JP2017166906A

JP2017166906A - Ｓａｗセンサを用いた測定システム

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Publication number: JP2017166906A
Application number: JP2016050895A
Authority: JP
Inventors: 治長谷川; Osamu Hasegawa
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP6653960B2

Abstract

【課題】アナログ誤差が発生しても、位相検出特性を改善することができ、精度の良い測定結果を得ることを可能にするＳＡＷセンサを用いた測定システムを提供することにある。【解決手段】テスト用のテスト信号を発生し、このテスト信号の直交変調を行い、デジタルアナログ変換を行った後、周波数変換による周波数の引き上げを行って送信する送信装置１１と、送信装置１１からのテスト信号により弾性表面波を発生し、伝播した弾性表面波により信号を出力するＳＡＷセンサ１と、ＳＡＷセンサ１が出力する出力信号を受信し、この信号の周波数変換による周波数の引き下げを行い、アナログデジタル変換を行った後、直交検波を行い、この直交検波で得た検波信号と送信手段のテスト信号とを基に、検波信号の誤差を検出する受信装置２１とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、弾性表面波（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ：ＳＡＷ）センサを用いて各種の測定をするＳＡＷセンサを用いた測定システムに関する。

ＳＡＷセンサは、水晶などの圧電性基板の表面上に、櫛型電極や弾性表面波素子が配置されたセンサである。例えば、ＳＡＷセンサは液体の濃度、粘性率、導電率、誘電率等の特性を測定するために用いられる。つまり、測定対象物である液体をＳＡＷセンサの弾性表面波素子に滴下し、ＳＡＷセンサに電気信号を入力する。そして、ＳＡＷセンサからのセンサ出力信号の振幅および位相を検出することで、測定対象物である液体の特性を測定する（例えば、特許文献１参照。）。

こうしたＳＡＷセンサを用いて測定を行う測定システムの一例を図１１に示す。この測定システムは、ＳＡＷセンサ１と、送信装置１１０と、受信装置２１０と、ローカル信号出力部３１０とを備えている。この測定システムは、送信装置１１０からの低ＩＦ信号（低中間周波信号：以下では「ＩＦ信号」と記す）を送信信号とし、この送信信号をＳＡＷセンサ１に加える。そして、この測定システムは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号の直交検波をして、互いに直交するＩｃｈ（Ｉチャネル）の成分とＱｃｈ（Ｑチャネル）の成分とから成る検波信号を得ている。

このために、送信装置１１０はＩＦ信号出力部１１１とミキサ部１１２とを備え、受信装置２１０はミキサ部２１１とＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２１２と直交検波部２１３とを備えている。

送信装置１１０のＩＦ信号出力部１１１は、互いに直交するｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とから成るＩＦ信号を出力する。ミキサ部１１２は、ＩＦ信号出力部１１１からのＩＦ信号と、ローカル信号出力部３１０からの、互いに直交するｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とから成るローカル信号とを混合して、周波数の引上げを行い、ＩＦ信号の周波数変換をする。そして、ミキサ部１１２は周波数変換をした、ｃｏｓ成分から成る信号を送信信号としてＳＡＷセンサ１に加える。

ＳＡＷセンサ１は、圧電性基板の表面上に櫛型電極や弾性表面波素子が配置されたセンサである。対象物である液体がＳＡＷセンサ１の弾性表面波素子に滴下され、この状態でＳＡＷセンサ１に信号が入力されると、ＳＡＷセンサ１の圧電性基板を伝播する弾性表面波の伝播速度が変化し、ＳＡＷセンサ１は速度変化を表す信号であるセンサ出力信号を出力する。

この後、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号は、受信装置２１０に加えられる。受信装置２１０のミキサ部２１１は、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合し、周波数の引下げを行い、センサ出力信号をＩＦに変換する。Ａ／Ｄ変換部２１２は、ミキサ部２１１からのセンサ出力信号をデジタルに変換して直交検波部２１３に出力する。直交検波部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１２からのセンサ出力信号の直交検波を行い、Ｉｃｈの成分とＱｃｈの成分とから成るデジタルの検波信号を得ている。そして、受信装置２１０は、このデジタルの検波信号を出力する。測定システムは、この検波信号を基にＳＡＷセンサ１の表面弾性波の位相と振幅とを調べ、測定対象物の特性を測定する。

このようなＳＡＷセンサを用いた従来の各測定システムには、測定チャネルとは別にリファレンスチャネル（調整用別チャネル）をＳＡＷセンサに設けているものがある。この場合には、測定システムは、リファレンスチャネルにバースト状のテスト信号を送り、これにより得られる信号と、測定時の信号とを比較することで、測定対象物の特性を測定する。

こうした測定システムの一例を図１２に示す。この測定システムは、ＳＡＷセンサ１と、送信装置１２０と、受信装置２２０と、ローカル信号出力部３１０と、ＩＦ信号出力部３２０とを備えている。そして、この測定システムは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を変換したベースバンド信号を基に、互いに直交するＩｃｈの成分とＱｃｈの成分とから成る検波信号を得ている。

このために、送信装置１２０は、測定用固定値出力部１２１と、デジタル直交変調部１２２と、セレクタ１２３、１２４と、Ｄ／Ａ変換部１２５、１２６と、ミキサ部１２７とを備え、受信装置２２０は、ミキサ部２２１と、直交検波部２２２と、Ａ／Ｄ変換部２２３、２２４とを備えている。

送信装置１２０の測定用固定値出力部１２１は、所定の位相と振幅とで表される測定用のデジタルの固定値を出力する。デジタル直交変調部１２２は、測定用固定値出力部１２１からの固定値と、ＩＦ信号出力部３２０からのＩＦ信号とを入力とし、測定用固定値の直交変調をして、互いに直交する実軸（ｒｅ軸）の成分と、虚軸（ｉｍ軸）の成分とから成る変調信号を生成する。セレクタ１２３、１２４は、デジタル直交変調部１２２からの変調信号またはＩＦ信号出力部３２０からのＩＦ信号のどちらか一方を選択し、選択信号としてＤ／Ａ変換部１２５、１２６に出力する。例えば、セレクタ１２３、１２４は、測定の時にはデジタル直交変調部１２２からの変調信号を選択し、テストの時にはＩＦ信号出力部３２０からのＩＦ信号をテスト信号として選択する。Ｄ／Ａ変換部１２５、１２６は、セレクタ１２３、１２４からの選択信号をアナログ信号に変換する。ミキサ部１２７は、Ｄ／Ａ変換部１２５、１２６からのアナログの選択信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合して、選択信号の周波数変換を行う。そして、ミキサ部１１２は、周波数変換をした、ｃｏｓ成分から成る選択信号を送信信号とし、この送信信号をＳＡＷセンサ１に加える。

ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号は、受信装置２２０で受信される。受信装置２２０のミキサ部２２１は、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合して、ＩＦのセンサ出力信号に変換する。この後、増幅等を行う信号処理部（図示を省略）を経たセンサ出力信号の直交検波を直交検波部２２２が行って検波信号を得ている。さらに、直交検波部２２２からの検波信号をＡ／Ｄ変換部２２３、２２４がデジタルに変換する。そして、受信装置２２０は、テストの時と測定の時におけるデジタルの検波信号を出力する。

ＳＡＷセンサを用いた測定を行うための、さらに別の測定システムの一例を図１３に示す。この測定システムは、ＳＡＷセンサ１と、送信装置１３０と、受信装置２３０と、ローカル信号出力部３１０と、ＩＦ信号出力部３２０とを備えている。そして、この測定システムは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を変換したＩＦの信号を基に、互いに直交するＩｃｈの成分とＱｃｈの成分とから成る検波信号を得ている。

このために、送信装置１３０は、測定用固定値出力部１３１と、デジタル直交変調部１３２と、セレクタ１３３、１３４と、Ｄ／Ａ変換部１３５、１３６と、ミキサ部１３７とを備え、受信装置２３０は、ミキサ部２３１と、Ａ／Ｄ変換部２３２と、直交検波部２３３とを備えている。送信装置１３０は、測定用固定値出力部１２１〜ミキサ部１２７を備える送信装置１２０（図１２）と同じ構成であり、送信信号をＳＡＷセンサ１に加える。

ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号は、受信装置２３０で受信される。受信装置２３０のミキサ部２３１は、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合して、ＩＦのセンサ出力信号に変換する。この後、信号処理部等（図示を省略）を経たセンサ出力信号を、Ａ／Ｄ変換部２３２がデジタルのセンサ出力信号に変換し、直交検波部２３３は、デジタルのセンサ出力信号を直交検波して、互いに直交するＩｃｈの成分とＱｃｈの成分とから成る検波信号を得ている。

これらの測定システムは、図１４に示すように、リファレンスチャネルに対して、ＩＦ信号によるバースト状の送信信号を送り、これにより得られるＩｃｈの成分とＱｃｈの成分とから成る基準信号を得ている。この後、各測定システムは、測定用固定値によるバースト状の送信信号を送り、このバーストで測定結果を表す検波信号を得ている。そして、各測定システムは、受信装置２１０〜２３０の後段で、これら２つの信号を比較することにより、検波信号において変化した位相と振幅とを検出し、測定対象物の特性を測定する。なお、図１４では、リファレンスチャネルが１チャネル、測定チャネルが１チャネルの２チャネルの場合を例としている。

特開２０１５−０８７２７１号公報

しかし、先に述べた測定システムには、次の課題がある。各測定システムには、アナログ信号を処理する回路で発生する誤差（以下、「アナログ誤差」と記す）、つまりＤＣオフセット、ＩＱゲインアンバランス、直交度誤差などのアナログ誤差が発生する場合がある。こうした、ＤＣオフセット、ＩＱゲインアンバランス、直交度誤差などが発生すると、こうした劣化要因によるコンスタレーション形状の崩れが発生する。この結果、従来の測定システムでは、位相検出特性の悪化により、精度の良い測定結果を得ることができない。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、ＤＣオフセット、ＩＱゲインアンバランス、直交度誤差などのアナログ誤差が発生しても、位相検出特性を改善することができ、精度の良い測定結果を得ることを可能にするＳＡＷセンサを用いた測定システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、テスト用のテスト信号を発生し、このテスト信号の直交変調を行い、デジタルアナログ変換を行った後、周波数変換による周波数の引上げを行って送信する送信手段と、前記送信手段からのテスト信号により弾性表面波を発生し、伝播した弾性表面波により信号を出力する弾性表面波センサと、前記弾性表面波センサが出力する出力信号を受信し、この出力信号の周波数変換による周波数の引下げを行い、アナログデジタル変換を行った後、直交検波を行い、この直交検波で得た検波信号と前記送信手段のテスト信号とを基に、前記検波信号の誤差を検出する受信手段と、を備えることを特徴とするＳＡＷセンサを用いた測定システムである。

請求項１の発明では、送信手段は、テスト信号を発生し、このテスト信号の直交変調を行い、デジタルアナログ変換を行った後、周波数変換を行って送信する。弾性表面波センサは、送信手段からのテスト信号により弾性表面波を発生し、伝播した弾性表面波により信号を出力する。受信手段は、弾性表面波センサが出力する出力信号を受信し、この信号の周波数変換を行い、アナログデジタル変換を行った後、直交検波を行い、この直交検波で得た検波信号と送信手段のテスト信号とを基に、検波信号の誤差を検出する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＳＡＷセンサを用いた測定システムにおいて、前記受信手段は、検出した前記誤差を基にアナログ誤差を補正するための補正値を算出して記憶し、前記弾性表面波センサによる測定の際に、前記直交検波後の検波信号を前記補正値で補正する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＳＡＷセンサを用いた測定システムにおいて、前記送信手段は、無変調の位相を可変とした正弦波をテスト信号とし、前記受信手段は、前記無変調の正弦波に対応すると共に位相が変化する検波信号を出力する、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、送信側からのテスト信号を利用して、受信側では直交検波で得た検波信号の誤差を検出するので、アナログ誤差を補正することを可能にする。

請求項２の発明によれば、直交検波を行うことで得た検波信号のアナログ誤差を、補正値で補正することができ、直交度誤差などの劣化要因によるコンスタレーション形状の崩れを円に近付けることができ、位相検出特性を改善することができる。

請求項３の発明によれば、無変調の正弦波の位相を可変する事により、特別な測定器を用いなくても、位相検出特性が測定可能となる。

この発明の実施の形態１によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを示す構成図である。測定用固定値出力部の固定値を説明する説明図である。テスト用固定値出力部の固定値を説明する説明図である。テスト用正弦波出力部の正弦波を説明する説明図である。テストと測定とのタイミングを示す図である。テストと測定とのタイミングを示す図である。テストと測定とのタイミングを示す図である。この発明の実施の形態２によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを示す構成図である。この発明の実施の形態３によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを示す構成図である。この発明の実施の形態４によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを示す構成図である。従来のＳＡＷセンサを用いた測定システムの一例を示す構成図である。従来のＳＡＷセンサを用いた測定システムの他例を示す構成図である。従来のＳＡＷセンサを用いた測定システムの他例を示す構成図である。リファレンスチャネルがある場合の測定を説明する説明図である。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。各実施の形態では、先に説明した図１１〜図１３と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。

（実施の形態１）
この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを図１に示す。この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システム（以下、単に「測定システム」という）は、先の図１１に示す測定システムを改善したものであり、ＳＡＷセンサ１と、送信装置１１と、受信装置２１と、ローカル信号出力部３１０と、ＩＦ信号出力部３２０とを備えている。

送信装置１１は、測定やテストのための送信信号をＳＡＷセンサ１に送るためのものであり、測定用固定値出力部１１ａと、テスト用固定値出力部１１ｂと、テスト用正弦波出力部１１ｃと、セレクタ部１１ｄと、デジタル直交変調部１１ｅと、アナログ誤差補正部１１ｆと、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部１１ｇ、１１ｈと、ミキサ部１１ｉとを備えている。

送信装置１１の測定用固定値出力部１１ａは、測定用の固定値、例えば図２のＩＱ座標上に示すように、シンボルＳＢ１で表すような位相と振幅とを示す固定値を出力する。

テスト用固定値出力部１１ｂは、テスト用の固定値を出力する。テスト用固定値出力部１１ｂは、例えば図３のＩＱ座標上に示すように、所定振幅の固定値の位相をシンボルＳＢ１１、ＳＢ１２、ＳＢ１３、ＳＢ１４のように変えながら、テスト用の固定値として出力する。シンボルＳＢ１１〜ＳＢ１４は、円形のコンスタレーション形状ＣＯ上にある。

テスト用正弦波出力部１１ｃは、テスト用の無変調の正弦波を出力する。このとき、テスト用正弦波出力部１１ｃは、例えば図４のＩＱ座標上に示すように、所定振幅のシンボルＳＢ２１を、コンスタレーション形状ＣＯの円形上を移動するように、つまり、正弦波を描くように、位相を矢印方向に変えて正弦波を出力する。

測定用固定値出力部１１ａおよびテスト用固定値出力部１１ｂが出力する固定値は、例えば位相と振幅で示したシンボルＳＢ１の信号を、互いに直交するＩｃｈの成分とＱｃｈの成分で表されている。また、テスト用正弦波出力部１１ｃが出力する正弦波は各シンボルから成り、各シンボルは互いに直交するＩｃｈの成分とＱｃｈの成分とで表されている。さらに、測定用固定値出力部１１ａ、テスト用固定値出力部１１ｂおよびテスト用正弦波出力部１１ｃが出力する信号はデジタルである。

セレクタ部１１ｄは、測定用固定値出力部１１ａからの固定値、テスト用固定値出力部１１ｂからの固定値およびテスト用正弦波出力部１１ｃからの正弦波を選択して出力する。つまり、セレクタ部１１ｄは、測定の時には、測定用固定値出力部１１ａからの固定値を、測定信号として出力する。また、セレクタ部１１ｄは、テストの時には、テスト用固定値出力部１１ｂからの固定値またはテスト用正弦波出力部１１ｃからの正弦波を、テスト信号として出力する。なお、テストは、アナログ誤差を補正する補正値を得るための処理であり、測定は、測定対象物の特性を調べるための処理である。

デジタル直交変調部１１ｅは、ＩＦ信号出力部３２０からのｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とから成るＩＦ信号により、セレクタ部１１ｄから測定信号やテスト信号の直交変調を行う。デジタル直交変調部１１ｅは、直交変調をして生成した変調信号、つまり実軸（ｒｅ軸）の成分と虚軸（ｉｍ軸）の成分で表されている変調信号を出力する。

アナログ誤差補正部１１ｆは、デジタル直交変調部１１ｅから変調信号を受け取ると、この変調信号に対してＤＣオフセット、ＩＱゲインアンバランス、直交度誤差などのアナログ誤差を、出荷等の際に手動により補正する。例えば、テスト用固定値出力部１１ｂからの固定値やテスト用正弦波出力部１１ｃからの正弦波の観測結果を基に、送信側での直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットを減らすように、アナログ誤差補正部１１ｆが調整される。アナログ誤差補正部１１ｆでアナログ誤差が補正された変調信号は、実軸（ｒｅ軸）の成分と虚軸（ｉｍ軸）の成分で表されている。アナログ誤差補正部１１ｆは、アナログ誤差を補正した変調信号を出力する。

Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈは、アナログ誤差補正部１１ｆからのアナログ誤差が補正された変調信号を、Ｄ／Ａ変換してアナログにする。Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈは、変換したアナログの変調信号を出力する。

ミキサ部１１ｉは、イメージリジェクションミキサの機能を持ち、ローカル信号出力部３１０からの、ｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分から成るローカル信号と、Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈからの、実軸（ｒｅ軸）の成分と虚軸（ｉｍ軸）の成分とから成る変調信号とを混合する。これにより、ミキサ部１１ｉは、Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈからの変調信号の周波数を変換し、変調信号の周波数の引上げを行う。そして、ミキサ部１１ｉは、変換の際に発生するイメージ信号を除去し、ｃｏｓ成分の変調信号を生成する。ミキサ部１１ｉは、生成した変調信号を送信信号とし、この送信信号をＳＡＷセンサ１に加える。

以上が送信装置１１の構成である。次に、受信装置２１の構成について説明する。受信装置２１は、テストでは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を基にしてアナログ誤差を調べ、測定ではＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を補正して出力する。このために、受信装置２１は、ミキサ部２１ａと、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２１ｂと、間引き部２１ｃ、２１ｈと、セレクタ部２１ｄと、直交検波部２１ｅと、アナログ誤差自動補正部２１ｆと、等化器２１ｇとを備えている。

ミキサ部２１ａは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を受け取る。そして、ミキサ部２１ａは、ローカル信号出力部３１０からの、ｃｏｓ成分のローカル信号と、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号とを混合し、センサ出力信号の周波数の引下げを行う。これにより、ミキサ部２１ａは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号を、ＩＦのセンサ出力信号に変換する。ミキサ部２１ａは、変換したセンサ出力信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換部２１ｂは、ミキサ部２１ａからのセンサ出力信号をデジタルに変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部２１ｂはデジタルのセンサ出力信号を出力する。

間引き部２１ｃは、送信装置１１のアナログ誤差補正部１１ｆからの変調信号の間引きを行い、セレクタ２１ｄに出力する。同様に、間引き部２１ｈは、送信装置１１のセレクタ部１１ｄからの信号の間引きを行い、アナログ誤差自動補正部２１ｆに出力する。セレクタ部２１ｄは、送信装置１１のアナログ誤差補正部１１ｆから出力される変調信号つまり間引き部２１ｃからの変調信号、またはＡ／Ｄ変換部２１ｂから出力されるセンサ出力信号のどちらかを選択する。つまり、セレクタ部２１ｄは、測定およびテストの時には、Ａ／Ｄ変換部２１ｂからのセンサ出力信号を出力する。また、例えば動作チェックなどのときには、アナログ誤差補正部１１ｆからの変調信号を出力する。つまり、セレクタ部２１ｄは、必要に応じて、アナログ誤差補正部１１ｆからの変調信号を折り返すためのものである。

直交検波部２１ｅは、セレクタ部２１ｄからの選択信号の直交検波を行う。直交検波部２１ｅは、直交検波で得た信号、つまりＩＱ座標上で示されるＩｃｈの成分と、Ｑｃｈの成分とから成る検波信号として出力する。例えば、送信装置１１のセレクタ部１１ｄにより、測定用固定値出力部１１ａの測定信号が選択されている場合には、検波信号はこの測定信号に対応している。また、テスト用固定値出力部１１ｂまたはテスト用正弦波出力部１１ｃによるテスト信号が選択されている場合には、検波信号はこのテスト信号に対応している。

アナログ誤差自動補正部２１ｆは、直交検波部２１ｅから検波信号を受け取る。アナログ誤差自動補正部２１ｆは、テストの時には、送信装置１１のセレクタ部１１ｄからのテスト信号をリファレンス信号として受け取り、このリファレンス信号を基にして、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットなどのアナログ誤差を検出する。

例えば、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、直交検波部２１ｅからの検波信号におけるＩｃｈの成分およびＱｃｈの成分と、送信装置１１のセレクタ部１１ｄから送られてくるテスト信号つまりリファレンス信号におけるＩｃｈの成分およびＱｃｈの成分とを比較し、各成分の直交性、各成分の差異、原点のずれなどを調べて、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットを算出し、各算出結果を基にアナログ誤差を検出する。そして、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、検出したアナログ誤差による誤差量を補正するための補正値を算出する。アナログ誤差自動補正部２１ｆは、算出した補正値を記憶しておく。

また、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、測定の時には、直交検波部２１ｅから受け取った、測定結果を表す検波信号を補正値で補正し、アナログ誤差補正をする。

等化器２１ｇは、測定の時に、測定結果を表す検波信号のリップルなどの周波数歪を補正する。そして、等化器２１ｇは、補正した検波信号を出力する。等化器２１ｇの後段では、この検波信号から位相を算出する。これにより、例えばＳＡＷセンサ１に滴下された液体の濃度等の特性が調べられる。

以上が受信装置２１の構成である。次に、ＳＡＷセンサを用いた測定システムの作用について説明する。

この測定システムがテストであるとき、送信装置１１のセレクタ部１１ｄは、テスト用固定値出力部１１ｂの固定値、または、テスト用正弦波出力部１１ｃの正弦波を選択して出力する。以下では、テスト用固定値出力部１１ｂからの固定値を、テスト信号として出力する場合を例として説明する。

デジタル直交変調部１１ｅは、ＩＦ信号出力部３２０からのＩＦ信号により、セレクタ部１１ｄから出力されるテスト信号の直交変調をして、変調信号を出力する。アナログ誤差補正部１１ｆは、変調信号のアナログ誤差を補正する。そして、アナログ誤差補正部１１ｆはアナログ誤差を補正した変調信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈは、アナログ誤差補正部１１ｆからの変調信号をアナログの変調信号に変換する。この後、ミキサ部１１ｉは、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号と、Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈからのアナログの変調信号とを混合する。そして、ミキサ部１１ｉは、混合により周波数変換をした、ｃｏｓ成分から成る変調信号をＳＡＷセンサ１に加える。この変調信号は、テスト用固定値出力部１１ｂから出力される固定値に対応している。

テストでは、ＳＡＷセンサ１には測定対象物が滴下されていない。この状態のときに、ＳＡＷセンサ１に変調信号が入力されると、ＳＡＷセンサ１は測定対象物の影響を受けないセンサ出力信号を出力する。

受信装置２１のミキサ部２１ａは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合し、センサ出力信号をＩＦの信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部２１ｂは、ミキサ部２１ａからのセンサ出力信号をデジタルに変換して出力する。セレクタ部２１ｄは、テストの時には、Ａ／Ｄ変換部２１ｂからのセンサ出力信号を直交検波部２１ｅに出力する。なお、間引きを行わない場合、Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈとＡ／Ｄ変換部２１ｂは、同じ周波数で動作し、間引きを行う場合は、Ａ／Ｄ変換部２１ｂはＤ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈよりも低い周波数（レート）で取り込み、受信装置２１はこのレートで処理を行う。従って、送信装置１１から受信装置２１へのデジタル信号は、間引きしてレートを合せる必要がある。

直交検波部２１ｅは、セレクタ部２１ｄからのセンサ出力信号の直交検波を行う。直交検波部２１ｅは、直交検波で得た信号を検波信号として出力する。この検波信号は、送信装置１１のテスト用固定値出力部１１ｂの固定値に対応するものである。アナログ誤差自動補正部２１ｆは、直交検波部２１ｅから検波信号を受け取る。そして、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、テストの時には、セレクタ部１１ｄからのテスト信号と直交検波部２１ｅからの検波信号を基にして、アナログ誤差を補正するための補正値を算出し、この補正値を記憶しておく。

次に、測定システムが測定であるとき、送信装置１１のセレクタ部１１ｄは、測定用固定値出力部１１ａの固定値を選択し、測定信号として出力する。この後、デジタル直交変調部１１ｅは、ＩＦ信号出力部３２０からのＩＦ信号によりセレクタ部１１ｄから出力される測定信号の直交変調をして、変調信号を出力する。アナログ誤差補正部１１ｆは、変調信号のアナログ誤差を補正する。Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈは、アナログ誤差補正部１１ｆからのデジタルの変調信号をアナログの変調信号に変換する。この後、ミキサ部１１ｉは、Ｄ／Ａ変換部１１ｇ、１１ｈからのデジタルの変調信号（測定信号）と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合し、変調信号の周波数を変換する。そして、ミキサ部１１ｉは、周波数変換をした変調信号をＳＡＷセンサ１に加える。

測定では、ＳＡＷセンサ１には測定対象物が滴下されている。この状態のときに、ＳＡＷセンサ１に変調信号が入力されると、ＳＡＷセンサ１の圧電性基板を伝播する弾性表面波の伝播速度等が変化し、ＳＡＷセンサ１は速度変化を表すセンサ出力信号を出力する。

この後、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号は、受信装置２１に加えられる。受信装置２１のミキサ部２１ａは、ＳＡＷセンサ１からのセンサ出力信号と、ローカル信号出力部３１０からのローカル信号とを混合し、センサ出力信号をＩＦに変換する。Ａ／Ｄ変換部２１ｂは、ミキサ部２１ａからのセンサ出力信号をデジタルに変換して出力する。セレクタ部２１ｄは、測定の時には、Ａ／Ｄ変換部２１ｂからのセンサ出力信号を直交検波部２１ｅに出力する。

直交検波部２１ｅは、セレクタ部２１ｄからのセンサ出力信号の直交検波を行い、直交検波で得た信号を検波信号として出力する。この検波信号は、送信装置１１の測定用固定値出力部１１ａによる固定値に対応している。アナログ誤差自動補正部２１ｆは、直交検波部２１ｅから検波信号を受け取る。そして、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、測定の時には、直交検波部２１ｅから受け取った、測定結果を表す検波信号を補正値で補正し、アナログ誤差補正をする。この後、等化器２１ｇは、測定の時には、測定結果を表す検波信号の周波数歪を補正する。そして、受信装置２１は、等化器２１ｇで補正した検波信号を出力する。

こうしたテストと測定のタイミングには次のようなものがある。例えば図５に示すように、装置起動直後のような実測定前に、テストにより、送信装置１１がテスト信号を複数のバースト（テスト信号バースト）で送信する。これにより、受信装置２１ではアナログ誤差自動補正部２１ｆがアナログ誤差自動検出を行う。この後、測定のバースト（測定バースト）で、アナログ誤差自動補正部２１ｆが記憶する補正値により、直交検波部２１ｅからの検波信号を補正する。この後は同様にして測定の際に補正を行っていく。

また、テストと測定のタイミングには次のようなものがある。例えば図６に示すように、最初にテストにより、送信装置１１がリファレンスチャネル（調整用別チャネル）に対してテスト信号をバーストで送信する。これにより、受信装置２１ではアナログ誤差自動補正部２１ｆがアナログ誤差自動検出を行う。この後、測定チャネルを用いた測定のバーストで、アナログ誤差自動補正部２１ｆが記憶する補正値により、直交検波部２１ｅからの検波信号を補正する。この後は、こうしたテストによるアナログ誤差自動検出と、測定での補正とを交互に行う。

さらに、テストと測定のタイミングには次のようなものがある。例えば図７に示すように、実測定前に、テストにより、送信装置１１がリファレンスチャネル（調整用別チャネル）に対してテスト信号を送信する。次に、測定チャネルに対してテスト信号を送信する。このように、リファレンスチャネルと測定チャネルの両方を用いたアナログ誤差の検出を複数回行う。そして、受信装置２１ではリファレンスチャネルと測定チャネルの両方で得たアナログ誤差を基に補正値を算出する。この後、測定チャネルを用いた測定のバーストで、アナログ誤差自動補正部２１ｆが記憶する補正値により、直交検波部２１ｅからの検波信号を補正する。この後は、測定と補正を行う。

以上の説明では、テストと測定とのタイミングの中で、テストでは、例えば、テスト用固定値出力部１１ｂから出力される各固定値、つまりＩＱ座標上のシンボルＳＢ１１〜ＳＢ１４（図３）でのテストを、例えば図５に示すように、バーストでそれぞれ行う。そして、シンボルＳＢ１１〜ＳＢ１４の測定で、アナログ誤差を補正するための補正値を得る。次のバーストでの測定では、測定結果である検波信号を補正値で補正し、アナログ誤差を補正する。

こうして、この実施の形態によれば、アナログ誤差自動補正部２１ｆによりアナログ誤差を補正することができ、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットなどの劣化要因により崩れたコンスタレーション形状を、円形に近付けることができ、位相検出特性の改善できる。この結果、精度の良い測定結果を得ることを可能にする。

さらに、この実施の形態によれば、無変調の正弦波の位相を可変する事により、特別な測定器を用いなくても、位相検出特性（位相線形性）が測定可能となる。

（実施の形態２）
この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを図８に示す。この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この測定システムは、実施の形態１の測定システムの中で、アナログ誤差の算出を次のようにしている。この実施の形態では、アナログ誤差の自動検出を、ブラインドつまりリファレンス信号無しで行っている。そして、アナログ誤差の自動検出の適用アルゴリズムにもよるが、リファレンス信号を用いないでアナログ誤差を算出するために、送信装置１１のセレクタ部１１ｄは、テスト用正弦波出力部１１ｃからの正弦波を選択してテスト信号として出力する。一方、受信装置２１では、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、テストで多数のテスト信号を用い、これらの信号の例えば平均値を算出する。そして、アナログ誤差自動補正部２１ｆは、算出結果から得た正弦波とのずれを基に、補正値を算出する。

この実施の形態によれば、送信装置１１のセレクタ部１１ｄと受信装置２１のアナログ誤差自動補正部２１ｆとの接続等を不要にすることができ、構成の簡略化が可能である。

（実施の形態３）
この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを図９に示す。この実施の形態では、先に説明した図１２と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムは、図１２の測定システムを改善したものである。つまり、送信装置１２０側では、セレクタ１２３、１２４とＤ／Ａ変換部１２５、１２６との間に実施の形態１と同様のアナログ誤差補正部１１ｆが設けれている。また、受信装置２２側では、Ａ／Ｄ変換部２２３、２２４からのデジタルの検波信号に対して、実施の形態１のアナログ誤差自動補正部２１ｆと同様のアナログ誤差自動補正部２２ａがアナログ誤差自動補正を行い、実施の形態１の等化器２１ｇと同様の等化器２２ｂが検波信号のリップルなどの周波数歪を補正する。等化器２２ｂの後段では、この検波信号から位相を算出する。これにより、例えばＳＡＷセンサ１に滴下された液体の濃度等の特性が調べられる。

こうして、この実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、アナログ誤差自動補正部２２ａによりアナログ誤差を補正することができ、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットなどの劣化要因により崩れたコンスタレーション形状を、円形に近付けることができ、位相検出特性の改善できる。この結果、精度の良い測定結果を得ることを可能にする。

（実施の形態４）
この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムを図１０に示す。この実施の形態では、先に説明した図１および図１３と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態によるＳＡＷセンサを用いた測定システムは、図１３の測定システムを改善したものである。つまり、受信装置２３側では、Ａ／Ｄ変換部２３２と直交検波部２３３との間に、実施の形態１と同様のセレクタ部２３ａが設けられている。また、直交検波部２３３の後段には、実施の形態１のアナログ誤差自動補正部２１ｆと同様のアナログ誤差自動補正部２３ｂと、実施の形態１の等化器２１ｇと同様の等化器２３ｃとが設けられている。

こうして、この実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、アナログ誤差自動補正部２３ｂによりアナログ誤差を補正することができ、直交度誤差、ＩＱゲインアンバランス、ＤＣオフセットなどの劣化要因により崩れたコンスタレーション形状を、円形に近付けることができ、位相検出特性の改善できる。この結果、精度の良い測定結果を得ることを可能にする。

１ＳＡＷセンサ
１１送信装置（送信手段）
１１ｅデジタル直交変調部
１１ｆアナログ誤差補正部
１１ｉミキサ部
２１受信装置（受信手段）
２１ａミキサ部
２１ｂＡ／Ｄ変換部
２１ｃ間引き部
２１ｄセレクタ部
２１ｅ直交検波部
２１ｆアナログ誤差自動補正部
２１ｇ等化器

Claims

テスト用のテスト信号を発生し、このテスト信号の直交変調を行い、デジタルアナログ変換を行った後、周波数変換による周波数の引上げを行って送信する送信手段と、
前記送信手段からのテスト信号により弾性表面波を発生し、伝播した弾性表面波により信号を出力する弾性表面波センサと、
前記弾性表面波センサが出力する出力信号を受信し、この出力信号の周波数変換による周波数の引下げを行い、アナログデジタル変換を行った後、直交検波を行い、この直交検波で得た検波信号と前記送信手段のテスト信号とを基に、前記検波信号の誤差を検出する受信手段と、
を備えることを特徴とするＳＡＷセンサを用いた測定システム。
前記受信手段は、検出した前記誤差を基にアナログ誤差を補正するための補正値を算出して記憶し、前記弾性表面波センサによる測定の際に、前記直交検波後の検波信号を前記補正値で補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＳＡＷセンサを用いた測定システム。
前記送信手段は、無変調の位相を可変とした正弦波をテスト信号とし、
前記受信手段は、前記無変調の正弦波に対応すると共に位相が変化する検波信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＳＡＷセンサを用いた測定システム。