JPH0868781A - ガスセンサシステム - Google Patents
ガスセンサシステムInfo
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- JPH0868781A JPH0868781A JP6206599A JP20659994A JPH0868781A JP H0868781 A JPH0868781 A JP H0868781A JP 6206599 A JP6206599 A JP 6206599A JP 20659994 A JP20659994 A JP 20659994A JP H0868781 A JPH0868781 A JP H0868781A
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- acoustic wave
- surface acoustic
- piezoelectric substrate
- electrode
- gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサ部にＳＡＷデバイスを用いて、被検ガ
ス中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反応によって
生じる出力周波数変化を、バンドパスフィルタを用い
て、或いは、短時間フーリエ変換にて、或いは、ウェー
ブレット変換にて検知し、もって、ガス検出を簡便にで
きるようにする。 【構成】 弾性表面波デバイス１０は、弾性表面波を伝
播させる圧電体基板１１上に、弾性表面波を励振する櫛
型振動電極１２と、該電極から上記圧電体基板表面を伝
播してくる弾性表面波ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１
３とを有し、これら両電極間１２，１３の上記圧電基板
１１の表面の少なくとも一部がガス吸着体１４で被覆さ
れている。受信電極１３の出力はバンドパスフィルタで
処理され、弾性表面波デバイスが複数個の場合は、該複
数個の弾性表面波デバイスの出力が１つにまとめられた
のちバンドパスフィルタで処理する。
ス中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反応によって
生じる出力周波数変化を、バンドパスフィルタを用い
て、或いは、短時間フーリエ変換にて、或いは、ウェー
ブレット変換にて検知し、もって、ガス検出を簡便にで
きるようにする。 【構成】 弾性表面波デバイス１０は、弾性表面波を伝
播させる圧電体基板１１上に、弾性表面波を励振する櫛
型振動電極１２と、該電極から上記圧電体基板表面を伝
播してくる弾性表面波ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１
３とを有し、これら両電極間１２，１３の上記圧電基板
１１の表面の少なくとも一部がガス吸着体１４で被覆さ
れている。受信電極１３の出力はバンドパスフィルタで
処理され、弾性表面波デバイスが複数個の場合は、該複
数個の弾性表面波デバイスの出力が１つにまとめられた
のちバンドパスフィルタで処理する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中にガスが存在
することを検知するガスセンサに関するものである。
することを検知するガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の水素ガスセンサ（特開平
２−３５３５２号公報）の一例を説明するための図で、
図中、１はガスセンサの主要部をなす圧電体基板、２は
この圧電体基板１の表面の一方の側に設けられた櫛型振
動電極、３はこの櫛型電極２に対向して圧電体基板１の
表面の他方の側に設けられた櫛型受信電極、４はこれら
両電極２，３間の圧電体基板１の表面を被覆した水素ガ
ス吸蔵合金薄膜、５は入力端子、６は出力端子である。
２−３５３５２号公報）の一例を説明するための図で、
図中、１はガスセンサの主要部をなす圧電体基板、２は
この圧電体基板１の表面の一方の側に設けられた櫛型振
動電極、３はこの櫛型電極２に対向して圧電体基板１の
表面の他方の側に設けられた櫛型受信電極、４はこれら
両電極２，３間の圧電体基板１の表面を被覆した水素ガ
ス吸蔵合金薄膜、５は入力端子、６は出力端子である。
【０００３】図７において、大気中において、櫛型励振
電極２に連なった入力端子６よりインパルス電圧を印加
すると、櫛型励振電極２は、圧電効果により隣り合う電
極間に互いに逆位相の歪みが生じ、弾性表面波（ＳＡ
Ｗ：Ｓurface Ａcoustic Ｗave）が励起される。この弾
性表面波ＳＡＷは基板１の表面を伝播し、櫛型受信電極
３に到達して電気エネルギーに変換され、出力端子６か
ら高周波出力として取り出される。このように動作して
いるセンサーを水素１％、空気９９％で構成された被検
ガス中に投入すると、水素吸蔵合金薄膜４は水素を吸収
して発熱するため、弾性表面波ＳＡＷの伝播部が温度上
昇し、弾性表面波ＳＡＷの伝播速度が変化し、出力端子
６の高周波出力の周波数が変化するので、この周波数の
変化より水素ガスの存在を検知することができる。
電極２に連なった入力端子６よりインパルス電圧を印加
すると、櫛型励振電極２は、圧電効果により隣り合う電
極間に互いに逆位相の歪みが生じ、弾性表面波（ＳＡ
Ｗ：Ｓurface Ａcoustic Ｗave）が励起される。この弾
性表面波ＳＡＷは基板１の表面を伝播し、櫛型受信電極
３に到達して電気エネルギーに変換され、出力端子６か
ら高周波出力として取り出される。このように動作して
いるセンサーを水素１％、空気９９％で構成された被検
ガス中に投入すると、水素吸蔵合金薄膜４は水素を吸収
して発熱するため、弾性表面波ＳＡＷの伝播部が温度上
昇し、弾性表面波ＳＡＷの伝播速度が変化し、出力端子
６の高周波出力の周波数が変化するので、この周波数の
変化より水素ガスの存在を検知することができる。
【０００４】しかし、図７に示した構成では出力端子６
での出力周波数変化の検知は比較的手数が掛かるので、
検知周波数の変化をより識別しやすくするために、図８
に示すように櫛型励振電極２と櫛型受信電極３との間に
帰還増幅回路７を設け、受信電極３で受信した信号をこ
の帰還増幅回路７で増幅して、再び櫛型励振電極２に帰
還することによって発振回路を構成することが提案され
ている。この場合にも、上述のように、被検ガス中の水
素ガスが水素吸蔵合金薄膜４と反応して発熱し、弾性表
面波ＳＡＷの伝播路の温度が上昇し、そのため、弾性表
面波ＳＡＷの伝播速度が変化するが、その際、位相条件
が変化して発振回路の発振条件が変化し、発振周波数が
変化する。この発振周波数は、発振出力端子８から出力
されるが、この発振回路の出力の発振周波数の帯域は図
７に示した構成のものより狭いため、出力の発振周波数
変化が識別しやすい。
での出力周波数変化の検知は比較的手数が掛かるので、
検知周波数の変化をより識別しやすくするために、図８
に示すように櫛型励振電極２と櫛型受信電極３との間に
帰還増幅回路７を設け、受信電極３で受信した信号をこ
の帰還増幅回路７で増幅して、再び櫛型励振電極２に帰
還することによって発振回路を構成することが提案され
ている。この場合にも、上述のように、被検ガス中の水
素ガスが水素吸蔵合金薄膜４と反応して発熱し、弾性表
面波ＳＡＷの伝播路の温度が上昇し、そのため、弾性表
面波ＳＡＷの伝播速度が変化するが、その際、位相条件
が変化して発振回路の発振条件が変化し、発振周波数が
変化する。この発振周波数は、発振出力端子８から出力
されるが、この発振回路の出力の発振周波数の帯域は図
７に示した構成のものより狭いため、出力の発振周波数
変化が識別しやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】而して、上記ＳＡＷ
（Ｓurface Ａcoustic Ｗave：弾性表面波）デバイスを
用いた水素ガスセンサでは、出力端子からの周波数、も
しくは、増幅器を通しての周波数を検出している。この
ような手法ではガス以外の出力周波数が混在しており、
故意に増幅器を通して発信回路を形成しないと周波数変
化を検出しにくいという問題があった。
（Ｓurface Ａcoustic Ｗave：弾性表面波）デバイスを
用いた水素ガスセンサでは、出力端子からの周波数、も
しくは、増幅器を通しての周波数を検出している。この
ような手法ではガス以外の出力周波数が混在しており、
故意に増幅器を通して発信回路を形成しないと周波数変
化を検出しにくいという問題があった。
【０００６】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、ガスセンサから出力される周波数を、増幅
器を使用しすることなく、（１）バンドパスフィルタで
処理し、或いは、（２）短時間フーリエ変換で処理し、
或いは、（３）ウェーブレット変換で処理し、或いは、
（４）複数個の弾性表面波デバイスを組み合わせ、各出
力をバンドパスフィルタにて処理することを目的として
なされたものである。
れたもので、ガスセンサから出力される周波数を、増幅
器を使用しすることなく、（１）バンドパスフィルタで
処理し、或いは、（２）短時間フーリエ変換で処理し、
或いは、（３）ウェーブレット変換で処理し、或いは、
（４）複数個の弾性表面波デバイスを組み合わせ、各出
力をバンドパスフィルタにて処理することを目的として
なされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）弾性表面波を伝播させる圧電体基
板上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極
から上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受
信する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧
電基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してな
る弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力を
バンドパスフィルタで処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのちバンドパスフィルタで処理するこ
と、或いは、（２）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力を短
時間フーリエ変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのち短時間フーリエ変換で処理するこ
と、或いは、（３）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力をウ
ェーブレット変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのちウェーブレット変換で処理するこ
と、或いは、（４）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、複数個の弾性表面波デバ
イスを組合せ、各出力をバンドパスフィルタにて処理し
た後、判別処理をすること、更には、前記（１）乃至
（４）において、（５）一酸化炭素に対するガス吸着体
をポリスチレン−塩化銅（Ｉ）アルミニウム錯体とした
こと、或いは、（６）エチレンに対するガス吸着体を銀
（Ｉ）−ゼオライト系としたこと、或いは、（７）一酸
化室素に対するガス吸着体を合成ジャロサイトＭｇＦｅ
3(ＳＯ4)2(ＯＨ)6、または、含水酸素化鉄（III）Ｆｅ
ＯＯＨ、もしくは、イミノニ酢酸残基をもつキレート樹
脂に固定した鉄（II）錯体としたこと、或いは、（８）
酸素に対するガス吸着体を高分子−鉄（II）錯体もしく
は高分子−コバルト（II）としたこと、或いは、（９）
水素に対するガス吸着体を水素吸蔵合金としたことを特
徴とするものである。
決するために、（１）弾性表面波を伝播させる圧電体基
板上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極
から上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受
信する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧
電基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してな
る弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力を
バンドパスフィルタで処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのちバンドパスフィルタで処理するこ
と、或いは、（２）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力を短
時間フーリエ変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのち短時間フーリエ変換で処理するこ
と、或いは、（３）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力をウ
ェーブレット変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複
数個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を
１つにまとめたのちウェーブレット変換で処理するこ
と、或いは、（４）弾性表面波を伝播させる圧電体基板
上に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極か
ら上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信
する櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電
基板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる
弾性表面波デバイスにおいて、複数個の弾性表面波デバ
イスを組合せ、各出力をバンドパスフィルタにて処理し
た後、判別処理をすること、更には、前記（１）乃至
（４）において、（５）一酸化炭素に対するガス吸着体
をポリスチレン−塩化銅（Ｉ）アルミニウム錯体とした
こと、或いは、（６）エチレンに対するガス吸着体を銀
（Ｉ）−ゼオライト系としたこと、或いは、（７）一酸
化室素に対するガス吸着体を合成ジャロサイトＭｇＦｅ
3(ＳＯ4)2(ＯＨ)6、または、含水酸素化鉄（III）Ｆｅ
ＯＯＨ、もしくは、イミノニ酢酸残基をもつキレート樹
脂に固定した鉄（II）錯体としたこと、或いは、（８）
酸素に対するガス吸着体を高分子−鉄（II）錯体もしく
は高分子−コバルト（II）としたこと、或いは、（９）
水素に対するガス吸着体を水素吸蔵合金としたことを特
徴とするものである。
【０００８】
【作用】センサ部にＳＡＷデバイスを用いて、被検ガス
中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反応によって生
じる出力周波数変化をバンドパスフィルタを用いて、或
いは、短時間フーリエ変換にて、或いはウェーブレット
変換に検知し、もって、従来の半導体式や接触式ガスセ
ンサのように駆動温度を数百度に上げることなくガス検
出を簡便にできるようにするとともに、熱によるセンサ
の感度低下を少なくして長寿命化を図る。
中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反応によって生
じる出力周波数変化をバンドパスフィルタを用いて、或
いは、短時間フーリエ変換にて、或いはウェーブレット
変換に検知し、もって、従来の半導体式や接触式ガスセ
ンサのように駆動温度を数百度に上げることなくガス検
出を簡便にできるようにするとともに、熱によるセンサ
の感度低下を少なくして長寿命化を図る。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の実施に使用するＳＡＷデバ
イス１０の概略を示す図で、図中、１１はガスセンサの
主要部である圧電体基板である。この基板１１には結合
係数が大きく、伝播速度、遅延時間温度係数、伝播損失
が小さく、高周波に対し信頼性の高いものが望ましい。
例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等が挙げられる。１
２はこの圧電体基板１１上に設けられた櫛型励振電極、
１３はこの櫛型励振電極１２に対向して圧電体基板１１
上に設けられた櫛型受信電極である。１４はこれらの櫛
型電極１２，１３に挟まれたガス吸着体で、やはり圧電
体基板１１上に設けられている。例えば、一酸化窒素の
吸着体はイミノ二酢酸残基に鉄（II）を担持させる。た
だし、鉄（II）イオンを固定化した後乾燥する前に上澄
みを除去し、樹脂部をエタノールで洗浄して調整しなく
ては、一酸化窒素を吸着しない。
イス１０の概略を示す図で、図中、１１はガスセンサの
主要部である圧電体基板である。この基板１１には結合
係数が大きく、伝播速度、遅延時間温度係数、伝播損失
が小さく、高周波に対し信頼性の高いものが望ましい。
例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等が挙げられる。１
２はこの圧電体基板１１上に設けられた櫛型励振電極、
１３はこの櫛型励振電極１２に対向して圧電体基板１１
上に設けられた櫛型受信電極である。１４はこれらの櫛
型電極１２，１３に挟まれたガス吸着体で、やはり圧電
体基板１１上に設けられている。例えば、一酸化窒素の
吸着体はイミノ二酢酸残基に鉄（II）を担持させる。た
だし、鉄（II）イオンを固定化した後乾燥する前に上澄
みを除去し、樹脂部をエタノールで洗浄して調整しなく
ては、一酸化窒素を吸着しない。
【００１０】以上のようなデバイスを一酸化窒素１cc
m、水素２ccmの雰囲気中に投入し、入力端子１５に高周
波ｆを印加すると、圧電体表面には弾性表面波ｆが伝播
する。ガス吸着体１４は一酸化窒素を吸着するために質
量が増大し、弾性表面波の伝播速度が変化することによ
り、出力端子１６の高周波出力の周波数が変化する（Δ
ｆλ＝Δｖ）、一方、このデバイスを水素１ccmの雰囲
気中に置いても、ガス吸着体１４が水素と反応しないた
め、出力端子１６の高周波周波数は変化しない。
m、水素２ccmの雰囲気中に投入し、入力端子１５に高周
波ｆを印加すると、圧電体表面には弾性表面波ｆが伝播
する。ガス吸着体１４は一酸化窒素を吸着するために質
量が増大し、弾性表面波の伝播速度が変化することによ
り、出力端子１６の高周波出力の周波数が変化する（Δ
ｆλ＝Δｖ）、一方、このデバイスを水素１ccmの雰囲
気中に置いても、ガス吸着体１４が水素と反応しないた
め、出力端子１６の高周波周波数は変化しない。
【００１１】なお、ガス吸着体として、例えば、一酸化
炭素に対するガス吸着体としては、ポリスチレン−塩化
銅（Ｉ）アルミニウム錯体を用い、エチレンに対するガ
ス吸着体としては、銀（Ｉ）−ゼオライト系を用い、一
酸化窒素に対するガス吸着体としては、合成ジャロサイ
トＭｇＦｅ3(ＳＯ4)2(ＯＨ)6、または、含水酸化鉄（II
I）ＦｅＯＯＨ、もしくは、イミノ二酢酸残基をもつキ
レート樹脂に固定した鉄（II）錯体を用い、酸素に対す
るガス吸着体としては、高分子−鉄（II）錯体もしくは
高分子−コバルト（II）錯体を用い、水素に対するガス
吸着体としては、水素吸蔵合金を用いる。
炭素に対するガス吸着体としては、ポリスチレン−塩化
銅（Ｉ）アルミニウム錯体を用い、エチレンに対するガ
ス吸着体としては、銀（Ｉ）−ゼオライト系を用い、一
酸化窒素に対するガス吸着体としては、合成ジャロサイ
トＭｇＦｅ3(ＳＯ4)2(ＯＨ)6、または、含水酸化鉄（II
I）ＦｅＯＯＨ、もしくは、イミノ二酢酸残基をもつキ
レート樹脂に固定した鉄（II）錯体を用い、酸素に対す
るガス吸着体としては、高分子−鉄（II）錯体もしくは
高分子−コバルト（II）錯体を用い、水素に対するガス
吸着体としては、水素吸蔵合金を用いる。
【００１２】実施例１（請求項１に対応） 図２は、本発明の第１の実施例（請求項１に対応）、す
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力をバンドパスフィ
ルタ１７で処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個（１０
1〜１０ｎ）の場合は各ＳＡＷデバイスの出力を１つに
まとめたのちバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７で処理
するようにしたものである。
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力をバンドパスフィ
ルタ１７で処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個（１０
1〜１０ｎ）の場合は各ＳＡＷデバイスの出力を１つに
まとめたのちバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７で処理
するようにしたものである。
【００１３】而して、この実施例１では、それぞれのＳ
ＡＷデバイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、一酸化窒
素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。１つにま
とめた出力周波数をバンドパスフィルタ１７にてある決
められた周波数帯域のみを検出することで、監視ガス
（この場合は、一酸化炭素、一酸化窒素、酸素、水素）
の検出が出来る。但し、各ガスがＳＡＷデバイスに吸着
した時の出力周波数帯域が該ＢＰＦ１７に対応する帯域
に適するようなＳＡＷデバイスでなくてはならない。
ＡＷデバイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、一酸化窒
素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。１つにま
とめた出力周波数をバンドパスフィルタ１７にてある決
められた周波数帯域のみを検出することで、監視ガス
（この場合は、一酸化炭素、一酸化窒素、酸素、水素）
の検出が出来る。但し、各ガスがＳＡＷデバイスに吸着
した時の出力周波数帯域が該ＢＰＦ１７に対応する帯域
に適するようなＳＡＷデバイスでなくてはならない。
【００１４】実施例２（請求項２に対応） 図３は、本発明の第２の実施例（請求項２に対応）、す
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力を短時間フーリエ
変換器１８にて処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個
（１０1〜１０ｎ）の場合は、各ＳＡＷデバイスの出力
を１つにまとめたのち短時間フーリエ変換器１８で処理
するようにしたものである。
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力を短時間フーリエ
変換器１８にて処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個
（１０1〜１０ｎ）の場合は、各ＳＡＷデバイスの出力
を１つにまとめたのち短時間フーリエ変換器１８で処理
するようにしたものである。
【００１５】而して、この実施例２では、それぞれのデ
バイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、エチレン、一酸
化窒素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。１つ
にまとめた出力周波数を短時間フーリエ変換器１８にて
周波数分析を行うことで、周波数変化が検出され、ガス
種の同定が出来る。このように、フーリエ変換では周期
関数（正弦波）を基本関数としてデータを展開し、周波
数分析を行うので、ノイズ等が含まれていても従来のよ
うに増幅器を使わずに、周波数成分とその強度を分離す
ることで、ガス検知が正確に出来る。また、前記実施例
１バンドパスフフィルタのように周波数帯域が限定され
ず、あらゆる帯域の分析が可能である。
バイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、エチレン、一酸
化窒素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。１つ
にまとめた出力周波数を短時間フーリエ変換器１８にて
周波数分析を行うことで、周波数変化が検出され、ガス
種の同定が出来る。このように、フーリエ変換では周期
関数（正弦波）を基本関数としてデータを展開し、周波
数分析を行うので、ノイズ等が含まれていても従来のよ
うに増幅器を使わずに、周波数成分とその強度を分離す
ることで、ガス検知が正確に出来る。また、前記実施例
１バンドパスフフィルタのように周波数帯域が限定され
ず、あらゆる帯域の分析が可能である。
【００１６】実施例３（請求項３に対応） 図４は、本発明の第３の実施例（請求項３に対応）、す
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力をウェーブレット
変換器１９にて処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個
（１０1〜１０ｎ）の場合は各ＳＡＷデバイスの出力を
１つにまとめたのちウェーブレット変換器１９で処理す
るようにしたものである。
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを有し、これら両
電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少なくとも
一部をガス吸着体１４で被覆してなるＳＡＷデバイス１
０において、前記受信電極１３の出力をウェーブレット
変換器１９にて処理し、ＳＡＷデバイス１０が複数個
（１０1〜１０ｎ）の場合は各ＳＡＷデバイスの出力を
１つにまとめたのちウェーブレット変換器１９で処理す
るようにしたものである。
【００１７】而して、この実施例３によると、それぞれ
のデバイス１０1〜１０ｎは一酸化炭素、エチレン、一
酸化窒素に対し選択的に感度を有する。１つにまとめた
出力周波数をウォーブレット変換器１９で時間周波数分
析を行うことで、各時間における周波数変化が検出さ
れ、ガス種が何時に発生したかがわかる。この実施例の
ように、ウェーブレット変換を用いる方式では、図５に
フーリエ変換（ａ）とウェーブレット変換（ｂ）を比較
して示すように、基本関数に時間的・周波数的に局在す
る関数を使用するため、周波数を解析する際に基本関数
を時間軸に沿って拡大することで低周波成分を縮小して
高周波成分を検出することができ、変化を起こった時間
や位置は基本関数を時間軸に平行移動することで解析す
ることができる。従来の方法やバンドパスフィルタ、フ
ーリエ変換では周波数の時間的推移を分析することは不
可能であったが、このウェーブレット変換を用いること
により、出力信号の時間周波分析が可能になり、短時間
フーリエ変換と比較して、時間分解能と周波数分解を析
衷することが出来る。また、出力される波形の中の不連
続波形を検出する能力が高いという特徴をもつために、
フーリエ変換では出来なかった突発的な異常信号の除去
を可能である。
のデバイス１０1〜１０ｎは一酸化炭素、エチレン、一
酸化窒素に対し選択的に感度を有する。１つにまとめた
出力周波数をウォーブレット変換器１９で時間周波数分
析を行うことで、各時間における周波数変化が検出さ
れ、ガス種が何時に発生したかがわかる。この実施例の
ように、ウェーブレット変換を用いる方式では、図５に
フーリエ変換（ａ）とウェーブレット変換（ｂ）を比較
して示すように、基本関数に時間的・周波数的に局在す
る関数を使用するため、周波数を解析する際に基本関数
を時間軸に沿って拡大することで低周波成分を縮小して
高周波成分を検出することができ、変化を起こった時間
や位置は基本関数を時間軸に平行移動することで解析す
ることができる。従来の方法やバンドパスフィルタ、フ
ーリエ変換では周波数の時間的推移を分析することは不
可能であったが、このウェーブレット変換を用いること
により、出力信号の時間周波分析が可能になり、短時間
フーリエ変換と比較して、時間分解能と周波数分解を析
衷することが出来る。また、出力される波形の中の不連
続波形を検出する能力が高いという特徴をもつために、
フーリエ変換では出来なかった突発的な異常信号の除去
を可能である。
【００１８】実施例４（請求項４に対応） 図６は、本発明の第４の実施例（請求項４に対応）、す
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを設けると共に、
これら両電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少
なくとも一部をガス吸着体１４を被覆してなるＳＡＷデ
バイス１０において、複数個のＳＡＷデバイス（１０1
〜１０ｎ）を組合せ、各出力をバンドパスフィルタ２１
1〜２１ｎにて処理した後、ＯＲ回路２２を通して判別
処理するようにしたものである。
なわち、弾性表面波を伝播させる圧電体基板１１上に、
弾性表面波を励振する櫛型振動電極１２とその電極１２
から上記圧電体基板１１表面を伝播してくる弾性表面波
ＳＡＷを受信する櫛型受信電極１３とを設けると共に、
これら両電極間１２，１３の上記圧電基板１１表面の少
なくとも一部をガス吸着体１４を被覆してなるＳＡＷデ
バイス１０において、複数個のＳＡＷデバイス（１０1
〜１０ｎ）を組合せ、各出力をバンドパスフィルタ２１
1〜２１ｎにて処理した後、ＯＲ回路２２を通して判別
処理するようにしたものである。
【００１９】而して、この実施例４によると、それぞれ
のデバイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、エチレン、
一酸化窒素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。
バンドパスフィルタ２１1〜２１ｎからの出力を１つに
まとめ、判別処理にＯＲ回路２２を用いることで、監視
ガス（この場合は、一酸化炭素、エチレン、一酸化窒
素、酸素、水素）の検出が出来る。
のデバイス１０1〜１０ｎは、一酸化炭素、エチレン、
一酸化窒素、酸素、水素に対し選択的に感度を有する。
バンドパスフィルタ２１1〜２１ｎからの出力を１つに
まとめ、判別処理にＯＲ回路２２を用いることで、監視
ガス（この場合は、一酸化炭素、エチレン、一酸化窒
素、酸素、水素）の検出が出来る。
【００２０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、センサ部にＳＡＷデバイスを用いることによ
り、被検ガス中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反
応によって生じる出力周波数変化で検知することが出来
るため、従来の半導体式や接触式ガスセンサのように駆
動温度を数百度に上げることなく検出が可能となり、熱
によるセンサの感度低下が少ないために長寿命化が図れ
る。また、ＳＡＷデバイスのそれぞれのガス種に対応し
た吸着体にすることにより、それぞれ固有のガス種が検
出できる。 請求項１，４に対応する効果：出力周波数をバンドパス
フィルタを用いることにより、ある決められた周波数帯
域を簡単に取り出せ、ガスを選択的に検出出来る。ま
た、請求項４では、各ガスを選択的に吸着するガス吸着
体をもつＳＡＷデバイスを組み合わせ、バンドパスフィ
ルタで検出した出力を判別回路で処理することにより、
監視ガスの有無を簡便に、かつ明確に出来る。 請求項２に対応する効果：出力周波数を短時間フーリエ
変換処理することにより、周波数分解が出来る。設置環
境が安定したところにおいては、周波数変動が大きくな
いので、固有の周期で取り込む、本処理方法が簡便で有
効である。また、ガスを選択的に吸着するガス吸着体を
もつＳＡＷデバイスを組み合わせることにより、混合ガ
ス中の検出が簡便に出来る。 請求項３に対応する効果：出力周波数をウェーブレット
変換で時間周波数分析することにより、ノイズ等の異常
波形と分離出来、より信頼性が高く、しかもセンサ出力
の時間的推移が見られる。また、各ガスを選択的に吸着
するガス吸着体をもつＳＡＷデバイスを組み合わせ、混
合ガス中の検出が出来る。
によると、センサ部にＳＡＷデバイスを用いることによ
り、被検ガス中のガスとガス吸着体との選択的な吸着反
応によって生じる出力周波数変化で検知することが出来
るため、従来の半導体式や接触式ガスセンサのように駆
動温度を数百度に上げることなく検出が可能となり、熱
によるセンサの感度低下が少ないために長寿命化が図れ
る。また、ＳＡＷデバイスのそれぞれのガス種に対応し
た吸着体にすることにより、それぞれ固有のガス種が検
出できる。 請求項１，４に対応する効果：出力周波数をバンドパス
フィルタを用いることにより、ある決められた周波数帯
域を簡単に取り出せ、ガスを選択的に検出出来る。ま
た、請求項４では、各ガスを選択的に吸着するガス吸着
体をもつＳＡＷデバイスを組み合わせ、バンドパスフィ
ルタで検出した出力を判別回路で処理することにより、
監視ガスの有無を簡便に、かつ明確に出来る。 請求項２に対応する効果：出力周波数を短時間フーリエ
変換処理することにより、周波数分解が出来る。設置環
境が安定したところにおいては、周波数変動が大きくな
いので、固有の周期で取り込む、本処理方法が簡便で有
効である。また、ガスを選択的に吸着するガス吸着体を
もつＳＡＷデバイスを組み合わせることにより、混合ガ
ス中の検出が簡便に出来る。 請求項３に対応する効果：出力周波数をウェーブレット
変換で時間周波数分析することにより、ノイズ等の異常
波形と分離出来、より信頼性が高く、しかもセンサ出力
の時間的推移が見られる。また、各ガスを選択的に吸着
するガス吸着体をもつＳＡＷデバイスを組み合わせ、混
合ガス中の検出が出来る。
【図１】 本発明が適用されるＳＡＷデバイスの一例を
説明するための斜視図である。
説明するための斜視図である。
【図２】 本発明の第１の実施例を説明するための要部
構成図である。
構成図である。
【図３】 本発明の第２の実施例を説明するための要部
構成図である。
構成図である。
【図４】 本発明の第３の実施例を説明するための要部
構成図である。
構成図である。
【図５】 フーリエ変換とウェーブレット変換の例を示
す図である。
す図である。
【図６】 本発明の第４の実施例を説明するための要部
構成図である。
構成図である。
【図７】 従来のＳＡＷデバイスの一例を説明するため
の斜視図である。
の斜視図である。
【図８】 従来のＳＡＷデバイスの一例を説明するため
の図である。
の図である。
１０，１０1〜１０ｎ…ＳＡＷデバイス、１１…圧電体
基板、１２…励振電極、１３…受信電極、１４…ガス吸
着体、１５…入力端子、１６…出力端子、１７…バンド
パスフィルタ、１８…短時間フーリエ変換器、１９…ウ
ェーブレット変換器、２１1〜２１ｎ…バンドパスフィ
ルタ、２２…ＯＲ回路。
基板、１２…励振電極、１３…受信電極、１４…ガス吸
着体、１５…入力端子、１６…出力端子、１７…バンド
パスフィルタ、１８…短時間フーリエ変換器、１９…ウ
ェーブレット変換器、２１1〜２１ｎ…バンドパスフィ
ルタ、２２…ＯＲ回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康弘 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 石田 力 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内
Claims (4)
- 【請求項１】 弾性表面波を伝播させる圧電体基板上
に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極から
上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信す
る櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電基
板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる弾
性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力をバン
ドパスフィルタで処理し、弾性表面波デバイスが複数個
の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を１つ
にまとめたのちバンドパスフィルタで処理することを特
徴としたガスセンサシステム。 - 【請求項２】 弾性表面波を伝播させる圧電体基板上
に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極から
上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信す
る櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電基
板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる弾
性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力を短時
間フーリエ変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複数
個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を１
つにまとめたのち短時間フーリエ変換で処理することを
特徴としたガスセンサシステム。 - 【請求項３】 弾性表面波を伝播させる圧電体基板上
に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極から
上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信す
る櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電基
板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる弾
性表面波デバイスにおいて、前記受信電極の出力をウェ
ーブレット変換にて処理し、弾性表面波デバイスが複数
個の場合は、該複数個の弾性表面波デバイスの出力を１
つにまとめたのちウェーブレット変換で処理することを
特徴としたガスセンサシステム。 - 【請求項４】 弾性表面波を伝播させる圧電体基板上
に、弾性表面波を励振する櫛型振動電極と、該電極から
上記圧電体基板表面を伝播してくる弾性表面波を受信す
る櫛型受信電極とを有し、これら両電極間の上記圧電基
板表面の少なくとも一部をガス吸着体で被覆してなる弾
性表面波デバイスにおいて、複数個の弾性表面波デバイ
スを組合せ、各出力をバンドパスフィルタにて処理した
後、判別処理をすることを特徴としたガスセンサシステ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20659994A JP3575835B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスセンサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20659994A JP3575835B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスセンサシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868781A true JPH0868781A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3575835B2 JP3575835B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=16526066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20659994A Expired - Lifetime JP3575835B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | ガスセンサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3575835B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004617A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 臭気管理装置および臭気管理方法 |
| KR100495663B1 (ko) * | 2002-12-09 | 2005-06-16 | 삼성전자주식회사 | 감응물질 및 이를 사용한 표면 탄성파 가스 센서 |
| WO2008056458A1 (fr) * | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Tohoku University | Analyseur de gaz et méthode d'analyse de gaz |
| JP2008224582A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Seiko Epson Corp | ガスセンサ |
| JP2010145258A (ja) * | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Yazaki Corp | ガス分析装置 |
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| CN102662033A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-09-12 | 电子科技大学 | 一种测试腔结构 |
| JP2020526776A (ja) * | 2017-07-07 | 2020-08-31 | アヴィアーナ モレキュラー テクノロジーズ，エルエルシー | 遅延線コーディングを有する多重化表面弾性波センサ |
Citations (7)
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| JPH02238357A (ja) * | 1989-03-13 | 1990-09-20 | Igaku Seibutsugaku Kenkyusho:Kk | 表面弾性波利用溶液センサ及び特定物質測定法 |
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-
1994
- 1994-08-31 JP JP20659994A patent/JP3575835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (7)
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| WO2008056458A1 (fr) * | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Tohoku University | Analyseur de gaz et méthode d'analyse de gaz |
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| JP5164116B2 (ja) * | 2006-11-10 | 2013-03-13 | 国立大学法人東北大学 | ガス分析装置およびガス分析方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3575835B2 (ja) | 2004-10-13 |
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