JP2675733B2 - Chemical sensing equipment - Google Patents

Chemical sensing equipment

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JP2675733B2
JP2675733B2 JP2796293A JP2796293A JP2675733B2 JP 2675733 B2 JP2675733 B2 JP 2675733B2 JP 2796293 A JP2796293 A JP 2796293A JP 2796293 A JP2796293 A JP 2796293A JP 2675733 B2 JP2675733 B2 JP 2675733B2
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sensor
oscillator
oscillation
difference
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茂樹 小川
博喜 桑野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、センサ振動子の表面に
特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の共振周波数の変
化により、吸着ガスの同定を行う化学センシング装置に
関し、共振周波数の変化を高分解能で、かつ高速に測定
するようにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical sensing device in which a special polymer thin film is formed on the surface of a sensor oscillator and the adsorbed gas is identified by changing the resonance frequency during gas adsorption. Is a high-resolution, high-speed measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の装置における共振周波数
の測定は、センサ振動子の発振周波数を直接、周波数カ
ウンタに入力して行っていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, the resonance frequency in this type of device has been measured by directly inputting the oscillation frequency of a sensor oscillator to a frequency counter.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の測定では、通常10MHz程度の絶対値に対して1H
z程度の分解能が要求されている。この測定を、単位時
間当りのパルス数をカウントする周波数カウンタで行お
うとすると、極めて測定範囲の広い高価な周波数カウン
タが必要である。また、分解能を上げるためには、測定
時間を十分長くする必要がある。一方、測定時間を短縮
するためにパルスの周期を測定して、その逆数より周波
数を求める周波数カウンタでは、図4に示すように測定
すべき周波数の絶対値が大きくなるにつれて、周期をカ
ウントするクロックの周波数が著しく高くなり、分解能
を上げることが困難であるという問題があった。
However, in this type of measurement, it is usually 1H for an absolute value of about 10MHz.
A resolution of about z is required. If an attempt is made to perform this measurement with a frequency counter that counts the number of pulses per unit time, an expensive frequency counter with an extremely wide measurement range is required. Further, in order to increase the resolution, it is necessary to make the measurement time sufficiently long. On the other hand, in a frequency counter that measures the pulse period in order to shorten the measurement time and obtains the frequency from the reciprocal thereof, a clock that counts the period as the absolute value of the frequency to be measured increases as shown in FIG. However, there is a problem that it is difficult to improve the resolution.

【0004】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、センサ振動子の発振周波数の変化
を、高分解能で高速に測定できるとともに、周波数の計
測系を安価に構成することができる化学センシング装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem. The change of the oscillation frequency of the sensor oscillator can be measured at high speed with high resolution, and the frequency measuring system is inexpensively constructed. It is an object of the present invention to provide a chemical sensing device that can be used.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、センサとして使用するセンサ振
動子の表面に特殊高分子膜を形成し、ガス吸着時の該セ
ンサ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定
を行なう化学センシング装置において、それぞれ異なる
共振周波数(fi :i=1〜n、nは2以上の自然数)
を有する複数(n個)の前記センサ振動子と、基準周波
数(fr )を発生させる1個の基準振動子と、上記セン
サ振動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路
と、前記複数のセンサ振動子の発振周波数(fi )を選
択するセレクタと、該セレクタにより選択された1個の
センサ振動子の発振周波数と前記基準周波数との差周波
数の絶対値を出力させるサンプリング回路と、前記差周
波数を所要の分周比(N:自然数)で分周する分周回路
と、該分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の周
期をクロックとしてカウントするカウンタと、該カウン
タでカウントされた周期(C)を基に前記選択されたセ
ンサ振動子の発振周波数を数式(1) fi =(1+N/C)fr (fi >fr ) =(1−N/C)fr (fi <fr ) (1) により求める演算装置とを有することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly requires that a special polymer film is formed on the surface of a sensor vibrator used as a sensor, and the sensor vibration during gas adsorption. the change in the resonant frequency of the child, in the chemical sensing device for performing identification of adsorbed gas, different resonant frequencies (f i: i = 1~n, n is a natural number of 2 or more)
A plurality (n) of the sensor oscillators, a reference oscillator that generates a reference frequency ( fr ), an oscillation circuit that oscillates the sensor oscillator and the reference oscillator, respectively. A selector for selecting the oscillation frequency (f i ) of the sensor oscillator; a sampling circuit for outputting the absolute value of the difference frequency between the oscillation frequency of one sensor oscillator selected by the selector and the reference frequency; A dividing circuit for dividing the difference frequency by a required dividing ratio (N: natural number), a counter for counting the period of the divided output of the dividing circuit using the period of the reference frequency as a clock, and the counter for counting. Formula (1) f i = (1 + N / C) f r (f i > f r ) = (1−N / C) f is used to calculate the oscillation frequency of the selected sensor vibrator based on the selected period (C). r (f i < fr ) (1) The gist of the present invention is to have an arithmetic unit that is more sought.

【0006】第2に、センサとして使用するセンサ振動
子の表面に特殊高分子膜を形成し、ガス吸着時の該セン
サ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定を
行なう化学センシング装置において、それぞれ異なる共
振周波数(fi :i=1〜n、nは2以上の自然数)を
有する複数(n個)の前記センサ振動子と、該複数のセ
ンサ振動子の共振周波数のそれぞれに対応した基準周波
数(fri:i=1〜n、nは2以上の自然数)を発生さ
せる複数(n個)の基準振動子と、上記センサ振動子及
び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、対応し
た前記センサ振動子と基準振動子同士の発振周波数と基
準周波数との差周波数の絶対値を出力させる複数(n
個)のサンプリング回路と、該複数のサンプリング回路
の差周波数出力を選択するセレクタと、該セレクタによ
り選択された差周波数を所要の分周比(N:自然数)で
分周する分周回路と、該分周回路の分周出力の周期を前
記基準周波数の何れか一つの周波数frx(xは1〜nの
任意の一つ)の周期をクロックとしてカウントするカウ
ンタと、該カウンタでカウントされた周期(C)を基に
前記選択されたセンサ振動子の発振周波数を数式(2) fi =fri+(N/C)frx (fi >fri) =fri−(N/C)frx (fi <fri) (2) により求める演算装置とを有することを要旨とする。
Secondly, in a chemical sensing device in which a special polymer film is formed on the surface of a sensor oscillator used as a sensor, and the adsorbed gas is identified by the change in the resonance frequency of the sensor oscillator during gas adsorption. , different resonant frequencies (f i: i = 1~n, n is a natural number of 2 or more) and the sensor oscillator plurality of (n) having, corresponding to respective resonant frequencies of the plurality of sensor transducers Corresponding to a plurality of (n) reference oscillators that generate reference frequencies ( fri : i = 1 to n, n is a natural number of 2 or more), and oscillation circuits that respectively oscillate the sensor oscillator and the reference oscillator. A plurality of (n output the absolute value of the difference frequency between the oscillation frequency of the sensor oscillator and the reference oscillator and the reference frequency.
Number) of sampling circuits, a selector that selects the difference frequency output of the plurality of sampling circuits, and a frequency dividing circuit that divides the difference frequency selected by the selector by a required frequency division ratio (N: natural number). A counter that counts the frequency of the frequency-divided output of the frequency-dividing circuit using the frequency of one of the reference frequencies, f rx (x is any one of 1 to n), as a clock, and the counter. period formulas the oscillation frequency of the selected sensor oscillator based on (C) (2) f i = f ri + (N / C) f rx (f i> f ri) = f ri - (N / C ) F rx (f i <f ri ) (2) The calculation device is obtained.

【0007】第3に、上記第1又は第2の構成におい
て、選択された前記センサ振動子の発振周波数をある一
定時間だけ測定する際に、前記演算装置は、測定開始時
点の前記差周波数値を初期値として記憶し、以後測定し
た差周波数値から前記初期値を引いた値を求め、それを
順次プロットすることにより、当該選択されたセンサ振
動子の発振周波数の時間的な変化を求めるように構成し
てなることを要旨とする。
Thirdly, in the above-mentioned first or second configuration, when measuring the oscillation frequency of the selected sensor vibrator for a certain period of time, the arithmetic unit sets the difference frequency value at the time of starting the measurement. Is stored as an initial value, a value obtained by subtracting the initial value from the difference frequency value measured thereafter is obtained, and the values are sequentially plotted to obtain a temporal change in the oscillation frequency of the selected sensor vibrator. The gist is that it is configured as.

【0008】[0008]

【作用】上記構成において、第1に、選択されたセンサ
振動子の発振周波数と基準周波数との差周波数を求める
ことにより、差周波数は発振周波数に比べてはるかに小
さい値となるから、測定すべき周波数の絶対値を極めて
小さくでき、測定範囲を広げることなく、分解能の高い
測定が可能となる。また、差周波数値の測定は、測定時
間の短縮化のため、その周期を測定し、その逆数をとる
方法を用いているが、差周波数を所要の分周比で分周し
た後の周期を測定することにより、周期の変化が拡大さ
れてクロックの周波数をそれほど高くしなくとも十分な
分解能を確保でき、基準周波数をそのままクロックとし
て使用することが可能となる。そして、測定された周期
を基に選択されたセンサ振動子の発振周波数が求められ
る。
In the above structure, firstly, by obtaining the difference frequency between the oscillation frequency of the selected sensor vibrator and the reference frequency, the difference frequency becomes a value much smaller than the oscillation frequency. The absolute value of the power frequency can be made extremely small, and high-resolution measurement can be performed without expanding the measurement range. In addition, in order to shorten the measurement time, the difference frequency value is measured by measuring its period and using the method of taking the reciprocal thereof.However, the period after dividing the difference frequency by the required dividing ratio is By measuring, it is possible to secure sufficient resolution without increasing the frequency of the clock by increasing the change in the cycle, and it is possible to use the reference frequency as it is as the clock. Then, the oscillation frequency of the selected sensor vibrator is obtained based on the measured cycle.

【0009】第2に、それぞれのセンサ振動子に対して
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数が設け
られることにより、それぞれのセンサ振動子の発振周波
数の間にある程度の差があっても、基準周波数との差を
極めて小さく設定することが可能となり、計測すべき周
波数をさらに小さくすることが可能となる。従って、さ
らに測定の分解能を上げ、測定時間を短縮することが可
能となる。
Secondly, since the reference frequencies corresponding to the respective resonance frequencies are provided for the respective sensor oscillators, even if there is some difference between the oscillation frequencies of the sensor oscillators, The difference from the reference frequency can be set extremely small, and the frequency to be measured can be further reduced. Therefore, it is possible to further increase the measurement resolution and shorten the measurement time.

【0010】第3に、センサ振動子の周波数の変化を測
定する際には、測定開始時の周波数からの変化分をプロ
ットすることにより、基準周波数が変動した後でも、選
択されたセンサ振動子の発振周波数の変化を正確に測定
することが可能となる。
Third, when measuring the change in the frequency of the sensor vibrator, by plotting the change from the frequency at the start of measurement, even after the reference frequency fluctuates, the selected sensor vibrator is changed. It is possible to accurately measure the change in the oscillation frequency of.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の実施例を図面につき説明する。図1
及び図2は、本発明の第1実施例を示す図である。図1
において、1はセンサとして使用するn個のセンサ振動
子である。これらの共振周波数はそれぞれf1 〜fn
あり、ガス吸着によりある範囲内で時間と共に変化す
る。2は基準周波数fr を発生させる1個の基準振動子
であり、fr はf1 〜fn となるべく近い値になるよう
に設定する。3は上記振動子を発振させるための発振回
路であり、周波数がf1 〜fn およびfr の矩形波を出
力する。4はセンサ振動子の出力をセレクト信号に従っ
て切り替えるセレクタ、5はセレクタによって選択され
た1個のセンサ振動子の周波数fi (iは1〜nのうち
の1つ)と基準周波数fr との差の絶対値fd を出力さ
せるサンプリング回路であり、例えばD−フリップフロ
ップなどから構成される。6はfd の周期Td (Td
1/fd )をN分周する分周回路、7は分周回路で分周
した周期N・Td を基準周波数fr の周期Tr (Tr
1/fr )をクロックとしてカウントするカウンタ、8
は周期を周波数に変換する演算装置であり、例えばパー
ソナルコンピュータなどを用いる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG.
2 and FIG. 2 are views showing the first embodiment of the present invention. FIG.
In the above, 1 is n sensor vibrators used as sensors. These resonance frequencies are f 1 to f n , and change with time within a certain range due to gas adsorption. Reference numeral 2 is one reference oscillator for generating the reference frequency f r , and f r is set to be a value as close as possible to f 1 to f n . 3 is an oscillation circuit for oscillating the oscillator frequency to output a square wave of f 1 ~f n and f r. Reference numeral 4 denotes a selector for switching the output of the sensor vibrator according to a select signal, and 5 denotes a frequency f i (i is one of 1 to n) of one sensor vibrator selected by the selector and a reference frequency fr . A sampling circuit that outputs the absolute value f d of the difference, and is composed of, for example, a D-flip-flop. 6 is the period of f d T d (T d =
1 / f d) the divide-by-N to the divider circuit, the period T r of the reference frequency f r is the period N · T d which is divided by a frequency divider 7 (T r =
A counter that counts 1 / fr ) as a clock, 8
Is an arithmetic unit for converting a cycle into a frequency, and for example, a personal computer or the like is used.

【0012】次に本発明の測定動作を説明する。n個の
センサ振動子1はそれぞれ、f1 〜fn の周波数で常
時、発振しており、そのうちの1つの振動子の出力fi
がセレクタ4によって選択される。この値fi は、サン
プリング回路5によって、基準振動子2の出力fr と比
較され、それらの差の絶対値fd =|fi −fr |が出
力される。サンプリング回路5としては、例えば、上記
のようにD−フリップフロップが用いられる。いま、図
2に示すように、fi をD入力に入力し、その周期をT
i (Ti =1/fi )とし、またfr をT(トリガ)入
力に入力し、その周期をTr (Tr =1/fr )とする
と、D入力のパルスはTr の周期でサンプリングされる
ことになる。即ち、fi >fr (Ti <Tr )の場合、
サンプリングして初期の位相差にもどるまでのサンプル
数をMとすると、 M=Ti /(Tr −Ti ) また、D−フリップフロップの出力Qの周期をTd (T
d =1/fd )とすると、 Td =M・Tr これより、
Next, the measurement operation of the present invention will be described. Each of the n sensor vibrators 1 is constantly oscillating at a frequency of f 1 to f n , and the output f i of one of them is f i.
Are selected by the selector 4. This value f i is compared with the output f r of the reference oscillator 2 by the sampling circuit 5, and the absolute value f d = | f i −f r | of those differences is output. As the sampling circuit 5, for example, the D-flip-flop is used as described above. Now, as shown in FIG. 2, f i is input to the D input, and its period is T
a i (T i = 1 / f i), also enter the f r to T (trigger) input, when the period between T r (T r = 1 / f r), D inputs of the pulse of T r It will be sampled in cycles. That is, when f i > fr (T i < Tr ),
When the number of samples until sampling and returning to the initial phase difference is M, M = T i / (T r −T i ), and the cycle of the output Q of the D-flip-flop is T d (T
d = 1 / f d ), T d = M · T r

【数1】Td =Ti ・Tr /(Tr −Ti )、 1/T
d =1/Ti −1/Tr 従って、fd =fi −fr となり、差の周波数が得られ
る。同様にfi <fr の場合は、fd =fr −fi とな
るから、fd =|fi −fr |が成り立つ。
## EQU1 ## T d = T i · T r / (T r −T i ), 1 / T
d = 1 / T i -1 / T r Accordingly, f d = f i -f r, and the frequency difference is obtained. Similarly, when f i <f r , f d = f r −f i, and therefore f d = | f i −f r |.

【0013】次にサンプリング回路5の出力を分周回路
6でN分周してfd /Nとし、その分周した周期を基準
周波数fr をクロックパルスとして、カウンタ7でカウ
ントする。カウンタの値をCとすると、 である。カウンタの値Cを演算装置8に取り込んで上記
の計算をすれば、対象とするセンサ振動子1の周波数f
i が求まる。ここで、分周回路6を用いるのは、周期測
定の分解能を上げるためである。
Next, the output of the sampling circuit 5 is divided by N by the frequency dividing circuit 6 to obtain f d / N, and the divided period is counted by the counter 7 using the reference frequency f r as a clock pulse. If the value of the counter is C, It is. If the value C of the counter is taken into the arithmetic unit 8 and the above calculation is performed, the frequency f of the target sensor vibrator 1 is calculated.
i is obtained. Here, the frequency dividing circuit 6 is used to increase the resolution of period measurement.

【0014】一例として、fr =10MHz、fi =1
0.05MHzとすると、fd =50KHzとなる。f
d の値を1Hzの分解能で測定するためには、1Hzに
相当する周期の変化ΔTをクロックでカウントできなけ
ればならない。ΔT=1/50000−1/50001
=4×10-10 sec であるから、クロックの周波数は1
/4×10-10 =2.5×109 すなわち、2.5GH
z以上のクロックが必要となる。このように極めて高周
波のクロックを発生するのは容易ではない。そこで、f
d を例えば256分周すれば、ΔT=4×10-10 ×2
56=10-7であるから、107 すなわち、10MHz
のクロックでカウントできる。このとき、カウンタの値
Cは(1/50000)×256÷10-7=51200
となり、216=65536であるから、16ビットのカ
ウンタがあればよい。また、この場合の測定時間は、
(1/50000)×256=5.12×10-3すなわ
ち、5msec程度である。Nを大きくすると分解能は上が
るが、測定時間も長くなるので、両者の兼ね合いで適当
な値に選ぶ。
As an example, f r = 10 MHz and f i = 1
At 0.05 MHz, f d = 50 KHz. f
In order to measure the value of d with a resolution of 1 Hz, it is necessary to be able to count the change ΔT of the cycle corresponding to 1 Hz with a clock. ΔT = 1 / 50000-1 / 50001
= 4 × 10 -10 sec, the clock frequency is 1
/ 4 × 10 -10 = 2.5 × 10 9 That is, 2.5 GH
A clock of z or higher is required. It is not easy to generate an extremely high frequency clock. Therefore, f
For example, if d is divided by 256, ΔT = 4 × 10 −10 × 2
56 = 10 -7 , so 10 7 or 10 MHz
You can count with the clock. At this time, the value C of the counter is (1/50000) × 256/10 −7 = 51200
Since 2 16 = 65536, a 16-bit counter is sufficient. Also, the measurement time in this case is
(1/50000) × 256 = 5.12 × 10 −3, that is, about 5 msec. If N is increased, the resolution will be improved, but the measurement time will be longer, so an appropriate value is selected in consideration of both factors.

【0015】図3には、本発明の第2実施例を示す。同
図において、2’はセンサ振動子1の共振周波数f1
n のそれぞれに対応して設けたn個の基準振動子であ
り、発振回路3によって、それぞれ基準周波数fr1〜f
rnの矩形波を出力する。他の番号はすべて前記図1と同
じである。サンプリング回路5は、それぞれのセンサ振
動子1の共振周波数fi とそれに対応する基準周波数f
riとの差の絶対値fdi=|fi −fri|(i=1〜n)
を出力させる。そして、そのうちの1つをセレクタ4で
選択したのち分周回路6でN分周し、その1周期を基準
周波数fr1〜frnのいずれか1つの周波数(frx)の周
期をクロックとして、カウンタ7でカウントする。この
カウンタ7の値を演算装置8に取り込み、第1実施例と
同様の演算をして選択されたセンサ振動子1の発振周波
数fi を求める。すなわち、カウンタ7の値をCとする
と、第1実施例と同様に である。本実施例では、それぞれのセンサ振動子1に対
して基準周波数を設けるため、それぞれのセンサ振動子
1の周波数の間にある程度の差があっても、基準周波数
との差を極めて小さく設定でき、計測すべき周波数を低
くできる。従って、さらに測定の分解能を上げ、測定時
間を短縮させるのに効果がある。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, 2 'of the sensor transducer 1 the resonance frequency f 1 ~
There are n reference oscillators provided corresponding to the respective f n , and the reference frequencies f r1 to f r are respectively set by the oscillation circuit 3.
Output a rectangular wave of rn . All other numbers are the same as those in FIG. The sampling circuit 5 uses the resonance frequency f i of each sensor vibrator 1 and the corresponding reference frequency f i.
The absolute value of the difference between the ri f di = | f i -f ri | (i = 1~n)
Output. Then, the cycle of one of them and N divides in frequency divider 6 After selected by the selector 4, any one frequency of one cycle reference frequency f r1 ~f rn (f rx) as a clock, The counter 7 counts. The value of the counter 7 is taken into the arithmetic unit 8 and the same calculation as in the first embodiment is performed to obtain the oscillation frequency f i of the selected sensor vibrator 1. That is, assuming that the value of the counter 7 is C, similar to the first embodiment. It is. In this embodiment, since the reference frequency is provided for each sensor vibrator 1, even if there is some difference between the frequencies of the sensor vibrators 1, the difference from the reference frequency can be set to be extremely small. The frequency to be measured can be lowered. Therefore, it is effective in further increasing the measurement resolution and shortening the measurement time.

【0016】次に、上記第1、第2の実施例において、
選択されたセンサ振動子の発振周波数をある一定時間だ
け測定する場合を説明する。基準周波数fr は短時間で
は一定と見なせるが、長時間では温度や湿度の変動の影
響によって、変化する可能性がある。差周波数の絶対値
d は、fd =(N/C)・fr で与えられるから、基
準周波数fr が最初の設定からΔfr だけ変化したとす
ると、fd の変化分Δfd はΔfd =(N/C)・Δf
r となる。一例として、fd =50KHz、fr =10
MHz、N=256、Δfr =10KHzとすると、Δ
d =50Hzとなり、fr が変化すると、測定値も大
きく変化する。しかし、本装置で取得したい情報は、測
定開始時からのセンサ振動子の発振周波数の変化であ
る。そこで、本装置では、1個のセンサ振動子の周波数
をある一定時間だけ測定する際に、測定開始時点のfd
値を初期値fdoとして記憶しておき、以後測定したfd
値からfdoを引いた値を求め、それを順次プロットし
て、センサ振動子の周波数の時間的な変化を求めるよう
にしたものである。なお、以上の演算は、演算装置8を
用いて行う。
Next, in the above first and second embodiments,
A case where the oscillation frequency of the selected sensor vibrator is measured for a certain fixed time will be described. The reference frequency f r can be regarded as constant for a short time, but may change for a long time due to the influence of temperature and humidity fluctuations. The absolute value f d of the difference frequency, because given by f d = (N / C) · f r, the reference frequency f r is the changes by Delta] f r from the initial setting, variation Delta] f d of f d is Δf d = (N / C) · Δf
r . As an example, f d = 50 KHz, f r = 10
If MHz, N = 256, and Δf r = 10 KHz, then Δ
When f d = 50 Hz and f r changes, the measured value also changes greatly. However, the information to be acquired by this device is the change in the oscillation frequency of the sensor oscillator from the start of measurement. Therefore, in this device, when the frequency of one sensor transducer is measured for a certain period of time, f d at the measurement start time is measured.
The value is stored as an initial value f do , and f d measured thereafter is used.
A value obtained by subtracting f do from the value is obtained, and the values are sequentially plotted to obtain the temporal change of the frequency of the sensor oscillator. The above calculation is performed using the calculation device 8.

【0017】いま、最初の設定における基準周波数をf
r 、測定開始の時刻t=0における差周波数fd の測定
値をfdo、t=τにおけるfd の測定値をfd τとす
る。また、変動後の基準周波数fr ’に基づいて同じ値
を測定した場合、時刻t=0におけるfd の測定値をf
do’、t=τにおけるfd の測定値をfd τ’とすると
以下の式が成り立つ。
Now, the reference frequency in the first setting is f
r, the measured values f do the difference frequency f d at time t = 0 of the measurement start, the measured values of f d in t = tau and f d tau. Also, when measuring the same value based on the reference frequency f r 'after variation, a measurement value of f d at time t = 0 f
do and holds the following equation ', t = measured value of f d f d tau in tau' and.

【0018】[0018]

【数2】fd τ’−fdo’=fd τ(fr /fr ’)−
do(fr /fr ’) =(fd τ−fdo)・(fr /fr ’) ここで、fr /fr ’≒1であるから、fd τ’−
do’≒fd τ−fdoとなり、t=0からの変化分は、
基準周波数が変動した後でもほぼ同じ値になる。一例と
して、fr =10MHz、fr ’=10.01MHz、
d τ−fdo=1000Hzとすると、fd τ’−
do’=999Hzとなり、0.1%の精度を確保でき
る。
## EQU00002 ## fd.tau .'- fdo '= fd.tau. ( Fr / fr ')-
f do (f r / f r ') = (f d τ −f do ) · (f r / f r ′) Here, since f r / f r ′ ≈1, f d τ ′ −
f do '≈ f d τ −f do , and the change from t = 0 is
The value is almost the same even after the reference frequency fluctuates. As an example, f r = 10MHz, f r '= 10.01MHz,
If f d τ −f do = 1000 Hz, then f d τ '−
Since f do '= 999 Hz, an accuracy of 0.1% can be secured.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1に、選択されたセンサ振動子の発振周波数と基準周
波数との差周波数を求め、その差周波数を所要の分周比
で分周した後の周期を基準周波数の周期をクロックとし
てカウントし、そのカウントされた周期を基に選択され
たセンサ振動子の発振周波数を求めるようにしたため、
測定すべき周波数の絶対値が極めて小さくなって測定範
囲を広げることなく、高分解能で高速に測定することが
できる。また測定範囲の広い周波数カウンタ等が不要と
なって周波数の測定系を安価に構成することができる。
As described above, according to the present invention,
First, the difference frequency between the oscillation frequency of the selected sensor oscillator and the reference frequency is obtained, and the period after dividing the difference frequency by the required frequency division ratio is counted using the period of the reference frequency as a clock. Since the oscillation frequency of the selected sensor oscillator is calculated based on the counted period,
It is possible to perform high-resolution and high-speed measurement without widening the measurement range because the absolute value of the frequency to be measured becomes extremely small. Further, a frequency counter having a wide measuring range is not required, and the frequency measuring system can be constructed at low cost.

【0020】第2に、それぞれのセンサ振動子に対し、
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数を発生
させる複数の基準振動子を設けたため、それぞれのセン
サ振動子の発振周波数の間にある程度の差があっても、
基準周波数との差周波数を極めて小さく設定することが
できて計測すべき周波数の絶対値をさらに小さくするこ
とができ、一層高分解能で高速に測定することができ
る。
Secondly, for each sensor oscillator,
Since a plurality of reference oscillators that generate reference frequencies corresponding to the respective resonance frequencies are provided, even if there is some difference between the oscillation frequencies of the sensor oscillators,
The difference frequency from the reference frequency can be set to be extremely small, the absolute value of the frequency to be measured can be further reduced, and higher resolution and high speed measurement can be performed.

【0021】第3に、選択されたセンサ振動子の時間的
な変化を測定する際には、測定開始時の周波数からの変
化分をプロットするようにしたため、基準周波数が変動
した後でも、選択されたセンサ振動子の発振周波数の変
化を正しく測定することができる。また、基準周波数の
最初の設定時における誤差も吸収でき、基準周波数の綿
密な設定が不要となる。
Thirdly, when measuring the time change of the selected sensor oscillator, the change from the frequency at the start of measurement is plotted, so that even if the reference frequency fluctuates, the selection can be made. It is possible to correctly measure the change in the oscillation frequency of the sensor vibrator. Further, it is possible to absorb an error when the reference frequency is initially set, and it is not necessary to carefully set the reference frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る化学センシング装置の第1実施例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a chemical sensing device according to the present invention.

【図2】上記第1実施例におけるサンプリング回路の動
作を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the sampling circuit in the first embodiment.

【図3】本発明の第2実施例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】測定すべき周波数とクロックの周波数との関係
を分解能をパラメータとして示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency to be measured and the frequency of the clock with the resolution as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ振動子 2,2’ 基準振動子 3 発振回路 4 セレクタ 5 サンプリング回路 6 分周回路 7 カウンタ 8 演算装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 sensor oscillator 2, 2'reference oscillator 3 oscillator circuit 4 selector 5 sampling circuit 6 frequency divider circuit 7 counter 8 arithmetic unit

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 センサとして使用するセンサ振動子の表
面に特殊高分子膜を形成し、ガス吸着時の該センサ振動
子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定を行なう
化学センシング装置において、 それぞれ異なる共振周波数(fi :i=1〜n、nは2
以上の自然数)を有する複数(n個)の前記センサ振動
子と、 基準周波数(fr )を発生させる1個の基準振動子と、 上記センサ振動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる
発振回路と、 前記複数のセンサ振動子の発振周波数(fi )を選択す
るセレクタと、 該セレクタにより選択された1個のセンサ振動子の発振
周波数と前記基準周波数との差周波数の絶対値を出力さ
せるサンプリング回路と、 前記差周波数を所要の分周比(N:自然数)で分周する
分周回路と、 該分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の周期を
クロックとしてカウントするカウンタと、 該カウンタでカウントされた周期(C)を基に前記選択
されたセンサ振動子の発振周波数を数式(1) fi =(1+N/C)fr (fi >fr ) =(1−N/C)fr (fi <fr ) (1) により求める演算装置とを有することを特徴とする化学
センシング装置。
1. A chemical sensing device in which a special polymer film is formed on the surface of a sensor oscillator used as a sensor, and the adsorbed gas is identified by a change in the resonance frequency of the sensor oscillator during gas adsorption. different resonance frequencies (f i: i = 1~n, n is 2
A plurality of (n) sensor oscillators having the above natural numbers; one reference oscillator that generates a reference frequency ( fr ); and an oscillation circuit that oscillates the sensor oscillator and the reference oscillator, respectively. A selector for selecting the oscillation frequencies (f i ) of the plurality of sensor oscillators, and sampling for outputting the absolute value of the difference frequency between the oscillation frequency of one sensor oscillator selected by the selector and the reference frequency A circuit, a frequency dividing circuit for frequency-dividing the difference frequency by a required frequency division ratio (N: natural number), a counter for counting the frequency of the frequency-divided output of the frequency-dividing circuit using the frequency of the reference frequency as a clock, Based on the cycle (C) counted by the counter, the oscillation frequency of the selected sensor oscillator is expressed by the formula (1) f i = (1 + N / C) f r (f i > f r ) = (1-N / C) fr (f i < fr ) (1) The chemical sensing device characterized by having the calculating device calculated | required by (1).
【請求項2】 センサとして使用するセンサ振動子の表
面に特殊高分子膜を形成し、ガス吸着時の該センサ振動
子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定を行なう
化学センシング装置において、 それぞれ異なる共振周波数(fi :i=1〜n、nは2
以上の自然数)を有する複数(n個)の前記センサ振動
子と、 該複数のセンサ振動子の共振周波数のそれぞれに対応し
た基準周波数(fri:i=1〜n、nは2以上の自然
数)を発生させる複数(n個)の基準振動子と、上記セ
ンサ振動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回
路と、 対応した前記センサ振動子と基準振動子同士の発振周波
数と基準周波数との差周波数の絶対値を出力させる複数
(n個)のサンプリング回路と、 該複数のサンプリング回路の差周波数出力を選択するセ
レクタと、 該セレクタにより選択された差周波数を所要の分周比
(N:自然数)で分周する分周回路と、 該分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の何れか
一つの周波数frx(xは1〜nの任意の一つ)の周期を
クロックとしてカウントするカウンタと、 該カウンタでカウントされた周期(C)を基に前記選択
されたセンサ振動子の発振周波数を数式(2) fi =fri+(N/C)frx (fi >fri) =fri−(N/C)frx (fi <fri) (2) により求める演算装置とを有することを特徴とする化学
センシング装置。
2. A chemical sensing device in which a special polymer film is formed on the surface of a sensor oscillator used as a sensor, and the adsorbed gas is identified by a change in resonance frequency of the sensor oscillator during gas adsorption. different resonance frequencies (f i: i = 1~n, n is 2
A plurality (n) of the sensor oscillators having the above natural numbers and reference frequencies (f ri : i = 1 to n, n is a natural number of 2 or more) corresponding to the resonance frequencies of the plurality of sensor oscillators. A plurality of (n) reference oscillators, an oscillation circuit that oscillates the sensor oscillator and the reference oscillator, and an oscillation frequency and a reference frequency between the corresponding sensor oscillator and the reference oscillator. A plurality of (n) sampling circuits that output the absolute value of the difference frequency, a selector that selects the difference frequency output of the plurality of sampling circuits, and a difference ratio (N: A frequency divider circuit that divides the frequency by a natural number), and the frequency of the frequency division output of the frequency divider circuit is the clock of the frequency f rx (x is any one of 1 to n) of any one of the reference frequencies. Counting power Counter and the oscillation frequency of the selected sensor oscillator based on the cycle (C) counted by the counter, expressed by the formula (2): f i = f ri + (N / C) f rx (f i > f ri) ) = f ri - (N / C) f rx (f i <f ri) ( chemical sensing apparatus characterized by comprising a computing device for determining by 2).
【請求項3】 選択された前記センサ振動子の発振周波
数をある一定時間だけ測定する際に、前記演算装置は、
測定開始時点の前記差周波数値を初期値として記憶し、
以後測定した差周波数値から前記初期値を引いた値を求
め、それを順次プロットすることにより、当該選択され
たセンサ振動子の発振周波数の時間的な変化を求めるよ
うに構成してなることを特徴とする請求項1又は2記載
の化学センシング装置。
3. When the oscillation frequency of the selected sensor oscillator is measured for a certain period of time, the arithmetic unit is
The difference frequency value at the start of measurement is stored as an initial value,
A value obtained by subtracting the initial value from the difference frequency value measured thereafter is obtained, and the values are sequentially plotted to obtain a temporal change in the oscillation frequency of the selected sensor oscillator. The chemical sensing device according to claim 1 or 2, which is characterized.
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