JPH06241972A - 化学センシング装置 - Google Patents
化学センシング装置Info
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- JPH06241972A JPH06241972A JP2796293A JP2796293A JPH06241972A JP H06241972 A JPH06241972 A JP H06241972A JP 2796293 A JP2796293 A JP 2796293A JP 2796293 A JP2796293 A JP 2796293A JP H06241972 A JPH06241972 A JP H06241972A
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- Japan
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- sensor
- oscillator
- oscillation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、センサ振動子の発振周波数の変化
を高分解能で高速に測定するとともに、周波数の計測系
を安価に構成することを目的とする。 【構成】 セレクタ４により選択された１個のセンサ振
動子１の発振周波数と基準振動子２で発生させた基準周
波数との差周波数の絶対値を出力させるサンプリング回
路５と、差周波数を所要の分周比で分周する分周回路６
と、その分周出力の周期を基準周波数の周期をクロック
としてカウントするカウンタ７と、カウントされた周期
を基に選択されたセンサ振動子１の発振周波数を求める
演算装置８とを有することを特徴とする。
を高分解能で高速に測定するとともに、周波数の計測系
を安価に構成することを目的とする。 【構成】 セレクタ４により選択された１個のセンサ振
動子１の発振周波数と基準振動子２で発生させた基準周
波数との差周波数の絶対値を出力させるサンプリング回
路５と、差周波数を所要の分周比で分周する分周回路６
と、その分周出力の周期を基準周波数の周期をクロック
としてカウントするカウンタ７と、カウントされた周期
を基に選択されたセンサ振動子１の発振周波数を求める
演算装置８とを有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、センサ振動子の表面に
特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の共振周波数の変
化により、吸着ガスの同定を行う化学センシング装置に
関し、共振周波数の変化を高分解能で、かつ高速に測定
するようにしたものである。
特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の共振周波数の変
化により、吸着ガスの同定を行う化学センシング装置に
関し、共振周波数の変化を高分解能で、かつ高速に測定
するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置における共振周波数
の測定は、センサ振動子の発振周波数を直接、周波数カ
ウンタに入力して行っていた。
の測定は、センサ振動子の発振周波数を直接、周波数カ
ウンタに入力して行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の測定では、通常１０ＭＨｚ程度の絶対値に対して１Ｈ
ｚ程度の分解能が要求されている。この測定を、単位時
間当りのパルス数をカウントする周波数カウンタで行お
うとすると、極めて測定範囲の広い高価な周波数カウン
タが必要である。また、分解能を上げるためには、測定
時間を十分長くする必要がある。一方、測定時間を短縮
するためにパルスの周期を測定して、その逆数より周波
数を求める周波数カウンタでは、図４に示すように測定
すべき周波数の絶対値が大きくなるにつれて、周期をカ
ウントするクロックの周波数が著しく高くなり、分解能
を上げることが困難であるという問題があった。
の測定では、通常１０ＭＨｚ程度の絶対値に対して１Ｈ
ｚ程度の分解能が要求されている。この測定を、単位時
間当りのパルス数をカウントする周波数カウンタで行お
うとすると、極めて測定範囲の広い高価な周波数カウン
タが必要である。また、分解能を上げるためには、測定
時間を十分長くする必要がある。一方、測定時間を短縮
するためにパルスの周期を測定して、その逆数より周波
数を求める周波数カウンタでは、図４に示すように測定
すべき周波数の絶対値が大きくなるにつれて、周期をカ
ウントするクロックの周波数が著しく高くなり、分解能
を上げることが困難であるという問題があった。
【０００４】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、センサ振動子の発振周波数の変化
を、高分解能で高速に測定できるとともに、周波数の計
測系を安価に構成することができる化学センシング装置
を提供することを目的とする。
てなされたもので、センサ振動子の発振周波数の変化
を、高分解能で高速に測定できるとともに、周波数の計
測系を安価に構成することができる化学センシング装置
を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、センサとして使用するセンサ振
動子の表面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当
該センサ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの
同定を行う化学センシング装置において、それぞれ異な
る共振周波数を有する複数の前記センサ振動子と、基準
周波数を発生させる１個の基準振動子と、上記センサ振
動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、
前記複数のセンサ振動子の発振周波数を選択するセレク
タと、該セレクタにより選択された１個のセンサ振動子
の発振周波数と前記基準周波数との差周波数の絶対値を
出力させるサンプリング回路と、前記差周波数を所要の
分周比で分周する分周回路と、該分周回路の分周出力の
周期を前記基準周波数の周期をクロックとしてカウント
するカウンタと、該カウンタでカウントされた周期を基
に前記選択されたセンサ振動子の発振周波数を求める演
算装置とを有することを要旨とする。
に、本発明は、第１に、センサとして使用するセンサ振
動子の表面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当
該センサ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの
同定を行う化学センシング装置において、それぞれ異な
る共振周波数を有する複数の前記センサ振動子と、基準
周波数を発生させる１個の基準振動子と、上記センサ振
動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、
前記複数のセンサ振動子の発振周波数を選択するセレク
タと、該セレクタにより選択された１個のセンサ振動子
の発振周波数と前記基準周波数との差周波数の絶対値を
出力させるサンプリング回路と、前記差周波数を所要の
分周比で分周する分周回路と、該分周回路の分周出力の
周期を前記基準周波数の周期をクロックとしてカウント
するカウンタと、該カウンタでカウントされた周期を基
に前記選択されたセンサ振動子の発振周波数を求める演
算装置とを有することを要旨とする。
【０００６】第２に、センサとして使用するセンサ振動
子の表面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当該
センサ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同
定を行う化学センシング装置において、それぞれ異なる
共振周波数を有する複数の前記センサ振動子と、該複数
のセンサ振動子の共振周波数のそれぞれに対応した基準
周波数を発生させる複数の基準振動子と、上記センサ振
動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、
対応した前記センサ振動子及び基準振動子同士の発振周
波数と基準周波数との差周波数の絶対値を出力させる複
数のサンプリング回路と、該複数のサンプリング回路の
差周波数出力を選択するセレクタと、該セレクタにより
選択された差周波数を所要の分周比で分周する分周回路
と、該分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の何
れかの周期をクロックとしてカウントするカウンタと、
該カウンタでカウントされた周期を基に前記選択された
センサ振動子の発振周波数を求める演算装置とを有する
ことを要旨とする。
子の表面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当該
センサ振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同
定を行う化学センシング装置において、それぞれ異なる
共振周波数を有する複数の前記センサ振動子と、該複数
のセンサ振動子の共振周波数のそれぞれに対応した基準
周波数を発生させる複数の基準振動子と、上記センサ振
動子及び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、
対応した前記センサ振動子及び基準振動子同士の発振周
波数と基準周波数との差周波数の絶対値を出力させる複
数のサンプリング回路と、該複数のサンプリング回路の
差周波数出力を選択するセレクタと、該セレクタにより
選択された差周波数を所要の分周比で分周する分周回路
と、該分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の何
れかの周期をクロックとしてカウントするカウンタと、
該カウンタでカウントされた周期を基に前記選択された
センサ振動子の発振周波数を求める演算装置とを有する
ことを要旨とする。
【０００７】第３に、上記第１又は第２の構成におい
て、選択された前記センサ振動子の発振周波数をある一
定時間だけ測定する際に、前記演算装置は、測定開始時
点の前記差周波数値を初期値として記憶し、以後測定し
た差周波数値から前記初期値を引いた値を求め、それを
順次プロットすることにより、当該選択されたセンサ振
動子の発振周波数の時間的な変化を求めるように構成し
てなることを要旨とする。
て、選択された前記センサ振動子の発振周波数をある一
定時間だけ測定する際に、前記演算装置は、測定開始時
点の前記差周波数値を初期値として記憶し、以後測定し
た差周波数値から前記初期値を引いた値を求め、それを
順次プロットすることにより、当該選択されたセンサ振
動子の発振周波数の時間的な変化を求めるように構成し
てなることを要旨とする。
【０００８】
【作用】上記構成において、第１に、選択されたセンサ
振動子の発振周波数と基準周波数との差周波数を求める
ことにより、差周波数は発振周波数に比べてはるかに小
さい値となるから、測定すべき周波数の絶対値を極めて
小さくでき、測定範囲を広げることなく、分解能の高い
測定が可能となる。また、差周波数値の測定は、測定時
間の短縮化のため、その周期を測定し、その逆数をとる
方法を用いているが、差周波数を所要の分周比で分周し
た後の周期を測定することにより、周期の変化が拡大さ
れてクロックの周波数をそれほど高くしなくとも十分な
分解能を確保でき、基準周波数をそのままクロックとし
て使用することが可能となる。そして、測定された周期
を基に選択されたセンサ振動子の発振周波数が求められ
る。
振動子の発振周波数と基準周波数との差周波数を求める
ことにより、差周波数は発振周波数に比べてはるかに小
さい値となるから、測定すべき周波数の絶対値を極めて
小さくでき、測定範囲を広げることなく、分解能の高い
測定が可能となる。また、差周波数値の測定は、測定時
間の短縮化のため、その周期を測定し、その逆数をとる
方法を用いているが、差周波数を所要の分周比で分周し
た後の周期を測定することにより、周期の変化が拡大さ
れてクロックの周波数をそれほど高くしなくとも十分な
分解能を確保でき、基準周波数をそのままクロックとし
て使用することが可能となる。そして、測定された周期
を基に選択されたセンサ振動子の発振周波数が求められ
る。
【０００９】第２に、それぞれのセンサ振動子に対して
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数が設け
られることにより、それぞれのセンサ振動子の発振周波
数の間にある程度の差があっても、基準周波数との差を
極めて小さく設定することが可能となり、計測すべき周
波数をさらに小さくすることが可能となる。従って、さ
らに測定の分解能を上げ、測定時間を短縮することが可
能となる。
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数が設け
られることにより、それぞれのセンサ振動子の発振周波
数の間にある程度の差があっても、基準周波数との差を
極めて小さく設定することが可能となり、計測すべき周
波数をさらに小さくすることが可能となる。従って、さ
らに測定の分解能を上げ、測定時間を短縮することが可
能となる。
【００１０】第３に、センサ振動子の周波数の変化を測
定する際には、測定開始時の周波数からの変化分をプロ
ットすることにより、基準周波数が変動した後でも、選
択されたセンサ振動子の発振周波数の変化を正確に測定
することが可能となる。
定する際には、測定開始時の周波数からの変化分をプロ
ットすることにより、基準周波数が変動した後でも、選
択されたセンサ振動子の発振周波数の変化を正確に測定
することが可能となる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図面につき説明する。図１
及び図２は、本発明の第１実施例を示す図である。図１
において、１はセンサとして使用するｎ個のセンサ振動
子である。これらの共振周波数はそれぞれｆ1 〜ｆn で
あり、ガス吸着によりある範囲内で時間と共に変化す
る。２は基準周波数ｆr を発生させる１個の基準振動子
であり、ｆr はｆ1 〜ｆn となるべく近い値になるよう
に設定する。３は上記振動子を発振させるための発振回
路であり、周波数がｆ1 〜ｆn およびｆr の矩形波を出
力する。４はセンサ振動子の出力をセレクト信号に従っ
て切り替えるセレクタ、５はセレクタによって選択され
た１個のセンサ振動子の周波数ｆi （ｉは１〜ｎのうち
の１つ）と基準周波数ｆr との差の絶対値ｆd を出力さ
せるサンプリング回路であり、例えばＤ−フリップフロ
ップなどから構成される。６はｆd の周期Ｔd （Ｔd ＝
１／ｆd ）をＮ分周する分周回路、７は分周回路で分周
した周期Ｎ・Ｔd を基準周波数ｆr の周期Ｔr （Ｔr ＝
１／ｆr ）をクロックとしてカウントするカウンタ、８
は周期を周波数に変換する演算装置であり、例えばパー
ソナルコンピュータなどを用いる。
及び図２は、本発明の第１実施例を示す図である。図１
において、１はセンサとして使用するｎ個のセンサ振動
子である。これらの共振周波数はそれぞれｆ1 〜ｆn で
あり、ガス吸着によりある範囲内で時間と共に変化す
る。２は基準周波数ｆr を発生させる１個の基準振動子
であり、ｆr はｆ1 〜ｆn となるべく近い値になるよう
に設定する。３は上記振動子を発振させるための発振回
路であり、周波数がｆ1 〜ｆn およびｆr の矩形波を出
力する。４はセンサ振動子の出力をセレクト信号に従っ
て切り替えるセレクタ、５はセレクタによって選択され
た１個のセンサ振動子の周波数ｆi （ｉは１〜ｎのうち
の１つ）と基準周波数ｆr との差の絶対値ｆd を出力さ
せるサンプリング回路であり、例えばＤ−フリップフロ
ップなどから構成される。６はｆd の周期Ｔd （Ｔd ＝
１／ｆd ）をＮ分周する分周回路、７は分周回路で分周
した周期Ｎ・Ｔd を基準周波数ｆr の周期Ｔr （Ｔr ＝
１／ｆr ）をクロックとしてカウントするカウンタ、８
は周期を周波数に変換する演算装置であり、例えばパー
ソナルコンピュータなどを用いる。
【００１２】次に本発明の測定動作を説明する。ｎ個の
センサ振動子１はそれぞれ、ｆ1 〜ｆn の周波数で常
時、発振しており、そのうちの１つの振動子の出力ｆi
がセレクタ４によって選択される。この値ｆi は、サン
プリング回路５によって、基準振動子２の出力ｆr と比
較され、それらの差の絶対値ｆd ＝｜ｆi −ｆr ｜が出
力される。サンプリング回路５としては、例えば、上記
のようにＤ−フリップフロップが用いられる。いま、図
２に示すように、ｆi をＤ入力に入力し、その周期をＴ
i （Ｔi ＝１／ｆi ）とし、またｆr をＴ（トリガ）入
力に入力し、その周期をＴr （Ｔr ＝１／ｆr ）とする
と、Ｄ入力のパルスはＴr の周期でサンプリングされる
ことになる。即ち、ｆi ＞ｆr （Ｔi ＜Ｔr ）の場合、
サンプリングして初期の位相差にもどるまでのサンプル
数をＭとすると、 Ｍ＝Ｔi ／（Ｔr −Ｔi ） また、Ｄ−フリップフロップの出力Ｑの周期をＴd （Ｔ
d ＝１／ｆd ）とすると、 Ｔd ＝Ｍ・Ｔr これより、
センサ振動子１はそれぞれ、ｆ1 〜ｆn の周波数で常
時、発振しており、そのうちの１つの振動子の出力ｆi
がセレクタ４によって選択される。この値ｆi は、サン
プリング回路５によって、基準振動子２の出力ｆr と比
較され、それらの差の絶対値ｆd ＝｜ｆi −ｆr ｜が出
力される。サンプリング回路５としては、例えば、上記
のようにＤ−フリップフロップが用いられる。いま、図
２に示すように、ｆi をＤ入力に入力し、その周期をＴ
i （Ｔi ＝１／ｆi ）とし、またｆr をＴ（トリガ）入
力に入力し、その周期をＴr （Ｔr ＝１／ｆr ）とする
と、Ｄ入力のパルスはＴr の周期でサンプリングされる
ことになる。即ち、ｆi ＞ｆr （Ｔi ＜Ｔr ）の場合、
サンプリングして初期の位相差にもどるまでのサンプル
数をＭとすると、 Ｍ＝Ｔi ／（Ｔr −Ｔi ） また、Ｄ−フリップフロップの出力Ｑの周期をＴd （Ｔ
d ＝１／ｆd ）とすると、 Ｔd ＝Ｍ・Ｔr これより、
【数１】Ｔd ＝Ｔi ・Ｔr ／（Ｔr −Ｔi ）、 １／Ｔ
d ＝１／Ｔi −１／Ｔr 従って、ｆd ＝ｆi −ｆr となり、差の周波数が得られ
る。同様にｆi ＜ｆr の場合は、ｆd ＝ｆr −ｆi とな
るから、ｆd ＝｜ｆi −ｆr ｜が成り立つ。
d ＝１／Ｔi −１／Ｔr 従って、ｆd ＝ｆi −ｆr となり、差の周波数が得られ
る。同様にｆi ＜ｆr の場合は、ｆd ＝ｆr −ｆi とな
るから、ｆd ＝｜ｆi −ｆr ｜が成り立つ。
【００１３】次にサンプリング回路５の出力を分周回路
６でＮ分周してｆd ／Ｎとし、その分周した周期を基準
周波数ｆr をクロックパルスとして、カウンタ７でカウ
ントする。カウンタの値をＣとすると、ｆd ＝Ｎ・ｆr
／Ｃで与えられるから、ｆi＝（１＋Ｎ／Ｃ）ｆr であ
る。カウンタの値Ｃを演算装置８に取り込んで上記の計
算をすれば、対象とするセンサ振動子１の周波数ｆi が
求まる。ここで、分周回路６を用いるのは、周期測定の
分解能を上げるためである。
６でＮ分周してｆd ／Ｎとし、その分周した周期を基準
周波数ｆr をクロックパルスとして、カウンタ７でカウ
ントする。カウンタの値をＣとすると、ｆd ＝Ｎ・ｆr
／Ｃで与えられるから、ｆi＝（１＋Ｎ／Ｃ）ｆr であ
る。カウンタの値Ｃを演算装置８に取り込んで上記の計
算をすれば、対象とするセンサ振動子１の周波数ｆi が
求まる。ここで、分周回路６を用いるのは、周期測定の
分解能を上げるためである。
【００１４】一例として、ｆr ＝１０ＭＨｚ、ｆi ＝１
０．０５ＭＨｚとすると、ｆd ＝５０ＫＨｚとなる。ｆ
d の値を１Ｈｚの分解能で測定するためには、１Ｈｚに
相当する周期の変化ΔＴをクロックでカウントできなけ
ればならない。ΔＴ＝１／５００００−１／５０００１
＝４×１０-10 sec であるから、クロックの周波数は１
／４×１０-10 ＝２．５×１０9 すなわち、２．５ＧＨ
ｚ以上のクロックが必要となる。このように極めて高周
波のクロックを発生するのは容易ではない。そこで、ｆ
d を例えば２５６分周すれば、ΔＴ＝４×１０-10 ×２
５６＝１０-7であるから、１０7 すなわち、１０ＭＨｚ
のクロックでカウントできる。このとき、カウンタの値
Ｃは（１／５００００）×２５６÷１０-7＝５１２００
となり、２16＝６５５３６であるから、１６ビットのカ
ウンタがあればよい。また、この場合の測定時間は、
（１／５００００）×２５６＝５．１２×１０-3すなわ
ち、５msec程度である。Ｎを大きくすると分解能は上が
るが、測定時間も長くなるので、両者の兼ね合いで適当
な値に選ぶ。
０．０５ＭＨｚとすると、ｆd ＝５０ＫＨｚとなる。ｆ
d の値を１Ｈｚの分解能で測定するためには、１Ｈｚに
相当する周期の変化ΔＴをクロックでカウントできなけ
ればならない。ΔＴ＝１／５００００−１／５０００１
＝４×１０-10 sec であるから、クロックの周波数は１
／４×１０-10 ＝２．５×１０9 すなわち、２．５ＧＨ
ｚ以上のクロックが必要となる。このように極めて高周
波のクロックを発生するのは容易ではない。そこで、ｆ
d を例えば２５６分周すれば、ΔＴ＝４×１０-10 ×２
５６＝１０-7であるから、１０7 すなわち、１０ＭＨｚ
のクロックでカウントできる。このとき、カウンタの値
Ｃは（１／５００００）×２５６÷１０-7＝５１２００
となり、２16＝６５５３６であるから、１６ビットのカ
ウンタがあればよい。また、この場合の測定時間は、
（１／５００００）×２５６＝５．１２×１０-3すなわ
ち、５msec程度である。Ｎを大きくすると分解能は上が
るが、測定時間も長くなるので、両者の兼ね合いで適当
な値に選ぶ。
【００１５】図３には、本発明の第２実施例を示す。同
図において、２’はセンサ振動子１の共振周波数ｆ1 〜
ｆn のそれぞれに対応して設けたｎ個の基準振動子であ
り、発振回路３によって、それぞれ基準周波数ｆr1〜ｆ
rnの矩形波を出力する。他の番号はすべて前記図１と同
じである。サンプリング回路５は、それぞれのセンサ振
動子１の共振周波数ｆi とそれに対応する基準周波数ｆ
riとの差の絶対値ｆdi＝｜ｆi −ｆri｜（ｉ＝１〜ｎ）
を出力させる。そして、そのうちの１つをセレクタ４で
選択したのち分周回路６でＮ分周し、その１周期を基準
周波数のいずれか１つをクロックとして、カウンタ７で
カウントする。このカウンタの値を演算装置８に取り込
み、第１実施例と同様の演算をして選択されたセンサ振
動子１の発振周波数ｆi を求める。本実施例では、それ
ぞれのセンサ振動子１に対して基準周波数を設けるた
め、それぞれのセンサ振動子１の周波数の間にある程度
の差があっても、基準周波数との差を極めて小さく設定
でき、計測すべき周波数を低くできる。従って、さらに
測定の分解能を上げ、測定時間を短縮させるのに効果が
ある。
図において、２’はセンサ振動子１の共振周波数ｆ1 〜
ｆn のそれぞれに対応して設けたｎ個の基準振動子であ
り、発振回路３によって、それぞれ基準周波数ｆr1〜ｆ
rnの矩形波を出力する。他の番号はすべて前記図１と同
じである。サンプリング回路５は、それぞれのセンサ振
動子１の共振周波数ｆi とそれに対応する基準周波数ｆ
riとの差の絶対値ｆdi＝｜ｆi −ｆri｜（ｉ＝１〜ｎ）
を出力させる。そして、そのうちの１つをセレクタ４で
選択したのち分周回路６でＮ分周し、その１周期を基準
周波数のいずれか１つをクロックとして、カウンタ７で
カウントする。このカウンタの値を演算装置８に取り込
み、第１実施例と同様の演算をして選択されたセンサ振
動子１の発振周波数ｆi を求める。本実施例では、それ
ぞれのセンサ振動子１に対して基準周波数を設けるた
め、それぞれのセンサ振動子１の周波数の間にある程度
の差があっても、基準周波数との差を極めて小さく設定
でき、計測すべき周波数を低くできる。従って、さらに
測定の分解能を上げ、測定時間を短縮させるのに効果が
ある。
【００１６】次に、上記第１、第２の実施例において、
選択されたセンサ振動子の発振周波数をある一定時間だ
け測定する場合を説明する。基準周波数ｆr は短時間で
は一定と見なせるが、長時間では温度や湿度の変動の影
響によって、変化する可能性がある。差周波数の絶対値
ｆd は、ｆd ＝（Ｎ／Ｃ）・ｆr で与えられるから、基
準周波数ｆr が最初の設定からΔｆr だけ変化したとす
ると、ｆd の変化分Δｆd はΔｆd ＝（Ｎ／Ｃ）・Δｆ
r となる。一例として、ｆd ＝５０ＫＨｚ、ｆr ＝１０
ＭＨｚ、Ｎ＝２５６、Δｆr ＝１０ＫＨｚとすると、Δ
ｆd ＝５０Ｈｚとなり、ｆr が変化すると、測定値も大
きく変化する。しかし、本装置で取得したい情報は、測
定開始時からのセンサ振動子の発振周波数の変化であ
る。そこで、本装置では、１個のセンサ振動子の周波数
をある一定時間だけ測定する際に、測定開始時点のｆd
値を初期値ｆdoとして記憶しておき、以後測定したｆd
値からｆdoを引いた値を求め、それを順次プロットし
て、センサ振動子の周波数の時間的な変化を求めるよう
にしたものである。なお、以上の演算は、演算装置８を
用いて行う。
選択されたセンサ振動子の発振周波数をある一定時間だ
け測定する場合を説明する。基準周波数ｆr は短時間で
は一定と見なせるが、長時間では温度や湿度の変動の影
響によって、変化する可能性がある。差周波数の絶対値
ｆd は、ｆd ＝（Ｎ／Ｃ）・ｆr で与えられるから、基
準周波数ｆr が最初の設定からΔｆr だけ変化したとす
ると、ｆd の変化分Δｆd はΔｆd ＝（Ｎ／Ｃ）・Δｆ
r となる。一例として、ｆd ＝５０ＫＨｚ、ｆr ＝１０
ＭＨｚ、Ｎ＝２５６、Δｆr ＝１０ＫＨｚとすると、Δ
ｆd ＝５０Ｈｚとなり、ｆr が変化すると、測定値も大
きく変化する。しかし、本装置で取得したい情報は、測
定開始時からのセンサ振動子の発振周波数の変化であ
る。そこで、本装置では、１個のセンサ振動子の周波数
をある一定時間だけ測定する際に、測定開始時点のｆd
値を初期値ｆdoとして記憶しておき、以後測定したｆd
値からｆdoを引いた値を求め、それを順次プロットし
て、センサ振動子の周波数の時間的な変化を求めるよう
にしたものである。なお、以上の演算は、演算装置８を
用いて行う。
【００１７】いま、最初の設定における基準周波数をｆ
r 、測定開始の時刻ｔ＝０における差周波数ｆd の測定
値をｆdo、ｔ＝τにおけるｆd の測定値をｆd τとす
る。また、変動後の基準周波数ｆr ’に基づいて同じ値
を測定した場合、時刻ｔ＝０におけるｆd の測定値をｆ
do’、ｔ＝τにおけるｆd の測定値をｆd τ’とすると
以下の式が成り立つ。
r 、測定開始の時刻ｔ＝０における差周波数ｆd の測定
値をｆdo、ｔ＝τにおけるｆd の測定値をｆd τとす
る。また、変動後の基準周波数ｆr ’に基づいて同じ値
を測定した場合、時刻ｔ＝０におけるｆd の測定値をｆ
do’、ｔ＝τにおけるｆd の測定値をｆd τ’とすると
以下の式が成り立つ。
【００１８】
【数２】ｆd τ’−ｆdo’＝ｆd τ（ｆr ／ｆr ’）−
ｆdo（ｆr ／ｆr ’） ＝（ｆd τ−ｆdo）・（ｆr ／ｆr ’） ここで、ｆr ／ｆr ’≒１であるから、ｆd τ’−
ｆdo’≒ｆd τ−ｆdoとなり、ｔ＝０からの変化分は、
基準周波数が変動した後でもほぼ同じ値になる。一例と
して、ｆr ＝１０ＭＨｚ、ｆr ’＝１０．０１ＭＨｚ、
ｆd τ−ｆdo＝１０００Ｈｚとすると、ｆd τ’−
ｆdo’＝９９９Ｈｚとなり、０．１％の精度を確保でき
る。
ｆdo（ｆr ／ｆr ’） ＝（ｆd τ−ｆdo）・（ｆr ／ｆr ’） ここで、ｆr ／ｆr ’≒１であるから、ｆd τ’−
ｆdo’≒ｆd τ−ｆdoとなり、ｔ＝０からの変化分は、
基準周波数が変動した後でもほぼ同じ値になる。一例と
して、ｆr ＝１０ＭＨｚ、ｆr ’＝１０．０１ＭＨｚ、
ｆd τ−ｆdo＝１０００Ｈｚとすると、ｆd τ’−
ｆdo’＝９９９Ｈｚとなり、０．１％の精度を確保でき
る。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１に、選択されたセンサ振動子の発振周波数と基準周
波数との差周波数を求め、その差周波数を所要の分周比
で分周した後の周期を基準周波数の周期をクロックとし
てカウントし、そのカウントされた周期を基に選択され
たセンサ振動子の発振周波数を求めるようにしたため、
測定すべき周波数の絶対値が極めて小さくなって測定範
囲を広げることなく、高分解能で高速に測定することが
できる。また測定範囲の広い周波数カウンタ等が不要と
なって周波数の測定系を安価に構成することができる。
第１に、選択されたセンサ振動子の発振周波数と基準周
波数との差周波数を求め、その差周波数を所要の分周比
で分周した後の周期を基準周波数の周期をクロックとし
てカウントし、そのカウントされた周期を基に選択され
たセンサ振動子の発振周波数を求めるようにしたため、
測定すべき周波数の絶対値が極めて小さくなって測定範
囲を広げることなく、高分解能で高速に測定することが
できる。また測定範囲の広い周波数カウンタ等が不要と
なって周波数の測定系を安価に構成することができる。
【００２０】第２に、それぞれのセンサ振動子に対し、
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数を発生
させる複数の基準振動子を設けたため、それぞれのセン
サ振動子の発振周波数の間にある程度の差があっても、
基準周波数との差周波数を極めて小さく設定することが
できて計測すべき周波数の絶対値をさらに小さくするこ
とができ、一層高分解能で高速に測定することができ
る。
その共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数を発生
させる複数の基準振動子を設けたため、それぞれのセン
サ振動子の発振周波数の間にある程度の差があっても、
基準周波数との差周波数を極めて小さく設定することが
できて計測すべき周波数の絶対値をさらに小さくするこ
とができ、一層高分解能で高速に測定することができ
る。
【００２１】第３に、選択されたセンサ振動子の時間的
な変化を測定する際には、測定開始時の周波数からの変
化分をプロットするようにしたため、基準周波数が変動
した後でも、選択されたセンサ振動子の発振周波数の変
化を正しく測定することができる。また、基準周波数の
最初の設定時における誤差も吸収でき、基準周波数の綿
密な設定が不要となる。
な変化を測定する際には、測定開始時の周波数からの変
化分をプロットするようにしたため、基準周波数が変動
した後でも、選択されたセンサ振動子の発振周波数の変
化を正しく測定することができる。また、基準周波数の
最初の設定時における誤差も吸収でき、基準周波数の綿
密な設定が不要となる。
【図１】本発明に係る化学センシング装置の第１実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】上記第１実施例におけるサンプリング回路の動
作を説明するためのタイミングチャートである。
作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施例を示すブロック図である。
【図４】測定すべき周波数とクロックの周波数との関係
を分解能をパラメータとして示した図である。
を分解能をパラメータとして示した図である。
１ センサ振動子 ２，２’ 基準振動子 ３ 発振回路 ４ セレクタ ５ サンプリング回路 ６ 分周回路 ７ カウンタ ８ 演算装置
Claims (3)
- 【請求項１】 センサとして使用するセンサ振動子の表
面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当該センサ
振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定を行
う化学センシング装置において、それぞれ異なる共振周
波数を有する複数の前記センサ振動子と、基準周波数を
発生させる１個の基準振動子と、上記センサ振動子及び
基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、前記複数
のセンサ振動子の発振周波数を選択するセレクタと、該
セレクタにより選択された１個のセンサ振動子の発振周
波数と前記基準周波数との差周波数の絶対値を出力させ
るサンプリング回路と、前記差周波数を所要の分周比で
分周する分周回路と、該分周回路の分周出力の周期を前
記基準周波数の周期をクロックとしてカウントするカウ
ンタと、該カウンタでカウントされた周期を基に前記選
択されたセンサ振動子の発振周波数を求める演算装置と
を有することを特徴とする化学センシング装置。 - 【請求項２】 センサとして使用するセンサ振動子の表
面に特殊高分子薄膜を形成し、ガス吸着時の当該センサ
振動子の共振周波数の変化により、吸着ガスの同定を行
う化学センシング装置において、それぞれ異なる共振周
波数を有する複数の前記センサ振動子と、該複数のセン
サ振動子の共振周波数のそれぞれに対応した基準周波数
を発生させる複数の基準振動子と、上記センサ振動子及
び基準振動子をそれぞれ発振させる発振回路と、対応し
た前記センサ振動子及び基準振動子同士の発振周波数と
基準周波数との差周波数の絶対値を出力させる複数のサ
ンプリング回路と、該複数のサンプリング回路の差周波
数出力を選択するセレクタと、該セレクタにより選択さ
れた差周波数を所要の分周比で分周する分周回路と、該
分周回路の分周出力の周期を前記基準周波数の何れかの
周期をクロックとしてカウントするカウンタと、該カウ
ンタでカウントされた周期を基に前記選択されたセンサ
振動子の発振周波数を求める演算装置とを有することを
特徴とする化学センシング装置。 - 【請求項３】 選択された前記センサ振動子の発振周波
数をある一定時間だけ測定する際に、前記演算装置は、
測定開始時点の前記差周波数値を初期値として記憶し、
以後測定した差周波数値から前記初期値を引いた値を求
め、それを順次プロットすることにより、当該選択され
たセンサ振動子の発振周波数の時間的な変化を求めるよ
うに構成してなることを特徴とする請求項１又は２記載
の化学センシング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2796293A JP2675733B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 化学センシング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2796293A JP2675733B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 化学センシング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241972A true JPH06241972A (ja) | 1994-09-02 |
| JP2675733B2 JP2675733B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=12235522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2796293A Expired - Lifetime JP2675733B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 化学センシング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675733B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004085976A1 (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Seiko Epson Corporation | 質量測定方法および質量測定用圧電振動片の励振回路並びに質量測定装置 |
| WO2006016721A1 (ja) | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd | 感知装置 |
| JP2006317234A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 感知装置 |
| WO2008038829A1 (fr) | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Dispositif de détection |
| JP2009509172A (ja) * | 2005-09-22 | 2009-03-05 | アプライド・ナノテック・ホールディングス・インコーポレーテッド | 水素センサ |
| JP2009229353A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | 気体センサデバイス及び気体センサシステム |
| JP2010271211A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Seiko Epson Corp | 周波数測定装置 |
| JP2011047796A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Seiko Epson Corp | 電気回路、同電気回路を備えたセンサーシステム、及び同電気回路を備えたセンサーデバイス |
| CN109828001A (zh) * | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 财团法人工业技术研究院 | 电阻式气体传感器与其气体感测方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180055294A (ko) | 2016-11-16 | 2018-05-25 | 삼성전자주식회사 | Fbar 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템 |
| CN110291391B (zh) * | 2017-01-30 | 2023-10-27 | 乔杜里·F·拉希姆 | 使用机器学习的超声气体传感器系统 |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP2796293A patent/JP2675733B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100367013C (zh) * | 2003-03-25 | 2008-02-06 | 精工爱普生株式会社 | 质量测定方法和质量测定装置 |
| WO2004085976A1 (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-07 | Seiko Epson Corporation | 質量測定方法および質量測定用圧電振動片の励振回路並びに質量測定装置 |
| US7899633B2 (en) | 2004-08-11 | 2011-03-01 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Sensing apparatus |
| US7398163B2 (en) | 2004-08-11 | 2008-07-08 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Sensing apparatus |
| WO2006016721A1 (ja) | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd | 感知装置 |
| JP2006317234A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 感知装置 |
| JP2009509172A (ja) * | 2005-09-22 | 2009-03-05 | アプライド・ナノテック・ホールディングス・インコーポレーテッド | 水素センサ |
| WO2008038829A1 (fr) | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Dispositif de détection |
| US7982451B2 (en) | 2006-09-29 | 2011-07-19 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Sensing instrument |
| JP2009229353A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | 気体センサデバイス及び気体センサシステム |
| JP2010271211A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Seiko Epson Corp | 周波数測定装置 |
| JP2011047796A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Seiko Epson Corp | 電気回路、同電気回路を備えたセンサーシステム、及び同電気回路を備えたセンサーデバイス |
| CN109828001A (zh) * | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 财团法人工业技术研究院 | 电阻式气体传感器与其气体感测方法 |
| CN109828001B (zh) * | 2017-11-23 | 2022-04-05 | 财团法人工业技术研究院 | 电阻式气体传感器与其气体感测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2675733B2 (ja) | 1997-11-12 |
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