JP6894397B2

JP6894397B2 - 感知装置

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Publication number: JP6894397B2
Application number: JP2018062542A
Authority: JP
Inventors: 祐希柳澤; 茎田　啓行; 啓行茎田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP2019174269A; US11329210B2; US20210104655A1; WO2019188992A1; EP3779401A4; EP3779401A1

Description

本発明は、圧電振動子の周波数変化により感知対象物を感知する感知装置に関する。

例えばガス中に含まれる物質を感知する感知センサを用いた感知装置として、水晶振動子を用い、水晶振動子のセンサ部分を冷却して、感知対象のガスを水晶振動子に吸着させ、その後水晶振動子の温度を徐々に上昇させることによりガスを気化させ、気化温度によるガスの特定や、ガスの気化前後の水晶振動子の周波数変化によるガスの量などを測定するＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）が知られている。

このようなＱＣＭとしては、その対象となるガスの性質や、測定の目的により、水晶振動子の冷却温度が異なる。そのため例えば液体窒素を用いて−１９０℃の極低温に冷却を行ってガスを吸着させると共にヒータにより加熱してガスを気化させるＣＱＣＭ（Cryogenic QCM）や、ペルチェ素子を用いて水晶振動子の温度を−８０℃から１２５℃に調整するＴＱＣＭ（Themoelectric QCM）などがある。ユーザーによっては、これらのＣＱＣＭのセンサと、ＴＱＣＭのセンサとを使い分けることがあるが、２種類のＱＣＭセンサ毎にＱＣＭセンサと接続される計測装置を使い分けることは作業効率の低下等の理由があるため、計測装置の共通化が望まれている。

ところでＣＱＣＭにおいては、ヒータを加熱するための駆動電圧は、例えば可変レギュレータにより例えば０〜１８Ｖに調整される。一方ＴＱＣＭに用いられるペルチェ素子は、耐電圧が直流１０Ｖ程度と低い。そのため計測装置を共通化した場合に、駆動電圧をペルチェ素子の電圧に合わせた場合には、ヒータの出力が不足してしまい、駆動電圧をヒータに合わせた場合には、ペルチェ素子の故障が懸念される。

特許文献１、２には、ＱＣＭセンサにおいて、ヒータの温度を調整する技術が記載されているが、温調機構を温調するための駆動電圧の供給部を、適正電圧の異なる複数の温調機構に共通化させる技術については記載されていない。

特開２００４−２４５７８５号公報特開平０５−２６４４２９号公報

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、電圧に応じて圧電振動子の温度を調整する温調機構を備え、温度の昇降により圧電振動子に感知対象物を脱着させる感知センサを用いた感知装置において、感知センサの温調機構によらず、温調機構の温度を調整するための電圧を調整する電圧調整部を共通化する技術を提供することにある。

本発明の感知装置は、圧電振動子と、入力された駆動電圧に従って前記圧電振動子の温度を調整する温調機構と、圧電振動子の温度を検出する温度検出部と、を備え、本体部に着脱自在に構成された感知センサを用い、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を昇華させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、
前記本体部に設けられ、前記温度検出部にて検出された温度に基づいて入力される温度調整電圧に応じて、前記温調機構に出力する駆動電圧を調整する可変レギュレータを含み、温調機構の異なる複数種別の感知センサに共通して設けられた電圧調整部と、
前記本体部に設けられ、前記感知センサに設けられた温調機構の種別を検出し、検出した温調機構の種別情報に従って、前記電圧調整部により出力される駆動電圧の可変域を調整する電圧可変域変更部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を昇華させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、圧電振動子と、入力された駆動電圧に従って前記圧電振動子の温度を調整する温調機構と、圧電振動子の温度を検出する温度検出部と、を備えた感知センサを本体部に着脱自在に構成している。さらに、本体部に温度調整電圧に応じて、前記温調機構に出力する駆動電圧を調整する可変レギュレータを含む電圧調整部と、前記感知センサに設けられた温調機構の種別を検出し、検出した温調機構の種別情報に従って、前記電圧調整部により出力される駆動電圧の可変域を調整する電圧可変域変更部を設けている。そのため感知センサの温調機構に応じて、温調機構に適切な範囲の電圧を印加することができるため、本体部を温調機構の異なる複数種別の感知センサに共通化することができる。

本発明の実施の形態に係る感知装置の全体構成図である。ＣＱＣＭセンサを示す縦断面側面図である。ＴＱＣＭセンサを示す縦断面側面図である。感知装置の全体構成図である。増幅回路を示す構成図である。ＣＱＣＭセンサを接続したときの感知装置を示す構成図である。ＴＱＣＭセンサを接続したときの感知装置を示す構成図である。

本発明の感知装置の全体構成について説明する。図１に示すように感知装置は、装置本体部３と、装置本体部３に着脱自在に構成された感知センサ２を備えている。感知センサ２は例えば、水晶振動子を極低温に冷却して、例えば−１９０℃程度の温度に冷却してガスを吸着させるＣＱＣＭセンサと、水晶振動子を−８０℃程度の温度に冷却してガスを吸着させるＴＱＣＭセンサとが用いられる。図１は、ＣＱＣＭセンサ２Ａを接続した例を示している。以下ＣＱＣＭセンサに符号２Ａを付し、ＴＱＣＭセンサには、符号２Ｂを付して示す。

感知センサ２の構成について説明する。先ずＣＱＣＭセンサ２Ａについて、図２も参照して説明する。ＣＱＣＭセンサ２Ａは、下方側が開放された円筒状の蓋体２１と、蓋体２１の下方を塞ぐ基台２０と、で構成される容器２００を備えている。容器２００の内部における基台２０の上面には、台部２３が設けられ、台部２３の上方には、支柱２２を介して、水晶振動子４を備えたセンサ基板４０が設けられている。
図２に示すようにセンサ基板４０は、水晶振動子４を両もちの姿勢で保持できるように構成されている。水晶振動子４は、図２に示すように、例えばＡＴカットの圧電片である水晶片５０を備え、この水晶片５０の上面側及び下面側には、夫々例えば金（Ａｕ）などからなる一対の第１の励振電極（反応電極）５１、５３と、一対の第２の励振電極（リファレンス電極）５２、５４とが互いに離間して配置されている。

また蓋体２１の天板面における、上面側の反応電極５１と対向する位置には、反応電極５１に感知対象となるガスを供給するための供給口２１Ａが形成され、供給口２１Ａの底部に反応電極５１が臨むように構成されている。従って、ＣＱＣＭセンサ２Ａに向けて上方から供給されガスは、リファレンス電極５２に供給されずに、反応電極５１のみに供給されることになる。

センサ基板４０の内部には、水晶振動子４を加熱するための、例えば発熱抵抗を備えたヒータ回路４１が設けられている。ヒータ回路４１は、正の端子部Ｈ＋と負の端子部Ｈ−との間の電位差を、例えば０〜１８Ｖの範囲で調整することで、水晶振動子４の温度を調整することができる。この例では、後述するように例えば冷媒供給路３３に液体窒素が通流されることにより、水量振動子４が、−１９０℃に冷却され、ヒータ回路４１の発熱温度により、＋１２５℃まで昇温できるように構成されている。またセンサ基板４０には、水晶振動子４の温度を検出するための熱電対で構成された温度検出部７が設けられており、温度検出部７は、温度により、抵抗値が変わり、温度の変化が電圧の変化として取得できるように構成されている。

また台部２３の内部には、発振回路基板２４が設けられ、発振回路基板２４には、センサ基板４０の水晶振動子４の反応電極５１、５３及びリファレンス電極５２、５４と夫々接続された第１の発振回路６１、第２の発振回路６２が設けられている。また発振回路基板２４には、感知センサ２の温調機構の種別情報を、例えば１ビットの信号にて、後述の本体部３２に発信するための情報発信部６３が設けられている。

またＣＱＣＭセンサ２Ａにおける基台２０の下面には、コネクタ２５が設けられており、コネクタ２５を介して、発振回路基板２４に設けられた第１の発振回路６１、第２の発振回路６２及び情報発信部６３と、センサ基板４０に設けられたヒータ回路４１及び温度検出部７がＣＱＣＭセンサ２Ａの外部と接続できるように構成されている。
続いてＴＱＣＭセンサ２Ｂについて図３を参照して説明する。ＴＱＣＭセンサ２Ｂは、センサ基板４０内にヒータ回路４１が埋設されておらず、センサ基板４０の下方に温調機構としてペルチェ素子４３が設けられたことを除いて、ＣＱＣＭセンサ２Ａとほぼ同様に構成されている。図３中の４２はスペーサである。ＴＱＣＭセンサ２Ｂは、例えば冷媒供給路３３に水や不凍液からなる冷却液が通流されて冷却した状態にて、ペルチェ素子４３の電圧を例えば負の端子部Ｈ−側の電位に対して正の端子部Ｈ＋側の電位差を−１０〜＋１０Ｖの範囲で調整することで、水晶振動子４の温度を、−８０℃から、＋１２５℃まで間で調整できるように構成されている。

続いて既述のＣＱＣＭセンサ２Ａ及びＴＱＣＭセンサ２Ｂに共通の装置本体部３について説明する。図１に示すように装置本体部３は、基台２０に冷却媒体を供給し、ＣＱＣＭセンサ２Ａ全体を冷却する冷却基台３１を備えている。冷却基台３１は、内部に冷媒供給路３３が形成され、感知センサ２を装置本体部３に接続し、冷媒供給路３３に冷却媒体を供給することで感知センサ２を冷却できるように構成されている。ＣＱＣＭセンサ２Ａの場合には、液体窒素を供給することで、ＣＱＣＭセンサ２Ａ全体を冷却し、水晶振動子４を例えば−１９０℃まで冷却できるように構成されている。またＴＱＣＭセンサ２Ｂを接続する場合には、冷却媒体として水や不凍液からなる冷却液が用いられ、ＴＱＣＭセンサ２Ｂ全体を冷却し、水晶振動子４を例えば−１０℃まで冷却できるように構成されている。

また装置本体部３は、本体部３２を備えている。図２に示すように本体部３２は、温調機構、ここでは、ヒータ回路４１あるいはペルチェ素子４３に入力する電圧（駆動電圧）を調整し、水晶振動子４の温度を調整するための駆動電圧調整部７３と、温度検出部７にて検出された電圧に基づく温度情報値を取得する温度変換部７１と、温度情報値に従って、駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧を調整して、水晶振動子４の温度を制御する温度調整電圧を出力する温度調整部７２と、を備えている。

温度変換部７１は、例えば２４Ｖの電圧が入力されるように構成されており、温度検出部７に電流を供給するように構成されている。温度検出部７は記述のように温度に従って抵抗値が変化するように構成されているため、温度変換部７１は、水晶振動子４の温度に応じた、電流値に変化に基づいて、０〜１０Ｖの温度検出電圧を温度調整部７２に出力する。温度調整部７２においては例えば２４Ｖの電圧が入力されており、後述の可変レギュレータ８１から出力される温調機構の駆動電圧を調整するための温度調整電圧を出力する。温度調整電圧は、温度変換部７１から入力される温度検出電圧と、温調機構の目標温度に対応した電圧との差分値により調整される。また本体部３２は、発振回路基板２４に設けられた情報発信部６３から出力される感知センサ２の種別信号に基づいて、駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧の可変域を調整する電圧可変域変更部７４を備えている。

駆動電圧調整部７３及び電圧可変域変更部７４について図４も参照して説明する。なお図４は、ＣＱＣＭセンサ２Ａを接続した例で示している。駆動電圧調整部７３は、温調機構に定電圧を印加する定電圧レギュレータ８２と、温調機構(図４ではヒータ回路４１)に入力される電圧を可変する可変レギュレータ８１とを備えている。定電圧レギュレータ８２は、例えば入力される２４Ｖの電圧に従って、温調機構の負の端子Ｈ−側に１０Ｖの定電圧を印加するように構成されている。また可変レギュレータ８１は、例えば入力電圧２４Ｖに対して、ＡＤＪ端子から入力される温度調整電圧に基づいて、温調機構の正の端子Ｈ＋側に印加する電圧を例えば０〜２０Ｖの間で調整できるように構成されている。

電圧可変域変更部７４は、定電圧レギュレータ８２のオンオフを切り替えて、１０Ｖの定電圧の温調機構の負の端子Ｈ−への入力のオンオフを切り替える切り替え部８４と、可変レギュレータ８１のＡＤＪ端子に入力される温度調整電圧の増幅率を変更する増幅回路８３とを備えている。
増幅回路８３は、図５に示すようにオペアンプ８５を用いた非反転増幅回路として構成されており、オペアンプ８５の出力側から−入力側に抵抗Ｒ１を介して帰還するように構成されている。またオペアンプ８５の−入力側には、抵抗Ｒ２、Ｒ３が互いに並列に設けられており、抵抗Ｒ２側の接続のオンオフがスイッチ８６により切り替えられるように構成されている。

抵抗Ｒ２及びＲ３の合成抵抗をＲ_Ｓとし、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ_ｆとすると、増幅回路の増幅率Ａ_ｖは、下記の式（１）にて示される。
増幅率Ａ_ｖ＝１＋（Ｒ_ｆ／Ｒ_Ｓ）式（１）
従ってスイッチ８６をオフにすることでスイッチ８６がオンの場合と比較してＲｓが上昇するため、増幅回路８３の増幅率が小さくなる。これにより温度調整電圧がスイッチ８６がオンの場合と比較して相対的に小さく増幅されて、駆動電圧調整部７３に入力される。これにより、駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧の調整範囲が、例えば０〜１８Ｖに調整される。

またスイッチ８６をオンにした場合には、スイッチ８６がオフの場合と比較してＲｓが低下するため、増幅回路８３の増幅率が大きくなる。これにより、温度調整電圧が相対的に大きく増幅されて、駆動電圧調整部７３に入力される。これにより、駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧の調整範囲が０〜２０Ｖに調整される。

これらの増幅回路８３のスイッチ８６のオンオフ及び切り替え部８４のオンオフは、情報発信部６３から発信される温調機構の種別情報を示す１ビットの信号により切り替えられるように構成されている。１ビットの信号と、増幅回路８３のスイッチ８６のオンオフ及び切り替え部８４のオンオフとの関係は、ＣＱＣＭセンサ２Ａの種別情報を示す信号は、増幅回路８３のスイッチ８６を「オフ」に切り替えると共に、切り替え部８４を「オフ」に切り替えるように設定されている。またＴＱＣＭセンサ２Ｂの種別情報を示す信号の場合には、増幅回路８３のスイッチ８６を「オン」に切り替えると共に、切り替え部８４を「オン」に切り替えるように設定されている。

また図２に戻って、本体部３２は、データ処理部９２を備えており、既述の第１及び第２の発振回路６１、６２の出力は、スイッチ９１を介してデータ処理部９２に入力されるように構成されている。データ処理部９２は、入力信号である周波数信号の周波数を取得すると共に、取得した周波数情報のディジタル処理を行い、第１の発振回路６１により出力される第１の発振周波数「Ｆ１」の時系列データと、第２の発振回路６２により出力される第２の発振周波数「Ｆ２」の時系列データと、を取得する。

本発明の感知装置では、スイッチ９１により、第１の発振回路６１とデータ処理部９２とを接続するチャンネル１と、第２の発振回路６２とデータ処理部９２とを接続するチャンネル２とを交互に切り替えた間欠発振を行うことにより、感知センサ２の反応電極５１、５３と、リファレンス電極５２、５４と、間の干渉を避け、安定した周波数信号を取得できるようにしている。そしてこれらの周波数信号は、例えば時分割されて、データ処理部９２に取り込まれる。データ処理部９２では、周波数信号を例えばディジタル値として算出し、算出されたディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行う。

続いて、本発明の実施の形態に係る感知装置の作用について説明する。例えば感知センサ２として、図２に示したＣＱＣＭセンサ２Ａを用いるとすると、ＣＱＣＭセンサ２Ａを装置本体部３に設置したときに、ＣＱＣＭセンサ２Ａがコネクタ２５を介して本体部３２に接続される。この時図６に示すように本体部３２側の可変レギュレータ８１の出力がヒータ回路４１の正の端子Ｈ＋側に接続されると共に定電圧レギュレータ８２が切り替え部８４を介して、ヒータ回路４１の負の端子Ｈ−側に接続される。この時図６には図示していないが、温度検出部７が温度変換部７１と接続される。

また例えば発振回路基板２４に設けられた情報発信部６３からＣＱＣＭセンサ２Ａが接続されたことを知らせる１ビット信号が本体部３２側に入力される。本体部３２にＣＱＣＭセンサ２Ａの種別情報の信号が入力されると、信号は、電圧可変域変更部７４に入力され、切り替え部８４を切り替えて、定電圧レギュレータ８２とヒータ回路４１との接続をオフにするように切り替える。これにより定電圧レギュレータ８２からヒータ回路４１の負側の端子への１０Ｖの電圧の入力が遮断される。また１ビット信号は、増幅回路８３のスイッチ８６をオフに切り替える。これにより増幅回路８３の増幅率が小さくなるように切り替わる。そのため温度調整部７２が出力する温度調整用電圧は、増幅回路８３により小さな増幅率で増幅されて、可変レギュレータ８１のＡＤＪ端子に入力される。従って可変レギュレータ８１は、温度調整用電圧に基づいて、例えば０〜１８Ｖの電圧を出力する。この時定電圧レギュレータ８２は、ヒータ回路４１との接続が切られているため、ヒータ回路４１は、温度調整電圧に基づいて供給される０〜１８Ｖの範囲で調整された駆動電圧が印加されて発熱温度が調整される。

そしてＣＱＣＭセンサ２Ａを用いて測定するときには、基台２０に冷却媒体として、液体窒素を通流させて、水晶振動子４を冷却すると共に、ヒータ回路４１を０〜１８Ｖの範囲で駆動電力を調整することにより、水晶振動子４の温度を、例えば−１９０℃から１２５℃の範囲で調整して感知対象物の測定を行う。
例えばＣＱＣＭセンサ２Ａを液体窒素により−１９０℃に冷却した状態で、ＣＱＣＭセンサ２Ａの供給口２１Ａに向けて感知対象物となるガスを供給すると、感知対象物となるガスは、供給口２１Ａの底部に臨む反応電極５１に接触すると冷却されて吸着する。

次いで、スイッチ９１を時間分割により切替えて、データ処理部９２により第１の発振周波数Ｆ１、第２の発振周波数Ｆ２を計測しながら、ヒータ回路４１を例えば１℃／１分で徐々に昇温していく。このとき、温度検出部７では、常時温度を検出し、この検出値に基づいて、駆動電圧調整部７３からヒータ回路４１に供給される電力供給量を制御しながら加熱を行う。

水晶振動子４を徐々に加熱すると、反応電極５１に吸着した感知対象物が昇華して、反応電極５１から脱離するときに、反応電極５１の発振周波数Ｆ１が大きく変化する。従ってデータ処理部９２では、発振周波数Ｆ１、Ｆ２を観測することで、このタイミングを把握し、第１の発振周波数Ｆ１と第２の発振周波数Ｆ２との差分に基づいて、感知対象物の質量を検出する。また、温度検出部７では常時温度検出が行われるが、前記タイミングにおける温度を感知対象物の昇華温度として検出する。これにより検出された昇華温度に基づいて感知対象物の種類を特定することができる。

続いてＴＱＣＭセンサ２Ｂを用いて感知対象のガスを測定する場合について説明する。ＴＱＣＭセンサ２Ｂを装置本体部３に設置し、コネクタ２５を介してＴＱＣＭセンサ２Ｂと、本体部３２とを接続すると、図７に示すように定電圧レギュレータ８２が切り替え部８４を介して、ペルチェ素子４３の負の端子Ｈ−側に接続され、可変レギュレータ８１がペルチェ素子４３の正の端子Ｈ＋側に接続される。また図７には図示していないが、温度検出部７が温度変換部７１に接続される。

さらに例えば発振回路基板２４に設けられた情報発信部６３からＴＱＣＭセンサ２Ｂが接続されたことを知らせる１ビット信号が本体部３２に入力される。そして本体部３２に入力された１ビット信号は、定電圧レギュレータ８２に接続された切り替え部８４をオンに切り替える。これにより定電圧レギュレータ８２からペルチェ素子４３の負の端子Ｈ−側に１０Ｖの定電圧が入力される。また本体部３２に入力された１ビット信号は、増幅回路８３のスイッチ８６をオンに切り替える。これにより増幅回路８３の増幅率は、ＣＱＣＭセンサ２Ａを接続した場合に比べて、増幅率が大きくなる。

これにより温度調整部７２が出力する温度調整用電圧は、増幅回路８３によりＣＱＣＭセンサ２Ａを接続した場合に比べて、大きな増幅率で増幅されて、可変レギュレータ８１のＡＤＪ端子に入力される。従って可変レギュレータ８１は、温度調整用電圧に基づいて、例えば０〜２０Ｖの範囲の電圧、即ちＣＱＣＭセンサ２Ａを接続した場合に比べて広い範囲の電圧を出力する。既述のようにＴＱＣＭセンサ２Ｂを用いる場合には、定電圧レギュレータ８２からペルチェ素子４３の負の端子Ｈ−側に１０Ｖの定電圧が印加されているため、ペルチェ素子４３においては、可変レギュレータ８１から出力される駆動電圧の範囲と、定電圧レギュレータ８２から入力される駆動電圧と、が相俟って、正の端子Ｈ＋と負の端子Ｈ−との間の電位差が−１０Ｖ〜＋１０Ｖの範囲に調整されて、出力する温度が調整されることになる。

そしてＴＱＣＭセンサ２Ｂを用いて測定する場合においては、基台２０を冷却媒体により−１０℃に冷却しながら、ペルチェ素子４３を−１０Ｖ〜＋１０Ｖの範囲の駆動電圧により温調して、水晶振動子４の温度を、例えば−８０℃から１２５℃の範囲で調整して感知対象物の測定を行う。
そしてＣＱＣＭセンサ２Ａの例と同様に、ＴＱＣＭセンサ２Ｂの供給口２１Ａに向けて感知対象のガスを供給すると共に、ペルチェ素子４３により水晶振動子４を例えば−８０℃に冷却することで反応電極５１にガスを吸着させる。さらにスイッチ９１を時間分割により切替えて、データ処理部９２により第１の発振周波数Ｆ１、第２の発振周波数Ｆ２を計測しながら、ペルチェ素子４３の温度を例えば１℃／１分で徐々に昇温していく。そしてＣＱＣＭセンサ２Ａの例と同様に、感知対象物の質量を検出すると共に、感知対象物の昇華温度として検出する。これにより検出された昇華温度に基づいて感知対象物の種類を特定することができる。

上述の実施の形態によれば、水晶振動子４を冷却、加熱して感知対象物を吸着脱離させ、感知対象物の脱離前後の水晶振動子４の周波数変化に従って感知対象物を検知する感知装置において、駆動電圧を調整して、温調機構の温度を調整する駆動電圧調整部７３に入力される温度調整用電圧の増幅率を装置本体部３に接続した感知センサ２の種別に応じて、調整するようにしている。そのためヒータ回路４１を用いて水晶振動子４を加熱するＣＱＣＭセンサ２Ａと、ペルチェ素子４３を用いて水晶振動子４の温調をするＴＱＣＭセンサ２Ｂと、を夫々用いるときにヒータ回路４１及びペルチェ素子４３に夫々供給される駆動電力の調整範囲を変化させることができる。従ってヒータ回路４１及びペルチェ素子４３に各々適切な駆動電圧を印加することができるため、装置本体部３をＣＱＣＭセンサ２ＡとＴＱＣＭセンサ２Ｂとの間で共通化することができる。

またＴＱＣＭセンサ２Ｂに適用されているペルチェ素子４３は、その対応温度により、電圧の耐性値が異なる。本発明の実施の形態に係る感知装置にて示したように、増幅回路８３を用いて、可変レギュレータ８１に入力する温度調整電圧を増幅させることで、可変レギュレータ８１の出力電圧範囲を調整することができる。従って、電圧の耐性値が異なるペルチェ素子４３を各々備えた複数のＴＱＣＭセンサ２Ｂにおいても装置本体部３を共通化することができる。また同様にヒータ回路４１の動作温度範囲が異なる複数のＣＱＣＭセンサ２Ａにおいても装置本体部３を共通化することができる。
また本発明は、可変レギュレータ８１に入力する温度調整電圧を増幅する増幅回路８３を用いず、感知センサ２の温調機構の種別によって、温調機構に定電圧を供給する定電圧レギュレータ８２のオンオフを切り替えて、温調機構に供給される電圧の範囲を調整する構成でも良い。

また更により多くの種類の感知センサ２に適用するにあたっては、駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧の出力範囲のパターンがより多く切り替えられることが好ましい。そのため例えば情報発信部６３から出力される情報を、例えばＣＰＵ及びプログラムを備えた制御部により受信し、制御部により駆動電圧調整部７３から出力される駆動電圧の出力範囲を切り替えるようにしてもよい。
また感知センサ２の温調機構の種別情報は、装置本体部３側で入力できるように構成してもよく、入力された種別情報に応じて、既述のようにスイッチを切り替えるように構成すればよい。

２感知センサ
２ＡＣＱＣＭセンサ
２ＢＴＱＣＭセンサ
３装置本体部
４水晶振動子
７温度検出部
２０基台
２４発振回路基板
４１ヒータ回路
４３ペルチェ素子
６３情報発信部
７３駆動電圧調整部
７４電圧可変域変更部
８１可変レギュレータ
８２定電圧レギュレータ

Claims

圧電振動子と、入力された駆動電圧に従って前記圧電振動子の温度を調整する温調機構と、圧電振動子の温度を検出する温度検出部と、を備え、本体部に着脱自在に構成された感知センサを用い、気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を昇華させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、
前記本体部に設けられ、前記温度検出部にて検出された温度に基づいて入力される温度調整電圧に応じて、前記温調機構に出力する駆動電圧を調整する可変レギュレータを含み、温調機構の異なる複数種別の感知センサに共通して設けられた電圧調整部と、
前記本体部に設けられ、前記感知センサに設けられた温調機構の種別を検出し、検出した温調機構の種別情報に従って、前記電圧調整部により出力される駆動電圧の可変域を調整する電圧可変域変更部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
前記電圧可変域変更部は、可変レギュレータに入力される温度調整電圧の増幅率を変更する増幅回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。
前記複数種別の温調機構は、正の駆動電圧に基づいて発熱温度が変化するヒータ回路、あるいは、正または負の駆動電圧に基づいて発熱または冷却するペルチェ素子であり、
前記電圧調整部は、温調機構に負の電圧を印加する定電圧レギュレータを備え、
前記電圧可変域変更部は、前記定電圧レギュレータをオンオフする切り替え部を備え、
検出した温調機構の種別情報がヒータ回路の場合には、前記定電圧レギュレータをオフとして、可変レギュレータを用いて前記ヒータ回路に供給される駆動電圧を調整し、
検出した温調機構の種別情報がペルチェ素子の場合には、前記定電圧レギュレータをオンとして、前記ペルチェ素子に負の定電圧を印加すると共に、可変レギュレータを用いて前記ペルチェ素子に供給する正の電圧を調整して、ペルチェ素子に供給される駆動電圧を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の感知装置。
前記感知センサは、温調機構の種別情報を信号波にて、出力する情報発信部を備え、
前記感知センサが本体部に接続されたときに、前記電圧可変域変更部は、前記情報発信部から出力される信号波を受信し、温調機構の種別情報に応じて、駆動電圧の可変域を調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の感知装置。