JP5533378B2 - Frequency measuring device, odor sensor and electronic device equipped with the same - Google Patents

Frequency measuring device, odor sensor and electronic device equipped with the same Download PDF

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Description

本発明の一態様は、吸着膜を備えた振動子及びこの振動子に接続された発振回路を備える周波数計測装置等に関する。   One embodiment of the present invention relates to a vibrator including an adsorption film, a frequency measurement device including an oscillation circuit connected to the vibrator, and the like.

共振状態にある水晶振動子の表面に周辺媒体に含まれる物質が付着すると、その付着物質に応じて共振周波数が変化する現象がある。この現象を利用した技術はQCM(Quarts Crystal Microbalance)と呼ばれ、周辺媒体に含まれる分子の存在やその量を検出するセンサーとして、用いられている。QCMの応用例として、振動子の表面に特定の分子を選択的に吸着する吸着膜を形成したニオイセンサーが挙げられる。また、DNAのハイブリダイゼーションを利用したバイオセンサー、ガスセンサーなどとしても応用が検討されている。以下の説明では、主にニオイセンサーを例に挙げて説明する。   When a substance contained in the peripheral medium adheres to the surface of the crystal resonator in a resonance state, there is a phenomenon that the resonance frequency changes according to the attached substance. A technique using this phenomenon is called QCM (Quarts Crystal Microbalance), which is used as a sensor for detecting the presence and amount of molecules contained in a peripheral medium. As an application example of QCM, there is an odor sensor in which an adsorption film that selectively adsorbs specific molecules is formed on the surface of a vibrator. Applications are also being studied as biosensors and gas sensors using DNA hybridization. In the following description, an odor sensor will be mainly described as an example.

一般に、QCMデバイスにはATカット型の水晶振動子が用いられる。ATカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位でカットした基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れるためQCMデバイスに限らず広く用いられる。   In general, an AT-cut type crystal resonator is used for a QCM device. The AT cut is a substrate cut in a specific orientation with respect to the crystal crystal axis, and since the temperature coefficient change is minimized near the room temperature and excellent in temperature stability, it is widely used not only in the QCM device.

ATカット水晶振動子は、基板表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振周波数f0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
f0(MHz)=1670/水晶板厚(μm)
The AT-cut quartz resonator operates in a so-called thickness shear vibration mode in which a front surface and a back surface slide alternately when a voltage is applied between excitation electrodes formed on the front and back surfaces of the substrate. The resonance frequency f0 is inversely proportional to the thickness of the quartz plate sandwiched between the front and back electrodes and generally has the following relationship.
f0 (MHz) = 1670 / crystal plate thickness (μm)

そして、このATカット水晶振動子を用いたQCMデバイスの吸着物質量ΔMと周波数変化量Δfの関係は次のSauerbreyの式で表されることが知られている。   It is known that the relationship between the adsorbed substance amount ΔM and the frequency change amount Δf of the QCM device using this AT-cut crystal resonator is expressed by the following Sauerbrey equation.

Figure 0005533378
ここで、f0:振動子の共振周波数、ρ:水晶の密度、μ:水晶のせん断弾性定数、A:有効振動面積(略電極面積)である。上式より、水晶振動子の共振周波数f0を高めることにより、感度すなわち吸着物質量ΔMあたりの周波数変化量Δfを高められることがわかる。
Figure 0005533378
Here, f0: resonance frequency of the vibrator, ρ: density of crystal, μ: shear elastic constant of crystal, and A: effective vibration area (substantially electrode area). From the above equation, it can be seen that the sensitivity, that is, the frequency change amount Δf per adsorbed substance amount ΔM can be increased by increasing the resonance frequency f0 of the crystal resonator.

ところで、QCMデバイスを用いたニオイセンサーは、例えば特開昭63−222248号公報(特許文献1)などに開示されている。この特許文献1の実施例6に開示された技術では、ATカット水晶振動子1の電極2上に吸着膜としてジアルキルアンモニウム塩とポリスチレンスルホン酸からなる二分子膜フィルムを形成した素子(図6)を用いて、空気に飽和したニオイ物質βヨノンの存在を、振動数(周波数)の変化として検出(図9)している。   Incidentally, an odor sensor using a QCM device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-222248 (Patent Document 1). In the technique disclosed in Example 6 of Patent Document 1, an element in which a bimolecular film made of a dialkylammonium salt and polystyrenesulfonic acid is formed as an adsorption film on the electrode 2 of the AT-cut quartz crystal resonator 1 (FIG. 6). Is used to detect the presence of an odorous substance β-ionone saturated in air as a change in frequency (frequency) (FIG. 9).

ただし、実際には目的の物質だけを選択的に吸着膜に吸着させることは不可能であり、吸着膜には複数の物質が吸着されてしまう。これを解決するために、例えば特開平1−244335号公報(特許文献2)に記載の技術では、それぞれ異なる種類の吸着膜を形成した複数の水晶振動子の振動数変化を同時に計測し、振動子間の振動数変化比をパターン解析することで、ニオイの種類を識別する、いわゆるマルチアレイ方式を採用している。   However, in practice, it is impossible to selectively adsorb only the target substance on the adsorption film, and a plurality of substances are adsorbed on the adsorption film. In order to solve this problem, for example, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-244335 (Patent Document 2), the frequency change of a plurality of crystal resonators each having a different type of adsorption film is simultaneously measured to A so-called multi-array method is adopted in which the odor type is identified by pattern analysis of the frequency change ratio between the children.

特開昭63−222248号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-222248 特開平1−244335号公報JP-A-1-244335

ニオイの識別精度を高めるには、用いる吸着膜を備える振動子の種類を増やすことが有効である。検出対象であるニオイ物質は40万種類もあると考えられ、このような膨大な種類のニオイ物質を上記の従来技術のように数個(数種類)の振動子(QCM)で識別することは不可能である。異なる種類の吸着膜を備える複数の振動子を用いた振動数変化比のパターン解析によってニオイの種類を識別する方法は、生体を模倣したものである。生体の鼻にはニオイに反応する嗅細胞があるが、この嗅細胞の種類は、ヒトで約350種類、イヌでは約1000種類もの数になることが知られている。よって、ヒトやイヌに匹敵するニオイの識別精度を備えるためには、数百個もの吸着膜及び振動子を備えるニオイセンサーを提供する必要がある。しかし、数百個もの吸着膜及び振動子を備えるニオイセンサーは実装面及びコスト面から現実的ではない。   In order to increase the odor identification accuracy, it is effective to increase the types of vibrators provided with the adsorption film to be used. It is considered that there are 400,000 types of odorous substances to be detected, and it is not possible to identify such an enormous variety of odorous substances with several (several types) vibrators (QCM) as in the above-described conventional technology. Is possible. The method of identifying the odor type by pattern analysis of the frequency change ratio using a plurality of vibrators provided with different types of adsorption films imitates a living body. There are olfactory cells that react to odors in the nose of living organisms, and it is known that there are about 350 types of olfactory cells in humans and about 1000 types in dogs. Therefore, in order to provide odor discrimination accuracy comparable to that of humans and dogs, it is necessary to provide an odor sensor including hundreds of adsorption films and vibrators. However, an odor sensor having hundreds of adsorption films and vibrators is not practical from the viewpoint of mounting and cost.

そこで、本発明の一形態では、ニオイの識別精度を維持しつつ、実装する吸着膜及び振動子の数を減少させることが可能なニオイセンサー、及びこのようなニオイセンサー等に利用可能な周波数測定装置等を提供することを目的とする。   Therefore, in one embodiment of the present invention, an odor sensor capable of reducing the number of adsorption films and vibrators to be mounted while maintaining the odor identification accuracy, and frequency measurement usable for such an odor sensor. An object is to provide a device or the like.

かかる課題を解決するために、本発明の一態様の周波数計測装置は、吸着膜を備えた振動子と、前記振動子が配置されたチャンバーと、前記チャンバーに気体を流入させるよう構成された、第1の流入路及び第2の流入路と、を備える。さらに、前記第1の流入路及び前記第2の流入路は、いずれか一方に選択的に前記気体が流通するよう構成され、前記第1の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体と、前記第2の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体との間で、該気体内に含まれる物質の濃度が異なるように、前記第2の流入路が、流通する前記気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着する吸脱着部を含んで構成される。   In order to solve such a problem, the frequency measurement device according to one aspect of the present invention is configured to have a vibrator provided with an adsorption film, a chamber in which the vibrator is disposed, and a gas to flow into the chamber. A first inflow path and a second inflow path. Further, the first inflow path and the second inflow path are configured so that the gas selectively flows through one of the first inflow path and the gas flowing into the chamber through the first inflow path. And the gas flowing through the second inflow path so that the concentration of the substance contained in the gas differs between the gas flowing through the second inflow path and flowing into the chamber It comprises an adsorption / desorption part that adsorbs and / or desorbs a part of the substance contained in

かかる構成によれば、吸脱着部のない第1の流入路を流通した気体と、吸脱着部を含む第2の流入路を流通した気体とを対象として、吸着膜を備える振動子の共振周波数の変動を測定することで、同じ気体に対して、設けられた振動子の数以上の情報を得ることができる。これにより、吸着膜を備える振動子を増加させることなく、より多くの周波数情報を得ることができる。ひいては、吸着膜を備える振動子を増加させることなく、この周波数計測装置を備えて構成されたニオイセンサー等におけるニオイ等の識別精度を高めることができる。   According to this configuration, the resonance frequency of the vibrator provided with the adsorption film for the gas flowing through the first inflow passage without the adsorption / desorption portion and the gas flowing through the second inflow passage including the adsorption / desorption portion. By measuring the fluctuations of the above, it is possible to obtain information more than the number of vibrators provided for the same gas. Thereby, more frequency information can be obtained without increasing the number of vibrators provided with the adsorption film. As a result, it is possible to increase the identification accuracy of odors and the like in an odor sensor or the like configured with this frequency measuring device without increasing the number of vibrators provided with the adsorption film.

また、前記吸脱着部が、セルロースを含んで構成されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said adsorption / desorption part is comprised including a cellulose.

かかる構成の吸脱着部は、気体に含まれる物質を効果的に吸着及び/または脱着する。これにより、かかる吸脱着部を備える周波数計測装置では、第1の流入路を流通した気体と、第2の流入路を流通した気体とに含まれる物質の濃度が適度に変化し、設けられた吸着膜を備える振動子の数以上の、より好ましい情報を得ることが可能な周波数計測装置を提供することができる。   The adsorption / desorption part having such a configuration effectively adsorbs and / or desorbs a substance contained in the gas. Thereby, in the frequency measuring device including such an adsorption / desorption portion, the concentration of the substance contained in the gas flowing through the first inflow passage and the gas flowing through the second inflow passage is appropriately changed and provided. It is possible to provide a frequency measurement device capable of obtaining more preferable information that is equal to or more than the number of vibrators including the adsorption film.

また、前記吸脱着部が、ファイバーメッシュ状の材料、ファイバーが隙間を持って絡みあっている綿状の材料、スポンジ状の材料、ビーズ状の材料、または多数のフィンを持つ材料の表面を、分子吸脱着液体、ポリマー、または無機物でコーティングしたものを含んでもよい。   Further, the adsorption / desorption part is a surface of a fiber mesh material, a cotton-like material in which fibers are intertwined with a gap, a sponge-like material, a bead-like material, or a material having a large number of fins. It may include those coated with a molecular adsorption / desorption liquid, polymer, or inorganic substance.

また、本発明の一態様の検出装置は、前記振動子に接続され発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号の周波数を計測可能に構成された周波数計測器と、をさら備える上記周波数計測装置と、前記第1の流入路を流通した前記気体について前記周波数計測装置で計測された周波数と、前記第2の流入路を流通した前記気体について前記周波数計測装置で計測された周波数と、に基づいて、前記気体に含まれる物質を検出可能に構成された検出部と、を備える。   The detection device according to one aspect of the present invention further includes the oscillation circuit that is connected to the vibrator and outputs an oscillation signal, and the frequency measurement device configured to be able to measure the frequency of the oscillation signal. And the frequency measured by the frequency measuring device for the gas flowing through the first inflow passage and the frequency measured by the frequency measuring device for the gas flowing through the second inflow passage. And a detection unit configured to be able to detect the substance contained in the gas.

かかる構成の検出装置によれば、上記のように吸脱着部のない第1の流入路を通過した気体と、吸脱着部を含む第2の流入路を流通した気体とを対象として、振動子に接続された発振回路から出力される発振信号の周波数の変動を計測することで、同じ気体に対して、設けられた振動子の数以上の情報を得ることができる。そして、これらの周波数変動情報に基づいて気体に含まれる物質を検出することで、物質の検出精度を高めることが可能となる。   According to the detection device having such a configuration, the vibrator is targeted for the gas that has passed through the first inflow passage without the adsorption / desorption portion and the gas that has passed through the second inflow passage including the adsorption / desorption portion as described above. By measuring the variation in the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit connected to, it is possible to obtain more information than the number of transducers provided for the same gas. And it becomes possible to raise the detection accuracy of a substance by detecting the substance contained in gas based on these frequency variation information.

また、本発明の一態様のニオイセンサーは、上記周波数計測装置、または上記検出装置を備える。   Moreover, the odor sensor of 1 aspect of this invention is provided with the said frequency measurement apparatus or the said detection apparatus.

また、本発明の一態様の電子機器は、上記周波数計測装置、または上記検出装置を備える。   An electronic device of one embodiment of the present invention includes the frequency measurement device or the detection device.

かかる構成のニオイセンサーまたは電子機器によれば、少数の振動子であっても高いニオイの識別精度を有するニオイセンサーまたは電子機器を提供することができる。   According to the odor sensor or electronic device having such a configuration, it is possible to provide an odor sensor or electronic device having high odor identification accuracy even with a small number of vibrators.

また、本発明の一態様の検出方法は、第1の流入路を流通させて吸着膜を備えた振動子が配置されたチャンバーに気体を流入させるステップと、前記気体について、前記振動子に接続された発振回路から出力される第1の発振信号の周波数を計測するステップと、第2の流入路を流通させて前記チャンバーに前記気体を流入させるステップと、前記気体について、前記発振回路から出力される第2の発振信号の周波数を計測するステップと、前記第1の発振信号の周波数と前記第2の発振信号の周波数とに基づいて、前記気体に含まれる物質を検出するステップと、を含み、前記第1の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体と、前記第2の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体との間で、該気体内に含まれる物質の濃度が異なるよう、前記第2の流入路には、流通する前記気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着する吸脱着部が配置されている。   The detection method of one embodiment of the present invention includes a step of flowing a gas into a chamber in which a vibrator provided with an adsorption film is circulated through the first inflow path, and the gas is connected to the vibrator. Measuring the frequency of the first oscillation signal output from the generated oscillation circuit, flowing the gas into the chamber through a second inflow path, and outputting the gas from the oscillation circuit Measuring the frequency of the second oscillation signal, and detecting the substance contained in the gas based on the frequency of the first oscillation signal and the frequency of the second oscillation signal. An object contained in the gas between the gas flowing into the chamber through the first inflow path and the gas flowing into the chamber through the second inflow path So that the density varies, wherein the second inflow channel, adsorption and desorption unit for adsorbing and / or desorbing portion of the substance contained in the gas flowing is located.

かかる方法によれば、吸脱着部のない第1の流入路を流通した気体と、吸脱着部を含む第2の流入路を流通した気体とを対象として、吸着膜を備える振動子に接続された発振回路から出力される発振信号の周波数の変動を測定することで、同じ気体に対して、設けられた振動子の数以上の情報を得ることができる。これにより、振動子の数を増加させることなく、より多くの周波数情報を得ることができる。ひいては、吸着膜を備える振動子を増加させることなく、この方法を用いてニオイ等の識別を行ったときの識別精度を高めることができる。   According to this method, the gas flowing through the first inflow path without the adsorption / desorption part and the gas flowing through the second inflow path including the adsorption / desorption part are connected to the vibrator having the adsorption film. By measuring the variation in the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit, it is possible to obtain information more than the number of transducers provided for the same gas. Thereby, more frequency information can be obtained without increasing the number of transducers. As a result, the identification accuracy when odors and the like are identified using this method can be increased without increasing the number of vibrators provided with the adsorption film.

実施形態1の計測装置の構成例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a measurement device according to the first embodiment. 第1の流入路を流通したオレンジ香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when targeting the gas containing the orange fragrance | flavor which distribute | circulated the 1st inflow path. 第1の流入路を流通したラベンダー香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when the gas containing the lavender fragrance which distribute | circulated the 1st inflow path is made into object. 第1の流入路を流通したマジョラム香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when targeting the gas containing the marjoram fragrance | flavor which distribute | circulated the 1st inflow path. 第2の流入路を流通したオレンジ香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when targeting the gas containing the orange fragrance | flavor which distribute | circulated the 2nd inflow path. 第2の流入路を流通したラベンダー香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when the gas containing the lavender fragrance which distribute | circulated the 2nd inflow path is made into object. 第2の流入路を流通したマジョラム香料を含む気体を対象としたときの発振信号の周波数の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the frequency of an oscillation signal when targeting the gas containing the marjoram fragrance which distribute | circulated the 2nd inflow channel. 2回の計測で得られたピーク比をプロットしたグラフ。The graph which plotted the peak ratio obtained by twice measurement. 実施形態2の計測装置の構成例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a measurement device according to a second embodiment.

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
1.定義
2.実施形態1
(1)検出装置の構成
(2)検出装置の動作
3.実施形態2
4.本発明の特徴
5.補足
An embodiment according to the present invention will be specifically described according to the following configuration with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the description may be abbreviate | omitted.
1. Definition 2. Embodiment 1
(1) Configuration of detection device (2) Operation of detection device Embodiment 2
4). 4. Features of the present invention Supplement

<1.定義>
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
<1. Definition>
First, terms used in this specification are defined as follows.

「○○回路」(○○は任意の語。):電気的な回路によるものを含むがこれに限定されず、当該回路の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、1つの回路が有する機能が2つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、2つ以上の回路が有する機能が1つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。   “XX circuit” (XX is an arbitrary word): including, but not limited to, an electric circuit, a physical means for performing the function of the circuit, or a functional means realized by software Is also included. Further, the function of one circuit may be realized by two or more physical or functional means, or the function of two or more circuits may be realized by one physical or functional means.

<2.実施形態1>
本発明の実施形態1における検出装置の構成及び動作について、図1を参照しながら説明する。
<2. Embodiment 1>
The configuration and operation of the detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

<(1)検出装置の構成>
図1は、本実施形態1における検出装置の構成を示す図である。図1に示すように、検出装置は、吸気配管100、切替バルブ110、第1流入路配管120、第2流入路配管130、チャンバー140、排気ポンプ150、排気配管160を備えて構成される。また、チャンバー140には、吸着膜を備えた水晶振動子141a及び141bが配置されている。検出装置はさらに、発振回路142a及び142b、周波数カウンター143a及び143b、並びに検出部144を備えて構成される。なお、検出装置のうち、検出部144を除く構成を周波数計測装置200と呼ぶ。
<(1) Configuration of Detection Device>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a detection device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the detection device includes an intake pipe 100, a switching valve 110, a first inflow path pipe 120, a second inflow path pipe 130, a chamber 140, an exhaust pump 150, and an exhaust pipe 160. In the chamber 140, crystal resonators 141a and 141b each having an adsorption film are disposed. The detection device further includes oscillation circuits 142a and 142b, frequency counters 143a and 143b, and a detection unit 144. Note that the configuration excluding the detection unit 144 in the detection device is referred to as a frequency measurement device 200.

(吸気配管100)
吸気配管100は、ニオイ検出対象気体の流入路として機能し、吸気口から流入した気体を、切替バルブ110、及び第1流入路配管120または第2流入路配管130を経由してチャンバー140へと流入させるよう構成される。吸気配管100から流入される気体の量は、後に説明する排気ポンプ150によって制御される。
(Intake pipe 100)
The intake pipe 100 functions as an inflow path for the odor detection target gas, and the gas flowing in from the intake port is supplied to the chamber 140 via the switching valve 110 and the first inflow path pipe 120 or the second inflow path pipe 130. Configured to flow. The amount of gas flowing in from the intake pipe 100 is controlled by an exhaust pump 150 described later.

(切替バルブ110)
切替バルブ110は、吸気配管100から流入してきた気体を、第1流入路配管120及び第2流入路配管130のいずれか一方に選択的に送るよう構成されている。気体が第1流入路配管120及び第2流入路配管130のどちらに送られるかは、流路制御部(図示せず)によって制御される。
(Switching valve 110)
The switching valve 110 is configured to selectively send the gas flowing in from the intake pipe 100 to one of the first inflow path pipe 120 and the second inflow path pipe 130. Whether the gas is sent to the first inflow path piping 120 or the second inflow path piping 130 is controlled by a flow path control unit (not shown).

(第1流入路配管120)
第1流入路配管120は、切替バルブ110を経て気体が流入された場合に、チャンバー140にこの気体を流入させるよう構成されている。
(First inflow passage piping 120)
The first inflow passage piping 120 is configured to allow the gas to flow into the chamber 140 when the gas flows in through the switching valve 110.

(第2流入路配管130)
第2流入路配管130は、切替バルブ110を経て気体が流入された場合に、チャンバー140にこの気体を流入させるよう構成されている。第2流入路配管130には、吸脱着部131が形成されている。
(Second inlet pipe 130)
The second inflow passage pipe 130 is configured to cause the gas to flow into the chamber 140 when the gas flows through the switching valve 110. An adsorption / desorption portion 131 is formed in the second inflow passage pipe 130.

(吸脱着部131)
吸脱着部131は、第2流入路配管130を流通する気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着可能に構成される。例えば、吸脱着部131は、気体の流路に設置したとき気体が容易に通過可能で、かつ気体と接触する表面積が大きく得られる材料であって、この材料自体が分子吸脱着特性を示す、セルロースなどの材料により構成される。また上記材料に代えて、ファイバーメッシュ状の材料、ファイバーが隙間を持って絡みあっている綿のような材料、スポンジ状の材料、ビーズ状の材料、または多数のフィンを持つ材料の表面を、分子吸脱着液体、ポリマー、または無機物などでコーティングしたものを用いてもよい。上記ファイバーメッシュ状の材料等の例としては、ステンレスなどの金属、プラスチック、またはセルロースなどの天然繊維が挙げられる。上記のコーティング材料の例としては、分子吸脱着液体ではポリエチレングリコール、ニトロテレフタル酸修飾ポリエチレングリコール、または結合ジビニルベンゼン/ジメタンクリル酸エチレングリコール、ポリマーではポリジメチルシロキサン、フェニルアリレンポリマー、ポリジフェニル/ジメチルシロキサン、多孔質ジビニルベンゼンホモポリマー、シアノメチルアルキルシロキサン、シアノプロピルフェニルジメチル−ポリシロキサン、シアノプロピルフェニルメチル−ポリシロキサン、シアノプロピルメチルアリル−ポリシロキサン、トリフロロプロピルメチル−ポリシロキサン、トリフルオロプロピルメチル−ポリシロキサン、またはシアノプロピルメチル−ポリシロキサン、無機物ではアルミナ、などが挙げられる。
(Adsorption / desorption part 131)
The adsorption / desorption portion 131 is configured to be able to adsorb and / or desorb a part of the substance contained in the gas flowing through the second inflow passage pipe 130. For example, the adsorption / desorption part 131 is a material that allows gas to pass easily when installed in a gas flow path and has a large surface area in contact with the gas, and the material itself exhibits molecular adsorption / desorption characteristics. Consists of materials such as cellulose. In place of the above materials, the surface of a fiber mesh material, a material such as cotton in which fibers are intertwined with a gap, a sponge-like material, a bead-like material, or a surface of a material having many fins, You may use what was coated with the molecule | numerator adsorption / desorption liquid, a polymer, or an inorganic substance. Examples of the fiber mesh material include metals such as stainless steel, plastics, and natural fibers such as cellulose. Examples of the above coating materials include polyethylene glycol, nitroterephthalic acid modified polyethylene glycol for molecular adsorption / desorption liquids, or bonded divinylbenzene / ethylene glycol dimethaneacrylate, polydimethylsiloxane, phenylarylene polymer, polydiphenyl / dimethylsiloxane for polymers. , Porous divinylbenzene homopolymer, cyanomethylalkylsiloxane, cyanopropylphenyldimethyl-polysiloxane, cyanopropylphenylmethyl-polysiloxane, cyanopropylmethylallyl-polysiloxane, trifluoropropylmethyl-polysiloxane, trifluoropropylmethyl- Examples thereof include polysiloxane, cyanopropylmethyl-polysiloxane, and inorganic materials such as alumina.

本実施形態では一例として、セルロースファイバーからなるフィルター状の部材を用いる。このセルロースファイバーを構成するファイバー間には十分な空隙が設けられており、気体は容易に通過できる。また、セルロースファイバーは、気体中に含まれる分子が少なくとも一度はファイバーに衝突する程度の有効断面積に匹敵するファイバー密度と体積を有している。   In this embodiment, as an example, a filter-like member made of cellulose fiber is used. Sufficient air gaps are provided between the fibers constituting the cellulose fiber, and gas can easily pass therethrough. Cellulose fibers have a fiber density and volume comparable to the effective cross-sectional area to the extent that molecules contained in the gas collide with the fibers at least once.

(チャンバー140)
チャンバー140は、第1流入路配管120及び第2流入路配管130から気体が流入するよう構成されている。チャンバー140には、水晶振動子141a及び141bが配置されている。また、チャンバー140の後段には後述の排気ポンプ150が配置されており、第1流入路配管120及び第2流入路配管130から流入された気体は、排気ポンプ150側に排気される。
(Chamber 140)
The chamber 140 is configured such that gas flows from the first inflow passage piping 120 and the second inflow passage piping 130. In the chamber 140, crystal resonators 141a and 141b are arranged. In addition, an exhaust pump 150 described later is disposed at the rear stage of the chamber 140, and the gas flowing in from the first inflow passage pipe 120 and the second inflow passage pipe 130 is exhausted to the exhaust pump 150 side.

(排気ポンプ150及び排気配管160)
排気ポンプ150は、検出装置の吸気口から吸入される気体の量を調整し、検出装置内を流通する気体の流速を制御可能に構成される。排気ポンプ150に流入された気体は、排気配管160から排出される。
(Exhaust pump 150 and exhaust pipe 160)
The exhaust pump 150 is configured to be able to control the flow rate of the gas flowing through the detection device by adjusting the amount of gas sucked from the intake port of the detection device. The gas flowing into the exhaust pump 150 is discharged from the exhaust pipe 160.

(水晶振動子141a及び141b)
チャンバー140に配置される水晶振動子141a及び141bは、表面に吸着膜を備えて構成される。この吸着膜は、周辺媒体(気体)に含まれる所定の物質を吸着可能に構成されており、本実施形態1では、チャンバー140を流通する気体に含まれる物質(ニオイ物質)を吸着可能に構成されている。水晶振動子141a及び141bは、吸着膜に付着した物質によって共振周波数が変動し、これらの水晶振動子141a及び141bにそれぞれ接続された発振回路142a及び142bからそれぞれ出力される発振信号の周波数が吸着膜に付着した物質によって変動する。本実施形態1では、水晶振動子141aの表面にはポリスチレン系樹脂膜が、水晶振動子141bの表面にはポリメタクリレート系樹脂膜が、それぞれ吸着膜として形成されている。これらのポリスチレン系樹脂膜とポリメタクリレート系樹脂膜とは、互いに異なる物質を吸着する特性を有している。また、水晶振動子141a及び141bは端子対を備えており、この端子対を介して、それぞれ発振回路142a及び142bに接続されている。
(Quartz Crystals 141a and 141b)
The crystal resonators 141a and 141b disposed in the chamber 140 are configured to include an adsorption film on the surface. The adsorption film is configured to adsorb a predetermined substance contained in the peripheral medium (gas). In the first embodiment, the adsorption film is configured to adsorb a substance (odorous substance) contained in the gas flowing through the chamber 140. Has been. The resonance frequencies of the crystal resonators 141a and 141b vary depending on the substance attached to the adsorption film, and the frequencies of the oscillation signals output from the oscillation circuits 142a and 142b connected to the crystal resonators 141a and 141b, respectively, are adsorbed. It varies depending on the substance attached to the film. In the first embodiment, a polystyrene resin film is formed on the surface of the crystal resonator 141a and a polymethacrylate resin film is formed on the surface of the crystal resonator 141b as an adsorption film. These polystyrene-based resin films and polymethacrylate-based resin films have characteristics of adsorbing different substances. In addition, the crystal resonators 141a and 141b include a terminal pair, and are connected to the oscillation circuits 142a and 142b through the terminal pair, respectively.

(発振回路142a及び142b)
発振回路142a及び142bは、水晶振動子141a及び141bにそれぞれ接続されて構成される。発振回路142a及び142bは、例えばコルピッツ発振回路などによって構成されるがこれに限るものではない。また、発振回路142a及び142bは、それぞれ周波数カウンター143a及び143bに対して発振信号を出力するよう構成されている。これらの発振信号の周波数は、水晶振動子141a及び141bに付着した物質によって変動する。
(Oscillation circuits 142a and 142b)
The oscillation circuits 142a and 142b are configured to be connected to the crystal resonators 141a and 141b, respectively. The oscillation circuits 142a and 142b are configured by a Colpitts oscillation circuit, for example, but are not limited thereto. The oscillation circuits 142a and 142b are configured to output oscillation signals to the frequency counters 143a and 143b, respectively. The frequency of these oscillation signals varies depending on the substance attached to the crystal resonators 141a and 141b.

(周波数カウンター143a及び143b)
周波数カウンター143a及び143bは、それぞれ発振回路142a及び142bに接続されており、発振回路142a及び142bから出力された発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成されている。具体的には、所定の時間に含まれる発振信号の変化数をカウントし、このカウント値に基づいて発振信号の周波数を導出する。発振信号の変化数のカウントは、例えば信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの少なくとも一方をカウントすることによって行われる。ただし、周波数カウンター143a及び143bは必ずしも周波数そのものを計測する必要があるわけではなく、間接的に周波数を示すものを計測する形態も本発明には含まれる。すなわち、周波数カウンター143a及び143bは、発振信号の信号周期を測定するなどの機能を有していてもよい。
(Frequency counters 143a and 143b)
The frequency counters 143a and 143b are connected to the oscillation circuits 142a and 142b, respectively, and configured to be able to measure the frequencies of the oscillation signals output from the oscillation circuits 142a and 142b, respectively. Specifically, the number of changes in the oscillation signal included in a predetermined time is counted, and the frequency of the oscillation signal is derived based on this count value. For example, the number of changes in the oscillation signal is counted by counting at least one of a rising edge and a falling edge of the signal. However, the frequency counters 143a and 143b do not necessarily need to measure the frequency itself, and an embodiment in which the frequency counter is indirectly measured is also included in the present invention. That is, the frequency counters 143a and 143b may have a function of measuring the signal period of the oscillation signal.

(検出部144)
検出部144は、周波数カウンター143a及び143bで計測された周波数に基づいて、気体に含まれる物質を検出可能に構成される。具体的には、発振回路142aから出力される発振信号の周波数と、発振回路142bから出力される発振信号の周波数とにおける、周波数の変化を計測し、この周波数の変化を、予め準備したデータベースと比較して、例えばパターン認識などを行うことで、気体に含まれるニオイ物質等を検出する。データベースには、ニオイ等の種類と、このニオイ等に対応する周波数の変化とが記録されている。
(Detector 144)
The detection unit 144 is configured to be able to detect a substance contained in the gas based on the frequencies measured by the frequency counters 143a and 143b. Specifically, a change in frequency between the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 142a and the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 142b is measured. In comparison, for example, pattern recognition or the like is performed to detect odorous substances contained in the gas. The database records the type of odor and the like, and the change in frequency corresponding to the odor and the like.

<(2)検出装置の動作>
次に、本実施形態1の検出装置の動作例について、図2乃至図8を参照しながら説明する。なお、図2乃至図7において、図中の矢印はニオイ源を吸気配管100の吸気口に近づけた時間を示している。
<(2) Operation of Detection Device>
Next, an operation example of the detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7, the arrows in the drawings indicate the time when the odor source is brought closer to the intake port of the intake pipe 100.

(計測1)
まず、流路制御部(図示せず)は、切替バルブ110を、吸気配管100と第1流入路配管120とを接続する状態にする。この状態で、吸気口からニオイ源を遠ざけた状態で排気ポンプ150を動作させ、チャンバー140にニオイ物質(ニオイ分子)を含まない気体を流入させる。これにより、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数を安定させる。
(Measurement 1)
First, the flow path control unit (not shown) places the switching valve 110 in a state in which the intake pipe 100 and the first inflow path pipe 120 are connected. In this state, the exhaust pump 150 is operated with the odor source away from the intake port, and a gas containing no odorous substance (odorant molecule) is caused to flow into the chamber 140. This stabilizes the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b.

周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が安定したら、吸気口へニオイ源を近づけ、ニオイ物質を含んだ気体をチャンバー140に流入させる。すると、この気体に含まれるニオイ物質が水晶振動子141a及び141bの吸着膜に付着し、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が低下する。なお、この周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数は、チャンバー140内の気体と吸着膜との間のニオイ物質濃度が平衡状態になるまで低下し、その後安定する。   When the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b is stabilized, an odor source is brought close to the intake port, and a gas containing an odor substance is caused to flow into the chamber 140. Then, the odorous substance contained in this gas adheres to the adsorption film of the crystal oscillators 141a and 141b, and the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b decreases. The frequency measured by the frequency counters 143a and 143b decreases until the odorant concentration between the gas in the chamber 140 and the adsorption film reaches an equilibrium state, and then stabilizes.

その後、速やかにニオイ源を吸気口から遠ざけると、ニオイ物質を含まない気体が吸気されて、チャンバー140内の気体のニオイ物質濃度が低下する。すると、吸着膜のニオイ物質濃度が、周辺気体のニオイ物質濃度より高くなるので、吸着膜のニオイ物質が吸着膜からの脱離を開始する。これにより、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が高くなっていく。   Thereafter, when the odor source is quickly moved away from the intake port, the gas not containing the odor substance is sucked and the odor substance concentration of the gas in the chamber 140 is lowered. Then, since the odorant concentration of the adsorption film becomes higher than the odorant concentration of the surrounding gas, the odorant substance of the adsorption film starts to desorb from the adsorption film. Thereby, the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b increases.

図2乃至図4は、それぞれオレンジ香料、ラベンダー香料、及びマジョラム香料をニオイ源として、実際に上記手順でこれらのニオイ源を吸気させたときに周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数の時間変化を示すグラフである。これらのグラフにおいて、上段に記載されたグラフは、ポリスチレン系樹脂膜を備える水晶振動子141aに接続された発振回路142aの発振信号の周波数、下段に記載されたグラフは、ポリメタクリレート系樹脂膜を備える水晶振動子141bに接続された発振回路142bの発振信号の周波数のそれぞれの時間変化を示す。なお、グラフの縦軸は周波数を示すが、これは周波数の絶対値を示すものではなく、周波数の変動を示すものであり、上段で示した周波数と下段で示した周波数とは、定常状態においてほぼ同じ周波数を示す。吸着膜へのニオイ物質の吸着が平衡状態となる前にニオイ源を遠ざけたため、図2乃至図4に示すように、計測された周波数はピーク形状となっている。   FIGS. 2 to 4 show the time variation of the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b when the orange flavor, the lavender flavor, and the marjoram flavor are used as the odor source and the odor source is actually inhaled in the above procedure. It is a graph which shows. In these graphs, the graph described in the upper row shows the frequency of the oscillation signal of the oscillation circuit 142a connected to the quartz crystal resonator 141a having the polystyrene resin membrane, and the graph shown in the lower row shows the polymethacrylate resin membrane. Each time change of the frequency of the oscillation signal of the oscillation circuit 142b connected to the crystal oscillator 141b provided is shown. The vertical axis of the graph indicates the frequency, but this does not indicate the absolute value of the frequency but indicates the fluctuation of the frequency. The frequency shown in the upper part and the frequency shown in the lower part are in a steady state. It shows almost the same frequency. Since the odor source is moved away before the adsorption of the odorous substance on the adsorption film reaches an equilibrium state, the measured frequency has a peak shape as shown in FIGS.

本実施形態1のように2つの水晶振動子を用いた構成とする場合、水晶振動子141aと141bとの周波数変化のピーク値である応答ピーク値の比(ピーク比)が、ニオイ物質の種類を識別する指標となる。このピーク比は、(発振回路142aの発振信号の周波数)/(発振回路142bの発振信号の周波数)により決定される。例えば、2つのニオイ源を識別する場合、これらのニオイ源に含まれるニオイ物質によりそれぞれ計測されるピーク比が大きく相違していれば、ノイズに影響されづらい、高精度なニオイ物質の検出が可能となる。しかし、図2乃至図4に示した測定結果では、それぞれのピーク比が、オレンジ香料を含む気体では1.11、ラベンダー香料を含む気体では0.90、マジョラム香料を含む気体では1.21と、互いに近接している。よって、ニオイ物質の検出精度が高いとはいえない。   In the case of the configuration using two crystal resonators as in the first embodiment, the ratio (peak ratio) of the response peak values, which are the peak values of the frequency change between the crystal resonators 141a and 141b, is the kind of odorous substance. It becomes an index to identify. This peak ratio is determined by (frequency of oscillation signal of oscillation circuit 142a) / (frequency of oscillation signal of oscillation circuit 142b). For example, when two odor sources are identified, if the peak ratios measured by the odor substances contained in these odor sources are significantly different from each other, they are less affected by noise and can detect odor substances with high accuracy. It becomes. However, in the measurement results shown in FIGS. 2 to 4, the respective peak ratios are 1.11 for the gas containing the orange fragrance, 0.90 for the gas containing the lavender fragrance, and 1.21 for the gas containing the marjoram fragrance. , Are close to each other. Therefore, it cannot be said that the detection accuracy of an odorous substance is high.

なお、ここで用いられた各香料はそれぞれ複数のニオイ物質を含んでいるため、複数の種類のニオイ物質を含む混合気体が吸着膜を備える水晶振動子に暴露していることになる。   In addition, since each fragrance | flavor used here contains the some odorous substance, the mixed gas containing several types of odorous substances is exposed to the quartz oscillator provided with an adsorption film.

(計測2)
次に、流路制御部(図示せず)は、切替バルブ110を、吸気配管100と第2流入路配管130とを接続する状態にする。この状態で、吸気口からニオイ源を遠ざけた状態で排気ポンプ150を動作させ、チャンバー140にニオイ物質を含まない気体を流入させる。これにより、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数を安定させる。
(Measurement 2)
Next, the flow path control unit (not shown) places the switching valve 110 in a state of connecting the intake pipe 100 and the second inflow path pipe 130. In this state, the exhaust pump 150 is operated in a state where the odor source is away from the intake port, and a gas containing no odor substance is caused to flow into the chamber 140. This stabilizes the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b.

周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が安定したら、吸気口へニオイ源を近づけ、ニオイ物質を含んだ気体をチャンバー140に流入させる。ここで、第2流入路配管130には吸脱着部131が設けられているため、吸気口から流入した気体は、含んでいる物質の一部が吸脱着部131によって吸着及び/または脱着された後、チャンバー140に流入する。この吸脱着部131を通過した気体に含まれるニオイ物質は、水晶振動子141a及び141bの吸着膜に付着し、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が低下する。なお、この周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数は、チャンバー140内の気体と吸着膜との間のニオイ物質濃度が平衡状態になるまで低下し、その後安定する。   When the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b is stabilized, an odor source is brought close to the intake port, and a gas containing an odor substance is caused to flow into the chamber 140. Here, since the second inflow passage pipe 130 is provided with the adsorption / desorption portion 131, a part of the substance contained in the gas flowing in from the intake port is adsorbed and / or desorbed by the adsorption / desorption portion 131. After that, it flows into the chamber 140. The odorous substance contained in the gas that has passed through the adsorption / desorption portion 131 adheres to the adsorption films of the crystal resonators 141a and 141b, and the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b decreases. The frequency measured by the frequency counters 143a and 143b decreases until the odorant concentration between the gas in the chamber 140 and the adsorption film reaches an equilibrium state, and then stabilizes.

その後、速やかにニオイ源を吸気口から遠ざけると、ニオイ物質を含まない気体が吸気されて、チャンバー140内の気体のニオイ物質濃度が低下する。すると、吸着膜のニオイ物質濃度が、周辺気体のニオイ物質濃度より高くなるので、吸着膜のニオイ物質が吸着膜からの脱離を開始する。これにより、周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数が高くなっていく。   Thereafter, when the odor source is quickly moved away from the intake port, the gas not containing the odor substance is sucked and the odor substance concentration of the gas in the chamber 140 is lowered. Then, since the odorant concentration of the adsorption film becomes higher than the odorant concentration of the surrounding gas, the odorant substance of the adsorption film starts to desorb from the adsorption film. Thereby, the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b increases.

図5乃至図7は、それぞれオレンジ香料、ラベンダー香料、及びマジョラム香料をニオイ源として、実際に上記手順でこれらのニオイ源を吸気させたときに周波数カウンター143a及び143bで計測される周波数の時間変化を示すグラフである。これらのグラフにおいて、上段に記載されたグラフは、ポリスチレン系樹脂膜を備える水晶振動子141aに接続された発振回路142aの発振信号の周波数、下段に記載されたグラフは、ポリメタクリレート系樹脂膜を備える水晶振動子141bに接続された発振回路142bの発振信号の周波数のそれぞれの時間変化を示す。なお、図2乃至図4と同様に、図5乃至7に示すグラフの縦軸は周波数を示すが、これは周波数の絶対値を示すものではなく、周波数の変動を示すものであり、上段で示した周波数と下段で示した周波数とは、定常状態においてほぼ同じ周波数を示す。吸着膜へのニオイ物質の吸着が平衡状態となる前にニオイ源を遠ざけたため、図5乃至図7に示すように、計測された周波数はピーク形状となっている。   FIGS. 5 to 7 show the time change of the frequency measured by the frequency counters 143a and 143b when the orange flavor, the lavender flavor, and the marjoram flavor are used as the odor source and the odor source is actually inhaled in the above procedure. It is a graph which shows. In these graphs, the graph described in the upper row shows the frequency of the oscillation signal of the oscillation circuit 142a connected to the quartz crystal resonator 141a having the polystyrene resin membrane, and the graph shown in the lower row shows the polymethacrylate resin membrane. Each time change of the frequency of the oscillation signal of the oscillation circuit 142b connected to the crystal oscillator 141b provided is shown. 2 to 4, the vertical axis of the graphs shown in FIGS. 5 to 7 indicates the frequency, but this does not indicate the absolute value of the frequency but indicates the fluctuation of the frequency. The frequency shown and the frequency shown in the lower part show substantially the same frequency in the steady state. Since the odor source is moved away before the adsorption of the odorous substance to the adsorption film reaches an equilibrium state, the measured frequency has a peak shape as shown in FIGS.

ここで、上記測定におけるピーク比は、オレンジ香料を含む気体では2.50、ラベンダー香料を含む気体では1.23、マジョラム香料を含む気体では2.10となっている。これらのピーク比は、図2乃至図4で示した、第1の流入路配管120を流通した気体を対象とした場合と全く異なっていることが分かる。   Here, the peak ratio in the above measurement is 2.50 for the gas containing the orange fragrance, 1.23 for the gas containing the lavender fragrance, and 2.10 for the gas containing the marjoram fragrance. It can be seen that these peak ratios are completely different from those in the case of the gas flowing through the first inflow passage pipe 120 shown in FIGS.

(計測に基づく識別)
このように、同じ香料を含む気体について、同じ吸着膜を備える水晶振動子を用いて含まれる物質を計測したとしても、吸脱着部131の有無で異なるピーク比を得ることができる。図8は、それぞれ±0.1の計測バラツキがあるものとして、上記の計測1におけるピーク比を横軸に、計測2におけるピーク比を縦軸として示したグラフである。図8において、オレンジ香料、ラベンダー香料、及びマジョラム香料をそれぞれ含む気体における計測結果は、それぞれ300、310、及び320として示されている。図8に示すように、計測1のみではオレンジ香料を含む気体(300)とマジョラム香料を含む気体(320)との計測結果におけるピーク比が重なる部分があったが、計測2を加えて2次元のデータでみると、オレンジ香料を含む気体(300)とマジョラム香料を含む気体(320)との計測結果におけるピーク比は重なる部分がなくなることが分かる。すなわち、気体に含まれる物質の識別精度が向上しているということができる。
(Identification based on measurement)
As described above, even when substances contained in a gas containing the same fragrance are measured using a crystal resonator having the same adsorption film, different peak ratios can be obtained depending on the presence / absence of the adsorption / desorption part 131. FIG. 8 is a graph showing the peak ratio in the measurement 1 on the horizontal axis and the peak ratio in the measurement 2 on the vertical axis, assuming that each has a measurement variation of ± 0.1. In FIG. 8, the measurement results in the gas containing the orange flavor, the lavender flavor, and the marjoram flavor are shown as 300, 310, and 320, respectively. As shown in FIG. 8, only the measurement 1 has a portion where the peak ratios of the measurement results of the gas (300) containing the orange fragrance and the gas (320) containing the marjoram fragrance overlap. From the above data, it can be seen that the peak ratio in the measurement result of the gas (300) containing the orange flavor and the gas (320) containing the marjoram flavor does not overlap. That is, it can be said that the identification accuracy of the substance contained in the gas is improved.

識別精度を向上させるためには、互いのデータ範囲(クラスター)が重なることなく良好に分離していることが必要である。バラツキを許容しながらクラスターを分離するには、データの次元数を増やすことが有効である。ニオイセンサーにおいては、水晶振動子の数を増やすことで次元数を増やしていたが、本実施形態1の検出装置では、水晶振動子の数を増やすことなく、データの次元数を増やすことが可能となる。   In order to improve the identification accuracy, it is necessary that the data ranges (clusters) of each other are well separated without overlapping. Increasing the number of data dimensions is effective in separating clusters while allowing variation. In the odor sensor, the number of dimensions is increased by increasing the number of crystal resonators. However, in the detection device of the first embodiment, the number of data dimensions can be increased without increasing the number of crystal resonators. It becomes.

<(3)実施形態1の特徴>
本実施形態1で示した検出装置は、以下のような特徴を備えるものであるといえる。
<(3) Features of Embodiment 1>
It can be said that the detection apparatus shown in the first embodiment has the following characteristics.

本実施形態1の検出装置に含まれる周波数測定装置では、第1流入路配管120及び第2流入路配管130のいずれか一方に選択的に気体が流通するよう構成されており、第2流入路配管130には、流通する気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着する吸脱着部131が配置されている。これにより、第1流入路配管120を流通してチャンバー140に流入した気体と、第2流入路配管130を流通してチャンバー140に流入した気体との間で、気体に含まれる物質の濃度が異なってくる。   In the frequency measuring device included in the detection device according to the first embodiment, gas is selectively circulated through one of the first inflow passage pipe 120 and the second inflow passage pipe 130, and the second inflow passage is provided. An adsorption / desorption portion 131 that adsorbs and / or desorbs part of a substance contained in the flowing gas is disposed in the pipe 130. As a result, the concentration of the substance contained in the gas between the gas flowing through the first inlet channel 120 and flowing into the chamber 140 and the gas flowing through the second inlet channel 130 and flowing into the chamber 140 is reduced. Come different.

このような構成の周波数測定装置によれば、吸脱着部のない第1流入路配管120を流通した気体と、吸脱着部131を含む第2流入路配管130を流通した気体とを対象として、吸着膜を備える水晶振動子141a及び141bの共振周波数の変動を計測することで、同じ気体に対して、設けられた水晶振動子の数以上の情報を得ることができる。これにより、水晶振動子を増加させることなく、より多くの周波数情報を得ることができる。ひいては、水晶振動子を増加させることなく、この周波数計測装置を備えて構成されたニオイセンサー等におけるニオイ等の識別精度を高めることができる。   According to the frequency measuring device having such a configuration, the gas flowing through the first inflow passage pipe 120 having no adsorption / desorption portion and the gas flowing through the second inflow passage piping 130 including the adsorption / desorption portion 131 are targeted. By measuring fluctuations in the resonance frequency of the crystal resonators 141a and 141b including the adsorption film, it is possible to obtain information more than the number of crystal resonators provided for the same gas. Thereby, more frequency information can be obtained without increasing the number of crystal units. As a result, the identification accuracy of odors and the like in an odor sensor or the like configured with this frequency measuring device can be increased without increasing the number of crystal units.

また、吸脱着部131はセルロースを含んで構成されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the adsorption / desorption part 131 is comprised including a cellulose.

セルロースを含んで構成された吸脱着部131は、気体に含まれる物質を効果的に吸着及び/または脱着する。これにより、かかる吸脱着部131を備える周波数計測装置では、第1流入路配管120を流通した気体と、第2流入路配管130を流通した気体とに含まれる物質の濃度が適度に変化し、設けられた吸着膜を備える水晶振動子の数以上の、より好ましい情報を得ることが可能な周波数計測装置を提供することができる。   The adsorption / desorption part 131 configured to contain cellulose effectively adsorbs and / or desorbs a substance contained in a gas. Thereby, in the frequency measurement device including the adsorption / desorption portion 131, the concentration of the substance contained in the gas flowing through the first inflow passage piping 120 and the gas flowing through the second inflow passage piping 130 is appropriately changed, It is possible to provide a frequency measurement device capable of obtaining more preferable information that is equal to or more than the number of quartz resonators provided with the provided adsorption films.

さらに、本実施形態1の検出装置では、第1流入路配管120を流通した気体について測定された周波数と、第2流入路配管130を流通した気体について測定された周波数とに基づいて、気体に含まれる物質を検出可能に構成された検出部144を備える。   Furthermore, in the detection apparatus of the first embodiment, the gas is determined based on the frequency measured for the gas flowing through the first inflow passage piping 120 and the frequency measured for the gas flowing through the second inflow passage piping 130. The detection part 144 comprised so that detection of the contained substance was possible is provided.

かかる構成の検出装置によれば、上記のように吸脱着部のない第1流入路配管120を通過した気体と、吸脱着部131を含む第2流入路配管130を流通した気体とを対象として、周波数カウンター143a及び143bによって発振信号の周波数の変動を計測することで、同じ気体に対して、設けられた振動子の数以上の情報を得ることができる。そして、これらの周波数変動情報に基づいて気体に含まれる物質を検出することで、物質の検出精度を高めることが可能となる。   According to the detection device having such a configuration, the gas that has passed through the first inflow passage pipe 120 having no adsorption / desorption portion as described above and the gas that has circulated through the second inflow passage piping 130 including the adsorption / desorption portion 131 are targeted. By measuring the fluctuation of the frequency of the oscillation signal by the frequency counters 143a and 143b, it is possible to obtain information more than the number of vibrators provided for the same gas. And it becomes possible to raise the detection accuracy of a substance by detecting the substance contained in gas based on these frequency variation information.

また、本実施形態1の周波数計測装置または検出装置は、ニオイセンサーまたは電子機器に適用することができる。   In addition, the frequency measurement device or the detection device of the first embodiment can be applied to an odor sensor or an electronic device.

かかる構成のニオイセンサーまたは電子機器によれば、少数の振動子にも関わらず高いニオイの識別精度を有するニオイセンサーまたは電子機器を提供することができる。   According to the odor sensor or electronic device having such a configuration, it is possible to provide an odor sensor or electronic device having high odor discrimination accuracy despite a small number of vibrators.

また、本実施形態1では、以下のステップを有する検出方法を示している。すなわち、(1)第1流入路配管120を流通させて吸着膜を備えた水晶振動子141a及び141bが配置されたチャンバー140に気体を流入させるステップと、(2)この気体について、水晶振動子141a及び141bに接続された発振回路142a及び142bから出力される第1の発振信号の周波数を計測するステップとを含む。さらに、(3)第2流入路配管130を流通させてチャンバー140に気体を流入させるステップと、(4)この気体について、発振回路142a及び142bから出力される第2の発振信号の周波数を計測するステップとを含む。そして、(5)第1の発振信号の周波数と前記第2の発振信号の周波数とに基づいて、気体に含まれる物質を検出するステップをさらに含む。このとき、第1流入路配管120を流通してチャンバー140に流入した前記気体と、第2流入路配管130を流通してチャンバー140に流入した前記気体との間で、気体内に含まれる物質の濃度が異なるよう、第2流入路配管130には、吸脱着部131が配置されている。   In the first embodiment, a detection method including the following steps is shown. That is, (1) a step of flowing a gas into the chamber 140 in which the crystal resonators 141a and 141b provided with the adsorption film are circulated through the first inflow passage pipe 120, and (2) the crystal resonator with respect to this gas Measuring the frequency of the first oscillation signal output from the oscillation circuits 142a and 142b connected to 141a and 141b. Further, (3) a step of flowing gas into the chamber 140 through the second inflow passage pipe 130, and (4) measuring the frequency of the second oscillation signal output from the oscillation circuits 142a and 142b for this gas. Including the step of. And (5) detecting a substance contained in the gas based on the frequency of the first oscillation signal and the frequency of the second oscillation signal. At this time, the substance contained in the gas between the gas flowing into the chamber 140 through the first inlet pipe 120 and the gas flowing into the chamber 140 through the second inlet pipe 130. An adsorption / desorption portion 131 is arranged in the second inflow passage pipe 130 so that the concentrations of the two are different.

かかる方法によれば、吸脱着部のない第1流入路配管120を流通した気体と、吸脱着部を含む第2流入路配管130を流通した気体とを対象として、吸着膜を備える水晶振動子141a及び141bに接続された発振回路142a及び142bから出力される発振信号の周波数の変動を測定することで、同じ気体に対して、設けられた振動子の数以上の情報を得ることができる。これにより、水晶振動子の数を増加させることなく、より多くの周波数情報を得ることができる。ひいては、水晶振動子を増加させることなく、この方法を用いてニオイ等の識別を行ったときの識別精度を高めることができる。   According to this method, the quartz crystal resonator including the adsorption film for the gas flowing through the first inflow passage pipe 120 having no adsorption / desorption portion and the gas flowing through the second inflow passage piping 130 including the adsorption / desorption portion. By measuring fluctuations in the frequency of the oscillation signals output from the oscillation circuits 142a and 142b connected to the 141a and 141b, it is possible to obtain information more than the number of transducers provided for the same gas. Thereby, more frequency information can be obtained without increasing the number of crystal resonators. As a result, it is possible to increase the identification accuracy when identifying odors and the like using this method without increasing the number of crystal units.

なお、上記検出方法においては、(1)及び(2)のステップと、(3)及び(4)のステップとを入れ換えてもよい。   In the above detection method, the steps (1) and (2) may be interchanged with the steps (3) and (4).

<3.実施形態2>
次に、本発明の実施形態2における検出装置の構成について、図9を参照しながら説明する。なお、本実施形態2の検出装置は多くの点で実施形態1の検出装置と同様の構成を備えるため、以下の説明では本実施形態2に特有の構成のみについて具体的に説明する。また、本検出装置の動作については実施形態1の動作と同様であるため、その説明を省略する。
<3. Second Embodiment>
Next, the configuration of the detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, since the detection apparatus of this Embodiment 2 is equipped with the structure similar to the detection apparatus of Embodiment 1 in many points, only the structure peculiar to this Embodiment 2 is demonstrated concretely in the following description. The operation of the detection apparatus is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.

図9は、本実施形態2における検出装置の構成を示す図である。図9に示すように、検出装置は、第1流入路配管120、第2流入路配管130、チャンバー140、排気ポンプ150、排気配管160を備えて構成される。また、チャンバー140には、吸着膜を備えた水晶振動子141a及び141bが配置されている。また、検出装置は、発振回路142a及び142b、周波数カウンター143a及び143b、並びに検出部144を備えて構成される。さらに、検出装置は、第1流入路配管120に流通制御弁180を備え、第2流入路配管130に流通制御弁181を備え、これらの流通制御弁180及び181を制御する流通制御部170を備える。これらの流通制御弁180及び181、並びに流通制御部170を備える点が、本実施形態2が実施形態1と異なる点である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the detection device according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the detection device includes a first inflow passage pipe 120, a second inflow passage pipe 130, a chamber 140, an exhaust pump 150, and an exhaust pipe 160. In the chamber 140, crystal resonators 141a and 141b each having an adsorption film are disposed. The detection device includes oscillation circuits 142a and 142b, frequency counters 143a and 143b, and a detection unit 144. Further, the detection device includes a flow control valve 180 in the first inflow passage pipe 120, a flow control valve 181 in the second inflow passage pipe 130, and a flow control unit 170 that controls these flow control valves 180 and 181. Prepare. The second embodiment is different from the first embodiment in that the flow control valves 180 and 181 and the flow control unit 170 are provided.

本実施形態2の検出装置では、上記流通制御部170並びに流通制御弁180及び181が、実施形態1における切替バルブ110のように機能する。すなわち、流通制御部170並びに流通制御弁180及び181によって、第1流入路配管120及び第2流入路配管130のいずれか一方に選択的に気体を流通させることができるよう構成されている。   In the detection device of the second embodiment, the flow control unit 170 and the flow control valves 180 and 181 function as the switching valve 110 in the first embodiment. That is, the flow control unit 170 and the flow control valves 180 and 181 are configured so that gas can be selectively circulated through one of the first inflow passage piping 120 and the second inflow passage piping 130.

本実施形態2の検出装置は、実施形態1と同様の効果を有するものである。ただし、本実施形態2の検出装置は、実施形態1で示した切替バルブ110と比較してシンプルな機械的構造を有する流通制御弁180及び181を備え、この流通制御弁180及び181を流通制御部170で制御している。よって、機械的な不具合がより生じにくい検出装置を提供することなどが可能となる。   The detection apparatus of the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment. However, the detection device of the second embodiment includes flow control valves 180 and 181 having a simple mechanical structure as compared with the switching valve 110 shown in the first embodiment, and the flow control valves 180 and 181 are flow controlled. Controlled by the unit 170. Therefore, it is possible to provide a detection device that is less prone to mechanical problems.

<5.補足>
上記各実施形態の周波数計測装置では、水晶振動子141a及び141bを用いているが、水晶振動子以外の振動子を用いることも可能である。
<5. Supplement>
In the frequency measurement device of each of the above embodiments, the crystal resonators 141a and 141b are used, but a resonator other than the crystal resonator may be used.

また、上記各実施形態の周波数計測装置では水晶振動子を2つ備える例を説明したが、より多数の水晶振動子を配置してよい。   Moreover, although the example provided with two crystal resonators was demonstrated in the frequency measuring device of each said embodiment, you may arrange | position more crystal resonators.

また、吸脱着部131は、セルロースファイバーからなるフィルター状の構成に限るものではない。例えば、別の材料を用いたフィルター状の構成でもよいし、フィルター状の構成のものでなくてもよい。フィルター状の構成以外のものとしては、例えば、第2流入路配管130の内側面に、所定の物質を吸着及び/または脱着する材料を配置してもよい。   Further, the adsorption / desorption portion 131 is not limited to a filter-like configuration made of cellulose fiber. For example, a filter-like structure using another material may be used, and the filter-like structure may not be used. As a material other than the filter configuration, for example, a material that adsorbs and / or desorbs a predetermined substance may be disposed on the inner side surface of the second inflow passage pipe 130.

また、上記各実施形態においては、第1流路配管120及び第2流入路配管130の2つの流入路配管を配置したが、さらに追加の流入路配管を備える構成としてもよい。この場合、第3流入路配管には、第2流入路配管130が備える吸脱着部131とは異なる吸着及び/または脱着の特性を有する吸脱着部を備える構成にすることが好ましい。   Moreover, in each said embodiment, although two inflow path piping, the 1st flow path piping 120 and the 2nd inflow path piping 130, was arrange | positioned, it is good also as a structure provided with an additional inflow path piping. In this case, it is preferable that the third inflow path pipe is provided with an adsorption / desorption part having adsorption and / or desorption characteristics different from the adsorption / desorption part 131 provided in the second inflow path pipe 130.

また、第1流入路配管120と第2流入路配管130との双方に吸脱着部を備える構成としてもよい。この場合、上記と同様に、2つの吸脱着部の吸着及び/または脱着の特性は異なるものとすることが好ましい。   Moreover, it is good also as a structure provided with an adsorption / desorption part in both the 1st inflow path piping 120 and the 2nd inflow path piping 130. FIG. In this case, similarly to the above, it is preferable that the adsorption and / or desorption characteristics of the two adsorption / desorption portions are different.

また、実施形態においては、吸脱着部のない第1流入路配管120を流通した気体と、吸脱着部131を含む第2流入路配管130を流通した気体とを対象として、吸着膜を備える水晶振動子141a及び141bの共振周波数の変動を計測し、これらの周波数変動の双方に基づいて物質を検出している。しかし、必ずしもこの形態に限るものではなく、例えば、上記2つの計測結果において、気体に含まれる物質の検出により適した計測結果を選択的に用いる方法も考えられ、この方法も本発明に含まれるものである。   Further, in the embodiment, the quartz crystal having an adsorption film for the gas flowing through the first inflow passage pipe 120 having no adsorption / desorption portion and the gas flowing through the second inflow passage piping 130 including the adsorption / desorption portion 131 are targeted. Variations in the resonance frequency of the vibrators 141a and 141b are measured, and a substance is detected based on both of these frequency variations. However, the present invention is not necessarily limited to this form. For example, in the above two measurement results, a method of selectively using a measurement result more suitable for detection of a substance contained in a gas can be considered, and this method is also included in the present invention. Is.

100……吸気配管、110……切替バルブ、120……第1流入路配管、130……第2流入路配管、131……吸脱着部、140……チャンバー、141a・141b……水晶振動子、142a・142b……発振回路、143a……周波数カウンター、144……検出部、150……排気ポンプ、160……排気配管、170……流通制御部、180・181……流通制御弁、200……周波数計測装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Intake piping, 110 ... Switching valve, 120 ... 1st inflow passage piping, 130 ... 2nd inflow passage piping, 131 ... Adsorption / desorption part, 140 ... Chamber, 141a, 141b ... Quartz crystal oscillator 142a, 142b, oscillation circuit, 143a, frequency counter, 144, detection unit, 150, exhaust pump, 160, exhaust pipe, 170, flow control unit, 180, 181, flow control valve, 200 ...... Frequency measuring device

Claims (7)

吸着膜を備えた振動子と、
前記振動子が配置されたチャンバーと、
前記チャンバーに気体を流入させるよう構成された、第1の流入路及び第2の流入路と、を備え、
前記第1の流入路及び前記第2の流入路は、いずれか一方に選択的に前記気体が流通するよう構成され、
前記第1の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体と、前記第2の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体との間で、該気体内に含まれる物質の濃度が異なるように、前記第2の流入路が、流通する前記気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着する吸脱着部を含んで構成される、
周波数計測装置。
An oscillator with an adsorption film;
A chamber in which the vibrator is disposed;
A first inflow path and a second inflow path configured to allow gas to flow into the chamber;
The first inflow path and the second inflow path are configured so that the gas is selectively circulated through one of them,
The concentration of the substance contained in the gas between the gas flowing into the chamber through the first inflow path and the gas flowing into the chamber through the second inflow path The second inflow path is configured to include an adsorption / desorption portion that adsorbs and / or desorbs a part of the substance contained in the flowing gas.
Frequency measuring device.
前記吸脱着部が、セルロースを含んで構成される、
請求項1に記載の周波数計測装置。
The adsorption / desorption part is configured to contain cellulose.
The frequency measuring device according to claim 1.
前記吸脱着部が、ファイバーメッシュ状の材料、ファイバーが隙間を持って絡みあっている綿状の材料、スポンジ状の材料、ビーズ状の材料、または多数のフィンを持つ材料の表面を、分子吸脱着液体、ポリマー、または無機物でコーティングしたものを含む、請求項1に記載の周波数計測装置。   The adsorption / desorption part absorbs the surface of a fiber mesh-like material, a cotton-like material in which fibers are entangled with a gap, a sponge-like material, a bead-like material, or a material having a large number of fins. The frequency measuring device according to claim 1, comprising a coating with a desorption liquid, a polymer, or an inorganic substance. 前記振動子に接続され発振信号を出力する発振回路と、
前記発振信号の周波数を計測可能に構成された周波数計測器と、をさら備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の周波数計測装置と、
前記第1の流入路を流通した前記気体について前記周波数計測装置で計測された周波数と、前記第2の流入路を流通した前記気体について前記周波数計測装置で計測された周波数と、に基づいて、前記気体に含まれる物質を検出可能に構成された検出部と、
を備える検出装置。
An oscillation circuit connected to the vibrator and outputting an oscillation signal;
A frequency measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a frequency measuring device configured to be able to measure the frequency of the oscillation signal.
Based on the frequency measured by the frequency measuring device for the gas flowing through the first inflow passage and the frequency measured by the frequency measuring device for the gas flowing through the second inflow passage, A detector configured to detect a substance contained in the gas;
A detection device comprising:
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の周波数計測装置、または請求項4に記載の検出装置を備える、ニオイセンサー。   An odor sensor comprising the frequency measurement device according to any one of claims 1 to 3 or the detection device according to claim 4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の周波数計測装置、または請求項4に記載の検出装置を備える、電子機器。   An electronic apparatus comprising the frequency measurement device according to any one of claims 1 to 3 or the detection device according to claim 4. 第1の流入路を流通させて吸着膜を備えた振動子が配置されたチャンバーに気体を流入させるステップと、
前記気体について、前記振動子に接続された発振回路から出力される第1の発振信号の周波数を計測するステップと、
第2の流入路を流通させて前記チャンバーに前記気体を流入させるステップと、
前記気体について、前記発振回路から出力される第2の発振信号の周波数を計測するステップと、
前記第1の発振信号の周波数と前記第2の発振信号の周波数とに基づいて、前記気体に含まれる物質を検出するステップと、を含み、
前記第1の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体と、前記第2の流入路を流通して前記チャンバーに流入した前記気体との間で、該気体内に含まれる物質の濃度が異なるよう、前記第2の流入路には、流通する前記気体に含まれる物質の一部を吸着及び/または脱着する吸脱着部が配置されている、
検出方法。
Flowing the gas into the chamber in which the vibrator having the adsorption film is disposed by circulating the first inflow path;
Measuring the frequency of a first oscillation signal output from an oscillation circuit connected to the vibrator for the gas;
Flowing the second inflow path to flow the gas into the chamber;
Measuring the frequency of the second oscillation signal output from the oscillation circuit for the gas;
Detecting a substance contained in the gas based on the frequency of the first oscillation signal and the frequency of the second oscillation signal,
The concentration of the substance contained in the gas between the gas flowing into the chamber through the first inflow path and the gas flowing into the chamber through the second inflow path Are different from each other, an adsorption / desorption part that adsorbs and / or desorbs a part of the substance contained in the flowing gas is arranged in the second inflow path,
Detection method.
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