not shown) for starting the measurement provided in the measurement main unit 4, a control signal is output from the frequency measurement unit 42 to the switching control unit 33, and the oscillation circuits E1 to E8 are sequentially generated. Is connected to the measurement main body 40 by switching of the switches SW1 to SW15. The measurement main body 40 measures the frequency for each channel. At a certain time t1, the user injects, for example, pure water that does not include an object to be measured into each of the quartz sensors F1 to F8, the oscillation frequency of the crystal resonator 24 decreases, and the oscillation stabilizes. A sample solution containing a substance to be measured, such as dioxin, is injected into the quartz sensors F1 to F8. The substance to be measured is adsorbed on the adsorption layer provided on the excitation electrode of the crystal unit 24, and the oscillation frequency of the crystal unit 24 is lowered. FIG. 4 shows a graph of the frequency displayed on the display unit, and the user has obtained in advance from the difference q between the stable frequency between times t1 and t2 and the stable frequency after t2. Measure the dioxin concentration in each channel using a calibration curve.

今、発振回路E8の測定が行われているとすると、発振回路E1の経路におけるスイッチSW1は図5(a)に示した状態になっている。発振回路E8の測定が終了すると、切り替え制御部33が各スイッチSWに切り替え信号を出力し、各スイッチSWが図5(b)に示すように切り替わり、発振回路E8の接続が測定本体部40から位相補正終端回路G8に切り替わると共に発振回路E1の接続が位相補正終端回路G1から測定本体部40に切り替わる。   Assuming that the oscillation circuit E8 is being measured, the switch SW1 in the path of the oscillation circuit E1 is in the state shown in FIG. When the measurement of the oscillation circuit E8 is completed, the switching control unit 33 outputs a switching signal to each switch SW, each switch SW is switched as shown in FIG. 5B, and the connection of the oscillation circuit E8 is connected from the measurement main body unit 40. The phase correction termination circuit G8 is switched and the connection of the oscillation circuit E1 is switched from the phase correction termination circuit G1 to the measurement main body 40.

図6に示すように周波数測定部42から切り替え制御部33に制御信号が出力されてから予め設定された所定の時間(ガードタイム)である例えば少なくとも1msecが経過すると、周波数測定部42が周波数を計測し、詳しくは発振回路E1からの周波数と基準信号の周波数との差分の周波数を計測し、計測された周波数が時分割データとしてメモリに記憶されると共に表示部に表示される。   As shown in FIG. 6, for example, when at least 1 msec, which is a predetermined time (guard time) that has been set in advance, has passed since the control signal is output from the frequency measurement unit 42 to the switching control unit 33, the frequency measurement unit 42 sets the frequency. Specifically, the frequency of the difference between the frequency from the oscillation circuit E1 and the frequency of the reference signal is measured, and the measured frequency is stored in the memory as time division data and displayed on the display unit.

発振回路E1の周波数の計測を開始してから予め設定された時分割処理、即ち各チャンネルに割り当てられたスロットの時間が経過すると切り替え制御部33からの切り替え信号に基づいて先ずスイッチSW9の接点が切り替えられ、その後スイッチSW1の接点がAからB側に切り替えられ、続いてスイッチSW2の接点がBからA側に切り替えられ、発振回路E2が周波数測定部42に接続される。そして発振回路E2からの出力信号に基づいて発振回路E2に対応する周波数の計測が行われる。   When the time division processing set in advance since the measurement of the frequency of the oscillation circuit E1 is started, that is, when the time of the slot assigned to each channel has elapsed, the contact of the switch SW9 is first switched based on the switching signal from the switching control unit 33. Then, the contact of the switch SW1 is switched from the A side to the B side, and then the contact of the switch SW2 is switched from the B side to the A side, and the oscillation circuit E2 is connected to the frequency measuring unit 42. Based on the output signal from the oscillation circuit E2, the frequency corresponding to the oscillation circuit E2 is measured.

この実施形態によれば、水晶センサF及び発振回路Eの後段側のスイッチSW1〜SW8について、発振回路Eが測定本体部40から切り離される側の接点に、発振回路Eの周波数信号の位相をずらす位相補正終端回路Gを設けているため、信号切り替え部32により発振回路Eが各々位相補正終端回路Gから周波数測定部42に接続されたときに、後述の実験結果からも示されるように周波数の波形が乱れることが抑えられる。これは周波数信号の位相がずれることによりその反射波の位相が180°からずれ、その影響が少なくなるためであると考えられる。従ってスイッチ切り替え後における安定化時間であるガードタイムを短くしながら、スイッチ切り替え直後の周波数ジャンプを抑えることができる。この結果高精度な周波数測定を行うことができ、試料溶液の測定対象物質の濃度を高精度で測定することができると共に測定時間の短縮化を図ることができる。   According to this embodiment, the phase of the frequency signal of the oscillation circuit E is shifted to the contact on the side where the oscillation circuit E is disconnected from the measurement main body 40 with respect to the switches SW1 to SW8 on the subsequent stage of the crystal sensor F and the oscillation circuit E. Since the phase correction termination circuit G is provided, when the oscillation circuit E is connected from the phase correction termination circuit G to the frequency measurement unit 42 by the signal switching unit 32, the frequency of the frequency correction termination circuit G is also shown as shown from the experimental results described later. Disturbance of the waveform can be suppressed. This is considered to be because the phase of the reflected wave is shifted from 180 ° due to the shift of the phase of the frequency signal, and the influence thereof is reduced. Therefore, it is possible to suppress the frequency jump immediately after switching the switch while shortening the guard time that is the stabilization time after the switch switching. As a result, highly accurate frequency measurement can be performed, the concentration of the substance to be measured in the sample solution can be measured with high accuracy, and the measurement time can be shortened.

図7は他の感知装置の構成を示したものであり、この感知装置5のスイッチSW1の接点Bには回路55a、回路56aが互いに並列に接続されており、これら回路55a、56aにより位相補正終端回路部57aが構成されている。また同様にスイッチSW2の接点Bには回路55b、回路56bが互いに並列に接続されており、これら回路55b、56bは位相補正終端回路部57bを構成している。位相補正終端回路部57a、57bは位相補正終端回路Gと同様に測定本体部40に流れる電流の位相に対して、これら位相補正終端回路部57a,57bに流れる電流の位相をずらす役割を有し、各回路55a,56a,55b,56bは、夫々例えばコンデンサ、抵抗及びインダクタなどを含んだ回路である。   FIG. 7 shows the configuration of another sensing device. A circuit 55a and a circuit 56a are connected in parallel to the contact B of the switch SW1 of the sensing device 5, and phase correction is performed by these circuits 55a and 56a. A termination circuit unit 57a is configured. Similarly, a circuit 55b and a circuit 56b are connected in parallel to the contact B of the switch SW2, and these circuits 55b and 56b constitute a phase correction termination circuit unit 57b. Similarly to the phase correction termination circuit G, the phase correction termination circuit units 57a and 57b have a function of shifting the phase of the current flowing through the phase correction termination circuit units 57a and 57b with respect to the phase of the current flowing through the measurement main body unit 40. Each of the circuits 55a, 56a, 55b, and 56b is a circuit that includes, for example, a capacitor, a resistor, an inductor, and the like.

図8は感知装置5による周波数計測のタイムチャートである。スイッチSW9に出力される制御信号を出力信号選択制御信号、スイッチSW1及びSW2に出力される制御信号を位相補正制御信号として夫々示しており、各制御信号は互いに対応して切り替え制御部33から出力され、図8中Hで示す値の出力信号選択制御信号がスイッチSW9に出力されると、スイッチSW9が発振回路E1側の接点Cに接続され、また図8中Hで示す値の位相補正制御信号がスイッチSW1,SW2に出力されると、スイッチSW1が接点AにスイッチSW2が接点Bに夫々接続されて、図9(a)に示すように発振回路E1が測定本体部40に接続される。   FIG. 8 is a time chart of frequency measurement by the sensing device 5. A control signal output to the switch SW9 is shown as an output signal selection control signal, and a control signal output to the switches SW1 and SW2 is shown as a phase correction control signal. Each control signal is output from the switching control unit 33 corresponding to each other. When the output signal selection control signal having a value indicated by H in FIG. 8 is output to the switch SW9, the switch SW9 is connected to the contact C on the oscillation circuit E1 side, and the phase correction control of the value indicated by H in FIG. When the signal is output to the switches SW1 and SW2, the switch SW1 is connected to the contact A and the switch SW2 is connected to the contact B, respectively, and the oscillation circuit E1 is connected to the measurement main body 40 as shown in FIG. .

また図中Lで示す値の出力信号選択制御信号がスイッチSW9に出力されると、スイッチSW9が発振回路E2側の接点Dに接続され、図10中Lで示す値の位相補正制御信号がスイッチSW1,SW2に出力されると、スイッチSW1が接点BにスイッチSW2が接点Aに夫々接続されて、図9(b)に示すように発振回路E2が測定本体部40に接続される。この感知装置5においてもタイムチャートに示すように各スイッチSWの切り替え動作は出力側から行われ、各スロットにおいて出力信号選択制御信号の出力後、ガードタイムが経過したら周波数が計測される。このような構成の感知装置5においても発振回路E1,E2からの周波数を測定するにあたり、発振回路Eを切り替えた直後の周波数ジャンプの発生が抑えられる。   When an output signal selection control signal having a value indicated by L in the figure is output to the switch SW9, the switch SW9 is connected to the contact D on the oscillation circuit E2 side, and the phase correction control signal having a value indicated by L in FIG. When output to SW1 and SW2, the switch SW1 is connected to the contact B and the switch SW2 is connected to the contact A, respectively, and the oscillation circuit E2 is connected to the measurement main body 40 as shown in FIG. Also in this sensing device 5, as shown in the time chart, the switching operation of each switch SW is performed from the output side, and the frequency is measured when the guard time elapses after the output signal selection control signal is output in each slot. Also in the sensing device 5 having such a configuration, occurrence of a frequency jump immediately after switching the oscillation circuit E can be suppressed when measuring the frequencies from the oscillation circuits E1 and E2.

(評価試験1−1)
従来の感知装置1において、各水晶センサ11に試料液を入れて発振させ、信号切り替え部14により測定本体部15に接続される発振回路12を切り替え、各発振回路12a〜12dから発振される周波数を測定した。発振回路12b〜12dから出力される周波数は9167000Hzで安定していたが、発振回路12aから出力される周波数については、図10に示すように周波数ジャンプが観察された。なおグラフにおいて発振回路12b〜12dから検出された周波数は便宜上省略している。
(Evaluation Test 1-1)
In the conventional sensing device 1, a sample solution is put into each crystal sensor 11 to oscillate, and the oscillation circuit 12 connected to the measurement main body 15 is switched by the signal switching unit 14, and the frequency oscillated from each oscillation circuit 12a to 12d. Was measured. Although the frequency output from the oscillation circuits 12b to 12d was stable at 9167000 Hz, a frequency jump was observed for the frequency output from the oscillation circuit 12a as shown in FIG. In the graph, the frequencies detected from the oscillation circuits 12b to 12d are omitted for convenience.

(評価試験1−2)
続いて評価試験1−1と同様に感知装置1を用いて、発振回路12a〜12dから出力される各周波数の計測を行った。ただし周波数計測中は信号切り替え部14による測定本体部15への切り替えを行わず、発振回路12a〜12dについて個別に周波数の測定を行った。図11は、発振回路12aから出力された周波数を示したグラフである。このグラフに示されるように周波数ジャンプは測定されなかった。また便宜上表示を省略しているが、発振回路12b〜12cから出力された周波数も発振回路12aから出力された周波数と同じく一定であり、周波数ジャンプは観察されなかった。評価試験1−1及び1−2の結果から各発振回路12の測定本体部15への接続の切り替えにより周波数ジャンプが起きていることが分かる。
(Evaluation Test 1-2)
Subsequently, each frequency output from the oscillation circuits 12a to 12d was measured using the sensing device 1 as in the evaluation test 1-1. However, during the frequency measurement, the switching to the measurement main body 15 by the signal switching unit 14 is not performed, and the frequencies of the oscillation circuits 12a to 12d are individually measured. FIG. 11 is a graph showing the frequency output from the oscillation circuit 12a. As shown in this graph, no frequency jump was measured. Although the display is omitted for convenience, the frequency output from the oscillation circuits 12b to 12c is the same as the frequency output from the oscillation circuit 12a, and no frequency jump was observed. From the results of the evaluation tests 1-1 and 1-2, it can be seen that a frequency jump is caused by switching the connection of each oscillation circuit 12 to the measurement main body 15.

(評価試験1−3)
図12(a)、(b)は、感知装置1を便宜上簡略して示した図であり、図中H1が水晶振動子11a〜11dに、H2が水晶振動子11e〜11hに、I1が発振回路12a〜12dに、I2が12e〜12hに夫々相当する。つまり4つのチャンネルについて夫々同じように測定を行っている。点Jは、発振回路I1とその後段のスイッチとの間の点、点Kはそのスイッチとさらに後段のスイッチとの間の点、点Lはスイッチのオフ端である。図12(a)、(b)に示すように信号切り替え部14の各スイッチを切り替え、点JK間の電流の位相と点JL間の電流の位相とを測定した。位相の測定は、各スイッチが切り替わってから所定の時間が経過した後に行った。
(Evaluation Test 1-3)
FIGS. 12A and 12B are diagrams schematically showing the sensing device 1 for convenience, in which H1 oscillates in the crystal resonators 11a to 11d, H2 oscillates in the crystal resonators 11e to 11h, and I1 oscillates. In the circuits 12a to 12d, I2 corresponds to 12e to 12h, respectively. That is, the same measurement is performed for each of the four channels. A point J is a point between the oscillation circuit I1 and a subsequent switch, a point K is a point between the switch and a subsequent switch, and a point L is an off end of the switch. As shown in FIGS. 12A and 12B, each switch of the signal switching unit 14 was switched, and the phase of the current between the points JK and the phase of the current between the points JL were measured. The phase was measured after a predetermined time had elapsed since each switch was switched.

図13(a)は点JK間の周波数及びその位相を示したグラフであり、図13(b)は点JL間の周波数及びその位相を示したグラフである。各グラフの縦軸は位相、横軸は周波数を夫々示しており、各グラフの点P1、P2における周波数は夫々7.908MHz、9.182500MHzである。点P1に対応するJK間の周波数の位相は85.963°、JL間の周波数の位相は87.69°であり、点P2に対応する点JK間の周波数の位相は71.271°、JL間の周波数の位相は72.218°であった。同一の周波数でこのように位相は略同じであっても評価試験1−1で示されるように周波数ジャンプが発生していることから、スイッチの切り替え後、所定の時間が経過すると周波数の乱れが収まるが、スイッチの切り替え直後には周波数の乱れが起こっていると考えられる。   FIG. 13A is a graph showing the frequency and phase between the points JK, and FIG. 13B is a graph showing the frequency and phase between the points JL. The vertical axis of each graph indicates the phase, and the horizontal axis indicates the frequency. The frequencies at the points P1 and P2 of each graph are 7.908 MHz and 9.182500 MHz, respectively. The phase of the frequency between JK corresponding to the point P1 is 85.963 °, the phase of the frequency between JL is 87.69 °, the phase of the frequency between the points JK corresponding to the point P2 is 71.271 °, JL The frequency phase between them was 72.218 °. Even if the phase is substantially the same at the same frequency, a frequency jump has occurred as shown in Evaluation Test 1-1. However, it is thought that frequency disturbance has occurred immediately after switching the switch.

(評価試験2)
評価試験1−3と同様に感知装置5について各スイッチSWを切り替えて発振回路E1、E2の周波数を測定する場合における、図14で示した点MN間及び点MO間の電流の位相を測定した。なお図14に示すようにここでは点LはスイッチSW1と位相補正終端回路部57aとの間に設定している。
(Evaluation test 2)
Similarly to the evaluation test 1-3, the phase of the current between the points MN and MO shown in FIG. 14 was measured in the case of measuring the frequencies of the oscillation circuits E1 and E2 by switching the switches SW for the sensing device 5. . As shown in FIG. 14, here, the point L is set between the switch SW1 and the phase correction termination circuit unit 57a.

図15(a)は点MN間の周波数及びその位相を、図16(b)は点MO間の周波数及びその位相を夫々示したグラフであり、各グラフの縦軸、横軸は図14のグラフと同じように位相、周波数を夫々示している。点P3、P4における周波数は夫々7.908MHz、9.18MHzである。点P3において点MN間の周波数の位相は87.005°、MO間の周波数の位相は49.275°であり、点P4において点MN間の周波数の位相は71.389°、MO間の周波数の位相は30.773°である。従って位相差は41°〜42°であった。このとき評価試験1−2と同様に発振回路E1、E2から出力された周波数を測定したが周波数ジャンプは測定されなかった。従ってこのように位相差が設けられると、周波数ジャンプが低減されることが分かる。なお図16のグラフにはこの評価試験を行ったときの時間と電流強度とを示しており、L1は点MN間の電流強度、L2は点MO間の電流強度、L3はスイッチSW9を切り替えるための位相補正制御信号のパルスを夫々示している。上記41°〜42°の位相差はこの評価試験では約12.5nsecの波形のずれに対応しており、また前記位相補正制御信号のパルスの立ち上がり時間が約12.4nsecであり、このように位相差と前記立ち上がり時間は略一致していた。   FIG. 15A is a graph showing the frequency and phase between points MN, and FIG. 16B is a graph showing the frequency and phase between points MO. The vertical axis and horizontal axis of each graph are shown in FIG. The phase and frequency are shown in the same manner as the graph. The frequencies at points P3 and P4 are 7.908 MHz and 9.18 MHz, respectively. At the point P3, the phase of the frequency between the points MN is 87.005 ° and the phase of the frequency between the MOs is 49.275 °. At the point P4, the phase of the frequency between the points MN is 71.389 ° and the frequency between the MOs The phase of is 30.773 °. Therefore, the phase difference was 41 ° to 42 °. At this time, the frequency output from the oscillation circuits E1 and E2 was measured as in the evaluation test 1-2, but no frequency jump was measured. Therefore, it can be seen that the frequency jump is reduced when the phase difference is provided in this way. The graph of FIG. 16 shows the time and current intensity when this evaluation test was performed, L1 is the current intensity between the points MN, L2 is the current intensity between the points MO, and L3 is for switching the switch SW9. Each of the pulses of the phase correction control signal is shown. The phase difference of 41 ° to 42 ° corresponds to a waveform shift of about 12.5 nsec in this evaluation test, and the rise time of the pulse of the phase correction control signal is about 12.4 nsec. The phase difference and the rise time were substantially the same.

(評価試験3−1〜3−4)
感知装置5において位相補正回路部57aを調整し、評価試験2で示した点MN間とMO間との電流の位相のずれを夫々変化させて、ガードタイム経過後の周波数測定時間における周波数のずれ量の平均値を測定した。また試験3−1〜3−4についてガードタイムの長さについては試験3−1<試験3−2<試験3−3<試験3−4の順に長く設定した。
(Evaluation tests 3-1 to 3-4)
In the sensing device 5, the phase correction circuit unit 57 a is adjusted to change the current phase shift between the points MN and MO shown in the evaluation test 2, and the frequency shift in the frequency measurement time after the guard time has elapsed. The average amount was measured. For tests 3-1 to 3-4, the length of the guard time was set to be longer in the order of test 3-1 <test 3-2 <test 3-3 <test 3-4.

下記の表1はその結果を示しており、この表に示すように位相のずれの大きさによって抑えられる周波数ずれ量の平均は変動し、位相のずれが−17°〜−41°及び16°〜39°である場合に特にその周波数ずれ量は小さく、評価試験3−4ではその位相のずれの範囲において周波数ずれ量は0.03Hz以下に抑えられていることが分かる。この結果から位相のずれは絶対値で17°から41°の範囲が好ましいといえる。   Table 1 below shows the results. As shown in this table, the average of the frequency shift amount suppressed by the magnitude of the phase shift varies, and the phase shift is -17 ° to -41 ° and 16 °. Especially when the angle is ˜39 °, the amount of frequency deviation is small, and it can be seen from evaluation test 3-4 that the amount of frequency deviation is suppressed to 0.03 Hz or less in the range of the phase deviation. From this result, it can be said that the phase shift is preferably in the range of 17 ° to 41 ° in absolute value.

Figure 2009042063
Figure 2009042063

本発明の実施の形態に係る感知装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a sensing device according to an embodiment of the present invention. 前記感知装置を構成する水晶センサの縦断側面図である。It is a vertical side view of the quartz sensor which comprises the said sensing device. 前記感知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the said sensing apparatus. 前記感知装置の表示部に示される測定時の周波数と時間とのグラフである。It is a graph of the frequency and time at the time of measurement shown on the display part of the sensing device. 前記周波数計測部に接続される発振回路が切り替わる様子を示した作用図である。It is the effect | action figure which showed a mode that the oscillation circuit connected to the said frequency measurement part switches. 前記感知装置における測定のタイムチャートである。It is a time chart of the measurement in the said sensing apparatus. 他の構成の感知装置のブロック図である。It is a block diagram of the sensing device of other composition. 前記感知装置における測定のタイムチャートである。It is a time chart of the measurement in the said sensing apparatus. 前記検知装置の周波数計測部に接続される発振回路が切り替わる様子を示した作用図である。It is the effect | action figure which showed a mode that the oscillation circuit connected to the frequency measurement part of the said detection apparatus switched. 従来の感知装置により測定された周波数を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency measured by the conventional sensing apparatus. 従来の感知装置においてスイッチの切り替えを行わずに測定された周波数を示したグラフである。It is the graph which showed the frequency measured without performing switching of a switch in the conventional sensing device. 従来の感知装置において位相を測定するポイントを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the point which measures a phase in the conventional sensing apparatus. 従来の感知装置において測定された位相を示したグラフである。It is the graph which showed the phase measured in the conventional sensing apparatus. 本発明の感知装置において位相を測定するポイントを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the point which measures a phase in the sensing apparatus of this invention. 前記感知装置において測定された位相を示したグラフである。4 is a graph showing a phase measured in the sensing device. 前記感知装置において位相を測定した各ポイントの電流強度を示したグラフである。It is the graph which showed the electric current intensity of each point which measured the phase in the sensing device. 従来の感知装置の一例のブロック図である。It is a block diagram of an example of the conventional sensing apparatus. 前記従来の感知装置において発振回路から出力された周波数を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the frequency output from the oscillation circuit in the said conventional sensing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

2A 感知装置
2,F1〜F8 水晶センサ
24 水晶振動子
E1〜E8 発振回路
32 信号切り替え部
33 切り替え制御部
G1〜G8 位相補正終端回路
40 測定本体部
42 周波数測定部
2A Sensing device 2, F1 to F8 Crystal sensor 24 Crystal resonator E1 to E8 Oscillation circuit 32 Signal switching unit 33 Switching control unit G1 to G8 Phase correction termination circuit 40 Measurement body unit 42 Frequency measurement unit

Claims (3)

感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を用い、この圧電振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数の圧電振動子と、
前記複数の圧電振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するために各発振回路毎に設けられ、発振回路の出力端を測定部に接続するための第1接点と、この第1接点との間で当該発振回路の出力端が切り替えられて測定部から切り離される第2接点と、を備えた切り替え部と、
前記複数の発振回路からの周波数信号を時分割制御により順次前記測定部に取り込ませるように前記切り替え部に対して切り替え信号を出力する制御部と、
前記第2接点に接続され、前記切り替え部の切り替え時に発振回路からの周波数信号の波形の乱れを抑えるために、前記発振回路からの周波数信号の位相をずらす位相補正回路部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
An adsorption layer for adsorbing the sensing object is formed on the surface, and a piezoelectric vibrator whose natural frequency changes due to the adsorption of the sensing object is used, and the sensing object is sensed by the change of the natural frequency of this piezoelectric vibrator. In the sensing device to
A plurality of piezoelectric vibrators;
A plurality of oscillation circuits for oscillating each of the plurality of piezoelectric vibrators;
A first contact for connecting the output terminal of the oscillation circuit to the measurement unit and the first contact are provided for each oscillation circuit to sequentially connect the plurality of oscillation circuits to the measurement unit. A switching unit including a second contact that is switched from the measurement unit by switching the output end of the oscillation circuit;
A control unit that outputs a switching signal to the switching unit so that the frequency signal from the plurality of oscillation circuits is sequentially taken into the measurement unit by time division control;
A phase correction circuit unit that is connected to the second contact and that shifts the phase of the frequency signal from the oscillation circuit in order to suppress disturbance of the waveform of the frequency signal from the oscillation circuit when the switching unit is switched. Sensing device characterized by.
前記位相補正回路部は、前記周波数信号の位相のずれが絶対値で17°から41°の範囲となるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の感知装置。   2. The sensing device according to claim 1, wherein the phase correction circuit unit is configured such that a phase shift of the frequency signal is in an absolute value range of 17 ° to 41 °. 前記測定部は、切り替え信号が出力されてから、1ミリ秒以上経過した後の周波数測定値を有効とするように構成されている請求項1または2記載の感知装置。   The sensing device according to claim 1, wherein the measurement unit is configured to validate a frequency measurement value after 1 millisecond or more has elapsed since the switching signal was output.
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