JP5532500B2 - 圧電共振器を使用した流体媒質中でのナノ重量測定のための方法及びデバイス - Google Patents
圧電共振器を使用した流体媒質中でのナノ重量測定のための方法及びデバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP5532500B2 JP5532500B2 JP2012516806A JP2012516806A JP5532500B2 JP 5532500 B2 JP5532500 B2 JP 5532500B2 JP 2012516806 A JP2012516806 A JP 2012516806A JP 2012516806 A JP2012516806 A JP 2012516806A JP 5532500 B2 JP5532500 B2 JP 5532500B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- sensor
- phase
- signal
- change
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 86
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 127
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 53
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 50
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 49
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 48
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 45
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 claims description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 2
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 109
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 43
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 33
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 31
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000003380 quartz crystal microbalance Methods 0.000 description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000011948 assay development Methods 0.000 description 1
- 230000010065 bacterial adhesion Effects 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000005460 biophysical method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009509 drug development Methods 0.000 description 1
- 238000007876 drug discovery Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000000984 immunochemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000003012 network analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
- G01G3/16—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
-
- 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
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/036—Analysing fluids 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
- 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/222—Constructional or flow details for analysing fluids
-
- 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
-
- 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
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4463—Signal correction, e.g. distance amplitude correction [DAC], distance gain size [DGS], noise filtering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
- G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
-
- 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
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0255—(Bio)chemical reactions, e.g. on biosensors
-
- 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
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
−試験信号の安定性が非常に高く、センサ応答の特性評価の精度は、特性評価信号のノイズ自体によっては阻害されない。
−遅延の測定は、回路の入力での元の信号と、センサ応答の影響を受けて生じる信号との間で実施される。それゆえ、遅延の測定は差動的(differential)であり、元の試験信号の任意の位相不安定性は、差動測定で互いに相殺する出力信号に同時に転送されている。
−遅延の測定は、非常に大きい周波数でも、比較的単純な回路で達成可能である。それゆえ、システムは、単純かつ容易な集積電子機器を使用して実装可能である。
−固定周波数の試験信号を使用した場合、同じ信号又はそれを合成した信号を使用して、同時に他のセンサに応答信号を送ることができる。これにより、複数の共振器を有するシステムの実装が可能になる。
1.共振センサが接続される回路に試験電圧信号を印加すること。
2.基準とみなされる状態にある共振器の動的直列共振周波数に実質的に等しい(この用語は、等しい又は非常に近いと理解される。)試験信号の周波数を選択すること。
3.一方は、センサの位相基準を規定し、他方は、その損失のレベルの基準を規定する、2つの電圧信号の値を測定すること。
4.先の特性評価し監視するプロセスにおいて、基準とした電圧値を監視すること。
5.確実にセンサ損失基準電圧の値が実験中に実質的に変更されないようにすること。
6.位相変化の測定値を与える信号が、上記3.でセンサの位相基準として設定した先の決定値から上下に偏移している場合に備えて、位相変化の測定値を与える信号が、上記3.でセンサの位相基準として設定した値と同じ値を有する、或いは、その差の絶対値が、同じ先の決定値よりも小さい間は、監視されるプロセス中に、試験信号の周波数値を修正すること。
7.センサが接続される回路を通過する際に、ステップ2で規定される試験信号が受ける位相変化を関係づける単純な解析式の適用を通じて位相変化の測定値を提供する信号変化から、所望の重量変化を用いて、監視される実験プロセス中に被覆の重量変化を得ること。
−高安定性及び低位相ノイズの信号を有する、特定の固定周波数信号源
−周波数合成サブシステム
−信号制御及び取得サブシステム
−フィルタ能力及び適正なパワーレベルを有する信号調整回路。
−入力を共有し、2つの出力を各分岐部に1つずつ有する2つの分岐部によって形成される回路。一方の分岐部は、位相−周波数応答が変化しないコンポーネントで構成される。他方は、一部にミラーとして最初の分岐部と同じものを含むが、コンポーネントの一部は共振センサと置き換わる。
−入力での信号間の位相差に比例する電圧信号を与える調整可能なゲイン位相検出(gain phase detection)サブシステム。
−入力での信号のパワーレベルの間の差に比例した電圧信号を与えるパワー測定サブシステム。
そして、以下に特徴を有する。
−周波数合成サブシステムは、固定周波数信号から、共振センサの共振周波数帯域を掃引可能な信号周波数を与える。
−周波数合成サブシステムが与える信号は、それを充分にフィルタリングし、好適なパワーレベルを与える信号調節回路の入力に接続される。
−信号調整回路の出力は、共振センサが接続される2つの分岐部を有する回路の入力に接続される。
−2つの分岐部を有する回路の各周波数は、位相検出サブシステムの入力に接続され、その出力は、入力での信号の間の位相差に比例する値を有する連続的な電圧信号を与える。
−2つの分岐部を有する回路の各出力はまた、パワー測定回路の一入力に接続され、その出力は、入力での信号間のパワーレベル差に比例する値を有する連続的な電圧信号を与える。
−位相検出回路及びパワーレベルの出力は、周波数合成サブシステムで動作し、前記サブシステムからの出力信号の周波数を制御することができる制御システムによって取得される。
−制御システムが取得する信号からのデータは、前述のステップ7に従って直接解析され、或いは前記方法に従って、リアルタイムで、又は後に加工するために外部装置に伝送される。
−共振センサを載置し、共振器の電気的コンタクトを拡張し、ロバスト性(robustness)及び使用の容易さを提供する支持部。
−支持部上に載置し、共振器から拡張した電気的コンタクトと既在のコネクタとの接続を、支持部を通じて可能にする上側ブロック。該コネクタは、共振センサと特性評価電気的システムとの電気的接続を与える。
−流れシステムを含み、その接続により支持部が2つのブロックの間に位置し、共振センサの一部分を流れから分離する上側ブロック。
そしてそれは、共振器からの電気的コンタクトを拡張して、前記特性評価のためのシステムへの接続を可能にすることと、被覆と接触する液体媒質から共振器の一面を隔離することと、流れの測定の実施を可能にすることと、センサからの位相−周波数応答を過度に阻害することなく、実験者によるセンサの安全な取り扱いを与えることとを特徴とする。
である。被覆の重量変化後、新しい位相は
である。なぜなら、液体は変化しないことが想定され、状態1からの位相変化は、下記の式から得られることになるからである。
。この減少は、ω1/2に比例する。それゆえ、所定の流体媒質中の位相−重量感度は、所定の位相ノイズについて、共振周波数を増加させることによって改善させることができるが、周波数の平方根のみに比例し、本発明の背景技術の一部で想定されていたような、共振周波数の二乗に比例するということはない。
−高安定性と、低位相ノイズ信号を有する、特定の周波数に固定された信号源42。
−周波数合成サブシステム41。
−信号制御及び信号取得サブシステム40。
−フィルタ43及び増幅器44によって形成される、フィルタ能力及び適正なパワーレベルを有する信号調整回路。
−入力uiを共有し、2つの出力u1及びu2を各分岐部に一つずつ有する2つの分岐部によって形成される回路45。一方の分岐部は、コンポーネント25、26、27、29、31、32、33、34で構成され、その位相−周波数応答は変化しない。他方は、部分的に、ミラーとして、第1コンポーネント25、26、28、30、31、32と同じコンポーネントを含むが、コンポーネントの一部は、共振センサ2と置き換わる。
−乗算器36及びローパスフィルタ37によって形成される、調節可能なゲイン位相検出サブシステム35。これは、入力での信号間の位相差に比例する電圧信号u0を与える。
−入力での信号のパワーレベルの間の差に比例する電圧信号uAを与えるパワー測定サブシステム38。
−外部処理エレメント46。
そして以下を特徴とする。
−周波数合成システム41は、信号源42の固定周波数信号から、その周波数が共振センサ2の共振周波数帯域を掃引可能な信号を与える。
−周波数合成サブシステム41が与える信号は、それを充分にフィルタリングするフィルタ43の入力に接続され、出力は、好適なパワーレベルを与える増幅器44に接続される。
−増幅器44の出力uiは、共振センサ2を接続する2つの分岐部を有する回路の入力に接続される。
−2つの分岐部を有する回路の各出力(u1,u2)は、位相検出サブシステム35の一つの入力に接続され、該サブシステムの出力は、入力での信号u1とu2との間の位相差に比例する値を有する連続電圧信号u0を与える。
−2つの分岐部回路の出力u1とu2のそれぞれ1つはまた、パワー測定回路38の一入力に接続され、入力での信号間のパワーレベル差に比例する値を有する連続電圧信号uAを与える。
−位相検出回路及びパワーレベルの出力は、周波数合成サブシステム41上で作用し、前記サブシステムからの出力信号の周波数を制御することができる制御システム40によって得られる。
−制御システムが得る信号からのデータは直接分析され、或いは、本発明の方法の目的に従ってリアルタイム又は後から該データを処理するために、外部装置46に伝送される。
を用いて計算した。残りのパラメータ及び他の量は、表IIIに含まれる。
Claims (10)
- 試験信号が印加される回路に接続されるセンサとして動作する圧電共振器上に堆積し、物理的特性が安定状態を維持する流体媒質に曝される被覆の重量の変移、蓄積又は損失を特性評価するための方法であって、
a)初期状態で、共振器の動的直列共振周波数(DSRF)に実質的に等しい試験信号を選択し、かかる状態を基準とみなすステップと、
b)一方はセンサの位相基準を規定し、他方はその損失レベルを規定する、2つの電圧信号の値を測定するステップと、
c)特性評価又は監視されるプロセス中に、先のステップで基準とみなされた電圧値を
監視するステップと、
d)センサの損失基準電圧の値は、測定プロセス中にほとんど変化しないことを確認するステップと、
e)位相変化の測定値が与える信号が、実験の特徴をベースとする所定の値から上下に偏移している場合に、監視されるプロセス中に、試験信号の周波数の値を修正するステップであって、電圧値は、位相変化の測定値も与える電圧信号が、ステップb)でセンサの位相基準によって得られる値と同じ値を有するまでの間、又はその差の絶対値が実験の特性に依存する所定の数字未満である間は、ステップb)においてセンサの位相基準として得られるステップと、
f)監視されている実験プロセス中に、位相変化の測定値を与える電圧信号の変化から、被覆の重量変化を得るステップであって、かかる変化は、信号の位相変化の関数として計算されるステップとに特徴を有する方法。 - 試験信号の周波数が修正されるステップe)は、特定の関数、特にセンサの位相変化を与える電圧信号において発生する変化の積分変化又は準積分変化に従って試験信号の周波数への修正を与えることによって連続的に実施されることを特徴とする、圧電共振センサ上に堆積し、物理的特性が安定状態を維持する流体媒質に面した被覆の重量の変移、蓄積又は損失を特性評価するための請求項1又は2に記載の方法。
- 圧電共振器は、薄膜音響共振器であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 圧電共振器は、すべりモードで振動する共振器であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- ステップf)で規定される重量変化を得ることは、被覆と接触する溶液内の特定の材料、又は化学的若しくは生物学的化合物の濃度を示すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 種々の圧電センサに同時に応答信号を送ることに適用される請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜6の方法を実施する、重量変化を検出するためのデバイスであって、
薄層として形成される材料が表面に物理的又は化学的に堆積している共振センサ(2)として集積している圧電共振器と、
堆積した薄層と接触し、実施中の化学的又は物理的プロセス中に、物理的特性が実質的に一定を保つ流体媒質と、
高周波安定性及び低位相ノイズを有する、所定の周波数の信号源(42)と、
周波数合成サブシステム(41)と、
信号制御及び取得サブシステム(40)と、
フィルタ能力及びパワーレベルの妥当性を有し、フィルタ(43)及び増幅器(44)で構成される信号調整回路と、
入力(ui)を共有し、2つの出力(u1及びu2)を有する2つの分岐部によって形成される回路45であって、1つの分岐部は1つの出力を有し、
一方の分岐部は、コンポーネント(25,26,27,29,31,32,33,34)によって構成され、その位相−周波数応答は変化せず、
他方の分岐部は、ミラーとして、最初の分岐部と同じコンポーネント(25,26,28,30,31,32)及び共振センサ(2)を含む回路と、
積算器(35)及びローパスフィルタ(37)によって形成され、入力(u1,u2)での信号間の位相差に比例する電圧信号(u0)を与える調節可能なゲイン位相検出サブシステム(35)と、
入力(u1,u2)での信号のパワーレベルの間の差に比例する電圧信号(uA)を与えるパワー測定サブシステム(38)とを備え、
周波数合成システム(41)は、信号源(42)の所定の周波数信号から、その周波数が共振センサ(2)の共振周波数帯域を掃引可能な信号を与え、
周波数合成サブシステム(41)によって与えられる信号は、それを充分にフィルタリングし、好適なパワーレベルを与えるフィルタ(43)及び増幅器(44)で形成される信号調節回路の入力に接続され、
増幅器(44)の出力(ui)は、共振センサ(2)が接続される2つの分岐部(45)を有する回路の入力に接続され、
2つの分岐部を有する回路(45)の各出力(u1,u2)は、位相検出サブシステム(35)の一つの入力に接続され、該サブシステムの出力は、入力での信号(u1,u2)の間の位相差に比例する値を有する連続電圧信号(u0)を与え、
2つの分岐部を有する回路(45)の出力(u1,u2)のそれぞれ1つはまた、パワー測定回路(38)の一入力に接続され、入力での信号(u1,u2)間のパワーレベル差に比例する値を有する連続電圧(uA)を与え、
位相検出回路(35)及びパワーレベル(38)の出力は、周波数合成サブシステム(41)上で作用し、前記サブシステムからの出力信号の周波数を制御することができる制御システム(40)によって得られることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6の方法を実施する、重量変化を検出するための、圧電共振器上での流体実験を導くことを可能にするデバイスであって、
共振センサ(2)が上に載置される円柱形状及び平行円形表面を有する支持部(1)と、
支持部(1)が上に載置され、共振センサ(2)の電極を外部コネクタ(16)に接続する、好適な大きさ及び形状の下側ブロック(13)と、
支持部(1)の上に載置され、流体を運ぶエレメントとして一組の流路(20)及び調節部(18)を含む上側ブロック(17)とを備え、
支持部(1)はホール(7)を有し、該ホールは、下側ブロック(13)の位置を固定し、下側円形表面で、
共振センサ(2)が載置している中央ホール(10)と、
支持部(1)の上側円形表面によって、共振器(2)の電極(4)の1つの中央領域にアクセス可能にする中央スルーホール(8)と、
センサが載置し、支持部(1)の外側エッジまで延びているが該エッジに到達することはない、中央ギャップ(10)から開始する開口部(5)と、
開口部と中央ギャップ(10)との間で壁として動作するリブ(6)と、
ギャップ(10)の中央ホール(8)に隣接し、他のリブ(6,9)と同じ高さに該ギャップ(10)を残し、その結果センサ(2)がギャップ(10)内に導入される際に、リブ(6,9)上に載置されるようにした別のリブ(9)とを含むような方法で機械加工されており、
共振センサ(2)の電極(4)の末端は、リブ(6,9)を超えて開口部(5)に達し、
封止材料がセンサの下面とリブ(6,9)との間のギャップを満たし、
導電性材料が開口部(5)の長さ方向及び幅方向に沿って、中央ギャップ(10)の開口部(5)を分離するリブ(6)まで堆積され、圧電共振器(2)の電極(4)の末端と電気的コンタクトを設け、
下側ブロック(13)は、
支持部(1)の上には上側ブロック(17)が載置される、好適な形状及び深度を有するギャップと、
先のギャップの底部の少なくとも2つのホールであって、そのそれぞれの内部に2つのコンタクトエレメント(15)が導入され、上側のホールは、支持部(1)の開口部(5)の上に堆積した導電性材料と接触し、上に圧力が印加された場合は屈曲し、下側のホールは、外部の両極コネクタ(16)に接続される2つのホールとを含むように機械加工されており、
上側ブロック(17)は、支持部(1)の上に載置され、下側ブロック(13)のギャップ内に埋め込まれ、前記支持部(1)状の配置プロセス中にガイドとして役立ち、
ワッシャ(19)が、上側ブロック(17)の下側にかかる目的で機械加工された開口部(21)上で封止され、前記ワッシャは、支持部b(1)に圧力を加え、それを通じて圧電共振器(2)の電極(4)の中央領域にアクセス可能な中央ホール(8)を包囲し、
2つのチューブ上流路(20)は、上側ブロック(17)の上部に位置する調節部(18)から開始し、下側中央領域内の下側の中央部分でワッシャ(19)に導くデバイス。 - 請求項7の方法を実施する、請求項8に係るデバイスを少なくとも1つ備えた、重量変化を検出するためのデバイス。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ESP200901503 | 2009-06-23 | ||
ES200901503A ES2333088B2 (es) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | Metodo y dispositivo de nanogravimetria en medios fluidos basado en resonadores piezoelectricos. |
PCT/ES2010/070409 WO2010149811A1 (es) | 2009-06-23 | 2010-06-18 | Método y dispositivo de nanogravimetría en medios fluidos basado en resonadores piezoeléctricos |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012530923A JP2012530923A (ja) | 2012-12-06 |
JP5532500B2 true JP5532500B2 (ja) | 2014-06-25 |
Family
ID=41609760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012516806A Expired - Fee Related JP5532500B2 (ja) | 2009-06-23 | 2010-06-18 | 圧電共振器を使用した流体媒質中でのナノ重量測定のための方法及びデバイス |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8869617B2 (ja) |
EP (1) | EP2447683A4 (ja) |
JP (1) | JP5532500B2 (ja) |
KR (1) | KR20120103542A (ja) |
CN (1) | CN102625906A (ja) |
AU (1) | AU2010264598A1 (ja) |
ES (1) | ES2333088B2 (ja) |
WO (1) | WO2010149811A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140162628A1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-12 | Apple Inc. | Methods for Validating Radio-Frequency Test Systems Using Statistical Weights |
CN104181231B (zh) * | 2014-07-07 | 2017-01-11 | 西安交通大学 | 一种测定薄膜材料屈服行为的装置及其测定方法 |
JP6317455B2 (ja) * | 2014-08-29 | 2018-04-25 | 京セラ株式会社 | センサ装置およびセンシング方法 |
KR102135790B1 (ko) * | 2014-12-19 | 2020-07-20 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | 진동 엘리먼트의 진동 응답 파라미터의 결정 |
CN108025239B (zh) * | 2015-09-23 | 2020-07-17 | 艾尼蒂斯科技公司 | 多用途声悬浮陷波器 |
JP6469736B2 (ja) * | 2017-01-17 | 2019-02-13 | 太陽誘電株式会社 | センサ回路およびセンシング方法 |
WO2018146348A1 (es) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | Advanced Wave Sensors, S.L. | Celda de medida |
DE102017119804B4 (de) * | 2017-08-29 | 2019-06-19 | Collini Holding Ag | Verfahren und Sensoreinrichtung zur störungskompensierten Bestimmung des Materialauftrags oder -abtrags während nasschemischer Prozesse |
RU2706362C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-11-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" | Композиция покрытия пьезоэлектрического сенсора для определения фторхинолонов в жидких средах |
CN111103214B (zh) * | 2019-04-19 | 2022-07-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 涂层面密度检测装置和方法 |
CN111103213B (zh) * | 2019-04-19 | 2022-07-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 涂层面密度检测装置和方法 |
ES2893574B2 (es) | 2020-07-30 | 2023-02-03 | Univ Valencia Politecnica | Metodo para la caracterizacion de la respuesta de sensores resonantes |
CN112784514B (zh) * | 2021-01-19 | 2023-09-19 | 东北大学 | 基于等效电路的纳米气体传感器建模方法 |
CN113092857B (zh) * | 2021-03-05 | 2022-08-05 | 中国科学院紫金山天文台 | 一种MKIDs超导探测器阵列像元工作状态及位置的判别方法 |
Family Cites Families (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3700366A1 (de) * | 1987-01-08 | 1988-07-21 | Leybold Ag | Einrichtung zum ermitteln der jeweiligen dicke von sich veraendernden material-schichten auf einem substrat waehrend des beschichtungsvorgangs |
US4783987A (en) | 1987-02-10 | 1988-11-15 | The Board Of Regents Of The University Of Washington | System for sustaining and monitoring the oscillation of piezoelectric elements exposed to energy-absorptive media |
US4788466A (en) | 1987-11-09 | 1988-11-29 | University Of Arkansas | Piezoelectric sensor Q-loss compensation |
US5201215A (en) | 1991-10-17 | 1993-04-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for simultaneous measurement of mass loading and fluid property changes using a quartz crystal microbalance |
US5416448A (en) | 1993-08-18 | 1995-05-16 | Sandia Corporation | Oscillator circuit for use with high loss quartz resonator sensors |
SE504199C2 (sv) | 1995-05-04 | 1996-12-02 | Bengt Kasemo | Anordning vid mätning av resonansfrekvens och/eller dissipationsfaktor hos en piezoelektrisk kristallmikrovåg |
US5852229A (en) * | 1996-05-29 | 1998-12-22 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Piezoelectric resonator chemical sensing device |
US5932953A (en) * | 1997-06-30 | 1999-08-03 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method and system for detecting material using piezoelectric resonators |
US6161420A (en) | 1997-11-12 | 2000-12-19 | Fisher Controls International, Inc. | High frequency measuring circuit |
SE520046C2 (sv) * | 1997-11-24 | 2003-05-13 | Sense Ab Q | Förfarande för att mäta växelverkan mellan en målmolekyl och en receptormolekyl med piezoelektrisk kristallmikrovåg |
EP1036314B1 (en) * | 1997-12-02 | 2010-01-27 | Allan L. Smith | Mass and heat flow measurement sensor |
US6247354B1 (en) | 1998-05-13 | 2001-06-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Techniques for sensing the properties of fluids with resonators |
ES2153740B1 (es) * | 1998-07-08 | 2001-10-01 | Univ Valencia Politecnica | Sistema para compensar los efectos de rozamiento viscoso en la medida de la frecuencia de resonancia de un cristal piezometrico en un fluido |
GB9823410D0 (en) | 1998-10-26 | 1998-12-23 | Smithkline Beecham Plc | Novel device |
US6222366B1 (en) | 1999-05-10 | 2001-04-24 | Fisher Controls International, Inc. | High frequency measuring circuit with inherent noise reduction for resonating chemical sensors |
US6169459B1 (en) | 1999-05-19 | 2001-01-02 | Sandia Corporation | Active-bridge oscillator |
AT411628B (de) * | 1999-12-14 | 2004-03-25 | Avl List Gmbh | Anordnung und verfahren zur quantitativen und qualitativen analyse von partikeln in gasen |
US6942782B2 (en) * | 2000-03-07 | 2005-09-13 | Nalco Company | Method and apparatus for measuring deposit forming capacity of fluids using an electrochemically controlled pH change in the fluid proximate to a piezoelectric microbalance |
TWM250148U (en) | 2000-03-31 | 2004-11-11 | Ant Technology Co Ltd | High resolution biosensor system |
US6626025B2 (en) * | 2001-01-26 | 2003-09-30 | General Electric Company | Devices and methods for high throughput screening of abrasion resistance of coatings |
AU2002314492A1 (en) | 2001-06-20 | 2003-01-02 | M.S. Tech Ltd | Method and device for the detection of trace amounts of a substance,using a piezoelectric crystal element |
ES2197796B1 (es) | 2002-01-31 | 2005-02-16 | Universidad Politecnica De Valencia | Sistema de caracterizacion de sensores de cristal de cuarzo resonante en medios fluidos, y procedimiento de calibracion y compensacion de la capacidad del cristal de cuarzo. |
US7111500B2 (en) | 2002-12-26 | 2006-09-26 | Ulvac Inc. | Analysis method using piezoelectric resonator |
KR100455127B1 (ko) * | 2003-01-24 | 2004-11-06 | 엘지전자 주식회사 | 박막 용적 탄성파 공진기를 이용한 물질 센서 모듈 |
SE0300375D0 (sv) * | 2003-02-12 | 2003-02-12 | Attana Ab | Piezoelectric resonator |
ITMI20030514A1 (it) | 2003-03-18 | 2004-09-19 | Uni Degli Studi Brescia | Metodo e dispositivo per determinare la frequenza di |
US20050052813A1 (en) * | 2003-03-25 | 2005-03-10 | Yoshihiro Kobayashi | Mass measurement method, circuit for exciting piezoelectric vibration reed for mass measurement, and mass measurement apparatus |
JP4213061B2 (ja) | 2003-03-28 | 2009-01-21 | シチズンホールディングス株式会社 | Qcmセンサーおよびqcmセンサー装置 |
US7329536B2 (en) | 2003-06-05 | 2008-02-12 | Oakland University | Piezoimmunosensor |
DE102004006823B4 (de) * | 2004-02-11 | 2013-04-11 | Saw Instruments Gmbh | Verfahren zur Bestimmung der Massebelegung auf der Oberfläche von Oberflächenwellensensoren |
WO2009060100A2 (de) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Universität Regensburg | Impedanz scannende quarzmikrowaage |
-
2009
- 2009-06-23 ES ES200901503A patent/ES2333088B2/es active Active
-
2010
- 2010-06-18 JP JP2012516806A patent/JP5532500B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-06-18 WO PCT/ES2010/070409 patent/WO2010149811A1/es active Application Filing
- 2010-06-18 CN CN2010800377188A patent/CN102625906A/zh active Pending
- 2010-06-18 AU AU2010264598A patent/AU2010264598A1/en not_active Abandoned
- 2010-06-18 KR KR1020127001778A patent/KR20120103542A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-06-18 EP EP10791645.4A patent/EP2447683A4/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-12-23 US US13/336,082 patent/US8869617B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20120103542A (ko) | 2012-09-19 |
US8869617B2 (en) | 2014-10-28 |
CN102625906A (zh) | 2012-08-01 |
JP2012530923A (ja) | 2012-12-06 |
AU2010264598A1 (en) | 2012-02-09 |
EP2447683A4 (en) | 2014-10-29 |
ES2333088A1 (es) | 2010-02-16 |
ES2333088B2 (es) | 2011-02-07 |
EP2447683A1 (en) | 2012-05-02 |
US20120152003A1 (en) | 2012-06-21 |
WO2010149811A1 (es) | 2010-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5532500B2 (ja) | 圧電共振器を使用した流体媒質中でのナノ重量測定のための方法及びデバイス | |
Auge et al. | New design for QCM sensors in liquids | |
US6006589A (en) | Piezoelectric crystal microbalance device | |
US7201041B2 (en) | Analysis method using piezoelectric resonator | |
US7036375B2 (en) | QCM sensor and QCM sensor device | |
US8215171B1 (en) | Uniform mass sensitivity thickness shear mode quartz resonator | |
CN109374729B (zh) | 一种声学微质量传感器及检测方法 | |
US20050277111A1 (en) | Measuring method using surface acoustic wave device, and surface acoustic wave device and biosensor device | |
Ferrari et al. | Overview of acoustic-wave microsensors | |
JP4083621B2 (ja) | 振動子を用いた分析方法 | |
Lucklum et al. | Interface circuits for QCM sensors | |
Kao et al. | Fabrication and performance characteristics of high-frequency micromachined bulk acoustic wave quartz resonator arrays | |
EP1608958A1 (en) | Method and device for determining the resonant frequency of a resonant piezoelectric sensor | |
Arnau et al. | A different point of view on the sensitivity of quartz crystal microbalance sensors | |
Matsiev et al. | Application of low frequency mechanical resonators to liquid property measurements | |
US20050069864A1 (en) | Measurement method and biosensor apparatus using resonator | |
Zhang et al. | Miniature high-frequency longitudinal wave mass sensors in liquid | |
JP2003315235A (ja) | 分析方法 | |
RU73488U1 (ru) | Датчик механических и электрических параметров жидкости | |
Hauptmann et al. | Recent trends in bulk acoustic wave resonator sensors | |
Schaefer et al. | Single board impedance analyzer and transient analysis of QCR sensor response | |
WO1999040397A1 (en) | Device at piezoelectric crystal oscillator | |
Montagut et al. | A new QCM sensor characterization technique based on the phase/mass sensitivity concept | |
Mirea et al. | Finding the upper mass limit until which gravimetric sensors preserve their original TCF and sensitivity | |
Datta | Modelling Of The Response Of Bulk Acoustic Wave Based Devices In Bio Sensor Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130618 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130626 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140306 |
|
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: 20140318 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140411 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5532500 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |