JP2017020836A - Droplet detection device and droplet detection method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an accurate measurement of a droplet position without complicating a configuration.SOLUTION: A droplet detection device 100 comprises: a resilience wave device 1 that has an excitation electrode 102 provided on a piezoelectric substrate 101 and conveys a droplet on the piezoelectric substrate 101; power source circuits 3, 5 and 7 that apply an AC electric signal to the excitation electrode 102; a signal waveform measuring instrument 11 that measures a reflection signal of the AC electric signal in the excitation electrode 102; and a data processing unit 13 that detects a time lag between the reflection signal measured by the signal waveform measuring instrument 11 and the AC electric signal, and calculates a position of the droplet on the piezoelectric substrate 101 on the basis of the time lag. The data processing unit 13 is configured to use a computation expression having a propagation path of the reflection signal set to a path circulating the droplet via a surface on a side opposite an interface between the droplet and the piezoelectric substrate 101, and the interface between the droplet and the piezoelectric substrate 101, and thereby calculate the position thereof from the time lag.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、弾性波デバイスを用いて液滴を検出する液滴検出装置及び液滴検出方法に関する。   The present invention relates to a droplet detection apparatus and a droplet detection method for detecting a droplet using an acoustic wave device.

近年、弾性表面波を利用した液滴操作技術が開発されており、この技術のマイクロ流体システムなどへの応用が期待されている。液滴操作の際には液滴がどこにあるかを検出することが重要となる。例えば、下記特許文献1に記載された分光法では、弾性表面波を利用して液滴を搬送し、液滴がレーザビームを横切る際にそのレーザビームの光量の変化を検出器で検出することにより、その位置を検出する。   In recent years, droplet manipulation technology using surface acoustic waves has been developed, and application of this technology to microfluidic systems and the like is expected. It is important to detect where a droplet is located during droplet operation. For example, in the spectroscopic method described in Patent Document 1 below, a droplet is conveyed using a surface acoustic wave, and when the droplet crosses the laser beam, a change in the amount of the laser beam is detected by a detector. To detect the position.

その他、弾性表面波を利用した液滴操作デバイスにおいて液滴の位置を測定する技術としては、下記非特許文献1,2に記載のものが知られている。下記非特許文献1には、液滴からの反射波を利用すると液滴の位置が測定できることが記載されている。また、下記非特許文献2では、液滴を搬送する方向に対して直交する方向にも弾性表面波を伝搬させ、液滴が横切ることによる弾性表面波の減衰を検出することによって液滴位置を測定する手法が提案されている。   As other techniques for measuring the position of a droplet in a droplet manipulation device using surface acoustic waves, those described in Non-Patent Documents 1 and 2 below are known. Non-Patent Document 1 below describes that the position of a droplet can be measured using a reflected wave from the droplet. Further, in Non-Patent Document 2 below, a surface acoustic wave is propagated in a direction orthogonal to the direction in which the droplet is conveyed, and the droplet position is determined by detecting the attenuation of the surface acoustic wave caused by the droplet crossing. Techniques for measuring have been proposed.

特開2006−112790号公報JP 2006-112790 A

Alan Renaudinet al., “Monitoring SAW-actuated microdroplets in view of biologicalapplications”, Sensors and Actuators B 138 (2009),p.374−382Alan Renaudinet al., “Monitoring SAW-actuated microdroplets in view of biological applications”, Sensors and Actuators B 138 (2009), p. 374-382 Jonathan Bennes et al., “Detectionand High-Precision Positioning of Liquid Droplets Using SAW Systems”, IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL,2007年10月, Vol.54,No.10,p.2146−2151Jonathan Bennes et al., “Detection and High-Precision Positioning of Liquid Droplets Using SAW Systems”, IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICICS, AND FREQUENCY CONTROL, October 2007, Vol. 54, no. 10, p. 2146-2151

しかしながら、上述した特許文献1に記載の方法では、液滴へのレーザ光の照射及び検出が必要となるため装置構成が複雑化する傾向にある。また、上述した非特許文献1に記載されたデバイスにおいては、2つの反射波の時間差を検出して液滴位置を測定しているため、液滴の初期の位置が既知である必要があり、初期の位置が不明の場合に液滴位置を正確に測定することが困難である。また、上述した非特許文献2に記載されたデバイスにおいては、液滴搬送用の励振電極に加えて液滴位置検出用の励振電極を加える必要があり構成が複雑化する傾向にある。   However, in the method described in Patent Document 1 described above, the apparatus configuration tends to be complicated because it is necessary to irradiate and detect a laser beam on the droplet. In addition, in the device described in Non-Patent Document 1 described above, since the droplet position is measured by detecting the time difference between the two reflected waves, the initial position of the droplet needs to be known, It is difficult to accurately measure the droplet position when the initial position is unknown. In the device described in Non-Patent Document 2 described above, it is necessary to add an excitation electrode for detecting a droplet position in addition to the excitation electrode for droplet conveyance, and the configuration tends to be complicated.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、構成を複雑化させることなく正確な液滴位置の測定を可能にする液滴検出装置及び液滴検出方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a droplet detection device and a droplet detection method that enable accurate droplet position measurement without complicating the configuration. Objective.

上記課題を解決するため、本発明の一形態にかかる液滴検出装置は、圧電基板上に弾性表面波を励振させるための励振電極が設けられ、圧電基板上で液滴を搬送する弾性波デバイスと、励振電極に所定周波数の交流電気信号を設定された時間幅で印加する電源回路部と、励振電極における交流電気信号の反射信号を測定する検出回路部と、検出回路部によって測定された反射信号と交流電気信号との時間差を検出し、時間差を基に圧電基板上の液滴の位置を算出する演算回路部とを備え、演算回路部は、反射信号の伝搬経路を、液滴と圧電基板の界面の反対側の表面と、液滴と圧電基板の界面とを経由して液滴を循環する経路に設定した演算式を用いることにより、時間差から位置を算出する。   In order to solve the above problems, a droplet detection apparatus according to an embodiment of the present invention is provided with an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave on a piezoelectric substrate and conveys the droplet on the piezoelectric substrate. A power supply circuit unit that applies an AC electrical signal having a predetermined frequency to the excitation electrode for a set time width, a detection circuit unit that measures a reflected signal of the AC electrical signal at the excitation electrode, and a reflection measured by the detection circuit unit An arithmetic circuit unit that detects a time difference between the signal and the AC electric signal and calculates a position of the droplet on the piezoelectric substrate based on the time difference. The arithmetic circuit unit sets the propagation path of the reflected signal between the droplet and the piezoelectric The position is calculated from the time difference by using an arithmetic expression set in a path for circulating the droplets via the surface opposite to the substrate interface and the interface between the droplets and the piezoelectric substrate.

或いは、本発明の他の形態にかかる液滴検出方法は、圧電基板上に弾性表面波を励振させるための励振電極が設けられ、圧電基板上で液滴を搬送する弾性波デバイスを用いた液滴位置を検出する方法であって、励振電極に所定周波数の交流電気信号を設定された時間幅で印加し、励振電極における交流電気信号の反射信号を測定し、測定した反射信号と交流電気信号との時間差を検出し、反射信号の伝搬経路を、液滴と圧電基板の界面の反対側の表面と、液滴と圧電基板の界面とを経由して液滴を循環する経路に設定した演算式を用いることにより、時間差から圧電基板上の液滴の位置を算出する。   Alternatively, in the droplet detection method according to another aspect of the present invention, a liquid using an acoustic wave device that is provided with an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave on a piezoelectric substrate and transports the droplet on the piezoelectric substrate. A method for detecting a droplet position, in which an AC electrical signal having a predetermined frequency is applied to an excitation electrode for a set time width, a reflected signal of the AC electrical signal at the excitation electrode is measured, and the measured reflected signal and an AC electrical signal are measured. The propagation path of the reflected signal is set to the path that circulates the droplet via the surface opposite to the interface between the droplet and the piezoelectric substrate and the interface between the droplet and the piezoelectric substrate. By using the equation, the position of the droplet on the piezoelectric substrate is calculated from the time difference.

上記形態の液滴検出装置及び液滴検出方法によれば、圧電基板上の励振電極に設定された時間幅で所定周波数の交流電気信号が印加され、励振電極における交流電気信号の反射信号が測定され、測定された反射信号と交流電気信号の時間差が検出され、圧電基板に対して反対側の液滴の表面と液滴の圧電基板側の界面とを経由して液滴を循環する経路を反射信号の伝搬経路に設定した演算式を用いて、その時間差から液滴の位置が算出される。このように、液滴の搬送用の励振電極を用いた反射信号の測定結果から液滴の位置が検出されるので、装置構成を簡素化することができる。それとともに、反射信号の伝搬経路が液滴を循環する経路に設定された演算式を用いて位置を算出することで、液滴位置の検出結果の精度が向上する。その結果、構成を複雑化させることなく正確な液滴位置の測定を実現することができる。   According to the droplet detection device and the droplet detection method of the above aspect, an AC electric signal having a predetermined frequency is applied to the excitation electrode on the piezoelectric substrate with a predetermined time width, and a reflected signal of the AC electric signal at the excitation electrode is measured. The time difference between the measured reflected signal and the AC electrical signal is detected, and a path for circulating the droplets via the surface of the droplet opposite to the piezoelectric substrate and the interface of the droplet on the piezoelectric substrate side is detected. The position of the droplet is calculated from the time difference using an arithmetic expression set in the propagation path of the reflected signal. Thus, since the position of the droplet is detected from the measurement result of the reflection signal using the excitation electrode for transporting the droplet, the apparatus configuration can be simplified. At the same time, the accuracy of the detection result of the droplet position is improved by calculating the position using an arithmetic expression in which the propagation path of the reflection signal is set to the path for circulating the droplet. As a result, accurate droplet position measurement can be realized without complicating the configuration.

ここで、電源回路部は、交流電気信号を発生させる交流信号生成回路と、時間幅のパルス信号を繰り返し発生させるパルス信号生成回路と、パルス信号に交流電気信号を重畳させる合成回路とを有する、こととしてもよい。こうすれば、設定された時間幅で交流電気信号を繰り返し発生させることができ、液滴位置の測定を繰り返し実行させることができる。   Here, the power supply circuit unit includes an AC signal generation circuit that generates an AC electric signal, a pulse signal generation circuit that repeatedly generates a pulse signal having a time width, and a synthesis circuit that superimposes the AC electric signal on the pulse signal. It is good as well. In this way, AC electric signals can be repeatedly generated in the set time width, and the measurement of the droplet position can be repeatedly executed.

また、パルス信号生成回路は、パルス信号の時間幅を可変に設定可能に構成されている、こととしてもよい。この場合、発生させる弾性表面波の時間幅を調整することができる結果、液滴の搬送と液滴位置の測定とを切り換えて実行することができる。   The pulse signal generation circuit may be configured to be able to variably set the time width of the pulse signal. In this case, the time width of the surface acoustic wave to be generated can be adjusted. As a result, it is possible to perform switching between droplet conveyance and droplet position measurement.

また、演算回路部は、弾性表面波の圧電基板上の伝搬速度(VSAW)、励振電極の液滴の搬送方向の幅(i)、励振電極の液滴側の先端と液滴の励振電極側の先端との距離(l)、液滴の直径(d)、及び液滴中の縦波の伝搬速度(V)と、時間差(Δt)との間の下記の演算式(1);


を用いて距離(l)を算出し、距離(l)を基に位置を算出するとしてもよい。この場合には、反射信号の伝搬経路の一部の長さが液滴を循環する経路の長さ(d×(1+π/2))に設定された演算式を用いて位置を算出することで、距離(l)から求まる液滴位置の検出結果の精度が向上する。
In addition, the arithmetic circuit unit includes a propagation speed (V SAW ) of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, a width (i) of the excitation electrode in the droplet transport direction, a tip of the excitation electrode on the droplet side and the excitation electrode of the droplet. The following equation (1) between the distance (l) to the side tip, the diameter (d) of the droplet, and the propagation velocity (V l ) of the longitudinal wave in the droplet, and the time difference (Δt);


The distance (l) may be calculated using, and the position may be calculated based on the distance (l). In this case, the position is calculated using an arithmetic expression in which the length of a part of the propagation path of the reflected signal is set to the length of the path for circulating the droplet (d × (1 + π / 2)). , The accuracy of the detection result of the droplet position obtained from the distance (l) is improved.

また、演算回路部は、演算式を用いることにより、時間差から液滴の量を算出することでもよいし、演算回路部は、演算式を用いることにより、時間差から液滴中の縦波の伝搬速度を算出し、伝搬速度を基に液滴の特性を算出することでもよい。この場合には、液滴の量或いは液滴の特性が未知の場合でも弾性波デバイスを用いてそれらを求めることができる。   The arithmetic circuit unit may calculate the amount of the droplet from the time difference by using an arithmetic expression, or the arithmetic circuit unit may propagate the longitudinal wave in the droplet from the time difference by using the arithmetic expression. The velocity may be calculated, and the characteristics of the droplet may be calculated based on the propagation velocity. In this case, even when the amount of droplets or the characteristics of the droplets are unknown, they can be obtained using an acoustic wave device.

また、弾性波デバイスは、圧電基板の表面に発生した弾性表面波が伝搬する伝搬面に液相を介して配置された搬送路プレートをさらに含んでいてもよい。かかる構成を採れば、圧電基板の洗浄作業を不要として液滴の搬送作業の効率を向上させることができる   The acoustic wave device may further include a transport path plate disposed via a liquid phase on a propagation surface on which the surface acoustic wave generated on the surface of the piezoelectric substrate propagates. By adopting such a configuration, it is possible to improve the efficiency of the droplet transport operation by eliminating the need to clean the piezoelectric substrate.

本発明によれば、構成を複雑化させることなく正確な液滴位置を測定することができる。   According to the present invention, an accurate droplet position can be measured without complicating the configuration.

本発明の好適な実施形態にかかる液滴検出装置100の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a droplet detection device 100 according to a preferred embodiment of the present invention. (a)は、図1の弾性波デバイス1を圧電基板の表面側から見た平面図、(b)は、(a)の弾性波デバイス1のII−II線に沿った断面図である。(A) is the top view which looked at the elastic wave device 1 of FIG. 1 from the surface side of the piezoelectric substrate, (b) is sectional drawing along the II-II line of the elastic wave device 1 of (a). (a)は、弾性波デバイス1の圧電基板101上に液滴Dpを配置する前に測定される電圧の時間変化を示すグラフであり、(b)は、弾性波デバイス1の圧電基板101上に液滴Dpを配置した後に測定される電圧の時間変化を示すグラフである。(A) is a graph which shows the time change of the voltage measured before arrange | positioning the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 of the acoustic wave device 1, (b) is on the piezoelectric substrate 101 of the acoustic wave device 1. FIG. It is a graph which shows the time change of the voltage measured after arrange | positioning the droplet Dp. 図1の弾性波デバイス1を液滴Dpの搬送方向に垂直、かつ圧電基板101に平行な方向から見たモデル図である。FIG. 2 is a model diagram of the acoustic wave device 1 of FIG. 1 as viewed from a direction perpendicular to the transport direction of the droplet Dp and parallel to the piezoelectric substrate 101. 図4のモデル図における液滴Dpの部分を拡大した図である。It is the figure which expanded the part of the droplet Dp in the model figure of FIG. 本実施形態で用いる演算式によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフである。It is the graph which compared the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the arithmetic expression used in this embodiment, and time difference (DELTA) T with an actual measurement result. 本実施形態で用いる演算式によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフである。It is the graph which compared the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the arithmetic expression used in this embodiment, and time difference (DELTA) T with an actual measurement result. 本実施形態で用いる演算式によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフである。It is the graph which compared the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the arithmetic expression used in this embodiment, and time difference (DELTA) T with an actual measurement result. 本発明の変形例にかかる弾性波デバイス1Aを液滴Dpの搬送方向に垂直、かつ圧電基板101に平行な方向から側面図である。FIG. 4 is a side view of an acoustic wave device 1A according to a modification of the present invention from a direction perpendicular to the droplet Dp transport direction and parallel to the piezoelectric substrate 101. 図9の弾性波デバイス1Aを含む液滴検出装置100Aの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of 100 A of droplet detection apparatuses containing the elastic wave device 1A of FIG. 本発明の変形例にかかる弾性波デバイス1Bを圧電基板の表面側から見た平面図である。It is the top view which looked at the elastic wave device 1B concerning the modification of this invention from the surface side of the piezoelectric substrate. (a)は、本発明の変形例にかかる弾性波デバイス1Cを圧電基板の表面側から見た平面図、(b)は、(a)の弾性波デバイス1CのXII−XII線に沿った断面図である。(A) is the top view which looked at the elastic wave device 1C concerning the modification of this invention from the surface side of a piezoelectric substrate, (b) is the cross section along the XII-XII line | wire of the elastic wave device 1C of (a). FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る液滴検出装置及び液滴検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。   Hereinafter, preferred embodiments of a droplet detection device and a droplet detection method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Each drawing is made for the purpose of explanation, and is drawn so as to particularly emphasize the target portion of the explanation. Therefore, the dimensional ratio of each member in the drawings does not necessarily match the actual one.

本発明の好適な一実施形態にかかる液滴検出装置に備えられる弾性波デバイスは、弾性表面波を利用して液滴を所定方向に搬送する装置である。ここで、弾性表面波(Surface Acoustic Wave: SAW)とは、弾性体の表面を伝搬する縦波と横波からなる波動である。   An acoustic wave device provided in a droplet detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention is an apparatus that conveys a droplet in a predetermined direction using a surface acoustic wave. Here, the surface acoustic wave (SAW) is a wave composed of a longitudinal wave and a transverse wave propagating on the surface of the elastic body.

図1には、本実施形態にかかる液滴検出装置100の概略構成を示している。同図に示すように、液滴検出装置100は、弾性波デバイス1、正弦波発生器(交流信号生成回路)3、パルス波発生器(パルス信号生成回路)5、信号増幅器(合成回路)7、ブリッジ回路9、信号波形測定器(検出回路部)11、及びデータ処理部(演算回路部)13を含んで構成される。これらの正弦波発生器3とパルス波発生器5と信号増幅器7とで弾性波デバイス1に電気信号を供給する電源回路部が構成される。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a droplet detection apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in the figure, the droplet detection apparatus 100 includes an acoustic wave device 1, a sine wave generator (AC signal generation circuit) 3, a pulse wave generator (pulse signal generation circuit) 5, and a signal amplifier (synthesis circuit) 7. , A bridge circuit 9, a signal waveform measuring device (detection circuit unit) 11, and a data processing unit (arithmetic circuit unit) 13. The sine wave generator 3, the pulse wave generator 5, and the signal amplifier 7 constitute a power supply circuit unit that supplies an electric signal to the acoustic wave device 1.

まず、弾性波デバイス1の構成について説明する。図2には、弾性波デバイス1の構成の一例を示している。図2(a)は、弾性波デバイス1を圧電基板の表面側から見た平面図、図2(b)は、図2(a)の弾性波デバイス1のII−II線に沿った断面図である。弾性波デバイス1は、矩形平板状に形成された圧電基板101と、圧電基板101上で弾性表面波を励振させるための励振電極102とを備える。なお、ここで圧電基板の表面側とは、弾性表面波が伝搬する伝搬面側を示す。   First, the configuration of the acoustic wave device 1 will be described. FIG. 2 shows an example of the configuration of the acoustic wave device 1. 2A is a plan view of the acoustic wave device 1 as viewed from the surface side of the piezoelectric substrate, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II-II of the acoustic wave device 1 of FIG. It is. The acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 101 formed in a rectangular flat plate shape, and an excitation electrode 102 for exciting a surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 101. Here, the surface side of the piezoelectric substrate indicates the propagation surface side on which the surface acoustic wave propagates.

圧電基板101は、圧電効果によって弾性表面波を発生させる結晶体、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、水晶、ランガサイト、等により構成されている。なお、圧電基板101は、縦波を含む弾性波を発生する基板、例えば、PZTなどの圧電セラミックス、又は、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)等からなる圧電薄膜をガラス、シリコン等からなる基板の表面に全体的或いは部分的に積層したものでものであってもよい。また、圧電基板101は、圧電効果を生じる高分子基板であってもよい。なお、圧電効果とは、水晶等の結晶に力又は電場を加えた場合に、その力又は電場に応じた電圧又は歪が生じる現象であるが、本実施形態では、圧電基板101に電場を加えることによりその電場に応じた電歪が生じる現象をいう。 The piezoelectric substrate 101 is made of a crystal that generates a surface acoustic wave by a piezoelectric effect, such as lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), crystal, langasite, and the like. The piezoelectric substrate 101 is a substrate that generates elastic waves including longitudinal waves, such as piezoelectric ceramics such as PZT, or a piezoelectric thin film made of zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), etc., from glass, silicon, or the like. It may be one that is entirely or partially laminated on the surface of the substrate. The piezoelectric substrate 101 may be a polymer substrate that generates a piezoelectric effect. The piezoelectric effect is a phenomenon in which, when a force or an electric field is applied to a crystal such as quartz, a voltage or a distortion corresponding to the force or electric field is generated. In this embodiment, an electric field is applied to the piezoelectric substrate 101. This refers to a phenomenon in which electrostriction occurs according to the electric field.

励振電極102は、圧電基板101の表面上の一方の端部(図2(a)の左端部)に設けられた一対の電極部材である。励振電極102は、圧電基板101に弾性表面波を励振するための電極であり、2つのすだれ状電極(IDT:Interdigital Transducer)102a,102bによって構成されている。具体的には、2つのすだれ状電極102a,102bは、それぞれ、圧電基板101の一方の端部に垂直な方向に沿って直線状に延びる基部と、その基部から直交する方向に互いに平行に延びる複数の電極指とを有しており、2つのすだれ状電極102a,102bは、お互いの電極指間に入り込んだ状態で配置されている。この励振電極102は、Al,Au,Cu,Cr,Ti,Pt等の金属単体、又はこれらの合金によって構成されており、フォトリソグラフィー、スパッタ法などにより圧電基板101の表面に形成される。このような構成の励振電極102は、交流電気信号の印加によって圧電基板101の表面上の液滴Dpを圧電基板101の表面の励振電極102側の一方の端部から他方の端部に向けて、すなわち、2つのすだれ状電極102a,102bの電極指に直交する方向に沿って搬送することができる。   The excitation electrode 102 is a pair of electrode members provided at one end (left end in FIG. 2A) on the surface of the piezoelectric substrate 101. The excitation electrode 102 is an electrode for exciting a surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 101, and is constituted by two interdigital transducers (IDT) 102a and 102b. Specifically, the two interdigital electrodes 102a and 102b each extend in parallel to each other in a direction perpendicular to the base portion extending in a direction perpendicular to one end portion of the piezoelectric substrate 101 and in a direction orthogonal to the base portion. It has a plurality of electrode fingers, and the two interdigital electrodes 102a and 102b are arranged in a state of entering between the electrode fingers. The excitation electrode 102 is made of a single metal such as Al, Au, Cu, Cr, Ti, or Pt, or an alloy thereof, and is formed on the surface of the piezoelectric substrate 101 by photolithography, sputtering, or the like. The excitation electrode 102 having such a configuration causes the droplet Dp on the surface of the piezoelectric substrate 101 to be directed from one end portion on the excitation electrode 102 side to the other end portion on the surface of the piezoelectric substrate 101 by applying an alternating electric signal. That is, it can be conveyed along the direction orthogonal to the electrode fingers of the two interdigital electrodes 102a and 102b.

図1に戻って、液滴検出装置100の各部の構成の詳細を説明する。   Returning to FIG. 1, details of the configuration of each part of the droplet detection apparatus 100 will be described.

正弦波発生器3は、所定の高周波の周波数(例えば、50MHz、100MHz等)を有する正弦波の交流電気信号を生成する電源回路であり、パルス波発生器5は、所定の低周波の周波数(例えば、1Hz等の数Hzオーダー)で所定のデューティ比(例えば、50%)の矩形状の電気信号(パルス信号)を生成する電源回路である。すなわち、パルス波発生器5は、予め設定された時間幅(例えば、周波数1Hzで50%のデューティ比の場合は0.5secの時間幅)のパルス信号を規定の周波数で繰り返し発生させる。信号増幅器7は、その2つの入力がそれぞれ正弦波発生器3およびパルス波発生器5に接続され、正弦波発生器3から出力された交流電気信号をパルス波発生器5から出力されたパルス信号に重畳させて合成信号を生成し、その合成信号を増幅して出力する。これらの正弦波発生器3、パルス波発生器5、及び信号増幅器7によって構成される電源回路部は、正弦波の交流電気信号を、パルス信号の時間幅に対応する既定の時間幅で連続して弾性波デバイス1の励振電極102にブリッジ回路9を介して印加する。そして、この電源回路部は、交流電気信号の印加を断続的に規定の周波数で繰り返す。   The sine wave generator 3 is a power supply circuit that generates a sine wave AC electric signal having a predetermined high frequency (for example, 50 MHz, 100 MHz, etc.), and the pulse wave generator 5 is a predetermined low frequency ( For example, the power supply circuit generates a rectangular electric signal (pulse signal) having a predetermined duty ratio (for example, 50%) at a frequency of several Hz such as 1 Hz. That is, the pulse wave generator 5 repeatedly generates a pulse signal having a preset time width (for example, a time width of 0.5 sec when the duty ratio is 50% at a frequency of 1 Hz) at a specified frequency. The signal amplifier 7 has two inputs connected to the sine wave generator 3 and the pulse wave generator 5, respectively, and the AC electric signal output from the sine wave generator 3 is the pulse signal output from the pulse wave generator 5. Are combined with each other to generate a composite signal, and the composite signal is amplified and output. The power supply circuit unit configured by the sine wave generator 3, the pulse wave generator 5, and the signal amplifier 7 continuously outputs a sine wave AC electric signal with a predetermined time width corresponding to the time width of the pulse signal. And applied to the excitation electrode 102 of the acoustic wave device 1 via the bridge circuit 9. And this power supply circuit part repeats application of an alternating current electric signal intermittently with a specified frequency.

ブリッジ回路9は、3端子の方向性結合ブリッジ回路であり、第1の端子が信号増幅器7の出力に接続され、第2の端子が弾性波デバイス1の励振電極102の一方の端子に接続され、第3の端子が信号波形測定器11の入力に接続されている。また、弾性波デバイス1の励振電極102の他方の端子は接地されている。このブリッジ回路9は、信号増幅器7から出力された合成信号を第1の端子及び第2の端子を経由して励振電極102に印加する一方で、励振電極102において生じる電圧変化を電気信号として第2の端子及び第3の端子を経由して信号波形測定器11に出力する。   The bridge circuit 9 is a three-terminal directional coupling bridge circuit, the first terminal is connected to the output of the signal amplifier 7, and the second terminal is connected to one terminal of the excitation electrode 102 of the acoustic wave device 1. The third terminal is connected to the input of the signal waveform measuring instrument 11. The other terminal of the excitation electrode 102 of the acoustic wave device 1 is grounded. The bridge circuit 9 applies the combined signal output from the signal amplifier 7 to the excitation electrode 102 via the first terminal and the second terminal, while the voltage change generated in the excitation electrode 102 is used as an electrical signal. The signal is output to the signal waveform measuring instrument 11 via the second terminal and the third terminal.

信号波形測定器11は、励振電極102において生じる電圧の時間変化を測定し、その時間変化を示すデータを出力する測定器である。例えば、このような信号波形測定器11として、オシロスコープが用いられる。この信号波形測定器11は、励振電極102に印加される交流電気信号と、それに応じた圧電基板101上の液滴Dpにおける反射波に起因する反射信号とに伴う励振電極102の電圧の時間変化を測定する。信号波形測定器11は、測定した電圧の時間変化のデータを時系列のデータ系列として取得し、そのデータ系列を出力することができる。   The signal waveform measuring instrument 11 is a measuring instrument that measures a time change of the voltage generated in the excitation electrode 102 and outputs data indicating the time change. For example, an oscilloscope is used as such a signal waveform measuring instrument 11. This signal waveform measuring instrument 11 changes the voltage of the excitation electrode 102 over time according to the AC electrical signal applied to the excitation electrode 102 and the reflection signal caused by the reflected wave in the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 corresponding thereto. Measure. The signal waveform measuring instrument 11 can acquire the time variation data of the measured voltage as a time series data series and output the data series.

データ処理部13は、信号波形測定器11から出力された電圧の時間変化を示すデータ系列を処理するデータ処理ユニットである。このようなデータ処理部13は、物理的には、CPU等の演算処理回路、RAM、ROM等のデータ記憶装置を内蔵し、弾性波デバイス1の圧電基板101上の液滴Dpの位置を検出するためのデータ処理装置である。データ処理部13は、汎用のコンピュータ端末によって実現されてもよいし、マイクロコントローラユニット(MPU)等を搭載した専用のCPUボードによって実現されてもよい。データ処理部13の機能の詳細については後述する。   The data processing unit 13 is a data processing unit that processes a data series indicating a temporal change in voltage output from the signal waveform measuring instrument 11. Such a data processing unit 13 physically includes an arithmetic processing circuit such as a CPU and a data storage device such as a RAM and a ROM, and detects the position of the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 of the acoustic wave device 1. It is a data processing device. The data processing unit 13 may be realized by a general-purpose computer terminal or may be realized by a dedicated CPU board on which a microcontroller unit (MPU) or the like is mounted. Details of the function of the data processing unit 13 will be described later.

図3には、信号波形測定器11によって測定される電圧の時間変化の一例を示している。図3(a)は、弾性波デバイス1の圧電基板101上に液滴Dpを配置する前に測定される電圧の時間変化を示すグラフであり、図3(b)は、弾性波デバイス1の圧電基板101上に液滴Dpを配置した後に測定される電圧の時間変化を示すグラフである。これらのグラフにおいては、横軸に時間変化を縦軸に電圧の振幅を示している。図3(a)に示すように、圧電基板101上に液滴Dpを配置する前においては、信号波形測定器11によって測定される電圧の時間変化には、電源回路部によって励振電極102に印加される交流電気信号の波形WFのみが、交流電気信号の印加タイミングに対応して現れる。これに対して、図3(b)に示すように、圧電基板101上の励振電極102に対向する位置に液滴Dpを配置した場合には、信号波形測定器11によって測定される電圧の時間変化には、交流電気信号の波形WFに加えて、交流電気信号によって生じる弾性表面波の液滴Dpに起因する反射信号の波形WFが現れる。この交流電気信号の波形WFの生じ始める開始時刻STと、反射信号の波形WFの生じ始める開始時刻STとの間の時間差ΔTは、圧電基板101上における液滴Dpの励振電極102からの距離に依存しており、このことを利用して、データ処理部13は、時間差ΔTを基に圧電基板101上の液滴Dpの位置を算出する。 In FIG. 3, an example of the time change of the voltage measured by the signal waveform measuring instrument 11 is shown. FIG. 3A is a graph showing a change with time of the voltage measured before placing the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 of the acoustic wave device 1, and FIG. 6 is a graph showing a change with time of a voltage measured after placing a droplet Dp on a piezoelectric substrate 101. In these graphs, time is plotted on the horizontal axis, and voltage amplitude is plotted on the vertical axis. As shown in FIG. 3A, before the droplet Dp is placed on the piezoelectric substrate 101, the voltage change measured by the signal waveform measuring instrument 11 is applied to the excitation electrode 102 by the power supply circuit unit. only the waveform WF 1 alternating electric signal will appear in correspondence with the application timing of the AC electric signal. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the droplet Dp is arranged at a position facing the excitation electrode 102 on the piezoelectric substrate 101, the time of the voltage measured by the signal waveform measuring instrument 11 is measured. In the change, in addition to the waveform WF 1 of the AC electrical signal, a waveform WF 2 of the reflected signal caused by the surface acoustic wave droplet Dp generated by the AC electrical signal appears. And start time ST 1 which begins to occur in the waveform WF 1 of the alternating electric signal, the time difference ΔT between the start time ST 2 which begins to occur in the waveform WF 2 of the reflected signal, the excitation electrodes of the liquid drop Dp in the piezoelectric substrate 101 on 102 The data processing unit 13 uses this fact to calculate the position of the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 based on the time difference ΔT.

詳細には、データ処理部13による液滴の位置の算出においては、図4及び図5に示すようなモデル図を前提にしている。図4は、弾性波デバイス1を液滴Dpの搬送方向に垂直、かつ圧電基板101に平行な方向から見たモデル図、図5は、図4のモデル図における液滴Dpの部分を拡大した図である。ここでは、液滴Dpの中心を励振電極102の中心線上に配置した場合を想定している。このモデルにおいて、励振電極102の片方のすだれ状電極102aの電極指の液滴Dpの搬送方向の幅をi、すだれ状電極102aの搬送方向の先端と液滴Dpのすだれ状電極102a側の先端との距離をlと仮定し、圧電基板101上に配置された液滴Dpの形状を半球状としてその直径をdと仮定する。   Specifically, in the calculation of the position of the droplet by the data processing unit 13, a model diagram as shown in FIGS. 4 and 5 is assumed. FIG. 4 is a model diagram of the acoustic wave device 1 viewed from a direction perpendicular to the transport direction of the droplet Dp and parallel to the piezoelectric substrate 101, and FIG. 5 is an enlarged view of the portion of the droplet Dp in the model diagram of FIG. FIG. Here, it is assumed that the center of the droplet Dp is arranged on the center line of the excitation electrode 102. In this model, the width in the transport direction of the droplet Dp of the electrode finger of one interdigital electrode 102a of the excitation electrode 102 is i, the front end of the interdigital electrode 102a in the transport direction, and the front end of the droplet Dp on the interdigital electrode 102a side. Is assumed to be l, the shape of the droplet Dp disposed on the piezoelectric substrate 101 is hemispherical, and the diameter thereof is assumed to be d.

このようなモデルにおいては、励振電極102に交流電気信号が印加されると励振電極102のすだれ状電極102aの先端から搬送方向に向けて圧電基板101上を伝搬する弾性表面波が発生する。そして、弾性表面波の伝播方向に液滴Dpが存在する場合において弾性表面波が液滴Dpに到達すると、弾性表面波は液滴Dp内に縦波を放射しながら次第に減衰する。この弾性表面波のパワーがある程度大きくその持続時間もある程度長い場合には、縦波によって液滴Dp内に生じた放射圧によって、液滴Dpが圧電基板101上を搬送方向に向けて搬送される。その一方で、液滴Dp内に放射された縦波は液滴Dp内で循環する反射波RWを生じさせる。   In such a model, when an AC electrical signal is applied to the excitation electrode 102, a surface acoustic wave is generated that propagates on the piezoelectric substrate 101 from the tip of the interdigital electrode 102a of the excitation electrode 102 in the transport direction. When the surface acoustic wave reaches the droplet Dp when the droplet Dp is present in the propagation direction of the surface acoustic wave, the surface acoustic wave is gradually attenuated while emitting a longitudinal wave into the droplet Dp. When the power of the surface acoustic wave is large and its duration is also long, the droplet Dp is transported on the piezoelectric substrate 101 in the transport direction by the radiation pressure generated in the droplet Dp by the longitudinal wave. . On the other hand, the longitudinal wave radiated into the droplet Dp generates a reflected wave RW that circulates within the droplet Dp.

データ処理部13に適用される計算モデルにおいては、この反射波RWの伝搬経路が図5に示す経路に想定される。すなわち、反射波RWの伝搬経路を、半球状と仮定した液滴Dpの中心を通り弾性表面波の伝搬方向Xに沿った断面における2つの経路RT,RTを含む経路と想定する。経路RTは、当該断面における液滴Dpと圧電基板101との界面の反対側の表面の境界線と想定され、経路RTは、当該断面における液滴Dpと圧電基板101との界面上の境界線と想定される。このようなモデルにおいては、経路RTの長さrは、r=(1/2)πdと計算することができ、経路RTの長さはdと等しくなる。 In the calculation model applied to the data processing unit 13, the propagation path of the reflected wave RW is assumed to be the path shown in FIG. That is, the propagation path of the reflected wave RW is assumed to be a path including two paths RT 1 and RT 2 in a cross section along the propagation direction X of the surface acoustic wave through the center of the droplet Dp assumed to be hemispherical. Route RT 1 is assumed boundary line of the opposite surface of the interface between the liquid drop Dp and the piezoelectric substrate 101 in the cross section, the route RT 2 is on the interface between the liquid drop Dp and the piezoelectric substrate 101 in the cross-section It is assumed to be a boundary line. In such a model, the length r of the route RT 1 can be calculated as r = (1/2) πd, and the length of the route RT 2 is equal to d.

このような計算モデルの仮定のもと、データ処理部13は、反射波の伝搬経路を上記のように設定した演算式を用いることで、交流電気信号と反射信号との時間差ΔTを基に液滴Dpの位置を算出する。詳細には、データ処理部13は、まず、信号波形測定器11から出力された電圧の時間変化のデータ系列を処理することにより、その時間変化に現れる交流電気信号の波形WFの開始時刻と反射信号の波形WFの開始時刻とを特定する。さらに、データ処理部13は、特定した2つの開始時刻から時間差ΔTを算出する。このとき、データ処理部13は、励振電極102に対する交流電気信号とパルス信号とが重畳された合成信号の印加により、繰り返し算出される時間差の平均値を時間差ΔTとして算出することもできる。さらに、データ処理部13は、算出した時間差ΔTと、励振電極102の幅i、励振電極102と液滴Dpとの距離l、液滴Dpの直径d、弾性表面波の圧電基板101上の伝搬速度VSAW、及び液滴Dp中の縦波の伝搬速度Vとの関係を示す演算式(1);、


を解くことにより、時間差ΔTを基に距離lを算出する。
Under the assumption of such a calculation model, the data processing unit 13 uses the arithmetic expression in which the propagation path of the reflected wave is set as described above, so that the liquid processing unit 13 can calculate the liquid based on the time difference ΔT between the AC electrical signal and the reflected signal. The position of the drop Dp is calculated. Specifically, the data processing unit 13 first processes the data series of the time change of the voltage output from the signal waveform measuring instrument 11, so that the start time of the waveform WF 1 of the AC electrical signal appearing in the time change is obtained. The start time of the reflected signal waveform WF 2 is specified. Further, the data processing unit 13 calculates a time difference ΔT from the two specified start times. At this time, the data processing unit 13 can also calculate the average value of the time difference repeatedly calculated as the time difference ΔT by applying the combined signal in which the AC electric signal and the pulse signal are superimposed on the excitation electrode 102. Further, the data processing unit 13 determines the calculated time difference ΔT, the width i of the excitation electrode 102, the distance l between the excitation electrode 102 and the droplet Dp, the diameter d of the droplet Dp, and the propagation of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 101. Formula (1) showing the relationship between the velocity V SAW and the propagation velocity V 1 of the longitudinal wave in the droplet Dp;


To calculate the distance l based on the time difference ΔT.

この演算式(1)における数値i,dは、弾性波デバイス1の構成および使用する液滴Dpの量に対応して予めデータ処理部13内にその数値が設定される。同様に、伝搬速度VSAWは、圧電基板101を構成する材料、印加される合成信号の条件、および圧電基板101上の気体の種類等に対応して、予めデータ処理部13内にその数値が設定される。伝搬速度Vは、使用される液滴Dpの材料の特性、印加される合成信号の条件等に対応して、予めデータ処理部13内にその数値が設定される。 The numerical values i and d in the arithmetic expression (1) are set in advance in the data processing unit 13 corresponding to the configuration of the acoustic wave device 1 and the amount of the droplet Dp to be used. Similarly, the propagation velocity V SAW is previously set in the data processing unit 13 in accordance with the material constituting the piezoelectric substrate 101, the condition of the applied composite signal, the type of gas on the piezoelectric substrate 101, and the like. Is set. The propagation velocity V l is set in advance in the data processing unit 13 in accordance with the characteristics of the material of the droplet Dp to be used, the conditions of the applied composite signal, and the like.

そして、データ処理部13は、算出した距離lを所定の条件で変換することにより圧電基板101上における液滴Dpの位置を算出して出力する。例えば、距離lを圧電基板101の所定位置を基準とした所定の縮尺の距離に変換してもよいし、所定の座標系に変換した座標値を算出してもよい。液滴Dpの位置の出力は、データ処理部13に直接設けられたディスプレイ等の出力デバイスに対して行われてもよいし、通信ネットワークやメモリ等のデータ記録媒体を介して外部に出力されてもよい。   Then, the data processing unit 13 calculates and outputs the position of the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 by converting the calculated distance l under a predetermined condition. For example, the distance l may be converted into a distance of a predetermined scale with a predetermined position of the piezoelectric substrate 101 as a reference, or coordinate values converted into a predetermined coordinate system may be calculated. The output of the position of the droplet Dp may be output to an output device such as a display provided directly in the data processing unit 13, or output to the outside via a data recording medium such as a communication network or a memory. Also good.

なお、データ処理部13は、上記演算式(1)を用いることで、交流電気信号と反射信号との時間差ΔTを基に液滴Dpの量を算出することもできる。すなわち、液滴Dpの位置が明らかであり、その量が未知である場合においては、数値i,l,VSAW,Vが予めデータ処理部13内に設定される。そして、データ処理部13は、合成信号の印加に伴って算出した時間差ΔTを基に、上記演算式(1)を解くことにより、液滴Dpの直径dを算出する。さらに、データ処理部13は、直径dを基に液滴Dpの量を表す値を算出して出力する。 Note that the data processing unit 13 can also calculate the amount of the droplet Dp based on the time difference ΔT between the AC electrical signal and the reflected signal by using the arithmetic expression (1). That is, when the position of the droplet Dp is clear and the amount thereof is unknown, the numerical values i, l, V SAW , V l are set in the data processing unit 13 in advance. Then, the data processing unit 13 calculates the diameter d of the droplet Dp by solving the arithmetic expression (1) based on the time difference ΔT calculated with the application of the composite signal. Further, the data processing unit 13 calculates and outputs a value representing the amount of the droplet Dp based on the diameter d.

同様にして、データ処理部13は、上記演算式(1)を用いることで、交流電気信号と反射信号との時間差ΔTを基に液滴Dpの特性を算出することもできる。すなわち、液滴Dpの位置及び量が明らかであり、その材質が未知である場合においては、数値i,l,d,VSAWが予めデータ処理部13内に設定される。そして、データ処理部13は、合成信号の印加に伴って算出した時間差ΔTを基に、上記演算式(1)を解くことにより、液滴Dp中の伝搬速度Vを算出する。さらに、データ処理部13は、伝搬速度Vを基に液滴Dpの材料の特性を表す値を算出して出力する。このとき算出する液滴Dpの特性としては濃度、密度、比重等が挙げられる。 Similarly, the data processing unit 13 can also calculate the characteristics of the droplet Dp based on the time difference ΔT between the AC electrical signal and the reflected signal by using the arithmetic expression (1). That is, when the position and amount of the droplet Dp are clear and the material is unknown, the numerical values i, l, d, and V SAW are set in the data processing unit 13 in advance. Then, the data processing unit 13 calculates the propagation velocity V 1 in the droplet Dp by solving the arithmetic expression (1) based on the time difference ΔT calculated with application of the composite signal. Furthermore, the data processing unit 13 calculates and outputs a value representing a characteristic of the material of the liquid drop Dp based on the propagation velocity V l. The characteristics of the droplet Dp calculated at this time include density, density, specific gravity and the like.

次に、本実施形態の液滴検出装置100を用いた液滴検出方法の手順について説明する。まず、液滴検出装置100の処理が起動されると、電源回路部によって生成された合成信号が弾性波デバイス1の励振電極102に印加される。次に、信号波形測定器11によって励振電極102における電圧の時間変化が測定され、その時間変化に含まれる反射信号が検出される。その後、データ処理部13によって、信号波形測定器11から出力されたデータ系列が処理されることにより、励振電極102の電圧の時間変化に現れる交流電気信号と反射信号との時間差ΔTが検出される。さらに、データ処理部13により、検出した時間差ΔTを基に、反射信号の伝搬経路が計算モデルによって設定された演算式(1)を用いることによって、液滴Dpの位置が算出され出力される。   Next, the procedure of a droplet detection method using the droplet detection apparatus 100 of this embodiment will be described. First, when the processing of the droplet detection apparatus 100 is activated, a combined signal generated by the power supply circuit unit is applied to the excitation electrode 102 of the acoustic wave device 1. Next, the time variation of the voltage at the excitation electrode 102 is measured by the signal waveform measuring instrument 11, and the reflected signal included in the time variation is detected. Thereafter, the data processing unit 13 processes the data series output from the signal waveform measuring instrument 11 to detect the time difference ΔT between the AC electrical signal and the reflected signal that appear in the time change of the voltage of the excitation electrode 102. . Further, the position of the droplet Dp is calculated and output by the data processing unit 13 by using the arithmetic expression (1) in which the propagation path of the reflected signal is set by the calculation model based on the detected time difference ΔT.

以上説明した液滴検出装置100およびそれを用いた液滴検出方法によれば、圧電基板101上の励振電極102に設定された時間幅で所定周波数の交流電気信号が印加され、励振電極102における交流電気信号の反射信号が測定され、測定された反射信号と交流電気信号の時間差ΔTが検出され、圧電基板101に対して反対側の液滴Dpの表面と液滴Dpの圧電基板101側の界面とを経由して液滴Dpを循環する経路を反射信号の伝搬経路に設定した演算式(1)を用いて、その時間差ΔTから液滴の位置が算出される。このように、液滴の搬送用の励振電極102を用いた反射信号の測定結果から液滴Dpの位置が検出されるので、装置構成を簡素化することができる。それとともに、反射信号の伝搬経路が液滴Dpを循環する経路に設定された演算式(1)を用いて位置を算出することで、液滴位置の検出結果の精度が向上する。その結果、構成を複雑化させることなく正確な液滴位置の測定を実現することができる。   According to the droplet detection device 100 and the droplet detection method using the droplet detection device described above, an AC electric signal having a predetermined frequency is applied to the excitation electrode 102 on the piezoelectric substrate 101 at a set time width. The reflected signal of the AC electrical signal is measured, and the time difference ΔT between the measured reflected signal and the AC electrical signal is detected, and the surface of the droplet Dp opposite to the piezoelectric substrate 101 and the droplet Dp on the piezoelectric substrate 101 side are detected. The position of the droplet is calculated from the time difference ΔT by using the arithmetic expression (1) in which the path for circulating the droplet Dp through the interface is set as the propagation path of the reflected signal. Thus, since the position of the droplet Dp is detected from the measurement result of the reflection signal using the excitation electrode 102 for transporting the droplet, the configuration of the apparatus can be simplified. In addition, the accuracy of the detection result of the droplet position is improved by calculating the position using the arithmetic expression (1) in which the propagation path of the reflection signal is set to the path for circulating the droplet Dp. As a result, accurate droplet position measurement can be realized without complicating the configuration.

ここで、本実施形態で用いられる計算モデルにおける演算式(1)の精度を確認した結果を示す。図6には、演算式(1)によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフを示している。ここでは、液滴Dpの材料として水を用いた場合を想定し、数値i,l,VSAW,Vを既知の値として、演算式(1)から定まる時間差ΔTと液滴Dpの体積との関係を示している。また、同一の条件の弾性波デバイス1を用いて同一の交流電気信号の印加条件下で、液滴Dpとして水を用いて信号波形測定器11によって測定された実測値を併せて示している。この結果に示すように、演算式(1)から求まる関係は実測値とよく一致することが分かり、この演算式(1)を用いて求められる液滴Dpの位置の精度が高いことが理解できる。 Here, the result of confirming the accuracy of the arithmetic expression (1) in the calculation model used in the present embodiment is shown. FIG. 6 shows a graph comparing the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the calculation formula (1) and the time difference ΔT with the actual measurement result. Here, assuming that water is used as the material of the droplet Dp, the numerical values i, l, V SAW , V 1 are assumed to be known values, and the time difference ΔT determined from the calculation formula (1) and the volume of the droplet Dp are Shows the relationship. Moreover, the actual value measured by the signal waveform measuring instrument 11 using the water as the droplet Dp under the application condition of the same AC electric signal using the acoustic wave device 1 of the same condition is also shown. As shown in this result, it can be understood that the relationship obtained from the calculation formula (1) is in good agreement with the actual measurement value, and it can be understood that the position accuracy of the droplet Dp obtained using this calculation formula (1) is high. .

同様に、図7には、演算式(1)によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフを示している。図6との相違点は、液滴として25重量%のグリセロールを用いた点である。また、図8には、演算式(1)によって算出した液滴Dpの体積と時間差ΔTとの関係を実測結果と比較したグラフを示している。図6との相違点は、液滴として50重量%のグリセロールを用いた点である。これらの結果より、液滴Dpの材料を変更した場合でも演算式(1)から求まる関係は実測値とよく一致することが分かり、この演算式(1)を用いて求められる液滴Dpの位置の精度が高いことが理解できる。   Similarly, FIG. 7 shows a graph comparing the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the arithmetic expression (1) and the time difference ΔT with the actual measurement result. The difference from FIG. 6 is that 25% by weight of glycerol was used as a droplet. FIG. 8 shows a graph comparing the relationship between the volume of the droplet Dp calculated by the arithmetic expression (1) and the time difference ΔT with the actual measurement result. The difference from FIG. 6 is that 50% by weight of glycerol was used as a droplet. From these results, it can be seen that even when the material of the droplet Dp is changed, the relationship obtained from the calculation formula (1) agrees well with the actual measurement value, and the position of the droplet Dp calculated using this calculation formula (1). It can be understood that the accuracy of is high.

また、本実施形態では、電源回路部が正弦波発生器3とパルス波発生器5と信号増幅器7とにより構成されている。このような構成により、設定された時間幅で交流電気信号を繰り返し発生させることができ、液滴位置の測定を繰り返し実行させることができる。また、時間差ΔTの平均値を基に位置測定を行うこともでき、測定精度が向上する。   In the present embodiment, the power supply circuit unit includes the sine wave generator 3, the pulse wave generator 5, and the signal amplifier 7. With such a configuration, an AC electrical signal can be repeatedly generated in a set time width, and the measurement of the droplet position can be repeatedly executed. Further, position measurement can be performed based on the average value of the time difference ΔT, and the measurement accuracy is improved.

また、本実施形態では、演算式(1)を用いることにより、時間差ΔTから液滴Dpの量を算出することもできるし、時間差ΔTから液滴Dp中の縦波の伝搬速度Vを算出し、伝搬速度Vを基に液滴の特性を算出することもできる。このように、液滴Dpの量或いは液滴Dpの特性が未知の場合でも弾性波デバイス1を用いてそれらを求めることができる。 In the present embodiment, the amount of the droplet Dp can be calculated from the time difference ΔT by using the arithmetic expression (1), and the propagation velocity V 1 of the longitudinal wave in the droplet Dp is calculated from the time difference ΔT. and it can also calculate the characteristics of the droplets on the basis of the propagation velocity V 1. Thus, even when the amount of the droplet Dp or the characteristics of the droplet Dp is unknown, they can be obtained using the acoustic wave device 1.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

上記実施形態においては、パルス波発生器5がパルス信号のデューティ比を可変に設定可能に構成されていてもよい。このような構成によれば、パルス信号のオン期間の時間幅を可変とすることができる。この場合、発生させる弾性表面波の時間幅を調整することができる結果、液滴Dpの搬送と液滴位置の測定とを切り換えて実行することができる。具体的には、液滴Dpを搬送したい場合にはデューティ比を大きくして弾性表面波の持続時間を長くでき、液滴Dpの位置を検出したい場合にはデューティ比を小さくして交流電気信号に反射信号が埋もれることを防止して測定の精度を高めることができる。   In the above embodiment, the pulse wave generator 5 may be configured to be able to variably set the duty ratio of the pulse signal. According to such a configuration, the time width of the ON period of the pulse signal can be made variable. In this case, the time width of the surface acoustic wave to be generated can be adjusted. As a result, the transport of the droplet Dp and the measurement of the droplet position can be switched and executed. Specifically, when it is desired to transport the droplet Dp, the duty ratio can be increased to increase the duration of the surface acoustic wave, and when the position of the droplet Dp is to be detected, the duty ratio can be decreased to generate an AC electrical signal. Therefore, it is possible to increase the accuracy of measurement by preventing the reflection signal from being buried.

また、上記の実施形態においては、弾性波デバイス1として励振電極を複数備えたものを用いてもよい。図9は、本発明の変形例にかかる弾性波デバイス1Aを液滴Dpの搬送方向に垂直、かつ圧電基板101に平行な方向から見た側面図、図10は、図9の弾性波デバイス1Aを含む液滴検出装置100Aの概略構成を示す図である。   Moreover, in said embodiment, you may use the thing provided with two or more excitation electrodes as the elastic wave device 1. FIG. 9 is a side view of the acoustic wave device 1A according to the modification of the present invention as viewed from a direction perpendicular to the transport direction of the droplet Dp and parallel to the piezoelectric substrate 101, and FIG. 10 is an acoustic wave device 1A of FIG. It is a figure which shows schematic structure of 100 A of droplet detection apparatuses containing these.

図9に示す弾性波デバイス1Aは、一対のすだれ状電極からなる励振電極102に加えて、圧電基板101上の励振電極102に対して反対側の端部に、励振電極102と同一構成の励振電極102Aを備えている。この励振電極102Aは、圧電基板101の中心線を基準にして励振電極102と対称な形状となるように構成されている。すなわち、励振電極102Aを構成するすだれ状電極の電極指の搬送方向に沿った幅は、励振電極102と同一値iに設定されている。そして、図10示す液滴検出装置100Aは、励振電極102Aに交流電圧信号を印加するための構成として、正弦波発生器3、パルス波発生器5、信号増幅器7、及びブリッジ回路9のそれぞれと同一構成の正弦波発生器3A、パルス波発生器5A、信号増幅器7A、及びブリッジ回路9Aが追加されている。そして、信号波形測定器11Aは、励振電極102における電圧の時間変化をブリッジ回路9を介して測定するとともに、励振電極102Aにおける電圧の時間変化をブリッジ回路9Aを介して測定し、励振電極102,102Aのそれぞれにおける電圧の時間変化を示すデータ系列を同時にデータ処理部13Aに出力する。   The acoustic wave device 1A shown in FIG. 9 has an excitation having the same configuration as that of the excitation electrode 102 at the end opposite to the excitation electrode 102 on the piezoelectric substrate 101 in addition to the excitation electrode 102 formed of a pair of interdigital electrodes. An electrode 102A is provided. The excitation electrode 102 </ b> A is configured to have a shape symmetrical to the excitation electrode 102 with respect to the center line of the piezoelectric substrate 101. That is, the width of the interdigital electrode constituting the excitation electrode 102 </ b> A along the conveying direction of the electrode fingers is set to the same value i as that of the excitation electrode 102. 10 includes a sine wave generator 3, a pulse wave generator 5, a signal amplifier 7, and a bridge circuit 9 as a configuration for applying an AC voltage signal to the excitation electrode 102A. A sine wave generator 3A, a pulse wave generator 5A, a signal amplifier 7A, and a bridge circuit 9A having the same configuration are added. The signal waveform measuring instrument 11A measures the time change of the voltage at the excitation electrode 102 via the bridge circuit 9, and measures the time change of the voltage at the excitation electrode 102A via the bridge circuit 9A. A data series indicating the time change of the voltage in each of 102A is simultaneously output to the data processing unit 13A.

液滴検出装置100Aのデータ処理部13Aは、2つの励振電極102,102Aに対応するデータ系列を参照して、交流電気信号と反射信号との時間差ΔT、ΔTをそれぞれ算出する。そして、データ処理部13Aは、これらの時間差ΔT、ΔTを基に液滴Dpの位置及び量を同時に算出して出力することができる。詳細には、このとき用いる計算モデルにおいて、搬送方向に沿った励振電極102,102Aの幅をi、励振電極102の先端と液滴Dpの先端との距離をl1、励振電極102Aの先端と液滴Dpの先端との距離をl2、液滴Dpの直径をd、弾性表面波の圧電基板101上の伝搬速度をVSAW、及び液滴Dp中の縦波の伝搬速度をVとそれぞれ想定する。この計算モデルでは、時間差ΔTは、下記演算式(2);、


によって表され、時間差ΔTは、下記演算式(3);、


によって表される。
The data processing unit 13A of the droplet detection apparatus 100A calculates the time differences ΔT 1 and ΔT 2 between the AC electrical signal and the reflected signal with reference to the data series corresponding to the two excitation electrodes 102 and 102A. The data processing unit 13A can simultaneously calculate and output the position and amount of the droplet Dp based on these time differences ΔT 1 and ΔT 2 . Specifically, in the calculation model used at this time, the width of the excitation electrodes 102 and 102A along the transport direction is i, the distance between the tip of the excitation electrode 102 and the tip of the droplet Dp is l1, and the tip of the excitation electrode 102A and the liquid Assume that the distance from the tip of the droplet Dp is l2, the diameter of the droplet Dp is d, the propagation velocity of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate 101 is V SAW , and the propagation velocity of the longitudinal wave in the droplet Dp is V l. To do. In this calculation model, the time difference ΔT 1 is expressed by the following equation (2):


The time difference ΔT 2 is expressed by the following equation (3):


Represented by

上記のような計算モデルを用いて、データ処理部13Aは、時間差ΔT、ΔTを基に液滴Dpの位置と量とを同時に算出する。すなわち、データ処理部13Aは、予め設定された値i,VSAW,を参照して、圧電基板101上の2つの励振電極102,102Aの先端の間の既知の距離Lから設定される下記演算式(4);
L=l1+l2+d …(4)
と、演算式(2)及び演算式(3)とを解くことにより、液滴Dpの直径dと距離l1,l2を求めることができる。そして、これらの直径d及び距離l1,l2を基に液滴Dpの量及び位置を算出することができる。また、データ処理部13Aは、液滴Dpの位置が既知の場合には、液滴Dpの量及び特性を同時に算出することができるし、液滴Dpの量が既知の場合には、液滴Dpの位置及び特性を同時に算出することができる。
Using the calculation model as described above, the data processing unit 13A simultaneously calculates the position and amount of the droplet Dp based on the time differences ΔT 1 and ΔT 2 . That is, the data processing unit 13A is set from a known distance L between the tips of the two excitation electrodes 102 and 102A on the piezoelectric substrate 101 with reference to preset values i, V SAW and V 1. The following arithmetic expression (4);
L = l1 + l2 + d (4)
Then, the diameter d of the droplet Dp and the distances l1 and l2 can be obtained by solving the arithmetic expressions (2) and (3). The amount and position of the droplet Dp can be calculated based on the diameter d and the distances l1 and l2. Further, the data processing unit 13A can simultaneously calculate the amount and characteristics of the droplet Dp when the position of the droplet Dp is known. If the amount of the droplet Dp is known, the data processing unit 13A can calculate the droplet Dp. The position and characteristics of Dp can be calculated simultaneously.

このような変形例によれば、構成を複雑化させることなく正確な液滴位置及び液滴の量の測定を実現することができる。なお、この変形例では、電源回路部を励振電極に対応した個数分設けているが、電源回路部を1つにしてスイッチ等を利用して励振電極102,102Aに時分割で交流電気信号を印加するようにしてもよい。その際、時間差ΔT,ΔTの検出も交流電気信号の時分割での切り替えに同期して時分割で行われてもよい。 According to such a modification, it is possible to realize accurate droplet position and droplet amount measurement without complicating the configuration. In this modification, the number of power supply circuit portions corresponding to the number of excitation electrodes is provided, but AC power signals are time-divisionally applied to the excitation electrodes 102 and 102A using a switch or the like with one power supply circuit portion. You may make it apply. At this time, the detection of the time differences ΔT 1 and ΔT 2 may also be performed in time division in synchronization with switching of the AC electric signal in time division.

また、図11には、本発明の他の変形例にかかる弾性波デバイス1Bの構成を示している。この変形例では、弾性波デバイス1Bの圧電基板101上の一方の端部に3つの励振電極102,102B,102Cを設けた弾性波デバイス1Bを示している。これらの励振電極102,102B,102Cにはそれぞれ独立した電源回路部が接続されており、それぞれ独立して動作が制御できるように構成されている。また、この弾性波デバイス1Bにおける圧電基板101上には、励振電極102,102B,102Cのそれぞれの側から液滴Dp1,Dp2,Dp3をそれらの搬送方向に搬送させるための親水性を有するガイド107が設けられている。このガイド107は、圧電基板101の中央部で合流し、さらに励振電極102から離れる方向に向けて延びるように構成されている。このような構成の弾性波デバイス1Bによれば、電源回路部の動作制御により、励振電極102,102B,102Cの近傍から延びるガイド107上に配置された3つの液滴Dp1,Dp2,Dp3をガイド107に沿って搬送させることができ、それらの3つの液滴Dp1,Dp2,Dp3を1つの液滴Dpにすることができる。この場合、一体となった液滴Dpは圧電基板101に伝搬される縦波により均一に撹拌され混合される。さらに、一体となった液滴Dpを圧電基板101上の他方の端部に向けて搬送することができる。なお、ガイド107は無くても良いが、ある方が液滴Dpの搬送が容易となる、また、親水性のガイド107に代えて凹状に形成した案内溝をガイド107とすることもできる。   FIG. 11 shows the configuration of an acoustic wave device 1B according to another modification of the present invention. In this modification, an acoustic wave device 1B is shown in which three excitation electrodes 102, 102B, and 102C are provided at one end on the piezoelectric substrate 101 of the acoustic wave device 1B. These excitation electrodes 102, 102B, and 102C are connected to independent power supply circuit units, respectively, so that the operation can be controlled independently. Further, on the piezoelectric substrate 101 in the acoustic wave device 1B, a hydrophilic guide 107 for transporting the droplets Dp1, Dp2, Dp3 in their transport direction from the respective sides of the excitation electrodes 102, 102B, 102C. Is provided. The guide 107 is configured to join at the central portion of the piezoelectric substrate 101 and further extend in a direction away from the excitation electrode 102. According to the elastic wave device 1B having such a configuration, the three droplets Dp1, Dp2, and Dp3 arranged on the guide 107 extending from the vicinity of the excitation electrodes 102, 102B, and 102C are guided by the operation control of the power supply circuit unit. 107, and these three droplets Dp1, Dp2, Dp3 can be made into one droplet Dp. In this case, the integrated droplets Dp are uniformly stirred and mixed by the longitudinal wave propagated to the piezoelectric substrate 101. Further, the integrated droplet Dp can be transported toward the other end on the piezoelectric substrate 101. Note that the guide 107 may be omitted, but in some cases, the transport of the droplet Dp is easier, and a guide groove formed in a concave shape in place of the hydrophilic guide 107 can be used as the guide 107.

このような構成の弾性波デバイス1Bに対して、図10と同様な構成の液滴検出装置を用いることにより、液滴Dp1,Dp2,Dp3,Dpの位置を検出することができる。ただし、この場合は図10の構成に対して電源回路部を1組追加する。すなわち、液滴Dp1,Dp2,Dp3が合流する前のタイミングで、信号波形測定器11A及びデータ処理部13Aを動作させることにより、液滴Dp1,Dp2,Dp3の位置を算出して出力することができるし、液滴Dp1,Dp2,Dp3が合流した後のタイミングで、信号波形測定器11A及びデータ処理部13Aを動作させることにより、液滴Dpの位置を算出して出力することができる。   The position of the droplets Dp1, Dp2, Dp3, Dp can be detected by using the droplet detection device having the same configuration as that shown in FIG. 10 for the acoustic wave device 1B having such a configuration. However, in this case, one set of power supply circuit units is added to the configuration of FIG. That is, the position of the droplets Dp1, Dp2, Dp3 can be calculated and output by operating the signal waveform measuring instrument 11A and the data processing unit 13A at the timing before the droplets Dp1, Dp2, Dp3 merge. Alternatively, the position of the droplet Dp can be calculated and output by operating the signal waveform measuring instrument 11A and the data processing unit 13A at the timing after the droplets Dp1, Dp2, and Dp3 merge.

また、図12には、本発明の他の変形例にかかる弾性波デバイス1Cの構成を示し、図12(a)は、弾性波デバイス1Cを圧電基板の表面側から見た平面図、図12(b)は、図12(a)の弾性波デバイス1CのXII−XII線に沿った断面図である。このような変形例のように、圧電基板101上における励振電極102により励振される弾性表面波の進行方向上に液相W(例えば、水)を介して搬送路プレート104を配置してもよい。搬送路プレート104は液滴Dpが搬送される面を構成する板部材であり、四角板状に形成された透明なガラス材により構成されており、液相Wの表面張力によって圧電基板101上に固定されている。このような構成により、圧電基板101の洗浄作業を不要として被搬送物(液滴Dp)の搬送作業の効率を向上させることができるとともに、幅広い種類の被搬送物(液滴Dp)を扱うことができる。   12 shows the configuration of an elastic wave device 1C according to another modification of the present invention, and FIG. 12 (a) is a plan view of the elastic wave device 1C as viewed from the surface side of the piezoelectric substrate. (B) is sectional drawing which followed the XII-XII line | wire of the elastic wave device 1C of Fig.12 (a). As in such a modification, the transport path plate 104 may be disposed via the liquid phase W (for example, water) in the traveling direction of the surface acoustic wave excited by the excitation electrode 102 on the piezoelectric substrate 101. . The transport path plate 104 is a plate member that constitutes a surface on which the droplets Dp are transported, and is formed of a transparent glass material formed in a square plate shape. The transport path plate 104 is formed on the piezoelectric substrate 101 by the surface tension of the liquid phase W. It is fixed. With such a configuration, it is possible to improve the efficiency of the transporting operation of the transported object (droplet Dp) without the need to clean the piezoelectric substrate 101, and to handle a wide variety of transported objects (droplet Dp). Can do.

搬送路プレート104は、透明なガラス材で構成したが、圧電基板101で生じた弾性表面波に起因する放射圧によって液滴Dpを変位させることができる物質であれば、これに限定されない。たとえば、ガラス系の材料以外に、鉄系、非鉄系の材料で搬送路プレート104を構成してもよい。   Although the transport path plate 104 is made of a transparent glass material, the transport path plate 104 is not limited to this as long as it is a substance that can displace the droplets Dp by the radiation pressure caused by the surface acoustic wave generated in the piezoelectric substrate 101. For example, the conveyance path plate 104 may be made of an iron-based or non-ferrous material in addition to a glass-based material.

液相Wは、弾性表面波から放射された縦波を伝搬できる液体であれば、水に限定されるものではない。具体的には、揮発し難い液体であって非圧縮性の流体であればよい。この場合、非圧縮性の流体とは、圧縮率が15°C雰囲気中において、概ね2×10−9(1/N/m)以下の流体である。 The liquid phase W is not limited to water as long as it is a liquid capable of propagating longitudinal waves radiated from surface acoustic waves. Specifically, it may be an incompressible fluid that is a liquid that hardly volatilizes. In this case, the incompressible fluid is a fluid having a compressibility of approximately 2 × 10 −9 (1 / N / m 2 ) or less in an atmosphere of 15 ° C.

1,1A,1B…弾性波デバイス、3,3A…正弦波発生器(交流信号生成回路、電源回路部)、5,5A…パルス波発生器(パルス信号生成回路、電源回路部)、7,7A…信号増幅器(合成回路、電源回路部)、9,9A…ブリッジ回路、11,11A…信号波形測定器、13,13A…データ処理部(演算回路部)100,100A…液滴検出装置、101…圧電基板、102,102A,102B,102C…励振電極、104…搬送路プレート、Dp,Dp1,Dp2,Dp3…液滴、RT,RT…伝搬経路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 1B ... Elastic wave device, 3, 3A ... Sine wave generator (AC signal generation circuit, power supply circuit part), 5,5A ... Pulse wave generator (pulse signal generation circuit, power supply circuit part), 7, 7A: Signal amplifier (synthetic circuit, power supply circuit unit), 9, 9A: Bridge circuit, 11, 11A ... Signal waveform measuring device, 13, 13A ... Data processing unit (arithmetic circuit unit) 100, 100A ... Droplet detection device, 101 ... piezoelectric substrate, 102, 102a, 102B, 102C ... excitation electrodes, 104 ... transport path plate, Dp, Dp1, Dp2, Dp3 ... droplets, RT 1, RT 2 ... propagation path.

Claims (8)

圧電基板上に弾性表面波を励振させるための励振電極が設けられ、前記圧電基板上で液滴を搬送する弾性波デバイスと、
前記励振電極に所定周波数の交流電気信号を設定された時間幅で印加する電源回路部と、
前記励振電極における前記交流電気信号の反射信号を測定する検出回路部と、
前記検出回路部によって測定された前記反射信号と前記交流電気信号との時間差を検出し、前記時間差を基に前記圧電基板上の液滴の位置を算出する演算回路部とを備え、
前記演算回路部は、前記反射信号の伝搬経路を、前記液滴と前記圧電基板の界面の反対側の表面と、前記液滴と前記圧電基板の界面とを経由して前記液滴を循環する経路に設定した演算式を用いることにより、前記時間差から前記位置を算出する、
液滴検出装置。
An excitation electrode for exciting a surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, and an acoustic wave device for transporting droplets on the piezoelectric substrate;
A power supply circuit section for applying an alternating current electric signal having a predetermined frequency to the excitation electrode with a set time width;
A detection circuit unit for measuring a reflected signal of the AC electrical signal at the excitation electrode;
An arithmetic circuit unit that detects a time difference between the reflected signal and the AC electric signal measured by the detection circuit unit, and calculates a position of a droplet on the piezoelectric substrate based on the time difference;
The arithmetic circuit unit circulates the droplet through a propagation path of the reflected signal via a surface opposite to the interface between the droplet and the piezoelectric substrate and the interface between the droplet and the piezoelectric substrate. The position is calculated from the time difference by using an arithmetic expression set for the route.
Droplet detection device.
前記電源回路部は、前記交流電気信号を発生させる交流信号生成回路と、前記時間幅のパルス信号を繰り返し発生させるパルス信号生成回路と、前記パルス信号に前記交流電気信号を重畳させる合成回路とを有する、
請求項1記載の液滴検出装置。
The power supply circuit unit includes: an AC signal generation circuit that generates the AC electrical signal; a pulse signal generation circuit that repeatedly generates the pulse signal having the time width; and a synthesis circuit that superimposes the AC electrical signal on the pulse signal. Have
The droplet detection device according to claim 1.
前記パルス信号生成回路は、前記パルス信号の時間幅を可変に設定可能に構成されている、
請求項2記載の液滴検出装置。
The pulse signal generation circuit is configured to be able to variably set the time width of the pulse signal.
The droplet detection device according to claim 2.
前記演算回路部は、前記弾性表面波の前記圧電基板上の伝搬速度(VSAW)、前記励振電極の前記液滴の搬送方向の幅(i)、前記励振電極の前記液滴側の先端と前記液滴の前記励振電極側の先端との距離(l)、前記液滴の直径(d)、及び前記液滴中の縦波の伝搬速度(V)と、前記時間差(Δt)との間の下記の演算式(1);


を用いて前記距離(l)を算出し、前記距離(l)を基に前記位置を算出する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の液滴検出装置。
The arithmetic circuit unit includes a propagation velocity (V SAW ) of the surface acoustic wave on the piezoelectric substrate, a width (i) of the excitation electrode in the droplet transport direction, a tip of the excitation electrode on the droplet side, The distance (l) from the tip of the droplet on the excitation electrode side, the diameter (d) of the droplet, the propagation speed (V l ) of the longitudinal wave in the droplet, and the time difference (Δt) The following arithmetic expression (1) between:


The distance (l) is calculated using, and the position is calculated based on the distance (l).
The droplet detection apparatus of any one of Claims 1-3.
前記演算回路部は、前記演算式を用いることにより、前記時間差から前記液滴の量を算出する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の液滴検出装置。
The arithmetic circuit unit calculates the droplet amount from the time difference by using the arithmetic expression.
The droplet detection apparatus of any one of Claims 1-4.
前記演算回路部は、前記演算式を用いることにより、前記時間差から前記液滴中の縦波の伝搬速度を算出し、前記伝搬速度を基に前記液滴の特性を算出する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の液滴検出装置。
The arithmetic circuit unit calculates the propagation velocity of longitudinal waves in the droplet from the time difference by using the arithmetic expression, and calculates the characteristics of the droplet based on the propagation velocity.
The droplet detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記弾性波デバイスは、前記圧電基板の表面に発生した前記弾性表面波が伝搬する伝搬面に液相を介して配置された搬送路プレートをさらに含む、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の液滴検出装置。
The acoustic wave device further includes a transport path plate disposed via a liquid phase on a propagation surface on which the surface acoustic wave generated on the surface of the piezoelectric substrate propagates.
The droplet detection device according to claim 1.
圧電基板上に弾性表面波を励振させるための励振電極が設けられ、前記圧電基板上で液滴を搬送する弾性波デバイスを用いた液滴位置を検出する方法であって、
前記励振電極に所定周波数の交流電気信号を設定された時間幅で印加し、
前記励振電極における前記交流電気信号の反射信号を測定し、
測定した前記反射信号と前記交流電気信号との時間差を検出し、前記反射信号の伝搬経路を、前記液滴と前記圧電基板の界面の反対側の表面と、前記液滴と前記圧電基板の界面とを経由して前記液滴を循環する経路に設定した演算式を用いることにより、前記時間差から前記圧電基板上の液滴の位置を算出する、
液滴検出方法。
A method of detecting a position of a droplet using an acoustic wave device provided with an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave on a piezoelectric substrate and transporting the droplet on the piezoelectric substrate,
Applying an alternating electrical signal of a predetermined frequency to the excitation electrode with a set time width,
Measuring the reflected signal of the AC electrical signal at the excitation electrode;
A time difference between the measured reflected signal and the AC electric signal is detected, and the propagation path of the reflected signal is determined on the surface opposite to the interface between the droplet and the piezoelectric substrate, and the interface between the droplet and the piezoelectric substrate. The position of the droplet on the piezoelectric substrate is calculated from the time difference by using an arithmetic expression set in a path for circulating the droplet via
Droplet detection method.
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