JP6713164B2 - シグナル解析方法及び試料ガス識別方法 - Google Patents
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ここで、前記指数関数を含む関数は、時間tの定数倍であるat及びbt(ただし、a≠b)を変数とする2つの指数関数eat及びebtをそれぞれ定数A、B倍であるAeatとBebtとの和で表現された関数、並びに前記AeatとBebtとの和で表現された関数を平行移動及び又は反転させた関数からなる群から選択された関数を含む関数であり、前記和で表現された関数に係る少なくとも一つの前記定数に基づいて前記群から選択された少なくとも一を求めてよい。
また、前記指数関数を含む関数を前記シグナルにフィッティングすることにより、前記群から選択された少なくとも一を求めてよい。
また、前記指数関数を含む関数を構成する指数関数項のうちで所定の時間範囲内で最大値を取る指数関数項が前記指数関数を含む関数であると見なして、前記群から選択された少なくとも一を求めてよい。
また、前記群は前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数、前記受容体層の材料の瞬間弾性率、前記受容体層の材料の緩和弾性率、前記受容体層の材料の応力緩和時間を含んでよい。
また、前記群から選択された少なくとも一は前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であってよい。
また、前記指数関数を含む関数は下式の定数倍であってよい。
ただし、αは下式
で表され、t0は基準時刻、τrは前記受容体層の材料の応力緩和時間、τsは前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であってτs≠τr、EUは前記受容体層の材料の瞬間弾性率、ERは前記受容体層の材料の緩和弾性率である。
また、前記指数関数を含む関数は下式の定数倍であってよい。
ただし、t0は基準時刻、EUは前記受容体層の材料の瞬間弾性率、ERは前記受容体層の材料の緩和弾性率であり、τは前記受容体層の材料の応力緩和時間及び前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であって、前記応力緩和時間と前記拡散時定数とは同じ値である。
また、前記ナノメカニカルセンサは膜型表面応力センサであってよい。
本発明のほかの側面によれば、前記のナノメカニカルセンサを使用して求められた前記受容体層と前記試料ガスとの組合せにより決まる前記パラメータに基づいて前記試料ガスの識別を行う、試料ガス識別方法が与えられる。
ここで、前記受容体層と前記試料ガスとの組合せにより決まる前記パラメータは前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であってよい。
また、複数の前記受容体層を用いて前記組合せにより決まる複数のパラメータを求め、前記複数の受容体層の各々と当該材料に対応する前記組合せにより決まるパラメータとの対に基づいて前記試料ガスの識別を行ってよい。
長さl、厚さh1のカンチレバーの上に厚さh2の粘弾性的性質を持つ材料を受容体として被覆した場合を考える。ここで、受容体層はカンチレバーと比較して十分に柔らかい、若しくは薄いものとする。このとき、受容体層中のガス濃度C、応力σ、カンチレバーのたわみZは非特許文献4によれば
本実施例では、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)を受容体として被覆したMSSを用いて水蒸気の測定を行い、各種パラメータの抽出を行った。
本実施例では、PMMAとポリ塩化ビニル(PVC)を受容体として被覆したMSSを用いて各ガス種の測定を行い、抽出したパラメータをもとにガス種の識別を行った。
Claims (6)
- 受容体層を設けたナノメカニカルセンサに試料ガスを含む気流及び前記試料ガスを含まない気流を切り替えて供給し、
前記切替により前記ナノメカニカルセンサから出力されるシグナルの時間変化が時間tの定数倍を変数とする指数関数を含む関数であると見なすことにより、前記指数関数を含む関数から前記受容体層の材料の粘弾性的性質を表すパラメータ及び前記受容体層と前記試料ガスとの組み合わせにより決まるパラメータからなる群から選択された少なくとも一を、前記指数関数を含む関数を前記シグナルにフィッティングすることにより求める、
ナノメカニカルセンサを用いた測定におけるシグナル解析方法において、
前記群は前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数、前記受容体層の材料の瞬間弾性率、前記受容体層の材料の緩和弾性率、前記受容体層の材料の応力緩和時間を含み、
前記指数関数を含む関数として下式の定数倍である第1の式
(ただし、αは下式
で表され、t 0 は基準時刻、τ r は前記受容体層の材料の応力緩和時間、τ s は前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であってτ s ≠τ r 、E U は前記受容体層の材料の瞬間弾性率、E R は前記受容体層の材料の緩和弾性率である)
の定数倍、及び
下式の定数倍である第2の式
(ただし、t 0 は基準時刻、E U は前記受容体層の材料の瞬間弾性率、E R は前記受容体層の材料の緩和弾性率であり、τは前記受容体層の材料の応力緩和時間及び前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数であって、前記応力緩和時間と前記拡散時定数とは同じ値である)
を前記フィッティングの対象の候補とし、
前記受容体層の材料の応力緩和時間の値と前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数の値とに基づいて前記第1の式と前記第2の式の何れを前記フィッティングの対象の式として選択するかを定める
ナノメカニカルセンサを用いた測定におけるシグナル解析方法。 - 前記応力緩和時間と前記拡散時定数とが誤差の範囲で一致する場合に前記第2の式を前記フィッティングの対象の式として選択し、
それ以外の場合には前記第1の式を前記フィッティングの対象として選択する、
請求項1に記載のナノメカニカルセンサを用いた測定におけるシグナル解析方法。 - 前記ナノメカニカルセンサは膜型表面応力センサである、請求項1又は2に記載のシグナル解析方法。
- 請求項1から3の何れかに記載のナノメカニカルセンサを使用して求められた前記受容体層と前記試料ガスとの組み合わせにより決まる前記パラメータに基づいて前記試料ガスの識別を行う、試料ガス識別方法。
- 前記受容体層と前記試料ガスとの組み合わせにより決まる前記パラメータは前記試料ガスの前記受容体層の材料への拡散時定数である、請求項4に記載の試料ガス識別方法。
- 複数の前記受容体層を用いて前記組み合わせにより決まる複数のパラメータを求め、
前記複数の受容体層の各々と当該材料に対応する前記組み合わせにより決まるパラメータとの対に基づいて前記試料ガスの識別を行う、
請求項4又は5に記載の試料ガス識別方法。
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