JP5708027B2 - 感知装置 - Google Patents
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Description
圧電片に設けられた第1の振動領域の表面及び裏面のうち一方に第1の一面側励振電極を、他方に第1の他面側励振電極を夫々設けて構成され、且つ前記感知対象物が吸着するように構成された第1の圧電振動子と、
前記圧電片に設けられた第2の振動領域の表面及び裏面のうち一方に第2の一面側励振電極を、他方に第2の他面側励振電極を夫々設けて構成され、且つ前記感知対象物が吸着されないように構成された第2の圧電振動子と、
第1の一面側励振電極と、第2の一面側励振電極とを互いに切り替えて後段側に接続するための切り替え部と、
第1の他面側励振電極及び第2の他面側励振電極に接続されると共に前記切り替え部の後段に設けられ、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子を時分割で発振させるこれら第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子に共通の発振回路と、
前記発振回路の後段に設けられ、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子からの出力を取り込み、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子の固有振動数を各々測定するための測定部と、
を含み、
前記発振回路から第1の一面側励振電極、第2の一面側励振電極に向かって夫々見て、当該第1の一面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、第2の一面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、が互いに揃い、
前記発振回路から第1の他面側励振電極、第2の他面側励振電極に向かって夫々見て、当該第1の他面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、第2の他面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、が互いに揃い、
その一面に前記圧電片が載置される基板が設けられ、
前記第1の一面側励振電極を含む導電路、前記第2の一面側励振電極を含む導電路、第1の他面側励振電極を含む導電路、第2の他面側励振電極を含む導電路は、前記圧電片に形成された圧電片導電路と、基板の一面に形成された基板導電路と、により構成され、
前記基板に載置される前記圧電片の第1の振動領域、第2の振動領域の配列方向を左右方向とすると、前記圧電片導電路、前記基板導電路は夫々左右対称に形成されていることを特徴とする。
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。以下の各評価試験では感知センサーを既述したフローセル方式のセンサーとして構成して試験を行っている。
[評価試験1−1]
上記の実施形態の基板21とは異なる基板を用いて感知センサーを構成した。この基板においては電極膜27a〜27cのレイアウトが図4に示したレイアウトと異なり、それによって各電極膜27a〜27cの一端から他端までのインピーダンスが互いに異なるように構成している。この感知センサーを発振回路ユニット11に接続し、試料液として先ず純水を供給した後、純水で希釈したグリセロール30%溶液(粘性係数約3.5%)を供給して、各チャンネルの周波数F1、F2の変化及び周波数差F1−F2の変化を調べた。
上記の実施形態の基板21を用いた他は評価試験1−1と同様の条件で試験を行った。図12(b)は、この実験結果を示したグラフであり、周波数F1及び周波数F2が同様に変化していることが分かる。従って、評価試験1−1、1−2から、各水晶振動子3Aの降下量を揃えるためには、発振回路53から励振電極32a、32bに至るまでの各導電路のインピーダンスを等しくすることが有効であることが分かる。
感知装置1において、発振回路53の接続がチャンネル1からチャンネル2に切り替わるときの当該チャンネル2から出力される周波数と、切り替え信号出力部54から出力される信号とをオシロスコープにより測定した。図13は、この実験結果から得られた波形を概略的に示しており、図中Cが切り替え信号の波形を、図中Aがチャンネル2の出力波形を夫々示している。図13のグラフに示されるように、切り替え信号Cの出力レベルが変化する時刻t3から、その後の時刻t4までは、チャンネル2の振幅が不安定になっている。
評価試験1−1と同様に、電極膜27a〜27cのレイアウトが図4とは異なり、それによって各電極膜27a〜27cの一端から他端までのインピーダンスが互いに異なるように構成した基板を用いて感知センサーを形成した。そして、この感知センサーについてチャンネル1、チャンネル2の水晶等価定数であるCI(Ω)、C0(pF)、C1(fF)、L1(mH)の各値を測定し、各定数ごとにチャンネル1とチャンネル2との差分を演算した。演算結果の中で、CIの差分値は−1.36Ωであり、C0の差分値は0.17pFであった。
図4に示した上記の実施形態の感知センサーについて同様にチャンネル1、チャンネル2の水晶等価定数であるCI(Ω)、C0(pF)、C1(fF)、L1(mH)の各値を測定し、各定数ごとにチャンネル1とチャンネル2との差分を演算した。感知センサー間で演算した差分値を比較すると、CIの差分値が−0.80Ω、C0の差分値が0.01pFとなっており、評価試験3−1の結果と比較して、これらについては特にチャンネル間で差異が抑えられていることが分かった。
評価試験3−1の感知センサーに純水を供給し、続いて純水と当該純水よりも粘度が高い20%グリセロール溶液との混合液を供給して、評価試験1−1と同様に周波数F1、F2及び周波数差F1−F2の変化を測定した。続いて、評価試験3の感知センサー6に純水を供給し、続いて純水と30%グリセロール溶液との混合液を供給して、評価試験2と同様に周波数F1、F2及び周波数差F1−F2の変化を測定した。
評価試験3−2の感知センサー2を用いて、評価試験4−1と同様に試験を行った。図14(b)は、この実験結果を示している。この図に示すように評価試験4−1に比べて、各20%グリセロール溶液、30%グリセロール溶液供給時に発振周波数F1、F2の差が小さく、これら発振周波数が揃って変化している。評価試験3−1、3−2、4−1、4−2の結果から導電路のインピーダンスが水晶等価定数のC0値及びCI値に影響しており、これらチャンネル間でのC0値及びCI値の差により、各チャンネルの周波数の変化が揃わなくなることが分かる。また、評価試験4−1、4−2の結果から、本発明のように導電路のインピーダンスを揃えることがチャンネル間で周波数の変化を揃えるために有効であることが示された。
12 計測部
21 基板
31 水晶片
3A 第1の水晶振動子
3B 第2の水晶振動子
30A 第1の振動領域
30B 第2の振動領域
32a 励振電極
32b 励振電極
33c 励振電極
52 スイッチ
53 発振回路
Claims (3)
- 試料液中に含まれる感知対象物の吸着により固有振動数が変化する圧電振動子を用い、前記固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
圧電片に設けられた第1の振動領域の表面及び裏面のうち一方に第1の一面側励振電極を、他方に第1の他面側励振電極を夫々設けて構成され、且つ前記感知対象物が吸着するように構成された第1の圧電振動子と、
前記圧電片に設けられた第2の振動領域の表面及び裏面のうち一方に第2の一面側励振電極を、他方に第2の他面側励振電極を夫々設けて構成され、且つ前記感知対象物が吸着されないように構成された第2の圧電振動子と、
第1の一面側励振電極と、第2の一面側励振電極とを互いに切り替えて後段側に接続するための切り替え部と、
第1の他面側励振電極及び第2の他面側励振電極に接続されると共に前記切り替え部の後段に設けられ、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子を時分割で発振させるこれら第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子に共通の発振回路と、
前記発振回路の後段に設けられ、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子からの出力を取り込み、第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子の固有振動数を各々測定するための測定部と、
を含み、
前記発振回路から第1の一面側励振電極、第2の一面側励振電極に向かって夫々見て、当該第1の一面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、第2の一面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、が互いに揃い、
前記発振回路から第1の他面側励振電極、第2の他面側励振電極に向かって夫々見て、当該第1の他面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、第2の他面側励振電極を含む導電路のインピーダンスと、が互いに揃い、
その一面に前記圧電片が載置される基板が設けられ、
前記第1の一面側励振電極を含む導電路、前記第2の一面側励振電極を含む導電路、第1の他面側励振電極を含む導電路、第2の他面側励振電極を含む導電路は、前記圧電片に形成された圧電片導電路と、前記基板の一面に形成された基板導電路と、により構成され、
前記基板に載置される前記圧電片の第1の振動領域、第2の振動領域の配列方向を左右方向とすると、前記圧電片導電路、前記基板導電路は夫々左右対称に形成されていることを特徴とする感知装置。 - 前記導電路のインピーダンスと、導電路のインピーダンスとが互いに揃うとは、各導電路のインピーダンスの差が3%以下であることを特徴とする請求項1記載の感知装置。
- 前記切り替え部は、切り替え信号出力部から出力される切り替え信号を受けて、第1の水晶振動子及び第2の水晶振動子の後段側への接続を互いに切り替え、前記測定部は、切り替え信号が出力されてから、予め設定した時間が経過した後の固有振動数の測定値を有効とすることを特徴とする請求項1または2記載の感知装置。
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