JP5015796B2 - 電磁圧電式音響センサ - Google Patents
電磁圧電式音響センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5015796B2 JP5015796B2 JP2007546169A JP2007546169A JP5015796B2 JP 5015796 B2 JP5015796 B2 JP 5015796B2 JP 2007546169 A JP2007546169 A JP 2007546169A JP 2007546169 A JP2007546169 A JP 2007546169A JP 5015796 B2 JP5015796 B2 JP 5015796B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- detection device
- sensor
- electromagnetic field
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/12—Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
- G01N2291/014—Resonance or resonant frequency
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/024—Mixtures
- G01N2291/02416—Solids in liquids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0421—Longitudinal waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/10—Number of transducers
- G01N2291/101—Number of transducers one transducer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
を具備し、前記検知材は前記検出器と無線通信し、前記検知材は、該検知材が曝された環境変化に応じた音響特性を示し、前記検知材は、一つ以上の粒子及び/又は断片からなることを特徴とする遠隔検知装置を提供する。
以下、図面を参照して、本発明を一例として詳細に説明する。
(1)MHz〜GHzの範囲で複数の周波数で作動するので、特定の分子種と会合可能な音響スペクトルとしての「フィンガープリント」が得られること、
(2)遠隔計測機能及び検知機能を元来備えたミリメートル未満のサイズの水晶素子(微結晶)を使用しているので、送信機、受信機、他のセンサ、又はアンテナが不要であること、
(3)ミリメートル未満のサイズの微結晶及び遠隔交信であるため、サンプルの極微の摂動が計測可能であること、
(4)機能的アレイを作製するために、微結晶からプラスティック又は同様のコンポジットを作る機会があること、
(5)単純なフォーマットであるため、埋没サンプル、即ち皮下サンプルの生化学的測定に良好に適合すること、が挙げられる。
(式1)
(式2)
(式3)
(式4)
(式5)
(式6)
(式7)
(式8)
また、下記Kanazawaの平方根関係にも書きなおせる。
(式9)
式中、
はフィルム質量と共振器質量の比であり、
はin-phase流動体質量と共振器質量の比である。
〔ディスク〕
直径12mm、厚さ0.25mmの圧電AT水晶ブランクを作製し、光学研磨した。素子をクロロホルム、次いでアセトン、最後にイソプロパノールで洗浄した。
〔断片〕
同じ圧電水晶を試験用に40〜50個のピースに破壊した、全ての断片の共振周波数及び振幅は互いに異なっていた。
〔ビーズ〕
化学コーティングを施したビーズ又は断片によれば、バイオテクノロジー分野で使用されるチューブ、チャンバー、微流体、及びアレイ中の化学環境に無線でアクセスするための理想的な機会が得られる。これらは「タグ」が付けられることが多く、その結果多くのセンサが単一のコイルでスキャン可能である。
〔トロイドZ測定〕
測定用に選択した装置はヒューレット・パッカード社製の最大1.8GHzで動作するインピーダンス分析装置を使用した。この装置では測定ヘッドにサンプルが位置決めされるため、ケーブルによるインピーダンスへの影響は最小限である。トロイドの複雑なインピーダンスを1〜50MHzで測定して、アンテナのインピーダンスがどのように音響応答に影響したか確認した。走査速度を1回/minとして、S/N比を最大にした。音響振幅をマーカー・ポジショニング及び波形測定ツールで中心に合わせた。等価回路分析によって、容量と平行して、推定のインダクタンス及び抵抗に対するインダクタンス値、容量値、及び抵抗値を得た。
信号の回収は通常、周波数変調信号発生器、AM検出器、及び固定型増幅器を用いて行われる。回収した信号は、音響共振エンベロープの微分変換(differentiated conversion)となる。共振周波数は、エンベロープの零交差又は検出された零相から求める一方、振幅測定は共振曲線の最下点から最頂点で行う。振幅又は周波数の変化は、100以上の高調波周波数で行う。零場NMRは数年に亘って最適化されているため、これは、使用する検出システムのS/N性能を決める有用な参照ポイントである。当業者は、平らな螺旋コイルに近接配置した微結晶とは対照的に螺旋コイル内に挿入した微結晶がより効果的であるかどうか判るであろう。
環状コイルはドーナツ型の磁性材料から形成されており、エナメル加工した銅ワイヤが該磁性材料の内部及び周辺を合計で2〜200回巻回している。この構成とすれば、同調回路への組み込みに使用可能であるが、該トロイドは同調回路ではなく、トロイド自身の中心から数ミリメートル貫通する電場を作るために使用することが望まれる。或いは、該トロイドは、その中心領域内に配置した全ての圧電断片が高効率で検出できるように、チューブ又はテストチューブに巻装した筐体とすることが可能であり、電極式の検出法と比較して性能は大幅に改善される。環状コイルの重要な問題としては、曲がり易く、ベースとなる適切な磁性材料が選びやすいことである。しかしながら、当業者は公知のものから容易に選択して、要求される性能を達成したり、環状アンテナの性能を損なう寄生インダクタンス又は寄生容量を防ぐことが可能である。
〔ディスクと断片の音響測定〕
磁界を回転させる環状コイルは、コアの中心から、実質的に他のアンテナより優れた非接触リフトオフ性を有する第二の電場を発生する。該トロイドでは、螺旋コイル又は電極よりも良好なリフトオフ性が得られるため、そのインピーダンスを好適に変更する場合、全体的に最良の選択肢であると思われる。
ディスク全体を、水で満たしたビーカー内に投入した作用は、大型のディスクであっても、外部からの全ての共振を減衰することである(図4)。共振は純共振であり且つ強く、両面を水に曝した。一方の面から他方の面でショートすることがあるが、共振に負荷となり減衰することはないと思われる。実際、誘電体としての水が存在することで全体の応答が増幅する傾向がある。小さい断片の応答は小さかった(図5)。しかし、厚さのバラツキは小さいため、共振はシャープであった。
Claims (19)
- 遠隔検知装置であって、
(a)電磁場検出器と、
(b)電磁場発生器と、該発生器及び前記検出器と無線通信する検知材とを有する音響共振器とを具備し、
前記検知材が曝された環境変化に応じた音響特性を示し、前記検知材は、一つ以上の粒子及び/又は断片(fragment)からなり、前記電磁場発生器及び検出器が、電磁場を発生及び検出するための素子をそれぞれ具備してなり、該素子が共通構造を有することを特徴とする遠隔検知装置。 - 前記発生器が、電磁場が前記検知材に配向するように配設される請求項1に記載の検知装置。
- 前記電磁場発生器が、電磁場を調整可能である請求項1〜2のいずれかに記載の検知装置。
- 前記電磁場発生器が電極、螺旋コイル、環状コイル、埋め込みパッチアンテナ、又は他の好適なアンテナ素子からなるアンテナ素子を具備する請求項1〜3のいずれかに記載の検知装置。
- 信号発生器と、前記電磁場発生器及び検出器と接続された固定型増幅器とを具備する請求項1〜4のいずれかに記載の検知装置。
- 前記信号発生器から発生した信号から、検出信号を差分する差動ダイオード復調回路(differential diode demodulation circuit)を具備する請求項5に記載の検知装置。
- 前記検知材が分極した電気双極子又は磁気双極子を有する請求項1〜6のいずれかに記載の検知装置。
- 前記検知材が圧電材料を含む請求項1〜7のいずれかに記載の検知装置。
- 前記圧電材料が、水晶、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、タンタル酸リチウム、及びPVDFのいずれかを含む請求項8に記載の検知装置。
- 前記検知材が、単一材料の単一断片である請求項1〜9のいずれかに記載の検知装置。
- 前記検知材が一つ以上の層の形態である請求項1〜10のいずれかに記載の検知装置。
- 前記断片及び/又は粒子の平均直径が0.1〜1,000μmである請求項10又は11に記載の検知装置。
- 前記粒子が実質的に球形、実質的に楕円形、実質的に円筒形、実質的に長方形、或いは、単一の軸に沿って伸びている請求項1〜12のいずれかに記載の検知装置。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の検知装置を使用して該検知装置における検知材が曝された環境変化を検知する工程を含むことを特徴とする検知方法。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の検知装置を、センサーアレイ、微流体システムセンサ、反応センサ、RFIDスマートタグ、生物センサ、皮下センサ、温度センサ、粘度センサ、腐敗度センサ、及びエンジンセンサ内で使用する工程を含むことを特徴とする検知方法。
- 環境が水相、蒸気相、又はガス相である請求項14又は15に記載の検知方法。
- 一種以上の、細胞、ペプチド、オリゴペプチド、タンパク質、ハプテン、抗原、抗体、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、及び/又は薬剤若しくは医薬品の検出を目的とした、請求項14〜16のいずれかに記載の検知方法。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の検知装置を使用して、周辺環境の変化に基づいて磁気音響共振センサシステムを制御する方法。
- 電磁場発生器のインピーダンスのずれを測定する請求項18に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB0427271.2A GB0427271D0 (en) | 2004-12-13 | 2004-12-13 | Sensing apparatus |
GB0427271.2 | 2004-12-13 | ||
PCT/GB2005/004797 WO2006064211A1 (en) | 2004-12-13 | 2005-12-13 | Electromagnetic piezoelectric acoustic sensor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008523406A JP2008523406A (ja) | 2008-07-03 |
JP2008523406A5 JP2008523406A5 (ja) | 2009-02-12 |
JP5015796B2 true JP5015796B2 (ja) | 2012-08-29 |
Family
ID=34073634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007546169A Expired - Fee Related JP5015796B2 (ja) | 2004-12-13 | 2005-12-13 | 電磁圧電式音響センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100164488A1 (ja) |
EP (1) | EP1842051A1 (ja) |
JP (1) | JP5015796B2 (ja) |
GB (1) | GB0427271D0 (ja) |
WO (1) | WO2006064211A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008102119A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-05-01 | Univ Of Maine System | モノリシック・アンテナ励起音響変換装置 |
KR100971157B1 (ko) * | 2008-07-29 | 2010-07-20 | 경북대학교 산학협력단 | 나노섬유막을 포함하는 포도당 감지 조성물 및 이를 이용한무효소 포도당 바이오 센서 제조방법 |
WO2011156037A2 (en) | 2010-03-16 | 2011-12-15 | The Penn State Research Foundation | Methods and apparatus for ultra-sensitive temperature detection using resonant devices |
US8378286B2 (en) | 2010-07-16 | 2013-02-19 | Ut-Battelle, Llc | Acoustic enhancement for photo detecting devices |
US10036683B2 (en) * | 2015-06-22 | 2018-07-31 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Acousto-microwave system for determining mass or leak of gas in a vessel and process for same |
US11284742B2 (en) * | 2015-09-01 | 2022-03-29 | Illinois Tool Works, Inc. | Multi-functional RF capacitive heating food preparation device |
DE102021105226A1 (de) | 2020-03-10 | 2021-09-16 | Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg | Ventilator und Ventilatorflügel |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE631020A (ja) * | 1961-05-15 | |||
GB9410426D0 (en) * | 1994-05-25 | 1994-07-13 | Stevenson Adrian C | Acoustic monitor assembly |
US5852229A (en) * | 1996-05-29 | 1998-12-22 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Piezoelectric resonator chemical sensing device |
US6196059B1 (en) * | 1997-08-11 | 2001-03-06 | Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Piezoelectric resonator, process for the fabrication thereof including its use as a sensor element for the determination of the concentration of a substance contained in a liquid and/or for the determination of the physical properties of the liquid |
DE10123040A1 (de) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Bosch Gmbh Robert | Sensor zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit |
EP1423990A2 (en) * | 2001-08-28 | 2004-06-02 | Michael Thompson | Electromagnetic piezoelectric acoustic sensor |
US20050098843A1 (en) * | 2002-12-01 | 2005-05-12 | Igor Touzov | Addressable active materials and technology applications |
GB0312818D0 (en) * | 2003-06-04 | 2003-07-09 | Univ Cambridge Tech | Acoustic sensor |
US6955787B1 (en) * | 2003-10-11 | 2005-10-18 | William Paynter Hanson | Integrated biological and chemical sensors |
-
2004
- 2004-12-13 GB GBGB0427271.2A patent/GB0427271D0/en not_active Ceased
-
2005
- 2005-12-13 US US11/721,643 patent/US20100164488A1/en not_active Abandoned
- 2005-12-13 EP EP05818618A patent/EP1842051A1/en not_active Withdrawn
- 2005-12-13 WO PCT/GB2005/004797 patent/WO2006064211A1/en active Application Filing
- 2005-12-13 JP JP2007546169A patent/JP5015796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008523406A (ja) | 2008-07-03 |
EP1842051A1 (en) | 2007-10-10 |
WO2006064211A1 (en) | 2006-06-22 |
US20100164488A1 (en) | 2010-07-01 |
GB0427271D0 (en) | 2005-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5015796B2 (ja) | 電磁圧電式音響センサ | |
Benes et al. | Comparison between BAW and SAW sensor principles | |
US7770456B2 (en) | Electromagnetic piezoelectric acoustic sensor | |
Weber et al. | Shear mode FBARs as highly sensitive liquid biosensors | |
US7207222B2 (en) | Electromagnetic piezoelectric acoustic sensor | |
CN109374729B (zh) | 一种声学微质量传感器及检测方法 | |
Gabl et al. | First results on label-free detection of DNA and protein molecules using a novel integrated sensor technology based on gravimetric detection principles | |
Hallil et al. | Passive resonant sensors: trends and future prospects | |
US20160282312A1 (en) | Method for Modifying the Surfaces of Resonant Sensors | |
Ogi et al. | Isolated electrodeless high-frequency quartz crystal microbalance for immunosensors | |
Ogi et al. | Multichannel wireless-electrodeless quartz-crystal microbalance immunosensor | |
US20100297687A1 (en) | Detection and measurement of mass change using an electromechanical resonator | |
Kato et al. | Resonance acoustic microbalance with naked-embedded quartz (RAMNE-Q) biosensor fabricated by microelectromechanical-system process | |
Stevenson et al. | Magnetic–acoustic–resonator sensors (MARS): a new sensing methodology | |
Su et al. | Development of novel piezoelectric biosensor using pzt ceramic resonator for detection of cancer markers | |
Ballantyne et al. | Superior analytical sensitivity of electromagnetic excitation compared to contact electrode instigation of transverse acoustic waves | |
JP2008523406A5 (ja) | ||
Mahmud et al. | Gravimetric biosensor based on a capacitive micromachined ultrasonic transducer functionalized with peptide ligands | |
US20140197850A1 (en) | Piezoelectric Sensor for the Detection and Characterization of at Least One Biochemical Element | |
Liu et al. | Analytical study on effect of piezoelectric patterns on frequency shift and support loss in ring-shaped resonators for biomedical applications | |
US6791326B2 (en) | NMR detector for supported monolayer and multilayer films | |
Stevenson et al. | Planar coil excitation of multifrequency shear wave transducers | |
Ogi et al. | Replacement-free electrodeless quartz crystal microbalance biosensor using nonspecific-adsorption of streptavidin on quartz | |
Sindi et al. | A strategy for chemical sensing based on frequency tunable acoustic devices | |
Nastro et al. | Piezoelectric MEMS for sensors, actuators and energy harvesting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081212 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081212 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110310 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110315 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20110615 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20110622 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20110715 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20110725 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110815 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120508 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120607 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |