JP2019109097A - 電磁気センサ - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、例えば、特許文献1に示すように、従来の電気伝導率センサでは、基板上に取り付けられた電極を覆うように、電気力線の広がり範囲を制御する筐体が設けられ、この筐体内部に形成された流路に試料溶液を流通させて測定している。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、安定して電気伝導率等を測定することができる。
また、前記基板11に、前記複数種類のセンサの1つとして、例えば、イオン選択性電極121等を取り付ける場合、特にISFET電極121Pは前記基板11の試料溶液Sと接触する面とは反対側に突出するように取り付けられている。
さらに、複数種類のセンサと試料溶液Sとを接触させるためには、ある程度の面積に試料溶液を行き渡らせる必要があるので、測定に必要な試料溶液Sの量を低減することが難しいという問題がある。
また、前記電気伝導率センサ123と、前記ISFET電極121Pとが、前記基板11を挟んで反対向きにそれぞれ突出してしまうので、前記マルチセンサユニット1の厚みを小さくすることが難しいという問題もある。
その結果、前記基板の表面に供給される面積あたりの試料溶液を低減することができるので、測定に必要な試料溶液の量を従来よりも低減することができる。
ところで、複数のセンサを備えたマルチセンサユニットでは、設計時にあらかじめ想定されている校正時期よりも早くに出力値がずれてしまうセンサが混ざっていることがある。
このような場合、従来は一番早くに出力値がずれてしまうセンサに合わせて校正時期を決める必要があるので、前記複数のセンサ全体について頻繁に校正しなければならないという問題がある。
そのため、前記マルチセンサユニットの校正にかかる手間やコストを削減することができる。
そのため、たとえ試料溶液に固形物が含まれている場合であっても、前記電極が破損するおそれを低減することができ、試料溶液中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液の電気伝導率等を安定して測定することができる。
本実施形態に係るマルチセンサユニット1は、例えば、試料溶液Sの電気伝導率、比抵抗、誘電率、各種イオン濃度、酸化還元電位等の電気化学的性質を測定するマルチイオンセンサ等の電気化学測定装置100に使用されるものである。
前記センサ部12は、例えば、図2に示すように、前記基板11上に形成されたプリント配線によって、前記情報処理回路2とそれぞれが接続されているイオン選択性電極121、比較電極122、電磁気センサ123、サーミスタ124等を備えたものである。
前記ISFETチップ121P3は、その感応面が前記pH電極用貫通孔121P1を介して前記試料溶液Sと接触するように、前記基板11の試料溶液Sが供給される側の面とは反対側に突出するように取り付けられている。
前記ISFETチップ121P3としては、例えば、ゲート絶縁膜上にTaO5膜を積層して前記感応面を形成したものを挙げることができる。
前記イオン感応膜121N2としては、例えば、PVC膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記イオン感応膜121K2としては、例えば、PVC膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記電磁気センサ123は、試料溶液Sの電気伝導率、比抵抗、誘電率などを測定するものであり、この実施形態では、例えば、試料溶液Sの電気伝導率を測定する電気伝導率センサ123である。
前記電気伝導率センサ123は、前記基板11に形成された2つの電気伝導率センサ用貫通孔1231と、前記基板11の試料溶液Sが供給される面とは反対側の面の、前記2つの電気伝導率センサ用貫通孔1231に挟まれる位置に印刷された2つの測定電極(電圧極)1232と、これら2つの測定電極1232を囲むように印刷された2つの電流極1233と、前記基板11上に取り付けられた筐体125とを備えたものである。
この筐体125は、この実施形態では、前記ナトリウムイオン選択性電極121Nやカリウムイオン選択性電極121K、比較電極122等の前記筐体125と一体に形成されているものであり、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等で形成されている。
前記筐体125は、その内部に前記電気伝導率センサ123の前記測定電極1232間の電気力線の広がり範囲を制御するために適切な量の試料溶液Sが入れる大きさであればよく、この実施形態では、例えば、前記基板11の表面から試料溶液Sと接する面とは反対側に2mm程度突出する大きさにしてある。
前記基板11の前記測定電極1232及び前記電流極1233が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液Sが、前記貫通孔1231から前記筐体125内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液Sと前記測定電極1232及び前記電流極1233とが接するので、これら測定電極1232及び電流極1233が試料溶液Sの流れに直接曝されにくい。
そのため、たとえ試料溶液Sに固形物が含まれている場合であっても、前記測定電極1232及び前記電流極1233が破損するおそれを低減することができ、試料溶液S中の固形物を取り除くなどの手間をかけずに、幅広い試料溶液Sの電気伝導率を安定して測定することができる。
その結果、図3に示すように、前記基板11の試料溶液S側の表面に供給される面積あたりの試料溶液Sの量を低減することができるので、測定に必要な試料溶液Sの量を従来よりも低減することができる。
前記電気伝導率センサ123が4つの電極を備えた4極式のものであるので、より電気伝導率の測定精度を向上することができる。
そのため、前記ISFET電極121Pの前記ISFETチップ121P3を、前記基板11の試料溶液Sが供給される側に突出するように取り付けると、前記ISFET用接続部材121P2と前記基板11とを接続するためにワイヤボンディングが必要である。
このワイヤボンディングが外部に露出していると、外部からの衝撃や劣化によってワイヤが切れてしまうおそれがある。
そのため、このワイヤを覆って保護する樹脂などからなる保護部材をさらに取り付けなければならず、前記マルチセンサユニットの厚みがどうしても大きくなってしまう。
また、製造の手間もかかるので、前記マルチセンサユニット1の製造コストが高くなってしまうという問題もある。
また、前記基板11が、薄いシート状の液晶ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、又は、ポリエチレンテレフタレート等であるので、前記マルチセンサユニット1をより曲げやねじれ等に柔軟に対応できるフレキシブルなものとすることができる。
この技術を応用すれば、ウェアラブルにして、人の皮膚表面に装着し、汗などの微量な試料溶液の電気化学的性質を測定することも可能である。
前記電気伝導率センサ用貫通孔1231は同じ大きさの貫通孔を2つ形成しているが、大きさが異なる2つの貫通孔としてもよいし、3つや4つ等2つ以上の貫通孔を形成するようにしても良い。
前記貫通孔1231から前記筐体125内部に流れ込んで収容される試料溶液Sは、前記測定電極1232と接していれば良く、前記試料溶液Sが前記基板11の前記測定電極1232が取り付けられている側の面と接触していても良いし、接触していなくても良い。
前記電気伝導率センサ123は4極式のものに限らず、2極式のものであっても構わない。
前記筐体125の大きさは、前述したものに限らず、その厚みをより小さくしても良いし、より大きくしても良い。
前記筐体125の形は四角いカップ状のものに限らず、前記基板11に接する端面から内部に向けて空間が形成された円筒形のものや多角柱形のもの、異形柱状のものなどでも良いし、柱状のものに限らず、半球状、半楕円形状、円錐状、多角錐状などのものであって良い。
このようなものであれば、前記筐体125から前記内部液が漏れ出たり蒸発したりすることを考慮しなくて良いので、前記マルチセンサユニット1をよりフレキシブルなものにすることができる。
また、前記情報処理回路2の機能を、前記した外部機器に持たせてもよい。この場合には、当該外部機器に所定のアプリケーションをインストールすることにより、前記マルチセンサユニット1からの出力信号を無線乃至有線で受信し、この受信した出力信号を測定値等の所望の情報に変換して、外部機器が有するディスプレイに表示するように構成されてよい。この所定のアプリケーションはプログラムとしてユーザに提供されてもよく、このプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録されて提供されてもよいし、ネットワークを介してダウンロードされて提供されてもよい。
前記ISFETチップ121P3の感応面を形成する膜としては、TaO5膜以外にも、例えば、窒化シリコン膜(Si2N3膜)、アルミナ膜(Al2O3膜)、PVC膜、イオノフォアを含む液膜や固体膜、測定対象イオンを含む固体膜などを挙げることができる。
前記マルチセンサユニット1は、複数種類のセンサを備えたものであるが、同じ種類のセンサを、例えば、100個や1000個の単位で備えるものとしても良い。
以下に、このようなものの一例として、pH電極121Pを80個備えたマルチセンサユニット1を備えた電気化学測定装置100について説明する。
前記校正部は、前記情報処理回路2がその役割を担うものであり、例えば、前記pH電極121Pについて、設計時に想定される校正期間が経過するまでの期間、pH電極121Pを自動校正するものである。
図6に示すように、まず、前記算出部が、前記80個のpH電極121Pそれぞれから出力され出力値の平均値を算出する。
前記校正部が、前記平均値と各pH電極121Pからの出力値を比較して、平均値と前記出力値との絶対値の差が、所定の閾値を超えたpH電極121Pについて、その出力値が前記80個のpH電極121Pの出力値の平均値、又は前記閾値を越えたpH電極121Pを除いた残りのpH電極121Pの出力値の平均値に等しくなるように校正する。
自動校正することができるセンサは、前述したpH電極121Pに限らず、一定期間毎に校正が必要なセンサであれば良い。
この実施形態では、前記算出部が、前記マルチセンサユニット1に備えられた、例えば、図7に示すように、80個のpH電極121Pからの出力値の平均値を算出して、算出された値を測定値として出力するようにしている。
また、例えば、使用環境などによって、共通のノイズが生じているような場合には、複数のpH電極121Pからの出力値の中で共通しているノイズの周波数を除くことが有効な場合もある。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、種々の変形や実施形態の組合せを行ってもかまわない。
1・・・マルチセンサユニット
2・・・情報処理回路
11・・・基板
123・・・電磁気センサ
1231・・・貫通孔
1232・・・測定電極
125・・・筐体
Claims (7)
- 基板と、
該基板に形成された貫通孔と、
前記基板の表面に取り付けられた電極と、
前記貫通孔と前記電極とを覆う筐体とを備え、
前記基板において前記電極が取り付けられている側の面とは反対側の表面に供給された試料溶液が、前記貫通孔から前記筐体内部に流れ込んで収容されることにより、前記試料溶液と前記電極とが接するようにしてあることを特徴とする電磁気センサ。 - 基板と、該基板に取り付けられた複数種類のセンサを具備するマルチセンサユニットであって、
請求項1記載の電磁気センサを具備することを特徴とするマルチセンサユニット。 - 請求項1記載の電磁気センサと、
前記電磁気センサからの出力信号を受信し、当該受信した出力信号を所望の情報に変換して出力する情報処理回路とを備える電気化学測定装置。 - 同じ種類のセンサを3つ以上備えている請求項2記載のマルチセンサユニットと、
前記センサからの出力値の平均値を算出する算出部と、
該算出部で算出された平均値と各センサの出力値との絶対値差が所定の閾値を越えた場合に該センサの出力値が前記平均値と等しくなるように校正する校正部とを具備していることを特徴とする電気化学測定装置。 - 同じ種類のセンサを3つ以上備えている請求項2記載のマルチセンサユニットを用いて、前記複数のセンサの出力値の平均値と、各センサの出力値との絶対値差が所定の閾値を越えた場合に、前記センサの出力値を前記平均値に等しくなるように自動校正することを特徴とするセンサ校正方法。
- 同じ種類の複数のセンサを備えている請求項2記載のマルチセンサユニットと、
前記複数のセンサからの出力値に基づいて演算することで、該出力値に含まれるノイズを除去した測定値を算出する算出部とを具備することを特徴とする電気化学測定装置。 - 同じ種類の複数のセンサを備えている請求項2記載のマルチセンサユニットを用いて、
前記複数のセンサからの出力値に基づいて演算することで、該出力値に含まれるノイズを除去することを特徴とする電気化学測定方法。
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