JPH0290036A - 圧電発振素子の機械的損失の測定装置 - Google Patents
圧電発振素子の機械的損失の測定装置Info
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- JPH0290036A JPH0290036A JP24299488A JP24299488A JPH0290036A JP H0290036 A JPH0290036 A JP H0290036A JP 24299488 A JP24299488 A JP 24299488A JP 24299488 A JP24299488 A JP 24299488A JP H0290036 A JPH0290036 A JP H0290036A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野Ｊ
この発明は、化学、物理、材料およびそれらの応用分野
において、水晶振動子などの圧電素子を検出素子とする
計測を行なう場合に、その圧電素子の発振強度を測定す
ることによって、圧電素子の機械的損失を求め、圧電素
子上における物理的、化学的な現象の測定を行なう装置
に関する。
において、水晶振動子などの圧電素子を検出素子とする
計測を行なう場合に、その圧電素子の発振強度を測定す
ることによって、圧電素子の機械的損失を求め、圧電素
子上における物理的、化学的な現象の測定を行なう装置
に関する。
［発明の概要］
この発明の圧電発振素子の機械的損失の１ｌｌｌｌ￥装
置は、圧電素子、発振回路、発振強度測定回路によって
、装置を構成することにより、圧電素子上における物理
的、化学的変化の計測を高速に行ない、しかも安価に構
成し得る測定装置を発明した。
置は、圧電素子、発振回路、発振強度測定回路によって
、装置を構成することにより、圧電素子上における物理
的、化学的変化の計測を高速に行ない、しかも安価に構
成し得る測定装置を発明した。
この発明の圧電発振素子“の発振強度測定回路は１発振
回路中の圧Ｔ：Ｌ素子に対する入力側、出力側のうち、
入力側の信号を増幅し、この振幅の大きさを直流信号に
変換し、圧電素子の発振の強度およびその変化の測定を
可能にしようとするものである。この発明は、圧電素子
特に、水晶振動子のセンサー素子としての応用範囲を広
げるものである。
回路中の圧Ｔ：Ｌ素子に対する入力側、出力側のうち、
入力側の信号を増幅し、この振幅の大きさを直流信号に
変換し、圧電素子の発振の強度およびその変化の測定を
可能にしようとするものである。この発明は、圧電素子
特に、水晶振動子のセンサー素子としての応用範囲を広
げるものである。
本発明のうち発振強度測定回路は、少なくともバッファ
アンプ、交流増幅器、交流−直流変換回路とから構成さ
れる。また交流−直流変換回路としては、最大値検出回
路か交流平滑回路が使用される。
アンプ、交流増幅器、交流−直流変換回路とから構成さ
れる。また交流−直流変換回路としては、最大値検出回
路か交流平滑回路が使用される。
［従来の技術）
従来、水晶振動子を計測に応用する場合、計測の指標と
しては、主に発振周波数の変化が用いられてきた。水晶
振動子の発振周波数は、温度や圧力によって変化するこ
とが知られているが、さらに、水晶振動子の表面に、物
質が付着することによって、付着した重量に対応した発
振周波数の変化が起こることが知られている。また、水
晶振動子が、液体に接した場合には、液体の粘性と密度
に対応した周波数変化が起こることが知られている。
しては、主に発振周波数の変化が用いられてきた。水晶
振動子の発振周波数は、温度や圧力によって変化するこ
とが知られているが、さらに、水晶振動子の表面に、物
質が付着することによって、付着した重量に対応した発
振周波数の変化が起こることが知られている。また、水
晶振動子が、液体に接した場合には、液体の粘性と密度
に対応した周波数変化が起こることが知られている。
これに加太１本発明者らは、水晶振動子の電気的等価回
路を直列の抵抗、コンデンサ、コイルとそれに並列のコ
ンデンサとして表わした場合、この抵抗成分が、水晶振
動子力１ｉｒＵ体に接している場合、液体の粘性と密度
にを反映した値を示すことを明らかにしている。（日本
化学会第５４秋季年会予稿集２０５頁「水晶振動子のバ
イオセンサーへの応用とその解析」）また、この抵抗成
分の値は、水晶振動子よに弾性的な物質の付着があった
場合には、変化しないことが明らかとなっている。
路を直列の抵抗、コンデンサ、コイルとそれに並列のコ
ンデンサとして表わした場合、この抵抗成分が、水晶振
動子力１ｉｒＵ体に接している場合、液体の粘性と密度
にを反映した値を示すことを明らかにしている。（日本
化学会第５４秋季年会予稿集２０５頁「水晶振動子のバ
イオセンサーへの応用とその解析」）また、この抵抗成
分の値は、水晶振動子よに弾性的な物質の付着があった
場合には、変化しないことが明らかとなっている。
〔発明が解決しようとする課題１
発振周波数変化は、水晶振動子など圧電素子振動子の表
面の重量、粘性、弾性の変化によって変化するが、周波
数変化からでは、これらのそれぞれの寄与について知る
ことはできなかった。また、場合によっては、相殺され
て周波数変化が得られない場合もあった。
面の重量、粘性、弾性の変化によって変化するが、周波
数変化からでは、これらのそれぞれの寄与について知る
ことはできなかった。また、場合によっては、相殺され
て周波数変化が得られない場合もあった。
さらに１発振周波数の測定は、一定のゲートタイムを必
要とするため、高速の測定には、不向きであった。
要とするため、高速の測定には、不向きであった。
また、水晶振動子の電気的等価回路中の抵抗成分の測定
は、インビーグンス測定と演算によって求めるため、測
定時間に少なくとも数秒間を必要としている。
は、インビーグンス測定と演算によって求めるため、測
定時間に少なくとも数秒間を必要としている。
このような背景から、圧電素子を用いた計測のうち、粘
性的な成分のみに看目し、この変化を連続的な信号とし
て測定し得る装置を提供しようというのが、本発明の課
題である。
性的な成分のみに看目し、この変化を連続的な信号とし
て測定し得る装置を提供しようというのが、本発明の課
題である。
［課題を解決するための手段］
圧電素子、発振回路、発振強度測定回路、電圧測定装置
から構成される装置を製作した０本装置は、発振回路と
圧電素子の端子のうち圧電素子の出力を発振強度測定回
路に送り、交流信号として増幅した後、振幅の大きさを
直流信号に変換するものである。
から構成される装置を製作した０本装置は、発振回路と
圧電素子の端子のうち圧電素子の出力を発振強度測定回
路に送り、交流信号として増幅した後、振幅の大きさを
直流信号に変換するものである。
〔作用］
圧電発振子は、圧電効果を利用したデバイスであり、電
気的な振動とともに機械的な振動も生じている。この機
械的な振動は、表面の粘性的な成分によって、摩擦力を
受け、これが、電気的には、等価回路中の抵抗成分に反
映されてくることが本発明者らによって明らかにされて
いる０発振回路において、圧電素子に入力される信号の
振幅は、一定であるため、圧電素子の出力信号は、等価
回路中の抵抗成分を反映した振幅の信号となる。すなわ
ち、抵抗の大きい場合には、振幅は小さくなってくる。
気的な振動とともに機械的な振動も生じている。この機
械的な振動は、表面の粘性的な成分によって、摩擦力を
受け、これが、電気的には、等価回路中の抵抗成分に反
映されてくることが本発明者らによって明らかにされて
いる０発振回路において、圧電素子に入力される信号の
振幅は、一定であるため、圧電素子の出力信号は、等価
回路中の抵抗成分を反映した振幅の信号となる。すなわ
ち、抵抗の大きい場合には、振幅は小さくなってくる。
この関係は、（出力の振幅）ａｌｌ／ （抵抗）として
表わされると考えられる。
表わされると考えられる。
（実施例１
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は、本発明の圧電発振素子の機械的損失の測定装置
の回路図を示したものである。・第１図に示す装置の構
成は、圧電発振素子１の両端が、発振回路２の入力端子
及び出力端子に接続されており、発振回路の入力端子は
１発振強度測定回路３に接続され、発振強度測定回路の
出力は。
１図は、本発明の圧電発振素子の機械的損失の測定装置
の回路図を示したものである。・第１図に示す装置の構
成は、圧電発振素子１の両端が、発振回路２の入力端子
及び出力端子に接続されており、発振回路の入力端子は
１発振強度測定回路３に接続され、発振強度測定回路の
出力は。
電圧記録装置４に接続されている。
第２図は、発振回路２及び発振強度測定回路３の詳細な
回路図を示したものである。第２図において、圧電発振
素子Ｑｌは、発振回路の出力端子Ｐ１及び入力端子Ｐ２
に接続されている１発振回路の構成は、入力端子を短絡
したＮＡＮＤ回路Ｎ回路Ｎ力Ｒ１と並列に接続され、Ｎ
ＡＮＤ回路Ｎ回路Ｎ力端子は、コンデンサＣＩを介して
１発振回路の出力端子に接続されている。ＮＡＮＤ回路
Ｎ回路Ｎ力端子は、コンデンサＣ２を介して、抵抗Ｒ２
とコンデンサＣ３と並列で、入力端子が短絡されたＮＡ
ＮＤ回路Ｎ２に接続されている。ＮＡＮＤ回路Ｎ２の入
力端子は１発振回路の入力端子Ｐ２に接続されている０
次に、入力端子Ｐ２から出力端子Ｐ５までは、発振強度
測定回路３の回路図を示したものである。Ｐ２点から２
３点は、バッファアンプ５であり、Ｐ２点は、オペアン
プ１ （以下ＯＰ １）の子端子に接続され、ＯＰｌの
一端子は、ＯＰｌの出力端子及び２３点に接続されてい
る。２３点から２４点は、交流増幅回路６であり、２３
点は、コンデンサＣ４を介してオペアンプ２（以下０Ｐ
２）の子端子に接続され、Ｏ２０の出力端子は、抵抗Ｒ
３を介して接続されている。Ｏ２０の一端子は、抵抗Ｒ
４を介して接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介して、Ｏ
２０の出力端子に接続され２４点に接続されている。２
４点から出力端子Ｐ５は最大値検出回路７を示したもの
である ｐ４点は、オペアンプ３（以下０Ｐ３）の子端
子に接続され、ＯＦ２の一端子は、抵抗Ｒ６を介して、
オペアンプ４（以下０Ｐ４）の出力端子及びＯ２０の一
端子の接続されているとともに、順方向のダイオードｌ
（以下ＤＩ）を介して、ＯＦ２の出力端子に接続され
ている。ＯＦ２の出力端子は、ともに順方向で直列のダ
イオード２（以下Ｄ２）、ダイオード３（以下Ｄ３）を
介してＯ２０の子端子の接続されている。Ｄ２・とＤ３
の中間点は、抵抗Ｒ９を介して接地されるとともに、直
列の抵抗Ｒ８、コンデンサＣ５を介しても接地されてお
り、さらに、抵抗Ｒ７を介して、Ｏ２０の出力端子に接
続されている。Ｏ２０の出力端子は、発振強度測定回路
の出力端子Ｐ５に接続されている。
回路図を示したものである。第２図において、圧電発振
素子Ｑｌは、発振回路の出力端子Ｐ１及び入力端子Ｐ２
に接続されている１発振回路の構成は、入力端子を短絡
したＮＡＮＤ回路Ｎ回路Ｎ力Ｒ１と並列に接続され、Ｎ
ＡＮＤ回路Ｎ回路Ｎ力端子は、コンデンサＣＩを介して
１発振回路の出力端子に接続されている。ＮＡＮＤ回路
Ｎ回路Ｎ力端子は、コンデンサＣ２を介して、抵抗Ｒ２
とコンデンサＣ３と並列で、入力端子が短絡されたＮＡ
ＮＤ回路Ｎ２に接続されている。ＮＡＮＤ回路Ｎ２の入
力端子は１発振回路の入力端子Ｐ２に接続されている０
次に、入力端子Ｐ２から出力端子Ｐ５までは、発振強度
測定回路３の回路図を示したものである。Ｐ２点から２
３点は、バッファアンプ５であり、Ｐ２点は、オペアン
プ１ （以下ＯＰ １）の子端子に接続され、ＯＰｌの
一端子は、ＯＰｌの出力端子及び２３点に接続されてい
る。２３点から２４点は、交流増幅回路６であり、２３
点は、コンデンサＣ４を介してオペアンプ２（以下０Ｐ
２）の子端子に接続され、Ｏ２０の出力端子は、抵抗Ｒ
３を介して接続されている。Ｏ２０の一端子は、抵抗Ｒ
４を介して接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介して、Ｏ
２０の出力端子に接続され２４点に接続されている。２
４点から出力端子Ｐ５は最大値検出回路７を示したもの
である ｐ４点は、オペアンプ３（以下０Ｐ３）の子端
子に接続され、ＯＦ２の一端子は、抵抗Ｒ６を介して、
オペアンプ４（以下０Ｐ４）の出力端子及びＯ２０の一
端子の接続されているとともに、順方向のダイオードｌ
（以下ＤＩ）を介して、ＯＦ２の出力端子に接続され
ている。ＯＦ２の出力端子は、ともに順方向で直列のダ
イオード２（以下Ｄ２）、ダイオード３（以下Ｄ３）を
介してＯ２０の子端子の接続されている。Ｄ２・とＤ３
の中間点は、抵抗Ｒ９を介して接地されるとともに、直
列の抵抗Ｒ８、コンデンサＣ５を介しても接地されてお
り、さらに、抵抗Ｒ７を介して、Ｏ２０の出力端子に接
続されている。Ｏ２０の出力端子は、発振強度測定回路
の出力端子Ｐ５に接続されている。
本実施例では、ＡＴカット、９Ｍ）（ｚの水晶振動子を
使用し、各１重の液体に接触させた場合について測定を
行なった。インピーダンスアナライザーを使用して測定
した水晶振動子の電気的等価回路に含まれる抵抗成分の
逆数に対して、出力電圧値をプロットしたのが、第３図
である。第３図の出力電圧は、増幅率を１１として、電
源電圧上１５Ｖで測定したものである。出力電圧は、抵
抗の小さい場合には、飽和して、一定電圧となるが、そ
の他は、かなり直線に近い関係を示している。抵抗の小
さい場合は、回路の増幅率を下げることによって、測定
が可能であった。
使用し、各１重の液体に接触させた場合について測定を
行なった。インピーダンスアナライザーを使用して測定
した水晶振動子の電気的等価回路に含まれる抵抗成分の
逆数に対して、出力電圧値をプロットしたのが、第３図
である。第３図の出力電圧は、増幅率を１１として、電
源電圧上１５Ｖで測定したものである。出力電圧は、抵
抗の小さい場合には、飽和して、一定電圧となるが、そ
の他は、かなり直線に近い関係を示している。抵抗の小
さい場合は、回路の増幅率を下げることによって、測定
が可能であった。
また、ＡＴカット水晶振動子は、１ＭＨｚから２０ Ｍ
Ｈｚのものについて、測定が可能であった。
Ｈｚのものについて、測定が可能であった。
この他、ＧＴカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、Ｓ
ＡＷデバイスについても、測定が可能であった。
ＡＷデバイスについても、測定が可能であった。
さらに、表面に高分子（ポリエチリングリコール）薄膜
を形成させた圧電素子に水蒸気を導入したところ、出力
電圧の変化が観測され、湿度測定に利用できることがわ
かった。
を形成させた圧電素子に水蒸気を導入したところ、出力
電圧の変化が観測され、湿度測定に利用できることがわ
かった。
また、液晶分子を圧電素子にコートし、温度を変化させ
たところ、相転移点において、出力電圧が急激に変化す
ることがわかった。この際の１発振周波数変化との比較
から、相転移における弾性的な変化についての考察を行
なうことが可能となった・ この他、フィブリノーゲンによる血液凝固のゲル化反応
に適用したところ、数秒で終了する短時間の反応を精度
良（測定できることが示された。
たところ、相転移点において、出力電圧が急激に変化す
ることがわかった。この際の１発振周波数変化との比較
から、相転移における弾性的な変化についての考察を行
なうことが可能となった・ この他、フィブリノーゲンによる血液凝固のゲル化反応
に適用したところ、数秒で終了する短時間の反応を精度
良（測定できることが示された。
以上のように、本発明の圧電発振素子の根域的損失の測
定装置は、圧電発振素子上の粘性的な変化を連続的に測
定することを可能にしたもので、計測分野に幅広い応用
を可能にした。
定装置は、圧電発振素子上の粘性的な変化を連続的に測
定することを可能にしたもので、計測分野に幅広い応用
を可能にした。
第１図は本発明の圧電発振素子の機械的損失測定装置の
模式図、第２図は発振回路及び発振強度測定回路の回路
図、第３図は増幅率１１の場合の本装置の出力電圧と水
晶振動子の等価回路中の抵抗成分の逆数との関係を示し
た説明図である。 ｌ・・・圧電発振素子 ２・・・発振回路 ・発振強度測定回路 ・電圧記録装置 以 上
模式図、第２図は発振回路及び発振強度測定回路の回路
図、第３図は増幅率１１の場合の本装置の出力電圧と水
晶振動子の等価回路中の抵抗成分の逆数との関係を示し
た説明図である。 ｌ・・・圧電発振素子 ２・・・発振回路 ・発振強度測定回路 ・電圧記録装置 以 上
Claims (3)
- （１）圧電素子、発振回路、発振強度測定回路および電
圧測定装置によって構成される圧電素子の機械的損失の
測定装置 - （２）前記発振強度測定回路が、少なくとも、バッファ
アンプ、交流増幅器、交流−直流変換回路より構成され
る特許請求の範囲第一項記載の圧電素子の機械的損失の
測定装置 - （３）前記交流−直流変換回路が、最大値検出回路また
は交流平滑回路である特許請求の範囲第一項記載の圧電
素子の機械的損失測定装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24299488A JPH0290036A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 圧電発振素子の機械的損失の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24299488A JPH0290036A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 圧電発振素子の機械的損失の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290036A true JPH0290036A (ja) | 1990-03-29 |
| JPH0522172B2 JPH0522172B2 (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=17097312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24299488A Granted JPH0290036A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 圧電発振素子の機械的損失の測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0290036A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016536822A (ja) | 2013-09-20 | 2016-11-24 | ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・ミシガンＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ | 自動干渉除去を有するウエイクアップ・レシーバ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145434A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Nissan Motor Co Ltd | 流体特性測定装置 |
| JPS6275331A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-07 | カウンシル フオ ミネラル テクノロジ | 液体またはスラリ−、エマルジヨン若しくは分散液の密度または粘弾性を測定又はモニタリングする方法および装置 |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24299488A patent/JPH0290036A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145434A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Nissan Motor Co Ltd | 流体特性測定装置 |
| JPS6275331A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-07 | カウンシル フオ ミネラル テクノロジ | 液体またはスラリ−、エマルジヨン若しくは分散液の密度または粘弾性を測定又はモニタリングする方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0522172B2 (ja) | 1993-03-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
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