JPH06273303A - Gas sensor - Google Patents
Gas sensorInfo
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- JPH06273303A JPH06273303A JP5060693A JP6069393A JPH06273303A JP H06273303 A JPH06273303 A JP H06273303A JP 5060693 A JP5060693 A JP 5060693A JP 6069393 A JP6069393 A JP 6069393A JP H06273303 A JPH06273303 A JP H06273303A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はガスセンサ、特にガスセ
ンサ内のガス分子吸着膜からのガスを脱離させるための
加熱手段の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor, and more particularly to improvement of a heating means for desorbing gas from a gas molecule adsorption film in the gas sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、ラングミュラ−ブロジェット膜
（以下ＬＢ膜という）などに代表される有機薄膜をガス
検知薄膜とするガスセンサが注目されている。有機薄膜
は、各種ガスに対する高い分配率を示し、検知膜として
の多様性に富み、更にガス種に対してある程度の選択性
を有している。2. Description of the Related Art Recently, a gas sensor using an organic thin film represented by a Langmuir-Blodgett film (hereinafter referred to as an LB film) as a gas detection thin film has attracted attention. The organic thin film has a high distribution rate for various gases, is highly versatile as a detection film, and has a certain degree of selectivity for gas species.
【０００３】有機薄膜に各種ガスが吸着することにより
引き起こされる薄膜の物理特性としては、質量の増加、
形態変化、流動性の変化及び温度変化などの物理的なも
のや、電気伝導度やインピーダンス変化などの電気的な
もの、更に光学的な吸収変化か蛍光の変化などがある。Physical properties of the thin film caused by adsorption of various gases on the organic thin film include increase in mass,
There are physical things such as morphological change, fluidity change and temperature change, electrical things such as electric conductivity and impedance change, and further optical absorption change or fluorescence change.
【０００４】ガス検知手段として用いることができる状
態変化のうち、特に薄膜へのガス吸着に伴う質量変化を
測定する吸着量測定式のガス検知方式が一般的であり、
水晶振動子またはＳＡＷデバイス上にＬＢ膜などの有機
薄膜を形成したものがガス検知素子として検討されてい
る。このようなＬＢ膜を用いたガスセンサの一例が、特
開平２−３６３５０号公報に開示されている。Among the state changes that can be used as the gas detection means, a gas detection system of an adsorption amount measurement type is generally used, which measures a mass change associated with gas adsorption on a thin film.
A gas sensing element is being investigated as a crystal resonator or a SAW device on which an organic thin film such as an LB film is formed. An example of a gas sensor using such an LB film is disclosed in JP-A-2-36350.
【０００５】図１６は、従来のガスセンサの構成を示す
概略図である。また、図１７は、水晶振動子上に成膜さ
れたＬＢ膜を説明する図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing the structure of a conventional gas sensor. In addition, FIG. 17 is a diagram illustrating the LB film formed on the crystal unit.
【０００６】図１６に示すように、従来のガスセンサ
は、表面弾性波を遅延線として利用する表面弾性素子２
２０と、高周波増幅器２１０及び周波数カウンタ２１２
をおもな構成要素とする。そして、表面弾性素子２２０
は、水晶基板２００上にトランデューサ、すなわち入力
変換器２０４と出力変換器２０６が所定の間隔をもって
形成されている。これらの入力変換器２０４及び出力変
換器２０６は、エッチング等によって形成されたアルミ
ニウム電極（Ａｌ電極）２０２であり、高周波帯におい
て電気的音響効率に優れる。また、入力変換器２０４と
出力変換器２０６の間の水晶基板２００上に３層構造の
いわゆるＹ型のアラキン酸ＬＢ膜２０８が形成されてい
る。As shown in FIG. 16, the conventional gas sensor has a surface acoustic element 2 which uses surface acoustic waves as a delay line.
20, a high frequency amplifier 210 and a frequency counter 212
Is the main component. Then, the surface elastic element 220
In the crystal substrate 200, a transducer, that is, an input converter 204 and an output converter 206 are formed with a predetermined interval. The input converter 204 and the output converter 206 are aluminum electrodes (Al electrodes) 202 formed by etching or the like, and have excellent electrical acoustic efficiency in the high frequency band. Further, a so-called Y-type arachidic acid LB film 208 having a three-layer structure is formed on the quartz substrate 200 between the input converter 204 and the output converter 206.
【０００７】図１７に示すように、水晶基板２００上に
形成されるアラキン酸ＬＢ膜２０８は、隣接する層内の
アラキン酸分子２２２がお互いに極性基２２２ａ同士ま
たは疎水基２２２ｂを接触させるように配列されてい
る。As shown in FIG. 17, the arachidic acid LB film 208 formed on the quartz substrate 200 is arranged so that the arachidic acid molecules 222 in the adjacent layers contact each other with the polar groups 222a or the hydrophobic groups 222b. It is arranged.
【０００８】上記ガスセンサにおいて、入力信号は入力
変換器２０４により表面弾性波に変換され、これが水晶
基板の表面に伝播し、所望の遅延時の距離だけ離れた出
力変換器２０６によって電気信号に戻される。ここで、
図１７のように、ガス分子２２４がアラキン酸ＬＢ膜２
０８に取り込まれると、膜全体の重量が増加し、表面弾
性波の位相速度が遅くなり、吸着量に比例してループの
発振周波数が低下する。そして、ガスが脱離すれば発振
周波数は元の値に戻る。このような発振周波数の変化を
周波数カウンタ２１２で測定することにより、アラキン
酸ＬＢ膜２０８に対するガス分子２２４の吸着量を求め
ることができる。In the gas sensor, the input signal is converted into a surface acoustic wave by the input converter 204, propagates to the surface of the quartz substrate, and is converted back into an electric signal by the output converter 206 separated by a desired delay distance. . here,
As shown in FIG. 17, the gas molecules 224 are arachidic acid LB film 2
When it is taken into 08, the weight of the entire film increases, the phase velocity of the surface acoustic wave becomes slow, and the oscillation frequency of the loop decreases in proportion to the adsorption amount. When the gas is desorbed, the oscillation frequency returns to the original value. By measuring such a change in the oscillation frequency with the frequency counter 212, the adsorption amount of the gas molecules 224 on the arachidic acid LB film 208 can be obtained.
【０００９】図１８は、従来のガスセンサにおけるプロ
ピオン酸ガスの吸脱着と周波数変化を示す特性図であ
る。図１９は、従来のガスセンサにおけるｎ−ブチルア
ミンガスの吸脱着と周波数変化を示す特性図である。図
２０は、従来のガスセンサにおけるガス分子脱離システ
ムの構成の概略図である。FIG. 18 is a characteristic diagram showing adsorption / desorption of propionic acid gas and a frequency change in a conventional gas sensor. FIG. 19 is a characteristic diagram showing adsorption / desorption of n-butylamine gas and frequency change in a conventional gas sensor. FIG. 20 is a schematic diagram of a configuration of a gas molecule desorption system in a conventional gas sensor.
【００１０】図２０に示すように、水晶基板２００の下
面にはヒータ２１２が設けられておりプロセッサ２１４
より制御されている。従って、ガス濃度測定後ヒータ２
１４を加熱することにより、アラキン酸ＬＢ膜２０８が
暖まって、ガス分子運動が高まりガス分子が脱離する。As shown in FIG. 20, a heater 212 is provided on the lower surface of the crystal substrate 200, and a processor 214 is provided.
Is more controlled. Therefore, after measuring the gas concentration, the heater 2
By heating 14, the arachidic acid LB film 208 is warmed, the motion of gas molecules is enhanced, and the gas molecules are desorbed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガスセンサは、ガス分子をＬＢ膜より脱離させるため
に、表面弾性素子全体を高熱で加熱する必要があった。
従って、Ａｌ電極からなる入力変換器及び出力変換器も
ガス分子の脱離毎に高熱で加熱されることとなる。この
ため、Ａｌ電極は劣化し、素子の信頼性は大幅に損なわ
れるという問題があった。However, in the conventional gas sensor, it is necessary to heat the entire surface elastic element with high heat in order to desorb gas molecules from the LB film.
Therefore, the input converter and the output converter made of Al electrodes are also heated with high heat each time the gas molecules are desorbed. Therefore, there is a problem that the Al electrode is deteriorated and the reliability of the element is significantly deteriorated.
【００１２】すなわち、図１８及び図１９は非加熱で脱
離させた場合で、ガス分子が完全に脱離せず、ガス分子
吸着膜に履歴が残っている。この履歴を除くためには、
加熱する必要があるが、ＳＡＷデバイス全体を加熱する
ために信頼性が損なわれる。このような場合、初期値を
毎回補正することも考えられるが、素子の劣化が激しい
ことは否めず、ガスセンサ自体の寿命は短くなってしま
う。That is, FIGS. 18 and 19 show the case of desorption without heating, in which gas molecules are not completely desorbed and a history remains in the gas molecule adsorption film. To remove this history,
It requires heating, but reliability is compromised due to the heating of the entire SAW device. In such a case, it is conceivable to correct the initial value every time, but it is unavoidable that the element is severely deteriorated, and the life of the gas sensor itself is shortened.
【００１３】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、信頼性が高く寿命の長いＬ
Ｂ膜を用いたガスセンサを提供することである。The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object thereof is L having high reliability and long life.
It is to provide a gas sensor using a B film.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るガスセンサは以下のような特徴を有す
る。In order to achieve the above object, the gas sensor according to the present invention has the following features.
【００１５】細板状の共振部材と、前記共振部材上の第
一の領域に加熱光を周期的に照射し、前記共振部材に周
期的に熱ストレスを加えることにより振動を生じさせる
加熱光照射手段と、前記共振部材上の第二の領域に定常
光を照射する定常光照射手段と、前記第二の領域から反
射された、前記定常光の反射光を受光し、その受光した
光の強度信号を前記加熱光照射手段にフィードバック
し、前記共振部材にその共振周波数による振動を生じさ
せる受光手段と、前記第二の領域の近傍に設けられたガ
ス分子吸着膜と、前記受光手段が受光した光の強度信号
の強度変化の周期を監視することにより前記共振周波数
を検知する、周波数検知手段と、を含み、前記周波数検
知手段により検知された周波数により前記ガス分子吸着
膜に吸収されたガスの量を判別し、そのガスの量から、
周囲のガス濃度を計測するガス濃度計測装置において、 （１）前記第二の領域に一定強度の第二の加熱光を照射
する第二の加熱光照射手段、を備え、前記第二の領域に
は、前記定常光を反射し、前記第二の加熱光を吸収する
光学膜が設けられており、前記第二の加熱光が前記第二
の領域に照射されることにより、前記ガス分子吸着膜が
加熱され、前記ガス分子吸着膜に吸収されたガスが前記
ガス分子吸着膜から放出される。Heating light irradiation for periodically heating the thin plate-shaped resonance member and the first region on the resonance member and periodically applying heat stress to the resonance member to generate vibration. Means, stationary light irradiating means for irradiating the second region on the resonant member with stationary light, and the reflected light of the stationary light reflected from the second region, and the intensity of the received light. A signal is fed back to the heating light irradiating means to cause the resonance member to vibrate at its resonance frequency, a light receiving means, a gas molecule adsorption film provided in the vicinity of the second region, and the light receiving means receives light. A gas absorbed by the gas molecule adsorbing film at a frequency detected by the frequency detecting means, the frequency detecting means detecting the resonance frequency by monitoring a cycle of intensity change of the light intensity signal. Determine the amount, the amount of that gas,
A gas concentration measuring device for measuring the ambient gas concentration, comprising: (1) a second heating light irradiation means for irradiating the second region with a second intensity of second heating light, Is provided with an optical film that reflects the stationary light and absorbs the second heating light. By irradiating the second region with the second heating light, the gas molecule adsorption film is formed. Are heated, and the gas absorbed by the gas molecule adsorption film is released from the gas molecule adsorption film.
【００１６】（２）前記第二の領域には、前記定常光の
一部を反射し、その他の定常光を吸収する光学膜が設け
られており、前記定常光照射手段から高出力の定常光が
前記第二の領域に照射されることにより、前記ガス分子
吸着膜が加熱され、前記ガス分子吸着膜に吸収されたガ
スが前記ガス分子吸着膜から放出される。(2) The second region is provided with an optical film that reflects a part of the stationary light and absorbs other stationary light, and the stationary light of high output from the stationary light irradiation means. Is irradiated to the second region, the gas molecule adsorption film is heated, and the gas absorbed by the gas molecule adsorption film is released from the gas molecule adsorption film.
【００１７】また、細板状の共振部材と、前記共振部材
上の第一の領域に加熱光を周期的に照射し、前記共振部
材に周期的に熱ストレスを加えることにより振動を生じ
させる加熱光照射手段と、前記共振部材上の第二の領域
に定常光を照射する定常光照射手段と、前記第二の領域
の近傍に設けられた色素ラングミュラーブロジェット膜
と、前記色素ラングミュラーブロジェット膜から前記定
常光によって励起した蛍光を受光し、その受光した蛍光
の強度信号を前記加熱光照射手段にフィードバックし、
前記共振部材にその共振周波数による振動を生じさせ、
また受光した蛍光強度よりガスの種類を検知する受光手
段と、前記受光手段が受光した光の強度信号の強度変化
の周期を監視することにより前記共振周波数を検知す
る、周波数検知手段と、を含み、前記周波数検知手段に
より検知された周波数により前記色素ラングミュラーブ
ロジェット膜に吸収されたガスの量を判別し、そのガス
の量から、周囲のガス濃度を計測するガス濃度計測装置
において、 （３）前記第二の領域に一定強度の第二の加熱光を照射
する第二の加熱光照射手段、を備え、前記第二の領域に
は、前記定常光を反射し、前記第二の加熱光を吸収する
光学膜が設けられており、前記第二の加熱光が前記第二
の領域に照射されることにより、前記色素ラングミュラ
ーブロジェット膜が加熱され、前記色素ラングミュラー
ブロジェット膜に吸収されたガス分子が前記色素ラング
ミュラーブロジェット膜から放出される。Further, heating is performed by periodically irradiating the thin plate-shaped resonance member and the first region on the resonance member with heating light, and periodically applying thermal stress to the resonance member to generate vibration. A light irradiating means, a stationary light irradiating means for irradiating a second region on the resonant member with a stationary light, a dye Langmuiller-Blodgett film provided in the vicinity of the second region, and the dye Langmuller Receive the fluorescence excited by the stationary light from the jet film, feed back the intensity signal of the received fluorescence to the heating light irradiation means,
Causing the resonance member to vibrate due to its resonance frequency,
Further, it includes a light receiving means for detecting the type of gas from the received fluorescence intensity, and a frequency detecting means for detecting the resonance frequency by monitoring the cycle of intensity change of the intensity signal of the light received by the light receiving means. In a gas concentration measuring device that determines the amount of gas absorbed in the dye Langmuiller-Blodgett film based on the frequency detected by the frequency detecting means, and measures the ambient gas concentration from the amount of gas, ) A second heating light irradiating means for irradiating the second region with a second heating light having a constant intensity, wherein the second region reflects the stationary light and the second heating light. Is provided, the second heating light is irradiated to the second region, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, the dye Langmuiller Brodger. Gas molecules absorbed in the Dot film are released from the dye Langmuir-Blodgett film.
【００１８】（４）第一の領域及び第二の領域にかけ
て、前記加熱光照射手段からの加熱光を吸収する光学膜
が設けられており、出力強度を高めた前記加熱光が前記
第一の領域に照射されることにより、前記色素ラングミ
ュラーブロジェット膜が加熱され、前記色素ラングミュ
ラーブロジェット膜に吸収されたガス分子が前記色素ラ
ングミュラーブロジェット膜から放出される。(4) An optical film that absorbs the heating light from the heating light irradiating means is provided over the first region and the second region, and the heating light whose output intensity is increased is the first region. By irradiating the area, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, and the gas molecules absorbed in the dye Langmuir-Blodgett film are released from the dye Langmuiller-Blodgett film.
【００１９】[0019]
【作用】上記（１）、（３）の構成によれば、第二の領
域に一定強度の第二の加熱光を照射する第二の加熱光照
射手段を備け、第二の領域に、前記定常光を反射し、前
記第二の加熱光を吸収する光学膜が設けたことにより、
第二の加熱光が第二の領域に照射され、共振部材のガス
分子吸着膜及び色素ラングミュラーブロジェット膜の部
分のみ加熱される。そして、ガス分子吸着膜及び色素ラ
ングミュラーブロジェット膜に吸収されたガス分子がガ
ス分子吸着膜から放出される。According to the above configurations (1) and (3), the second area is provided with the second heating light irradiation means for irradiating the second area with the second heating light having a constant intensity, and the second area is provided with: By providing the optical film that reflects the stationary light and absorbs the second heating light,
The second region is irradiated with the second heating light, and only the gas molecule adsorption film and the dye Langmuiller-Blodgett film of the resonance member are heated. Then, the gas molecules absorbed by the gas molecule adsorption film and the dye Langmuir-Blodgett film are released from the gas molecule adsorption film.
【００２０】上記（２）の構成によれば、第二の領域
に、前記定常光の一部を反射し、その他の定常光を吸収
する光学膜が設けられているので、定常光照射手段から
高出力の定常光が第二の領域に照射されることにより、
共振部材のガス分子吸着膜の部分のみ加熱される。そし
て、ガス分子吸着膜に吸収されたガス分子がガス分子吸
着膜から放出される。According to the above configuration (2), since the second region is provided with the optical film that reflects a part of the stationary light and absorbs the other stationary light, the stationary light irradiation means By irradiating the second area with high-power stationary light,
Only the gas molecule adsorption film portion of the resonance member is heated. Then, the gas molecules absorbed by the gas molecule adsorption film are released from the gas molecule adsorption film.
【００２１】上記（４）の構成によれば、第一の領域及
び第二の領域にかけて、前記加熱光照射手段からの加熱
光を吸収する光学膜が設けられているので、出力強度を
高めた前記加熱光が第一の領域に照射されることによ
り、共振部材全体が加熱される。これにより、色素ラン
グミュラーブロジェット膜が加熱され、色素ラングミュ
ラーブロジェット膜に吸収されたガスが色素ラングミュ
ラーブロジェット膜から放出される。According to the structure of (4), since the optical film for absorbing the heating light from the heating light irradiation means is provided over the first region and the second region, the output intensity is increased. By irradiating the first region with the heating light, the entire resonant member is heated. As a result, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, and the gas absorbed by the dye Langmuiller-Blodgett film is released from the dye Langmuiller-Blodgett film.
【００２２】[0022]
【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２３】第１の実施例 図１は、本発明に係るガスセンサの第１の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。図２は、図１のガスセ
ンサの振動素子の斜視図である。図３は、シリコンカン
チレバーの撓みと光量変化を説明する図である。 First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a gas sensor according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a vibration element of the gas sensor of FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the bending of the silicon cantilever and the change in the amount of light.
【００２４】図２に示すように、本実施例におけるガス
センサの振動素子は、Ｓｉ基板１０に片持ちはり形状の
シリコンカンチレバー１２が形成されている。なお、こ
の片持ちはり形状のシリコンカンチレバー１２の形成工
程については後述する。そして、このシリコンカンチレ
バー１２の上面であって固定端の近傍には、ある波長の
光を吸収する薄膜１４Ａが、またシリコンカンチレバー
１２の上面であって先端近傍には、ある波長の光は反射
し、その波長と異なる波長は吸収する薄膜１４Ｂが成膜
されている。そして、薄膜１４Ｂの上面の一部分には、
ガス分子を吸着するガス分子吸着膜１６が成膜されてい
る。また、薄膜１４Ａの上方には、薄膜１４Ａを加熱す
る光を照射する励起用光ファイバ１８が、また薄膜１４
Ｂには、検出／加熱用光ファイバ２０が設けられてい
る。As shown in FIG. 2, in the vibration element of the gas sensor of this embodiment, a cantilever-shaped silicon cantilever 12 is formed on a Si substrate 10. The process of forming the cantilever-shaped silicon cantilever 12 will be described later. A thin film 14A that absorbs light of a certain wavelength is provided on the upper surface of the silicon cantilever 12 near the fixed end, and light of a certain wavelength is reflected on the upper surface of the silicon cantilever 12 near the tip. A thin film 14B that absorbs a wavelength different from that wavelength is formed. And, in a part of the upper surface of the thin film 14B,
A gas molecule adsorption film 16 that adsorbs gas molecules is formed. In addition, above the thin film 14A, an optical fiber 18 for excitation that irradiates the light for heating the thin film 14A, and the thin film 14A is provided.
An optical fiber 20 for detection / heating is provided in B.
【００２５】そして、図１に示すように、本実施例のガ
スセンサにおける加熱光照射手段は、薄膜１４Ａを加熱
するための加熱光を周期的に発生させる発光素子２４ａ
と、その加熱光を集光して励起用光ファイバ１８に供給
する集光レンズ２４ｂと、発光素子２４ａに周期的な加
熱光を発生するように制御する送信回路３４とからな
る。Then, as shown in FIG. 1, the heating light irradiating means in the gas sensor of this embodiment is a light emitting element 24a which periodically generates heating light for heating the thin film 14A.
And a condenser lens 24b for condensing the heating light and supplying it to the excitation optical fiber 18, and a transmitting circuit 34 for controlling the light emitting element 24a so as to generate periodic heating light.
【００２６】また、定常光照射手段は、薄膜１４Ｂが反
射する定常光を発生する発光素子２６ａと、その定常光
を集光し検出／加熱用光ファイバ２０に供給する集光レ
ンズ２６ｂと、発光素子２６ａに定常光を発生するよう
に駆動させる駆動回路３８Ａとからなる。なお、薄膜１
４Ｂは、発光素子２６ａの光を反射するような膜厚にな
っている。The stationary light irradiation means includes a light emitting element 26a which generates stationary light reflected by the thin film 14B, a condenser lens 26b which collects the stationary light and supplies it to the detection / heating optical fiber 20, and emits light. And a drive circuit 38A for driving the element 26a so as to generate a stationary light. The thin film 1
4B has a film thickness that reflects the light of the light emitting element 26a.
【００２７】更に、ガス分子脱離手段は、薄膜１４Ｂを
加熱させる加熱光を発生する発光素子２８ａと、その加
熱光を集光する集光レンズ２８ｂと、発光素子２８ａに
加熱光を発生するように駆動させる駆動回路３８Ｂとか
らなる。Further, the gas molecule desorbing means is arranged so that the light emitting element 28a for generating the heating light for heating the thin film 14B, the condenser lens 28b for condensing the heating light, and the heating light for the light emitting element 28a are generated. And a drive circuit 38B for driving.
【００２８】また、集光レンズ２６ｂと集光レンズ２８
ｂの下流にはダイクロミックミラー３０が設けられ、こ
のダイクロミックミラー３０は、発光素子２６ａの定常
光を透過し、発光素子２８ａの加熱光を反射する。ま
た、薄膜１４Ｂが反射する定常光及び薄膜１４Ｂ加熱光
は、光分岐／結合器２２を介して薄膜１４Ｂに照射され
る。 また、受光手段は、検出／加熱用光ファイバ２０
と光分岐／結合器２２を介して薄膜１４Ｂが反射した光
を受光する受光素子３２ａと集光レンズ３２ｂと、受光
素子３２ｂからの反射光の周波数を受信する受信回路４
２とからなる。そして、受信回路４２からの周波数は、
送信回路３４及びプロセッサ４４に送信される。Further, the condenser lens 26b and the condenser lens 28
A dichroic mirror 30 is provided downstream of b, and the dichroic mirror 30 transmits the stationary light of the light emitting element 26a and reflects the heating light of the light emitting element 28a. Further, the stationary light reflected by the thin film 14B and the heating light of the thin film 14B are applied to the thin film 14B via the optical branching / combining device 22. Further, the light receiving means is the detection / heating optical fiber 20.
And a light receiving element 32a for receiving the light reflected by the thin film 14B via the light branching / combining device 22, a condenser lens 32b, and a receiving circuit 4 for receiving the frequency of the reflected light from the light receiving element 32b.
It consists of 2. Then, the frequency from the receiving circuit 42 is
It is transmitted to the transmission circuit 34 and the processor 44.
【００２９】更に、プロセッサ４４は、駆動回路３８
Ａ、３８Ｂを駆動させ、受信回路４２からの周波数をカ
ウントして共振周波数の変化よりガス濃度を測定する。Further, the processor 44 includes a drive circuit 38.
A and 38B are driven, the frequency from the receiving circuit 42 is counted, and the gas concentration is measured from the change in the resonance frequency.
【００３０】ガス濃度を測定する場合、まず、送信開路
３４はシリコンカンチレバー１２の弾性定数とそのレバ
ー全体の質量によって決まる共振周波数ｆ0 を中心周波
数とするブロードなスペクトラムをもつ送信信号を発生
する。この信号により発光素子２８ａはシリコンカンチ
レバー１２に熱ストレスを加えて振動させる。ガス分子
吸着膜１６がガス分子を吸着することによる質量変化は
レバー全体の質量に比べて僅かであり、共振周波数のシ
フト量Δｆ0 も僅かである。したがって周波数（ｆ0 −
Δｆ0 ）は上記スペクトラム中に含まれガス分子が吸着
されても機械的な共振は誘起されている。このシフトし
た共振周波数（ｆ0 −Δｆ0 ）は受光素子３２ｂを介し
受信回路４２によって検出され送信回路３４にフィード
バックされる。このフィードバックされた信号により送
信回路３４は送信信号のスペクトラムの中心周波数をｆ
0 から（ｆ0 −Δｆ0 ）にシフトさせる。When measuring the gas concentration, first, the transmission open circuit 34 generates a transmission signal having a broad spectrum centered on the resonance frequency f 0 determined by the elastic constant of the silicon cantilever 12 and the mass of the entire lever. With this signal, the light emitting element 28a applies thermal stress to the silicon cantilever 12 to vibrate it. The change in mass due to the gas molecule adsorption film 16 adsorbing gas molecules is smaller than the mass of the entire lever, and the shift amount Δf 0 of the resonance frequency is also small. Therefore, the frequency (f 0 −
Δf 0 ) is included in the above spectrum and mechanical resonance is induced even when gas molecules are adsorbed. The shifted resonance frequency (f 0 −Δf 0 ) is detected by the receiving circuit 42 via the light receiving element 32b and fed back to the transmitting circuit 34. With this feedback signal, the transmission circuit 34 sets the center frequency of the spectrum of the transmission signal to f
Shift from 0 to (f 0 −Δf 0 ).
【００３１】このようにクローズされたループを形成す
ることによりシフト量Δｆ0 がどのように変化しても共
振は常に誘起されている。そしてこのシフト量Δｆ0 に
よってガス分子吸着膜１６に吸着されたガス分子の質量
が求まり、ガス濃度を算出することができる。By forming a closed loop in this way, resonance is always induced no matter how the shift amount Δf 0 changes. Then, the mass of the gas molecules adsorbed on the gas molecule adsorption film 16 is obtained by the shift amount Δf 0 , and the gas concentration can be calculated.
【００３２】また、ガス濃度測定後は、プロセッサ４４
により駆動回路３８Ｂを駆動させて、発光素子２８ａを
発光させ、加熱光を検出／加熱用光ファイバ２０を介し
て薄膜１４Ｂに照射する。これにより、薄膜１４Ｂ上の
ガス分子吸着膜１６も加熱され、ガス分子が膜より脱離
する。このとき、加熱されるのは、薄膜１４Ｂが形成さ
れている部分のみであり、振動素子を劣化されることは
ほとんどない。After measuring the gas concentration, the processor 44
The drive circuit 38B is driven by this to cause the light emitting element 28a to emit light, and the heating light is applied to the thin film 14B via the detection / heating optical fiber 20. As a result, the gas molecule adsorption film 16 on the thin film 14B is also heated, and gas molecules are desorbed from the film. At this time, only the portion where the thin film 14B is formed is heated, and the vibration element is hardly deteriorated.
【００３３】図４には、Ｓｉ基板にシリコンカンチレバ
ーを形成する製造工程が示されている。本実施例におい
て、シリコンカンチレバーはマイクロマシニングによっ
て形成される。また、図４におけるステップ１０２〜ス
テップ１０６は、ステップ１００のＡ−Ａ′線の沿った
断面図である。FIG. 4 shows a manufacturing process for forming a silicon cantilever on a Si substrate. In this embodiment, the silicon cantilever is formed by micromachining. Further, steps 102 to 106 in FIG. 4 are sectional views taken along the line AA ′ of step 100.
【００３４】ステップ１００では、Ｓｉ基板１０上のＳ
ｉＯ2 膜１１をレバーの輪郭に相当する部分をＺ方向に
除去する。ステップ１０２では、露出したＳｉ面をＫＯ
Ｈ（水酸化カリウム）水溶液でエッチングし、まずＳｉ
基板１０上にＶ溝を形成する。ステップ１０４では、更
にＫＯＨ水溶液でレバー部分となるＳｉＯ2 膜１１の下
面のＳｉ基板１０をエッチングする（アンダカット）。
ステップ１０６では、レバー部分となるＳｉＯ2 膜１１
の下面のＳｉ基板１０を完全にエッチングし、Ｘ面でエ
ッチングは終了して、シリコンカンチレバー１２が形成
される。In step 100, S on the Si substrate 10 is
A portion of the iO 2 film 11 corresponding to the contour of the lever is removed in the Z direction. In step 102, the exposed Si surface is KO
Etching with H (potassium hydroxide) aqueous solution, first Si
A V groove is formed on the substrate 10. In step 104, the Si substrate 10 on the lower surface of the SiO 2 film 11 forming the lever portion is further etched with a KOH aqueous solution (undercut).
In step 106, the SiO 2 film 11 to be the lever portion is formed.
The Si substrate 10 on the lower surface of is completely etched, etching is completed on the X surface, and the silicon cantilever 12 is formed.
【００３５】第２の実施例 図５は、本発明に係るガスセンサの第２の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。図６は、図５の発光素
子２６ａの出力切替のタイミングチャートである。 Second Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the gas sensor according to the present invention. FIG. 6 is a timing chart of output switching of the light emitting element 26a of FIG.
【００３６】第２の実施例の構成は、第１の実施例の構
成とほぼ同様であるが、以下に説明される点で異なる。
すなわち、本実施例の場合、薄膜１４Ｂ′は、発光素子
２６ａから発生される定常光に対して、一部の波長の光
を反射し、その他の光は吸収する特性を有する。従っ
て、図６に示すように、プロセッサ４４によって送信回
路３４を制御して、ガス濃度を測定する場合は、測定す
るのに十分な反射光が得られかつ低出力の光を発光素子
２６ａから発生させればよく、またガス分子吸着膜１６
からガス分子を脱離させる場合には、高出力の光を発生
させればよい。これにより、薄膜１４Ｂ′上のガス分子
吸着膜１６も加熱され、ガス分子が膜より脱離する。こ
のとき、加熱されるのは、薄膜１４Ｂ′が形成されてい
る部分のみであり、振動素子を劣化されることはほとん
どない。The configuration of the second embodiment is almost the same as the configuration of the first embodiment, except for the points described below.
That is, in the case of the present embodiment, the thin film 14B 'has a characteristic of reflecting the light of a part of the wavelength and absorbing the other light of the stationary light generated from the light emitting element 26a. Therefore, as shown in FIG. 6, when the transmission circuit 34 is controlled by the processor 44 to measure the gas concentration, the light emitted from the light emitting element 26a is sufficient to obtain reflected light sufficient for the measurement and low output. The gas molecule adsorption film 16
When desorbing gas molecules from, it is sufficient to generate high-power light. As a result, the gas molecule adsorption film 16 on the thin film 14B 'is also heated, and gas molecules are desorbed from the film. At this time, only the portion where the thin film 14B 'is formed is heated, and the vibration element is hardly deteriorated.
【００３７】第３の実施例 図７は、本発明に係るガスセンサの第３の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。また、図８は、図７の
ガスセンサの振動素子の斜視図である。図９は、ガス種
による吸収スペクトルの変化を説明する図である。図１
０は、ＮＯ2 （酸化性）ガスに対する応答を示す特性図
である。図１１は、ＮＨ3 （還元性）ガスに対する応答
を示す特性図である。図１２は、トリクロロエチレン
（有機溶剤蒸気）に対する応答を示す特性図である。 Third Embodiment FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the gas sensor according to the present invention. 8 is a perspective view of the vibration element of the gas sensor of FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining changes in absorption spectrum depending on gas species. Figure 1
0 is a characteristic diagram showing the response to NO 2 (oxidizing) gas. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the response to NH 3 (reducing) gas. FIG. 12 is a characteristic diagram showing the response to trichlorethylene (organic solvent vapor).
【００３８】第３の実施例の構成は、第１の実施例の構
成とほぼ同様であるが、以下に説明される点で異なる。
すなわち、本実施例の場合、ガス分子吸着膜が色素ラン
グミュラーブロジェット膜（以下、色素ＬＢ膜という）
５６であり、下記の化学式に示すスクエアリウム色素と
脂肪酸であるアラキン酸とを混合することによって得ら
れるＪ−会合体を含む膜である（古木、夫の「水晶振動
子上に色素ＬＢ膜を形成した新しいハイブリットガスセ
ンサ」、１９９１年９月『電子材料』１９頁）。また、
図８に示すように、検出用光ファイバ５２が色素ＬＢ膜
５６の上方に、加熱用光ファイバ５０が薄膜１４Ｂの上
方に設けられている。The structure of the third embodiment is almost the same as the structure of the first embodiment, except for the points described below.
That is, in the case of the present embodiment, the gas molecule adsorption film is the dye Langmuir-Blodgett film (hereinafter referred to as the dye LB film).
56 is a film containing a J-aggregate obtained by mixing a squarium dye represented by the following chemical formula and arachidic acid, which is a fatty acid (Furuki, husband, “Dye LB film on a quartz oscillator New Hybrid Gas Sensor Formed ", September 1991," Electronic Materials, "p. 19). Also,
As shown in FIG. 8, the detection optical fiber 52 is provided above the dye LB film 56, and the heating optical fiber 50 is provided above the thin film 14B.
【００３９】[0039]
【化１】 従って、図７に示すように、発光素子２６ａより発生さ
れ検出用光ファイバ５２を介して照射された励起光によ
って、色素ＬＢ膜５６から強い蛍光が発せられる。そし
て、この蛍光は、検出用光ファイバ５２を介して受光部
に設けられた光学フィルタ５４を通過し単一波長の光に
変換させる。そして、受光素子３２ａを介して受信回路
４２において、蛍光の発振周波数及び蛍光強度が検出さ
れる。図９の示すように、ガスの種類によって、色素Ｌ
Ｂ膜５６より発生する蛍光の波長が異なることがわか
る。[Chemical 1] Therefore, as shown in FIG. 7, strong fluorescence is emitted from the dye LB film 56 by the excitation light emitted from the light emitting element 26a and emitted through the detection optical fiber 52. Then, this fluorescent light passes through the optical fiber for detection 52, passes through the optical filter 54 provided in the light receiving section, and is converted into light of a single wavelength. Then, the receiving circuit 42 detects the oscillation frequency of the fluorescence and the fluorescence intensity via the light receiving element 32a. As shown in FIG. 9, the dye L depends on the type of gas.
It can be seen that the wavelengths of the fluorescence emitted from the B film 56 are different.
【００４０】例えば、ＮＯ2 （酸化性）ガスは顕著に蛍
光消光を引き起こし、図１０に示すように発振周波数及
び蛍光強度が減少する。また、ＮＨ3 （還元性）ガス
は、図１１に示すように吸着に伴う発振周波数が減少す
ると共に蛍光強度が僅かに増加する。更に、トリクロロ
エチレン（有機溶剤蒸気）は、図１２に示すように発振
周波数のみの減少が観察された。For example, NO 2 (oxidizing) gas remarkably causes fluorescence quenching, and the oscillation frequency and fluorescence intensity decrease as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11, the NH 3 (reducing) gas has a decrease in the oscillation frequency associated with the adsorption and a slight increase in the fluorescence intensity. Furthermore, as for trichlorethylene (organic solvent vapor), only a decrease in oscillation frequency was observed as shown in FIG.
【００４１】以上のことより、本実施例の場合には、発
振周波数及び蛍光強度を計測することにより、ガス種を
判断し、その濃度を測定することができる。From the above, in the case of the present embodiment, it is possible to judge the gas species and measure the concentration thereof by measuring the oscillation frequency and the fluorescence intensity.
【００４２】また、色素ＬＢ膜５６からガス分子を脱離
させる場合には、薄膜１４Ｂ上を加熱すればよい。この
とき、加熱されるのは、薄膜１４Ｂが形成されている部
分のみであり、表面弾性素子を劣化されることはほとん
どない。When desorbing gas molecules from the dye LB film 56, the thin film 14B may be heated. At this time, only the portion where the thin film 14B is formed is heated, and the surface elastic element is hardly deteriorated.
【００４３】第４の実施例 図１３は、本発明に係るガスセンサの第４の実施例の概
略的構成を示すブロック図である。また、図１４は、図
１３のガスセンサの振動素子の斜視図である。図１５
は、図１３の発光素子２４ａの出力切替のタイミングチ
ャートである。 Fourth Embodiment FIG. 13 is a block diagram showing the schematic constitution of the fourth embodiment of the gas sensor according to the present invention. 14 is a perspective view of the vibration element of the gas sensor of FIG. Figure 15
13 is a timing chart of output switching of the light emitting element 24a of FIG.
【００４４】第４の実施例の構成は、第３の実施例の構
成とほぼ同様であるが、以下に説明される点で異なる。
すなわち、本実施例の場合、薄膜６４は、シリコンカン
チレバー１２の上面をほぼ覆うように成膜され、シリコ
ンカンチレバー１２の先端にあたる部分であって薄膜６
４の上面に色素ＬＢ膜５６が成膜されている。また、こ
の薄膜６４の上方には、励起／加熱用光ファイバ５８が
設けられている。The structure of the fourth embodiment is almost the same as the structure of the third embodiment, except for the points described below.
That is, in the case of the present embodiment, the thin film 64 is formed so as to substantially cover the upper surface of the silicon cantilever 12, and the thin film 6 is a portion corresponding to the tip of the silicon cantilever 12.
A dye LB film 56 is formed on the upper surface of No. 4. An optical fiber 58 for excitation / heating is provided above the thin film 64.
【００４５】従って、図１５に示すように、プロセッサ
４４によって送信回路３４を制御し、ガス濃度を測定す
る場合は、レバーが振動する程度の低出力の光を発光素
子２４ａから発生させればよく、また色素ＬＢ膜５６か
らガス分子を脱離させる場合には、高出力の光を発生さ
せればよい。Therefore, as shown in FIG. 15, when the transmission circuit 34 is controlled by the processor 44 to measure the gas concentration, light having a low output enough to vibrate the lever may be generated from the light emitting element 24a. Further, in the case of desorbing gas molecules from the dye LB film 56, high output light may be generated.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上のように本発明に係るガスセンサに
よれば、第二の領域に一定強度の第二の加熱光を照射す
るの加熱光照射手段を備け、第二の領域に、定常光を反
射し、第二の加熱光を吸収する光学膜が設けたことによ
り、第二の加熱光が第二の領域に照射され、共振部材の
ガス分子吸着膜及び色素ラングミュラーブロジェット膜
の部分のみ加熱される。そして、ガス分子吸着膜及び色
素ラングミュラーブロジェット膜に吸収されたガス分子
がガス分子吸着膜から放出される。As described above, according to the gas sensor of the present invention, the second area is provided with the heating light irradiating means for irradiating the second area with the second heating light having a constant intensity, and the second area is kept stationary. By providing the optical film that reflects the light and absorbs the second heating light, the second heating light is irradiated to the second region, and the gas molecule adsorption film of the resonance member and the dye Langmueller-Blodgett film Only part is heated. Then, the gas molecules absorbed by the gas molecule adsorption film and the dye Langmuir-Blodgett film are released from the gas molecule adsorption film.
【００４７】また、第二の領域に、定常光の一部を反射
し、その他の定常光を吸収する光学膜が設けられている
ので、定常光照射手段から高出力の定常光が第二の領域
に照射されることにより、共振部材のガス分子吸着膜の
部分のみ加熱される。そして、ガス分子吸着膜に吸収さ
れたガス分子がガス分子吸着膜から放出される。Further, since the second region is provided with an optical film that reflects a part of the stationary light and absorbs the other stationary light, the stationary light irradiating means generates a high output of the stationary light in the second area. By irradiating the region, only the gas molecule adsorption film portion of the resonance member is heated. Then, the gas molecules absorbed by the gas molecule adsorption film are released from the gas molecule adsorption film.
【００４８】従って、第二の領域の光学膜のみを加熱す
ればよいので、ガスセンサを劣化させることはない。Therefore, since only the optical film in the second region needs to be heated, the gas sensor is not deteriorated.
【００４９】更に、第一の領域及び第二の領域にかけ
て、加熱光照射手段からの加熱光を吸収する光学膜が設
けられているので、出力強度を高めた加熱光が第一の領
域に照射されることにより、共振部材全体が加熱され
る。これにより、色素ラングミュラーブロジェット膜が
加熱され、色素ラングミュラーブロジェット膜に吸収さ
れたガスが色素ラングミュラーブロジェット膜から放出
される。Further, since the optical film for absorbing the heating light from the heating light irradiation means is provided over the first region and the second region, the heating light having the increased output intensity is applied to the first region. By doing so, the entire resonance member is heated. As a result, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, and the gas absorbed by the dye Langmuiller-Blodgett film is released from the dye Langmuiller-Blodgett film.
【００５０】また、色素ラングミュラーブロジェット膜
を用いることにより、ガス種を判定することができ、よ
り一層ガス濃度測定の精度が向上する。Further, by using the dye Langmuiller-Blodgett film, the gas species can be determined, and the accuracy of gas concentration measurement is further improved.
【００５１】更に、センサ全体を加熱することなくガス
を放出させることができ、センサの信頼性を損ねること
がない。また、消費電力を押さえることができるので経
済性に優れる。更に、加熱光を用いているので、劣悪な
電磁環境下でも使用可能である。また、カンチレバーは
半導体製造プロセスを利用しているので、センサアレイ
等の集積化も容易である。Furthermore, the gas can be released without heating the entire sensor, and the reliability of the sensor is not impaired. In addition, the power consumption can be suppressed, so that the economy is excellent. Further, since the heating light is used, it can be used even in a bad electromagnetic environment. In addition, since the cantilever uses a semiconductor manufacturing process, it is easy to integrate the sensor array and the like.
【図１】本発明に係るガスセンサの第１の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a gas sensor according to the present invention.
【図２】図１のガスセンサの振動素子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a vibration element of the gas sensor of FIG.
【図３】シリコンカンチレバーの撓みと光量変化を説明
する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining bending of a silicon cantilever and changes in the amount of light.
【図４】Ｓｉ基板に形成されるシリコンカンチレバーの
る製造工程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a silicon cantilever formed on a Si substrate.
【図５】本発明に係るガスセンサの第２の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a gas sensor according to the present invention.
【図６】図５の発光素子２６ａの出力切替のタイミング
チャートである。FIG. 6 is a timing chart of output switching of the light emitting element 26a of FIG.
【図７】本発明に係るガスセンサの第３の実施例の概略
的構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of a gas sensor according to the present invention.
【図８】図７のガスセンサの振動素子の斜視図である。8 is a perspective view of a vibration element of the gas sensor of FIG.
【図９】ガス種による吸収スペクトルの変化を説明する
図である。FIG. 9 is a diagram illustrating changes in absorption spectrum depending on gas species.
【図１０】ＮＯ2 （酸化性）ガスに対する応答を示す特
性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a response to NO 2 (oxidizing) gas.
【図１１】ＮＨ3 （還元性）ガスに対する応答を示す特
性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a response to NH 3 (reducing) gas.
【図１２】トリクロロエチレン（有機溶剤蒸気）に対す
る応答を示す特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing the response to trichlorethylene (organic solvent vapor).
【図１３】本発明に係るガスセンサの第４の実施例の概
略的構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a fourth embodiment of a gas sensor according to the present invention.
【図１４】図１３のガスセンサの振動素子の斜視図であ
る。14 is a perspective view of a vibration element of the gas sensor of FIG.
【図１５】図１３の発光素子２４ａの出力切替のタイミ
ングチャートである。FIG. 15 is a timing chart of output switching of the light emitting element 24a of FIG.
【図１６】従来のガスセンサの構成を示す概略図であ
る。FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional gas sensor.
【図１７】水晶振動子上に成膜されたＬＢ膜を説明する
図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an LB film formed on a crystal unit.
【図１８】従来のガスセンサにおけるプロピオン酸ガス
の吸脱着と周波数変化を示す特性図である。FIG. 18 is a characteristic diagram showing adsorption / desorption of propionic acid gas and frequency change in a conventional gas sensor.
【図１９】従来のガスセンサにおけるｎ−ブチルアミン
ガスの吸脱着と周波数変化を示す特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing adsorption / desorption of n-butylamine gas and frequency change in a conventional gas sensor.
【図２０】従来のガスセンサにおけるガス分子脱離シス
テムの構成の概略図である。FIG. 20 is a schematic diagram of a configuration of a gas molecule desorption system in a conventional gas sensor.
１０ Ｓｉ基板 １２ シリコンカンチレバー １４Ａ、１４Ｂ 薄膜 １６ ガス分子吸着膜 １８ 励起用光ファイバ ２０ 検出／加熱用光ファイバ ２２ 光分岐／結合器 ２４ａ、２６ａ、２８ａ 発光素子 ２４ｂ、２６ｂ、２８ｂ、３２ｂ 集光レンズ ３０ ダイクロミックミラー ３２ａ 受光素子 ３４ 送信回路 ３８Ａ、３８Ｂ 駆動回路 ４２ 受信回路 ４４ プロセッサ 10 Si Substrate 12 Silicon Cantilever 14A, 14B Thin Film 16 Gas Molecule Adsorption Film 18 Excitation Optical Fiber 20 Detection / Heating Optical Fiber 22 Optical Splitter / Coupler 24a, 26a, 28a Light Emitting Element 24b, 26b, 28b, 32b Condensing Lens 30 dichroic mirror 32a light receiving element 34 transmission circuit 38A, 38B drive circuit 42 reception circuit 44 processor
Claims (4)
と、 前記共振部材上の第一の領域に加熱光を周期的に照射
し、前記共振部材に周期的に熱ストレスを加えることに
より振動を生じさせる加熱光照射手段と、 前記共振部材上の第二の領域に定常光を照射する定常光
照射手段と、 前記第二の領域から反射された、前記定常光の反射光を
受光し、その受光した光の強度信号を前記加熱光照射手
段にフィードバックし、前記共振部材にその共振周波数
による振動を生じさせる受光手段と、 前記第二の領域の近傍に設けられたガス分子吸着膜と、 前記受光手段が受光した光の強度信号の強度変化の周期
を監視することにより前記共振周波数を検知する、周波
数検知手段と、 を含み、前記周波数検知手段により検知された周波数に
より前記ガス分子吸着膜に吸収されたガスの量を判別
し、そのガスの量から、周囲のガス濃度を計測するガス
濃度計測装置において、 前記第二の領域に一定強度の第二の加熱光を照射する第
二の加熱光照射手段、 を備え、前記第二の領域には、前記定常光を反射し、前
記第二の加熱光を吸収する光学膜が設けられており、前
記第二の加熱光が前記第二の領域に照射されることによ
り、前記ガス分子吸着膜が加熱され、前記ガス分子吸着
膜に吸収されたガスが前記ガス分子吸着膜から放出され
ることを特徴とするガスセンサ。1. A thin plate-shaped resonance member having one end fixed, and heating light is periodically irradiated to a first region on the resonance member to cyclically apply thermal stress to the resonance member. Heating light irradiating means for generating vibration, stationary light irradiating means for irradiating the second region on the resonant member with stationary light, and receiving reflected light of the stationary light reflected from the second region. A light receiving means for feeding back the intensity signal of the received light to the heating light irradiating means to cause the resonance member to vibrate at its resonance frequency; and a gas molecule adsorption film provided in the vicinity of the second region. A frequency detecting unit that detects the resonance frequency by monitoring a cycle of an intensity change of an intensity signal of the light received by the light receiving unit, and the gas molecule according to the frequency detected by the frequency detecting unit. In a gas concentration measuring device that determines the amount of gas absorbed in the adsorption film and measures the ambient gas concentration from the amount of gas, irradiating the second region with a second heating light of constant intensity An optical film for reflecting the stationary light and absorbing the second heating light is provided in the second region, and the second heating light is By irradiating the second region, the gas molecule adsorption film is heated, and the gas absorbed by the gas molecule adsorption film is released from the gas molecule adsorption film.
と、 前記共振部材上の第一の領域に加熱光を周期的に照射
し、前記共振部材に周期的に熱ストレスを加えることに
より振動を生じさせる加熱光照射手段と、 前記共振部材上の第二の領域に定常光を照射する定常光
照射手段と、 前記第二の領域から反射された、前記定常光の反射光を
受光し、その受光した光の強度信号を前記加熱光照射手
段にフィードバックし、前記共振部材にその共振周波数
による振動を生じさせる受光手段と、 前記第二の領域の近傍に設けられたガス分子吸着膜と、 前記受光手段が受光した光の強度信号の強度変化の周期
を監視することにより前記共振周波数を検知する、周波
数検知手段と、 を含み、前記周波数検知手段により検知された周波数に
より前記ガス分子吸着膜に吸収されたガスの量を判別
し、そのガスの量から、周囲のガス濃度を計測するガス
濃度計測装置において、 前記第二の領域には、前記定常光の一部を反射し、その
他の定常光を吸収する光学膜が設けられており、前記定
常光照射手段から高出力の定常光が前記第二の領域に照
射されることにより、前記ガス分子吸着膜が加熱され、
前記ガス分子吸着膜に吸収されたガスが前記ガス分子吸
着膜から放出されることを特徴とするガスセンサ。2. A thin plate-shaped resonance member having one end fixed, and heating light is periodically irradiated to a first region on the resonance member to cyclically apply thermal stress to the resonance member. Heating light irradiating means for generating vibration, stationary light irradiating means for irradiating the second region on the resonant member with stationary light, and receiving reflected light of the stationary light reflected from the second region. A light receiving means for feeding back the intensity signal of the received light to the heating light irradiating means to cause the resonance member to vibrate at its resonance frequency; and a gas molecule adsorption film provided in the vicinity of the second region. A frequency detecting unit that detects the resonance frequency by monitoring a cycle of an intensity change of an intensity signal of the light received by the light receiving unit, and the gas molecule according to the frequency detected by the frequency detecting unit. The amount of gas absorbed in the adsorption film is determined, and from the amount of gas, in a gas concentration measuring device that measures the ambient gas concentration, the second region reflects a portion of the stationary light, An optical film that absorbs other stationary light is provided, and by irradiating the second region with stationary light of high output from the stationary light irradiation means, the gas molecule adsorption film is heated,
A gas sensor, wherein the gas absorbed by the gas molecule adsorption film is released from the gas molecule adsorption film.
と、 前記共振部材上の第一の領域に加熱光を周期的に照射
し、前記共振部材に周期的に熱ストレスを加えることに
より振動を生じさせる加熱光照射手段と、 前記共振部材上の第二の領域に定常光を照射する定常光
照射手段と、 前記第二の領域の近傍に設けられた色素ラングミュラー
ブロジェット膜と、 前記色素ラングミュラーブロジェット膜から前記定常光
によって励起した蛍光を受光し、その受光した蛍光の強
度信号を前記加熱光照射手段にフィードバックし、前記
共振部材にその共振周波数による振動を生じさせ、また
受光した蛍光強度よりガスの種類を検知する受光手段
と、 前記受光手段が受光した光の強度信号の強度変化の周期
を監視することにより前記共振周波数を検知する、周波
数検知手段と、 を含み、前記周波数検知手段により検知された周波数に
より前記色素ラングミュラーブロジェット膜に吸収され
たガスの量を判別し、そのガスの量から、周囲のガス濃
度を計測するガス濃度計測装置において、 前記第二の領域に一定強度の第二の加熱光を照射する第
二の加熱光照射手段、 を備え、前記第二の領域には、前記定常光を反射し、前
記第二の加熱光を吸収する光学膜が設けられており、前
記第二の加熱光が前記第二の領域に照射されることによ
り、前記色素ラングミュラーブロジェット膜が加熱さ
れ、前記色素ラングミュラーブロジェット膜に吸収され
たガスが前記色素ラングミュラ−ブロジェット膜から放
出されることを特徴とするガスセンサ。3. A thin plate-shaped resonance member having one end fixed, and heating light is periodically irradiated to a first region on the resonance member to periodically apply thermal stress to the resonance member. Heating light irradiating means for generating vibration, stationary light irradiating means for irradiating the second region on the resonant member with stationary light, and a dye Langmuir-Blodgett film provided in the vicinity of the second region, Receiving fluorescence excited by the stationary light from the dye Langmuiller-Blodgett film, feeding back the intensity signal of the received fluorescence to the heating light irradiation means, and causing the resonance member to vibrate at its resonance frequency, and The resonance frequency is detected by monitoring the light receiving means for detecting the type of gas from the received fluorescence intensity and the cycle of the intensity change of the intensity signal of the light received by the light receiving means. A gas for measuring the concentration of the surrounding gas from the amount of the gas, which includes the frequency detecting means, and determines the amount of the gas absorbed by the dye Langmuiller-Blodgett film according to the frequency detected by the frequency detecting means. In the concentration measuring device, a second heating light irradiation means for irradiating the second region with a second intensity of the second heating light, comprising: An optical film that absorbs the second heating light is provided, and by irradiating the second region with the second heating light, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, and the dye Langmuiller-blowing is performed. A gas sensor, wherein a gas absorbed by a jet film is released from the dye Langmuir-Blodgett film.
と、 前記共振部材上の第一の領域に加熱光を周期的に照射
し、前記共振部材に周期的に熱ストレスを加えることに
より振動を生じさせる加熱光照射手段と、 前記共振部材上の第二の領域に定常光を照射する定常光
照射手段と、 前記第二の領域の近傍に設けられた色素ラングミュラー
ブロジェット膜と、 前記色素ラングミュラーブロジェット膜から前記定常光
によって励起した蛍光を受光し、その受光した蛍光の強
度信号を前記加熱光照射手段にフィードバックし、前記
共振部材にその共振周波数による振動を生じさせ、また
受光した蛍光強度よりガスの種類を検知する受光手段
と、 前記受光手段が受光した光の強度信号の強度変化の周期
を監視することにより前記共振周波数を検知する、周波
数検知手段と、 を含み、前記周波数検知手段により検知された周波数に
より前記ガス分子吸着膜に吸収されたガスの量を判別
し、そのガスの量から、周囲のガス濃度を計測するガス
濃度計測装置において、 第一の領域及び第二の領域にかけて、前記加熱光照射手
段からの加熱光を吸収する光学膜が設けられており、出
力強度を高めた前記加熱光が前記第一の領域に照射され
ることにより、前記色素ラングミュラーブロジェット膜
が加熱され、前記色素ラングミュラーブロジェット膜に
吸収されたガスが前記色素ラングミュラーブロジェット
膜から放出されることを特徴とするガスセンサ。4. A thin plate-shaped resonant member having one end fixed, and heating light is periodically irradiated to a first region on the resonant member to periodically apply thermal stress to the resonant member. Heating light irradiating means for generating vibration, stationary light irradiating means for irradiating the second region on the resonant member with stationary light, and a dye Langmuir-Blodgett film provided in the vicinity of the second region, Receiving fluorescence excited by the stationary light from the dye Langmuiller-Blodgett film, feeding back the intensity signal of the received fluorescence to the heating light irradiation means, and causing the resonance member to vibrate at its resonance frequency, and The resonance frequency is detected by monitoring the light receiving means for detecting the type of gas from the received fluorescence intensity and the cycle of the intensity change of the intensity signal of the light received by the light receiving means. And a frequency detecting means, which determines the amount of gas absorbed by the gas molecule adsorption film based on the frequency detected by the frequency detecting means, and measures the ambient gas concentration from the amount of gas. In the device, an optical film that absorbs the heating light from the heating light irradiation means is provided over the first region and the second region, and the heating light with increased output intensity is applied to the first region. As a result, the dye Langmuiller-Blodgett film is heated, and the gas absorbed by the dye Langmuir-Blodgett film is released from the dye Langmuiller-Blodgett film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5060693A JPH06273303A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5060693A JPH06273303A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273303A true JPH06273303A (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=13149639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5060693A Pending JPH06273303A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Gas sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06273303A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6575020B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-06-10 | Cantion A/S | Transducer for microfluid handling system |
| JP2010117184A (en) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Detection sensor |
| WO2012012437A2 (en) * | 2010-07-20 | 2012-01-26 | The Regents Of The University Of California | Temperature response sensing and classification of analytes with porous optical films |
| CN105659079A (en) * | 2013-09-09 | 2016-06-08 | Koc 大学 | Miniaturized integrated micro electo-mechanical systems (MEMS) optical sensor array for viscosity and mass detection |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP5060693A patent/JPH06273303A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2012012437A3 (en) * | 2010-07-20 | 2012-04-26 | The Regents Of The University Of California | Temperature response sensing and classification of analytes with porous optical films |
| US9007593B2 (en) | 2010-07-20 | 2015-04-14 | The Regents Of The University Of California | Temperature response sensing and classification of analytes with porous optical films |
| CN105659079A (en) * | 2013-09-09 | 2016-06-08 | Koc 大学 | Miniaturized integrated micro electo-mechanical systems (MEMS) optical sensor array for viscosity and mass detection |
| JP2016532874A (en) * | 2013-09-09 | 2016-10-20 | コチ・ウニヴェルシテシＫｏｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｓｉ | Compact integrated microelectromechanical system (MEMS) photosensor array for detecting viscosity and mass |
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