JP4960171B2

JP4960171B2 - 感知装置

Info

Publication number: JP4960171B2
Application number: JP2007207122A
Authority: JP
Inventors: 昇一土屋; 啓行茎田; 直樹大西
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: JP2009042063A

Description

本発明は、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を複数チャンネル備え、これらチャンネルを順次切り替えて時分割により、周波数信号を測定部に取り込み、各チャンネルに係る感知対象物を感知するための感知装置に関する。

バイオテクノロジーの分野、食品分野及び環境保全の分野などにおいては、微量な物質の有無あるいは濃度の正確な検出を行わなければならない場合が多く、その手法として水晶振動子を用いた感知装置を利用したＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）測定法が知られている（特許文献１）。この測定法は水晶振動子の表面に前記ダイオキシンなどの感知対象物質を付着させると、その水晶振動子の固有振動数がその付着量に応じて変化する性質を利用したものであり、１０^−１２ｇ／ｍｌオーダの高い分析精度を持つ。従ってこの測定法は高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計を用いる公定法（ＪＩＳ）やＥＬＩＳＡ法（酵素固定化免疫測定法）に比べてコスト、分析に要する時間の短さ及び分析精度の点で格段に有利である。

そして最近では、ある特定の分子しか化学結合しない抗体の開発も盛んに行われており、予め水晶振動子の表面（詳しくは電極の表面）に、検体に対して抗体抗原反応を起こす抗体を吸着層として形成することで各種分野の分析、解析を行うことが可能になってきている。

ところで水晶振動子を用いて溶液中の汚染物質や血液中の抗原を測定する手法においては、センサ部分を繰り返し使おうとすると洗浄が必要であるし、また抗体抗原反応に長い時間がかかる場合があり、更にまた多数の検体を測定することで分布データを取得して統計的な評価も行うことがあるため、効率的な手法が望まれている。こうしたことから多数の水晶センサを使って同時に測定することが検討されている。多数の水晶センサを用いる技術は、特許文献１などに記載されている。

図１７は８つの水晶振動子１１ａ〜１１ｈが接続された８チャンネル構成の感知装置１を示している。図中１２ａ〜１２ｈは水晶振動子１１ａ〜１１ｈの発振回路であり、各発振回路１２ａ〜１２ｈの後段には図に示すようにスイッチ部１３ａ〜１３ｏを備えた信号切り替え部１４が設けられている。信号切り替え部１４の後段には周波数を計測する周波数計測部を含んだ測定本体部１５が設けられている。

スイッチ部１３ａ〜１３ｏは図示しない切り替え制御部により切り替え制御される。具体的には水晶振動子１１ａ〜１１ｈの各々を測定本体部１５に順次一個ずつ繰り返し接続するように、即ち８つのチャンネルが例えば順番に１個ずつ接続された状態となるように各スイッチ部１３ａ〜１３ｏに制御信号を出力し、８つの水晶振動子１１ａ〜１１ｈからの周波数信号（８つの発振回路１２からの周波数）が時分割して測定本体部１５に出力されるようになっている。そして特許文献１においては、測定本体部１５は概略的な言い方をすれば各周波数信号の位相に基づいて、８つの水晶振動子１１ａ〜１１ｈの周波数を並行して算出し、算出された周波数に基づいて感知対象物質の定量及び存在の有無の判定が行われる。

ところで後述の評価試験で示すように所定の発振回路１２から次の発振回路１２に測定本体部１５への出力を切り替えた直後は、測定される周波数が一時的に上昇する周波数ジャンプと呼ばれる現象が生じる。この理由について後述の実験例などから次のように推測している。スイッチ部において発振回路が測定部に接続される側の接点をオン接点、発振回路が測定部から切り離される側の接点をオフ接点とすると、発振回路がオフ接点に切り替わっているときには発振回路からの出力を全反射した反射波つまり１８０°位相がずれた反射波が発生する。このためオン接点からオフ接点に切り替わった直後は、反射波の影響により波形のつながりに乱れが生じると考えられる。このため波形が乱れたままオフ接点からオン接点に切り替わると、測定部に向かう発振出力の周波数信号の波形に乱れが生じる。またオフ接点からオン接点に切り替わった後にも、図１８に示すように反射波によって波形のつながりに乱れが生じ、このようにオン接点からオフ接点への切り替わり時とその逆の切り替わり時とにおける波形の乱れが重畳されて、結果として測定部に入力された周波数信号の波形が乱れて周波数ジャンプが起こっているものと推測される。このため水晶振動子に吸着したときにおける感度が劣化し、周波数計測精度が劣化する。

そこで従来は、チャンネル切り替え後から周波数が安定するまで、周波数を測定しないガードタイムと呼ばれる信号の安定化時間を確保し、そのガードタイム経過後に周波数の計測を開始している。

しかしガードタイムを長く設定すると、各チャンネルに割り当てられた時分割処理の１スロット分の時間が長くなり、周波数のサンプリングの間隔が長くなる。そうなるとコンピュータのサンプリング値の更新に長い時間がかかってしまう。そのため、測定時間を長くすれば測定精度は低下しないが、同じ測定時間計測すれば、周波数の分解能が低下して、結局測定精度も低下する。

特許文献１では、同様な構成の感知装置においてオフ接点に終端負荷を接続しているが、これは発振回路の発振周波数を少しずらし、測定中の発振回路と切り離された発振回路との間で周波数スペクトラムの重なりを防止しようとするものであり、位相を補正するものではない。従って上述の問題を解決することはできない。
特開２００６−１８４２６０号公報：図４

本発明は、上述のような事情によりなされたものであり、感知対象物を吸着することで固有振動数が変わる圧電振動子を夫々備えた複数チャンネルの周波数信号を時分割制御で測定部に取り込むにあたって、チャンネルの切り替わり時の周波数ジャンプを抑えて、精度高く感知対象物の感知を行うことができる感知装置を提供することである。

本発明の感知装置は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を用い、この圧電振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数の圧電振動子と、
前記複数の圧電振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するために各発振回路毎に設けられ、発振回路の出力端を測定部に接続するための第１接点と、この第１接点との間で当該発振回路の出力端が切り替えられて測定部から切り離される第２接点と、を備えた切り替え部と、
前記複数の発振回路からの周波数信号を時分割制御により順次前記測定部に取り込ませるように前記切り替え部に対して切り替え信号を出力する制御部と、
前記第２接点に接続され、前記切り替え部の切り替え時に発振回路からの周波数信号の波形の乱れを抑えるために、前記発振回路からの周波数信号の位相をずらす位相補正回路部と、を備えたことを特徴とする。

前記位相補正回路部は、例えば前記周波数信号の位相のずれが絶対値で１７°から４１°の範囲となるように構成されていてもよく、前記測定部は、切り替え信号が出力されてから、１ミリ秒以上経過した後の周波数測定値を有効とするように構成されていてもよい。

本発明によれば、圧電振動子及び発振回路を含む複数のチャンネルの切り替え接点について、発振回路が測定部から切り離される側の接点に、発振回路の周波数信号の位相をずらす位相補正回路部を設けているため、後述の実験結果からも分かるように発振回路を測定部に接続したときの波形の乱れが抑えられ、このため周波数ジャンプが低減する。このためチャンネルの切り替わり後に確保される信号安定化時間であるガードタイムが短くても波形の乱れが抑えられるので、結局感知対象物の測定を高精度に行うことができる。

以下に本発明に係る感知装置の実施の形態について説明する。先ず感知装置の全体構造について簡単に説明しておく。この感知装置２Ａは図１に示すように、複数例えば８個の水晶センサ２と、これら水晶センサ２が着脱自在に装着される発振回路ユニット３と、発振回路ユニット３に接続される測定器本体４とを備えている。発振回路ユニット３は、後述する発振回路Ｅ（Ｅ１〜Ｅ８）、信号切り替え部３２及び切り替え制御部３３を備え、測定器本体４は後述する測定本体部４０を備えている。

水晶センサ２は、図１及び図２に示すように配線基板例えばプリント基板２１を備えており、このプリント基板２１は、その表面側に凹部２３が設けられたゴムシート２２が重ねられ、ゴムシート２２の下面側の突出部位が、プリント基板２１の開口部２３ａに嵌合している。そして前記凹部２３を塞ぐように圧電振動子である水晶振動子２４が設けられており、水晶振動子２４の下面側は気密空間に面し、水晶振動子２４の上面側の空間には注入口２５ａから注入された試料溶液が満たされるようになっている。図中２５ｂは前記空間における試料溶液の有無を確認するための確認口である。水晶振動子２４は、円形の水晶片の両面に夫々不図示の電極が設けられ、これら電極は導電性接着剤２６を介して基板２１に設けられている一対の導電路であるプリント配線２７ａ，２７ｂに夫々電気的に接続されている。また上面側の電極には試料液の測定対象物質に応じて、その物質を吸着するための吸着層が設けられる。

図３は、感知装置のブロック図である。このブロック図において発振回路ユニット３に装着される８個の水晶センサ２は便宜上Ｆ１〜Ｆ８の番号を付して示している。水晶センサＦ（Ｆ１〜Ｆ８）は、試料液中の感知対象物を水晶振動子２４の上面側の電極表面に吸着させることによって、その固有周波数の変化を検知する感知センサとして用いられる。

発振回路ユニット３は、水晶センサＦ１〜Ｆ８を夫々発振させるため８チャンネルの発振回路Ｅ１〜Ｅ８を備えており、図１に示す発振回路ユニット３の差込口に水晶センサＦ１〜Ｆ８が差し込まれることにより、差込口に設けられた端子部（不図示）と水晶センサＦ１〜Ｆ８のプリント配線２７ａ，２７ｂが夫々電気的に接続され、水晶センサＦ１〜Ｆ８が各発振回路３１と電気的に接続されて、各水晶振動子２が発振する。そして各水晶センサＦ１〜Ｆ８の電気信号（周波数信号）が、発振回路Ｅ１〜Ｅ８の後段の信号切り替え部３２へと出力される。

信号切り替え部３２はスイッチＳＷ１〜ＳＷ１５を備え、各発振回路Ｅ１〜Ｅ８の後段には夫々スイッチＳＷ１〜ＳＷ８が設けられているが、図示の便宜上信号切り替え部３２の構造は簡略化して示しており、発振回路Ｅ３〜Ｅ８の後段の枠Ｄ２〜Ｄ３内は、発振回路Ｅ１及びＥ２の後段の点線の枠Ｄ１内と同様にスイッチＳＷ及び後述する位相補正終端回路Ｇが接続されることにより構成されている。ＳＷ１及びＳＷ２の後段にＳＷ９が接続されているように、ＳＷ３及びＳＷ４の後段にはＳＷ１０、ＳＷ５及びＳＷ６の後段にはＳＷ１１、ＳＷ７及びＳＷ８の後段にはＳＷ１２が夫々接続されている。そしてＳＷ９及びＳＷ１０の後段にはＳＷ１３が、ＳＷ１１及びＳＷ１２の後段にはＳＷ１４が夫々接続され、図に示すようにＳＷ１４及びＳＷ１４の後段にはＳＷ１５が接続されている。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ８の各接点Ａは、後段のスイッチＳＷ９〜１２、スイッチＳＷ１３、スイッチＳＷ１５が夫々切り替わることにより測定本体部４０に接続される、オン接点となっている。またスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオフ接点である各接点Ｂの後段には位相補正終端回路Ｇ（Ｇ１〜Ｇ８）が接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５は後述する切り替え制御部３３からの切り替え信号（制御信号）を受けて切り替わる。

位相補正回路部である位相補正終端回路Ｇ１〜Ｇ８は、各々例えばコンデンサ、抵抗及びインダクタなどを含んでいる。作用で説明するように各スイッチＳＷが切り替わり、各発振回路Ｅが、その発振回路Ｅに対応する位相補正終端回路Ｇから測定本体部４０に接続される。そして測定本体部４０に接続されたときに測定本体部４０に出力される周波数信号の波形の乱れが抑えられるように、各発振回路Ｅから位相補正終端回路Ｇに出力される周波数信号の位相が、測定本体部４０に出力される周波数信号の位相に対して例えば４０°進むように（＋４０°ずれるように）各位相補正終端回路Ｇが構成されている。

信号切り替え部３２のスイッチＳＷ１５の後段の測定本体部４０は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４１、周波数測定部４２、周波数演算部４３及び図示しない表示部により構成されている。Ａ／Ｄコンバータ４１は各発振回路Ｅから順に出力される周波数信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄコンバータ４１の後段には周波数測定部４２が設けられている。周波数測定部４２はＦＰＧＡにより構成されており、Ａ／Ｄコンバータ４１からのディジタル信号を処理し、例えば２００６−１８４２６０号公報に記載されている手法により発振回路Ｅの周波数を計測する。なおこの周波数の計測手法については公知の種々の手法を採用することができる。また周波数測定部４２は、切り替え制御部３３に接続されており、当該切り替え制御部３３に制御信号を送る。

切り替え制御部３３は周波数測定部４２からの制御信号に基づいて、発振回路Ｅ１〜Ｅ８が測定本体部４０に順次一個ずつ接続される、つまり検出端側の８つのチャンネルが順番に一個ずつ接続された状態となると共に測定本体部４０に接続されているチャンネルの発振回路以外の発振回路Ｅについては対応する位相補正終端回路Ｇに接続されるように、各スイッチＳＷに切り替え信号（制御信号）を出力する機能を有しており、この切り替え信号によって各スイッチＳＷは、例えば後段側から順に、つまりＳＷ１５、ＳＷ１３及び１４、ＳＷ９〜ＳＷ１２、ＳＷ１〜８の順に切り替わるようになっている。

測定本体部４０に接続される各チャンネルの切り替えは例えば１２．５ｎｓｅｃで行われ、周波数測定部４２は８つの水晶センサＦ１〜Ｆ８からの周波数信号（８つの発振回路Ｅ１〜Ｅ８からの周波数）を時分割して取り込み、これにより周波数測定部４２にて、８つの水晶センサＦ１〜Ｆ８の周波数を並行して求めることができるようになっている。チャンネルの切り替え時間である１２．５ｎｓｅｃは例えば発振回路Ｅの周波数の４１°〜４２°分のずれに対応しており、またこのチャンネルの切り替え時間は、後述のガードタイムよりもはるかに短く、実質ゼロとなるように設定されている。

周波数測定部４２の後段には例えばＣＰＵを含んだ周波数演算部４３が設けられており、周波数演算部４３は各チャンネルの周波数を演算して求める。演算された周波数は表示部に表示される。

次に上述の感知装置２Ａの作用について説明する。先ず発振回路ユニット３と測定器本体４とを接続し、水晶センサＦ１〜Ｆ８を発振回路ユニット３に差込み、水晶振動子２４を例えば空の状態で発振させる。

その後、例えば測定本体器４に設けられた測定を開始するためのボタン（不図示）をユーザが押すと、周波数測定部４２から切り替え制御部３３に制御信号が出力され、順次発振回路Ｅ１〜Ｅ８がスイッチＳＷ１〜ＳＷ１５の切り替わりにより測定本体部４０に接続される。測定本体部４０では各チャンネルごとに周波数の計測が行われる。ある時刻ｔ１でユーザが各水晶センサＦ１〜Ｆ８に測定対象物を含まない例えば純水を注入して、水晶振動子２４の発振周波数が低下し、発振が安定した後、続いてある時刻ｔ２で測定対象物質例えばダイオキシンを含んだ試料溶液を水晶センサＦ１〜Ｆ８に注入する。測定対象物質は水晶振動子２４の励振電極に設けられた吸着層に吸着し、水晶振動子２４の発振周波数が低下する。図４は表示部に表示された周波数のグラフを表示したものであり、ユーザは時刻ｔ１〜ｔ２間での安定した周波数とｔ２の後の安定した周波数との差ｑから、予め求めておいた検量線などを用いて各チャンネルのダイオキシンの濃度を測定する。

今、発振回路Ｅ８の測定が行われているとすると、発振回路Ｅ１の経路におけるスイッチＳＷ１は図５（ａ）に示した状態になっている。発振回路Ｅ８の測定が終了すると、切り替え制御部３３が各スイッチＳＷに切り替え信号を出力し、各スイッチＳＷが図５（ｂ）に示すように切り替わり、発振回路Ｅ８の接続が測定本体部４０から位相補正終端回路Ｇ８に切り替わると共に発振回路Ｅ１の接続が位相補正終端回路Ｇ１から測定本体部４０に切り替わる。

図６に示すように周波数測定部４２から切り替え制御部３３に制御信号が出力されてから予め設定された所定の時間（ガードタイム）である例えば少なくとも１ｍｓｅｃが経過すると、周波数測定部４２が周波数を計測し、詳しくは発振回路Ｅ１からの周波数と基準信号の周波数との差分の周波数を計測し、計測された周波数が時分割データとしてメモリに記憶されると共に表示部に表示される。

発振回路Ｅ１の周波数の計測を開始してから予め設定された時分割処理、即ち各チャンネルに割り当てられたスロットの時間が経過すると切り替え制御部３３からの切り替え信号に基づいて先ずスイッチＳＷ９の接点が切り替えられ、その後スイッチＳＷ１の接点がＡからＢ側に切り替えられ、続いてスイッチＳＷ２の接点がＢからＡ側に切り替えられ、発振回路Ｅ２が周波数測定部４２に接続される。そして発振回路Ｅ２からの出力信号に基づいて発振回路Ｅ２に対応する周波数の計測が行われる。

この実施形態によれば、水晶センサＦ及び発振回路Ｅの後段側のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８について、発振回路Ｅが測定本体部４０から切り離される側の接点に、発振回路Ｅの周波数信号の位相をずらす位相補正終端回路Ｇを設けているため、信号切り替え部３２により発振回路Ｅが各々位相補正終端回路Ｇから周波数測定部４２に接続されたときに、後述の実験結果からも示されるように周波数の波形が乱れることが抑えられる。これは周波数信号の位相がずれることによりその反射波の位相が１８０°からずれ、その影響が少なくなるためであると考えられる。従ってスイッチ切り替え後における安定化時間であるガードタイムを短くしながら、スイッチ切り替え直後の周波数ジャンプを抑えることができる。この結果高精度な周波数測定を行うことができ、試料溶液の測定対象物質の濃度を高精度で測定することができると共に測定時間の短縮化を図ることができる。

図７は他の感知装置の構成を示したものであり、この感知装置５のスイッチＳＷ１の接点Ｂには回路５５ａ、回路５６ａが互いに並列に接続されており、これら回路５５ａ、５６ａにより位相補正終端回路部５７ａが構成されている。また同様にスイッチＳＷ２の接点Ｂには回路５５ｂ、回路５６ｂが互いに並列に接続されており、これら回路５５ｂ、５６ｂは位相補正終端回路部５７ｂを構成している。位相補正終端回路部５７ａ、５７ｂは位相補正終端回路Ｇと同様に測定本体部４０に流れる電流の位相に対して、これら位相補正終端回路部５７ａ，５７ｂに流れる電流の位相をずらす役割を有し、各回路５５ａ，５６ａ，５５ｂ，５６ｂは、夫々例えばコンデンサ、抵抗及びインダクタなどを含んだ回路である。

図８は感知装置５による周波数計測のタイムチャートである。スイッチＳＷ９に出力される制御信号を出力信号選択制御信号、スイッチＳＷ１及びＳＷ２に出力される制御信号を位相補正制御信号として夫々示しており、各制御信号は互いに対応して切り替え制御部３３から出力され、図８中Ｈで示す値の出力信号選択制御信号がスイッチＳＷ９に出力されると、スイッチＳＷ９が発振回路Ｅ１側の接点Ｃに接続され、また図８中Ｈで示す値の位相補正制御信号がスイッチＳＷ１，ＳＷ２に出力されると、スイッチＳＷ１が接点ＡにスイッチＳＷ２が接点Ｂに夫々接続されて、図９（ａ）に示すように発振回路Ｅ１が測定本体部４０に接続される。

また図中Ｌで示す値の出力信号選択制御信号がスイッチＳＷ９に出力されると、スイッチＳＷ９が発振回路Ｅ２側の接点Ｄに接続され、図１０中Ｌで示す値の位相補正制御信号がスイッチＳＷ１，ＳＷ２に出力されると、スイッチＳＷ１が接点ＢにスイッチＳＷ２が接点Ａに夫々接続されて、図９（ｂ）に示すように発振回路Ｅ２が測定本体部４０に接続される。この感知装置５においてもタイムチャートに示すように各スイッチＳＷの切り替え動作は出力側から行われ、各スロットにおいて出力信号選択制御信号の出力後、ガードタイムが経過したら周波数が計測される。このような構成の感知装置５においても発振回路Ｅ１，Ｅ２からの周波数を測定するにあたり、発振回路Ｅを切り替えた直後の周波数ジャンプの発生が抑えられる。

（評価試験１−１）
従来の感知装置１において、各水晶センサ１１に試料液を入れて発振させ、信号切り替え部１４により測定本体部１５に接続される発振回路１２を切り替え、各発振回路１２ａ〜１２ｄから発振される周波数を測定した。発振回路１２ｂ〜１２ｄから出力される周波数は９１６７０００Ｈｚで安定していたが、発振回路１２ａから出力される周波数については、図１０に示すように周波数ジャンプが観察された。なおグラフにおいて発振回路１２ｂ〜１２ｄから検出された周波数は便宜上省略している。

（評価試験１−２）
続いて評価試験１−１と同様に感知装置１を用いて、発振回路１２ａ〜１２ｄから出力される各周波数の計測を行った。ただし周波数計測中は信号切り替え部１４による測定本体部１５への切り替えを行わず、発振回路１２ａ〜１２ｄについて個別に周波数の測定を行った。図１１は、発振回路１２ａから出力された周波数を示したグラフである。このグラフに示されるように周波数ジャンプは測定されなかった。また便宜上表示を省略しているが、発振回路１２ｂ〜１２ｃから出力された周波数も発振回路１２ａから出力された周波数と同じく一定であり、周波数ジャンプは観察されなかった。評価試験１−１及び１−２の結果から各発振回路１２の測定本体部１５への接続の切り替えにより周波数ジャンプが起きていることが分かる。

（評価試験１−３）
図１２（ａ）、（ｂ）は、感知装置１を便宜上簡略して示した図であり、図中Ｈ１が水晶振動子１１ａ〜１１ｄに、Ｈ２が水晶振動子１１ｅ〜１１ｈに、Ｉ１が発振回路１２ａ〜１２ｄに、Ｉ２が１２ｅ〜１２ｈに夫々相当する。つまり４つのチャンネルについて夫々同じように測定を行っている。点Ｊは、発振回路Ｉ１とその後段のスイッチとの間の点、点Ｋはそのスイッチとさらに後段のスイッチとの間の点、点Ｌはスイッチのオフ端である。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように信号切り替え部１４の各スイッチを切り替え、点ＪＫ間の電流の位相と点ＪＬ間の電流の位相とを測定した。位相の測定は、各スイッチが切り替わってから所定の時間が経過した後に行った。

図１３（ａ）は点ＪＫ間の周波数及びその位相を示したグラフであり、図１３（ｂ）は点ＪＬ間の周波数及びその位相を示したグラフである。各グラフの縦軸は位相、横軸は周波数を夫々示しており、各グラフの点Ｐ１、Ｐ２における周波数は夫々７．９０８ＭＨｚ、９．１８２５００ＭＨｚである。点Ｐ１に対応するＪＫ間の周波数の位相は８５．９６３°、ＪＬ間の周波数の位相は８７．６９°であり、点Ｐ２に対応する点ＪＫ間の周波数の位相は７１．２７１°、ＪＬ間の周波数の位相は７２．２１８°であった。同一の周波数でこのように位相は略同じであっても評価試験１−１で示されるように周波数ジャンプが発生していることから、スイッチの切り替え後、所定の時間が経過すると周波数の乱れが収まるが、スイッチの切り替え直後には周波数の乱れが起こっていると考えられる。

（評価試験２）
評価試験１−３と同様に感知装置５について各スイッチＳＷを切り替えて発振回路Ｅ１、Ｅ２の周波数を測定する場合における、図１４で示した点ＭＮ間及び点ＭＯ間の電流の位相を測定した。なお図１４に示すようにここでは点ＬはスイッチＳＷ１と位相補正終端回路部５７ａとの間に設定している。

図１５（ａ）は点ＭＮ間の周波数及びその位相を、図１６（ｂ）は点ＭＯ間の周波数及びその位相を夫々示したグラフであり、各グラフの縦軸、横軸は図１４のグラフと同じように位相、周波数を夫々示している。点Ｐ３、Ｐ４における周波数は夫々７．９０８ＭＨｚ、９．１８ＭＨｚである。点Ｐ３において点ＭＮ間の周波数の位相は８７．００５°、ＭＯ間の周波数の位相は４９．２７５°であり、点Ｐ４において点ＭＮ間の周波数の位相は７１．３８９°、ＭＯ間の周波数の位相は３０．７７３°である。従って位相差は４１°〜４２°であった。このとき評価試験１−２と同様に発振回路Ｅ１、Ｅ２から出力された周波数を測定したが周波数ジャンプは測定されなかった。従ってこのように位相差が設けられると、周波数ジャンプが低減されることが分かる。なお図１６のグラフにはこの評価試験を行ったときの時間と電流強度とを示しており、Ｌ１は点ＭＮ間の電流強度、Ｌ２は点ＭＯ間の電流強度、Ｌ３はスイッチＳＷ９を切り替えるための位相補正制御信号のパルスを夫々示している。上記４１°〜４２°の位相差はこの評価試験では約１２．５ｎｓｅｃの波形のずれに対応しており、また前記位相補正制御信号のパルスの立ち上がり時間が約１２．４ｎｓｅｃであり、このように位相差と前記立ち上がり時間は略一致していた。

（評価試験３−１〜３−４）
感知装置５において位相補正回路部５７ａを調整し、評価試験２で示した点ＭＮ間とＭＯ間との電流の位相のずれを夫々変化させて、ガードタイム経過後の周波数測定時間における周波数のずれ量の平均値を測定した。また試験３−１〜３−４についてガードタイムの長さについては試験３−１＜試験３−２＜試験３−３＜試験３−４の順に長く設定した。

下記の表１はその結果を示しており、この表に示すように位相のずれの大きさによって抑えられる周波数ずれ量の平均は変動し、位相のずれが−１７°〜−４１°及び１６°〜３９°である場合に特にその周波数ずれ量は小さく、評価試験３−４ではその位相のずれの範囲において周波数ずれ量は０．０３Ｈｚ以下に抑えられていることが分かる。この結果から位相のずれは絶対値で１７°から４１°の範囲が好ましいといえる。

本発明の実施の形態に係る感知装置の全体構成図である。前記感知装置を構成する水晶センサの縦断側面図である。前記感知装置の構成を示すブロック図である。前記感知装置の表示部に示される測定時の周波数と時間とのグラフである。前記周波数計測部に接続される発振回路が切り替わる様子を示した作用図である。前記感知装置における測定のタイムチャートである。他の構成の感知装置のブロック図である。前記感知装置における測定のタイムチャートである。前記検知装置の周波数計測部に接続される発振回路が切り替わる様子を示した作用図である。従来の感知装置により測定された周波数を示したグラフである。従来の感知装置においてスイッチの切り替えを行わずに測定された周波数を示したグラフである。従来の感知装置において位相を測定するポイントを示した説明図である。従来の感知装置において測定された位相を示したグラフである。本発明の感知装置において位相を測定するポイントを示した説明図である。前記感知装置において測定された位相を示したグラフである。前記感知装置において位相を測定した各ポイントの電流強度を示したグラフである。従来の感知装置の一例のブロック図である。前記従来の感知装置において発振回路から出力された周波数を示した説明図である。

符号の説明

２Ａ感知装置
２，Ｆ１〜Ｆ８水晶センサ
２４水晶振動子
Ｅ１〜Ｅ８発振回路
３２信号切り替え部
３３切り替え制御部
Ｇ１〜Ｇ８位相補正終端回路
４０測定本体部
４２周波数測定部

Claims

感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電振動子を用い、この圧電振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数の圧電振動子と、
前記複数の圧電振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するために各発振回路毎に設けられ、発振回路の出力端を測定部に接続するための第１接点と、この第１接点との間で当該発振回路の出力端が切り替えられて測定部から切り離される第２接点と、を備えた切り替え部と、
前記複数の発振回路からの周波数信号を時分割制御により順次前記測定部に取り込ませるように前記切り替え部に対して切り替え信号を出力する制御部と、
前記第２接点に接続され、前記切り替え部の切り替え時に発振回路からの周波数信号の波形の乱れを抑えるために、前記発振回路からの周波数信号の位相をずらす位相補正回路部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
前記位相補正回路部は、前記周波数信号の位相のずれが絶対値で１７°から４１°の範囲となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の感知装置。
前記測定部は、切り替え信号が出力されてから、１ミリ秒以上経過した後の周波数測定値を有効とするように構成されている請求項１または２記載の感知装置。