KR100385397B1 - 주파수편차검출회로및이를이용한측정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주파수편차 검출회로 및 이 주파수편차 검출회로를 이용한 측정기에 관한 것으로서,
주파수편차 검출회로를 이용한 경도 측정기에 있어서, 연질 피측정물에서 경질 피측정물까지의 넓은 범위에 있어서 경도정보를 정확하게 측정하고, 또 구성을 간단하고 쉽게 하며, 싼 가격으로 만드는 것을 목적으로 하며, 접촉요소(5), 진동자(3) 주파수편차 검출회로를 이용한 측정기에 있어서 자려발진회로(11) 및 게인변화 보정회로(13)를 구비하고, 자려발진회로(11)는 진동자(3)의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하며, 게인변화 보정회로(13)는 자려발진회로(11)에 설치되고, 게인변화 보정회로(13)는 자려발진회로(11)의 중심주파수와 다른 중심주파수를 갖고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 것을 특징으로 한다.

Description

주파수편차 검출회로 및 이를 이용한 측정기
본 발명은 주파수편차 검출회로 및 이 주파수편차 검출회로를 이용한 측정기에 관한 것이다. 본 발명은 특히 경도 측정기에 관한 것으로, 진동자에 의해 진동하는 접촉요소를 피측정물에 접촉시켜 피측정물의 경도를 측정하는 경도 측정기에 관한 것이다. 본 발명에 관한 경도 측정기는 충분하게 경도 측정이 실시되지 않는 연질 피측정물의 경도 측정, 보다 상세하게는 고무, 수지, 음식재료, 식품 등의 피측정물의 경도 측정, 인체의 피부, 장기 등의 생체 조직을 피측정물로 한 경도 측정에 유효하다. 또한, 본 발명은 주파수편차 검출회로를 이용한 가속도 측정기, 유체압력 측정기, 유체점도 측정기에 관한 것이다.
종래 주파수의 변화를 이용하여 각종의 측정을 실시하는 측정기가 알려져 있다. 예를 들면 일본국 특공소 제 40-27236 호 공보, 일본국 특개평 제 1-189583 호 공보, 일본국 특개평 제 2-290529 호 공보 등에는 주파수편차를 이용하여 피측정물의 경도를 측정하는 경도 측정기가 개시되어 있다. 이들 공보에 개시된 경도 측정기는 초음파 진동하는 프로브(probe)를 대상물(피측정물)에 접촉시키고, 프로브의 공진주파수의 변화 또는 진동진폭의 변화를 검지하는 것에 의해 경도를 측정한다. 이런 종류의 경도 측정기에 있어서는 대상물에 접촉시키는 대상물접촉진동자를 포함하는 진동계가 귀환 루프를 형성하는 자려발진회로에 의해 공진한다. 대상물접촉진동자 또는 이 대상물접촉진동자에 기계적으로 결합된 접촉자가 공진상태에 있어서 대상물에 접촉하면 대상물의 임피던스에 의해 자려발진회로의 발진주파수가 변화하고, 또 진동진폭이 변화하며, 이 변화에서 대상물의 경도정보가 얻어진다. 이런 종류의 경도 측정기에는 하기의 이점이 있다.
(1) 대상물의 경도를 정량적으로 측정할 수 있다.
(2) 전기적으로 대상물의 경도를 측정할 수 있기 때문에 경도 측정시간이 짧다.
(3) 대상물을 파괴하지 않는 비파괴적인 경도 측정이 실시된다.
이와 같은 이점을 살려, 경도 측정기는 인체의 피부, 인체내의 장기 등의 생체조직의 탄성도의 측정(경도 측정), 동식물의 생체조직의 탄성도의 측정, 공업용 로보트의 촉각 센서 등으로의 응용이 기대되고 있다.
그런데, 자려발진회로 등에서 귀환 루프를 형성한 회로에 의해 공진진동상태의 진동자에 대상물이 접촉하면 진동자에 기계적 임피던스가 부가되고, 진동자의 공진주파수 및 진동진폭이 변화하는 현상은 예를 들면 하기 문헌에도 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 알려져 있다. 아카츠카 및 다카타니 저, 「계측과 제어」, Vol. 14, No. 3, 1975년, pp.281-292. 통상, 진동자를 포함하는 자려발진회로의 주파수 게인(전류증폭율) 특성은 주파수의 증가에 따라 게인이 상승하고, 공진주파수를 초과한 시점에서 주파수의 증가에 대해서 게인이 감소하고, 공진주파수(중심주파수)에서 정점을 갖는 산모양의 특성을 나타낸다. 이와 같은 주파수 게인 특성을 갖는 자려발진회로에 있어서는 특별히 인체의 피부, 장기 등 생체조직의 탄성이 풍부한 연질 대상물에 있는 면적에 접촉한 경우에는 하기 문헌에도 기재된 바와 같이 공진주파수, 게인은 어느 것이나 감소한다. S.Omata, "Technical Digest of The 9th Sensor Symposium", 1990, pp.257-260. 특히 생체조직의 경도 측정은 생체조직에 병변부위가 존재하면 생체조직의 경도가 병변부위에서 변화하고, 생체조직에 병변부위가 존재하는 것을 간단하고 쉽게 진단할 수 있기 때문에 이 분야로의 응용이기대되고 있다.
그런데, 이와 같은 생체조직 등 연결 대상물의 경도 측정에 있어서는 개인의 감소에 의해 공진주파수의 변화, 진동진폭의 변화를 충분한 검출전압으로 얻을 수 없기 때문에 생체조직의 정확한 경도를 측정할 수 없다.
특히 경도 측정기에 있어서, 대상물접촉진동자 또는 접촉자가 대상물에 접촉상태로 얻는 경도 정보에는 노이즈가 많고, 이 노이즈가 검출전압에 부가되기 때문에 정확한 경도 정보를 얻는 것이 더 어렵다. 또한, 경도 측정을 실시하는 대상물에는, 예를 들면 연질 대상물에서도 여러가지 경도를 가지고 있으며, 대상물마다 주파수 특성이 다르고 게인의 변화량이 다르기 때문에 이 여러가지 대상물에 있어서 정확한 경도정보를 얻는 것은 어려웠다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 실시된 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 이하와 같다.
(1) 본 발명의 제 1 목적은 진동자의 진동정보를 광대역에 걸쳐 정확하게 검출할 수 있고, 또 구성이 간단하고 싼 가격으로 제작할 수 있는 주파수편차 검출회로의 제공에 있다.
(2) 본 발명의 제 2 목적은 연질 피측정물에서 경질 피측정물까지의 넓은 범위에 있어서 경도 정보를 정확하게 측정할 수 있는 경도 측정기의 제공에 있다.
(3) 본 발명의 제 3 목적은 상기 본 발명의 제 2 목적에 부가하여 구성이 간단하고 싼 가격으로 만들 수 있는 경도 측정기의 제공에 있다.
(4) 본 발명의 제 4 목적은 상기 본 발명의 제 3 목적에 부가하여 장치의 소형 경량화를 실현할 수 있는 경도 측정기의 제공에 있다.
(5) 본 발명의 제 5 목적은 생체조직, 특히 인체의 생체조직의 경도 측정을 간단하고, 확실하게 실시할 수 있으며, 의학적 진단을 간단하고 쉽게 실시할 수 있으며, 이 진단에 기초하여 병의 예방을 간단하고 쉽게 실시할 수 있는 경도 측정기의 제공에 있다.
(6) 본 발명의 제 6 목적은 상기 주파수편차 검출회로를 이용한 각종 장치, 구체적으로는 가속도 측정기, 유체압력측정기, 유체점도 측정기의 제공에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 청구범위 제 1 항에 기재된 발명은 주파수편차 검출회로에 있어서, 진동을 발생시키는 진동자와, 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하고, 상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구축하여, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 1 항에 기재된 발명에 있어서는 기계전기진동계의 공진주파수의 변화에 따라서 게인변화 보정회로는 게인을 상승시킨다. 이 게인의 상승에 의해 진동자의 진동정보로서의 검출전압이 증대할 수 있기 때문에 정확하게 진동정보를 검출할 수 있다. 또한, 진동자의 공진주파수의 변화에 대해서 게인이 상승할 수 있기 때문에 넓은 범위에 있어서 진동자의 진동정보를 정확하게 검출할 수 있다.
청구범위 제 2 항에 기재된 발명은, 상기 청구범위 제 1 항에 기재된 주파수편차 검출회로에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈(phase) 트랜스퍼 기능을 구비하고, 상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며 또 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 한다. 청구범위 제 2 항에 기재된 발명에 있어서는 게인변화 보정회로에 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 기계전기진동계의 주파수가 변화했을 때에 이 기계전기진동계의 입출력 위상차에 상당하는 만큼 주파수가 더 변화할 수 있으며, 또한 이 주파수의 변화에 따라서 게인이 상승할 수 있다. 따라서 게인이 보다 한층 상승하는 것에 의해 진동자의 진동정보로서의 검출전압이 증대할 수 있기 때문에 정확한 진동정보를 검출할 수 있다. 또, 진동자의 공진주파수의 변화에 대해서 게인이 상승할 수 있기 때문에 넓은 범위에 있어서 진동자의 진동정보를 정확하게 검출할 수 있다.
청구범위 제 3 항에 기재된 발명은 피측정물의 경도 정보를 얻는 경도측정기에 있어서, 피측정물에 접촉하는 접촉요소와, 상기 접촉요소를 진동시키는 진동자와, 상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며, 상기 접촉요소, 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구축하고, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다. 청구범위 제 3 항에 기재된 발명에 있어서는 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태일 때 피측정물의 경도인 기계적 임피던스에따라서 변화하는 기계전기진동계의 공진주파수의 변화에 따라서 게인변화 보정회로는 게인을 상승시킨다. 이 게인의 상승에 의해 피측정물의 경도 정보로서의 검출전압이 증대할 수 있기 때문에 정확한 경도 측정이 실시된다. 또한 여러가지 경도를 갖는 피측정물의 경도 측정에 있어서도 공진주파수의 변화에 대해서 게인이 상승할 수 있기 때문에 연질 피측정물로부터 경질 피측정물까지의 넓은 범위에 있어서 경도 정보를 정확하게 측정할 수 있다.
청구범위 제 4 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 기계전기진동계의 주파수의 변화로 피측정물의 경도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 5 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 기계전기진동계의 위상의 변화로 피측정물의 경도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 6 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 주파수의 저하에 대해서 게인을 상승시키고, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역은 연질 피측정물의 경도를 측정하는 영역으로 광대역화되는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 7 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 진동자는 압전 세라믹 진동자, 적층 세라믹 진동자, PVDF로 형성된 진동자, 자왜소자, 바이몰프(bimorph)진동자, 수정발진자, SAW(Surface acoustic wave) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 8 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 자려발진회로는 상기 진동자의 진동정보를 증폭하는 증폭회로를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 9 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 밴드패스필터회로, 로우패스필터회로, 하이패스필터회로, 노치필터회로, 적분회로, 미분회로, 피킹증폭회로, 액티브필터회로, 패시브필터회로 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 10 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 8 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 상기 진동자의 출력과 상기 자려발진회로의 증폭회로의 입력과의 사이에, 또는 상기 자려발진회로의 증폭회로의 출력과 상기 진동자의 입력과의 사이에 설치된 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 11 항에 기재된 발명은 피측정물의 경도 정보를 얻는 경도 측정기에 있어서, 피측정물에 접촉하는 접촉요소와, 상기 접촉요소를 진동시키는 진동자와, 상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되며, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로와, 상기 접촉요소, 진동자 및 자려발진회로에 의해 구성되는 기계전기진동계와, 상기 기계전기진동계의 주파수의 변화를 검출하는 주파수 측정회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 12 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며, 또 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 한다. 청구범위 제 12 항에 기재된 발명에 있어서는 게인변화 보정회로에 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 기계전기진동계의 주파수가 변화했을 때에 이 기계전기진동계의 입출력 위상차에 상당하는 만큼 주파수가 더 변화할 수 있으며, 또 이 주파수의 변화에 따라서 게인이 상승할 수 있다. 따라서 게인이 보다 한층 상승하는 것에 의해 진동자의 진동정보로서의 검출전압이 증대할 수 있기 때문에 정확한 경도 측정을 실시할 수 있다. 또한, 진동자의 공진주파수의 변화에 대해서 게인이 상승할 수 있기 때문에 연질 피측정물에서 경질 피측정물까지 넓은 범위에 있어서 정확한 경도 측정이 실시된다.
청구범위 제 13 항에 기재된 발명은, 상기 청구범위 제 11 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고, 상기 진동자를 복수장의 압전 세라믹을 적층한 적층형 방전 세라믹 진동자로 형성하며, 또한 상기 검출소자를 막형상의 바이몰프 진동자로 형성한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 14 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 11 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고, 상기 진동자, 검출소자의 각각을 복수장의 압전 세라믹을 적층한 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 15 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 11 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고, 상기 진동자, 검출소자의 각각을 박판형상의 발전재료로 형성한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 16 항에 기재된 발명은 피측정물의 경도 정보를 얻는 경도 측정기에 있어서, 피측정물에 접촉하는 접촉요소와, 상기 접촉요소를 진동시키는 진동자와, 상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 페이즈 록 루프회로와, 상기 페이즈 록 루프회로에 설치되고, 이 페이즈 록루프회로의 중심주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며, 상기 접촉요소, 진동자 및 페이즈 록 루프회로에 의해 기계전기진동계를 구성하며, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 17 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 3 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 피측정물은 생체조직이고, 상기 생체조직에 상기 접촉요소를 접촉시켜 생체조직의 경도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 18 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 17 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 생체조직은 인체의 피부, 내장, 체강, 뼈, 이, 손톱 중 어느 하나의 생체조직이고, 이 생체조직의 경도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 19 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 17 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 진동자가 수납되고 또 상기 접촉요소가 부착된 프로브 본체와, 상기 진동정보에 기초하여 경도 정보를 표시하는 모니터를 구비한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 20 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 19 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 생체조직을 관찰하는 파이버스코프유닛을 구비하고, 상기 파이 버스코프유닛의 관찰상을 상기 모니터로 표시하는 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 21 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 19 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 접촉침으로 형성된 접촉요소를 구비하고, 상기 접촉침으로 형성된 접촉요소의 주위에 설치되며, 생체조직을 찌르기 위한 외부침을 상기 프로브 본체의 선단부분에 구비한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 22 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 19 항에 기재된 경도 측정기에 있어서, 상기 프로브 본체의 선단부분을 연성 튜브로 형성한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 23 항에 기재된 발명은 운동물체의 가속도변화를 측정하는 가속도 측정기에 있어서, 운동물체에 부착되고, 진동을 발생시키는 진동자와, 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되며, 이 자려발진회로의 중심 주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하고, 상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 24 항에 기재된 발명은 유체의 점도변화를 측정하는 유체점도 측정기에 있어서, 유체중에서 진동을 발생시키는 진동자, 또는 유체중에 삽입된 유체접촉요소를 진동시키는 진동자와, 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며, 상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 25 항에 기재된 발명은 유체의 압력 변화를 측정하는 유체압력측정기에 있어서, 유체의 압력에 따라 형상변화하는 유체접촉요소와, 진동을 발생시키며 또 상기 유체접촉요소의 형상변화에 따라서 위치가 변화하는 진동자와, 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로와, 상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심 주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며, 상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고, 상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 26 항에 기재된 발명은 상기 청구범위 제 16 항, 제 23 항, 제 24 항, 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 측정기에 있어서, 상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력 합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼기능을 구비하고, 상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며, 또 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 한다.
실시예 1
<경도측정기의 시스템구성>
본 발명의 실시예 1은 주파수 편차회로를 이용한 경도 측정기에 대해서 설명한다. 제 1 도는 본 발명의 실시예 1에 관한 경도 측정기의 전체 구성도이다. 본 실시예에 관한 경도 측정기는 경도를 측정하는 측정자가 파지하는 핸드피스(1) 및 이 핸드피스(1)의 외부에 배치된 제어유닛(10)을 구비한다.
상기 핸드피스(1)는 대개 바닥이 있는 원통상의 케이싱(2)으로 형성되고, 이 게이싱(2)의 축심부분에 진동자(3)가 설치된다. 진동자(3)는 원통형상으로 형성되고 본 실시예에 있어서 진동자(3)에는 압전 세라믹 진동자가 사용된다. 제 2 도는 상기 진동자(3)의 주요부 단면도이다. 진동자(3)는 양극으로 사용되는 제 1 전극(3A), 음극으로 사용되는 제 2 전극(3C) 및 상기 제 1 전극(3A)과 제 2 전극(3C) 사이에 형성된 압전결정체(3B)로 형성된다. 압전결정체(3B)는 원통형상으로 형성된다. 제 1 전극(3A)은 압전결정체(3B)의 내주면에 형성되고, 원통형상을 갖는다. 제 2 전극(3C)은 압전결정체(3B)의 외주면에 형성되며, 마찬가지로 원통형상을 갖는다. 제 2 전극(3C)은 접지된다. 진동자(3)에 있어서는 제 1 전극(3A)과 제 2 전극(3C) 사이에 시간 변동하는 전압이 인가되는 것에 의해 압전결정체(3B)가 기계적 진동을 실시한다. 또한, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는, 압전 세라믹 진동자를 대신하여, 진동자(3)에 수정발진자, PVDF(폴리불화비닐리덴)로 형성된 진동자, 자왜소자, SAW(표면탄성파 소자) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 진동자(3)에는 진동전달부재(4)를 통하여 접촉요소(접촉자)(5)가 기계적으로 결합된다. 진동전달부재(4)의 일단측은 진동자(3)의 중심부분에 부착되고, 진동자(3)의 제 2 전극(3C)의 내측에 접착제에 의해 결합된다. 진동전달부재(4)의 타단측은 케이싱(2)내부에 축방향으로 연이어 설치되며, 접촉요소(5)에 접착제에 의해 결합된다. 접촉요소(8)는 제 1 도에 나타내는 바와 같이 피측정물(H)과 접촉하는 쪽의 선단부가 폐쇄된 바닥이 있는 원통체에 의해 형성된다. 이 접촉요소(5)에는 축심구멍(5A)이 형성되고 축심구멍(5A)의 내부에는 진동전달부재(4)의 타단이 삽입된다. 접촉요소(5)의 축심 구멍(5A)과 진동전달부재(4) 사이는 접착고정된다.
상기 접촉요소(5)는 케이싱(2)의 피측정물(H)측의 선단부분에 형성된 진동유지구멍(2A)내부에 부착되고, 접촉요소(5)의 피측정물(H)측의 선단부분은 케이싱(2)의 선단에서 외측으로 돌출한다. 진동유지구멍(2A)의 내부에 부착된 접촉요소(5)는 축심방향으로, 자유롭게 이동(진동)할 수 있다. 상기 진동유지구멍(2A)의 내면에는 이 내면을 따라 링형상의 홈(2B)이 형성되고, 이 홈(2B)에는 탄성부재(6)가 장착된다. 접촉요소(5)는 상기 탄성부재(6)를 통하여 케이싱(2)의 진동유지구멍(2A)에 유지된다. 진동자(3)에서 진동전달부재(4)를 통하여 접촉요소(5)에 전달되는 진동은 탄성부재(6)에 의해 흡수되어, 진동이 핸드피스(1)에 전달되지 않는다. 탄성부재(6)에는 예를 들면 O링이 사용된다. 또한, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 탄성부재(6)는 후술하는 전기기계진동계의 진동의 마디부, 구체적으로는 진동전달부재(4)와 접촉요소(5)의 접속부분으로서 케이싱(2)과 접촉요소(5) 사이에 형성된다. 또한, 탄성부재(6)의 배치위치는 반드시 이 위치에 한정되지 않는다. 즉 탄성부재(6)는 기계전기진동계와 케이싱(2) 사이에 있어서, 기계전기진동계의 진동이 케이싱(2)측에 전달되지 않고, 또한 케이싱(2)측에서 기계전기진동계의 진동에 영향을 주지 않는 배치위치라면 어디라도 배치할 수 있다.
상기 진동자(3)의 외주부분에 있어서 케이싱(2) 내부에는 검출소자(7)가 설치된다. 검출소자(7)는 음극으로 사용되는 제 1 전극(7A), 양극으로 사용되는 제 2 전극(7C) 및 상기 제 1 전극(7A)과 제 2 전극(7C) 사이에 형성된 압전결정체(7B)로 형성된다. 검출소자(7)의 제 1 전극(7A)은 진동자(3)의 제 2 전극(3C)을 겸용하여 사용되며(동일 전극이 사용되며), 이 제 1 전극(7A)은 진동자(3)의 외주면에 형성되고 원통형상을 갖는다. 압전결정체(7B)는 제 1 전극(7A)의 외주면에 형성되고 원통형상을 갖는다. 제 2 전극(7C)은 압전결정체(7B)의 외주면에 형성되며 원통형상을 갖는다. 검출소자(7)는 기본적으로는 진동자(3)와 동일하게 압전 세라믹 진동자로 형성된다. 검출소자(7)는 진동자(3)에서 발생시키는 진동에 협조하여 진동하고, 이 진동을 전기신호로서 추출하는 센서로서 사용된다. 검출소자(7)로부터는 진동자(3)의 진동진폭, 주파수, 위상을 모니터할 수 있는 경도 정보가 검출전압으로서 출력된다.
상기 경도 측정기의 제어 유닛(10)은 자려발진회로(11), 게인변화보정회로(13), 전압측정회로(14) 및 주파수 측정회로(15)를 구비한다. 자려발진회로(11)는 증폭회로(12)를 구비하고, 이 증폭회로(12)의 입력단자는 검출소자(7)이 출력단자(제 2 전극(7C))에 접속된다. 즉, 증폭회로(12)의 입력단자는 검출소자(7)를 통하여 간접적으로 진동자(3)의 출력단자에 접속된다. 증폭회로(12)의 출력단자는 게인변화 보정회로(13)를 통하여 진동자(3)의 입력단자(제 1 전극(3A))에 접속된다.
상기 자려발진회로(11)는 진동자(3), 검출소자(7) 및 증폭회로(12)를 포함하고, 진동자(3)의 진동정보를 검출소자(7)에서 전기신호로서 취출하고, 증폭회포(12)에서 전기신호를 증폭한 후에 진동자(3)에 귀환하는 귀환 루프를 형성한다. 자려발진회로(11)는 진동자(3)의 진동정보를 검출소자(7), 증폭회로(12)를 각각 통하여 진동자(3)에 귀환하고, 진동자(3)를 공진상태로 하는 전기진동계를 구성한다. 한편, 진동자(3), 진동전달부재(4) 및 접촉요소(5)는 진동자(3)의 진동정보를 진동전달부재(4), 접촉요소(5)의 각각을 통하여 피측정물(H)에 전달하는 기계진동계를 구성한다. 즉, 본 실시예에 관한 경도 측정기는 기계진동계와 전기진동계가 결합된 기계전기진동계를 구성한다. 자려발진회로(11)의 게인은 자려발진회로(11)의 구동전압에 거의 비례한다. 자려발진회로(11)의 입력단자(기계전기진동계의 입력단자)는 진동자(3)의 출릭단자에 상당하고, 자려발진회로(11)의 출력단자(기계전기 진동계의 출력단자)는 진동자(3)의 입력단자에 상당한다.
상기 게인변화 보정회로(13)는 상기 기계전기 진동계의 공진주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키고, 이 게인의 상승에 의해 검출전압을 상승시키는 기능을 구비한다. 또한, 게인변화 보정회로(13)는 자려발진회로(11)의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력 합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 입출력 합성위상차가 0이 되기 까지 주파수를 변화시키며, 또 이 주파수의 변화에 따라서 게인을 더 상승시키는 기능을 구비한다.
본 실시예에 있어서, 게인변화 보정회로(13)에는 주파수의 변화에 대해서 게인이 변화하는 주파수-게인특성을 갖는 필터 회로가 사용된다. 제 3 도는 게인변화 보정회로(13)에 사용되는 일례의 필터회로의 회로구성도이다. 이 필터회로는 저항소자(R1, R2, R3, R4), 용량소자(C1, C2, C3, C4) 및 증폭회로(AMP)를 구비한다. 저항소자(R1)는 10KΩ, 저항소자(R2)는 220Ω, 저항소자(R3)는 47KΩ, 저항소자(R4)는 2.2KΩ으로 각각 설정된다. 증폭회로(AMP)에는 전원단자 V1로부터 12V의 전원이 공급된다. 기준전원단자(V2)는 -12V로 설정된다. 도면 중, 부호 Vin은 신호의 입력단자, 부호 Vout은 신호의 출력단자이다. 이 필터회로는 밴드패스 필터회로의 특성을 구비한다. 상기 필터회로의 입력단자(Vin)는 자려발진회로(11)를 구성하는 증폭회로(12)의 출력단자에 접속되고, 출력단자(Vout)는 진동자(3)의 제 1 전극(3A)(진동자(3)의 입력단자)에 접속된다. 또한 게인변화 보정회로(13)는 진동자(3)와 자려발진회로(11)의 증폭회로(12) 사이에 배치할 수도 있다. 이 경우에는 상기 필터회로의 입력단자(Vin)는 검출소자(7)의 제 2 전극(7C)(진동자(3)의 출력단자)에 접속되며, 출력단자(Vout)는 증폭회로(12)의 입력단자에 접속된다.
본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는, 게인변화 보정회로(13)는 밴드패스 필터회로에만 한정되지 않는다. 즉, 게인변화 보정회로(13)에는 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승하여 이 게인의 상승에 의해 검출전압을 증가하는 특성을 구비하고 있으면 되기 때문에 로우패스필터회로, 하이패스필터회로, 노치필터회로, 적분회로, 미분회로, 피킹증폭회로 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기한 제 1 도에 나타내는 제어유닛(10)의 전압측정회로(14), 주파수측정회로(15)는 각각 게인변화 보정회로(13)에 접속된다. 구체적으로는 제 3 도에 나타내는 필터회로(게인변화 보정회로(13))의 출력단자(Vout)에 전압측정회로(14), 주파수 측정회로(15)의 각각이 접속된다. 전압측정회로(14)는 기계전기진동계의 전압변화를 측정한다. 주파수 측정회로(15)는 기계전기진동계의 주파수 변화를 측정한다. 본 실시예에 관한 경도 측정기는 상기한 바와 같이 구성되는 기계전기진동계의 주파수의 변화로 경도를 측정할 수 있으며, 또 게인변화 보정회로(13)에 의해 게인을 상승하여 검출전압을 증폭할 수 있다. 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는, 제어 유닛(10)의 전압측정회로(14) 및 주파수 측정회로(15)에 의해 피측정물(H)의 경도정보를 모니터할 수 있다. 또한, 전압측정회로(14), 주파수측정회로(15)는 반드시 게인변화 보정회로(13)의 출력측에 접속될 필요는 없으며, 기본적으로는 기계전기진동계에 접속되어 있으면 괜찮다.
<경도 측정기의 기본원리>
다음에, 상기한 경도 측정기의 기본동작원리에 대해서 설명한다. 제 4 도는 상기 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 각각의 주파수 특성을 합성한 총합주파수 특성을 나타내는 주파수-게인-위상특성 곡선도이다. 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 게인, 위상의 각각을 나타낸다. 특성곡선(TG)은 진동자(3)의 출력단자(실제로는 검출소자(7)의 출력단자)에서 출력되고, 게인변화 보정회로(13)를 통하여 다시한번 진동자(3)의 입력단자에 귀환되는 자려발진회로(11)의 주파수-게인특성곡선이다. 주파수-게인 특성곡선(TG)은 자려발진회로(11)의 주파수 특성에 게인변화 보정회로(13)의 주파수 특성을 합성한 총합 주파수 특성이다. 이 주파수-게인특성곡선(TG)은 저주파수측의 대역에 있어서 주파수의 증가와 함께 게인이 상승하고, 공진주파수(f0) 대역에서 게인이 최대가 되며, 고주파수측 대역에 있어서 게인이 감소하는 산모양의 곡선을 그린다. 특성곡선(θ11)은 자려발진회로(11)의 입력위상과 출력위상과의 차인 입출력위상차를 나타내는 위상특성이다.
본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는, 주파수-게인특성곡선(TG)의 게인 극대값(TGP)을 나타내는 공진주파수(f0)에서 자려발진회로(11)의 입출력위상차가 0이 되는 조절이 실시된다. 즉, 자려발진회로(11)에 있어서, 진동자(3)에서 출력되는 공진주파수의 위상(입력위상)(θ1)과 게인변화 보정회로(13)에서 출력된 진동자(3)의 입력단자에 귀환되는 게인상승후의 위상(출력위상)(θ2)과의 위상차인 입출력합성위상차(θ11)가 0(θ11=θ1+θ2=0)으로 조절된다. 이 입출력 합성위상차(θ11)의 조절에 의해 개인변화 보정회로(13)를 포함하는 자려발진회로(11)의 입력위상(θ1)과 출력위상(θ2) 사이에 위상차가 존재하는 경우에는 입출력합성위상차(θ11)가 0이 되기까지 귀환이 반복하여 실시되고, 입출력합성위상차(θ11)가 0이 된 시점에서 발진이 실시된다. 이 결과, 자려발진회로(11)의 귀환발진이 확실하게 실시되며, 또 귀환발진이 촉진된다. 입출력 합성위상차(θ11)의 조절은 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서 게인변화 보정회로(13)에서 실시된다. 게인변화 보정회로(13)는 주파수특성에 있어서 중심주파수를 조절하는 것에 의해 간단하고 쉽게 입출력합성위상차(θ11)의 조절을 실현할 수 있다.
제 5 도는 상기 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 각각의 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-위상특성 곡선도이다. 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 게인, 위상의 각각을 나타낸다. 특성곡선(13G)은 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선이다. 주파수-게인특성곡선(13G)은 저주파수측 대역에 있어서 주파수의 증가와 함께 게인이 상승하고, 중심주파수 대역에서 게인이 최대가 되며, 고주파수측 대역에 있어서 게인이 감소하는 산형상의 곡선을 그린다. 특성곡선(θ13)은 게인변화 보정회로(13)의 입출력위상차를 나타내는 위상특성이다. 특성곡선(MG)은 게인변화 보정회로(13)를 제외한 자려발진회로(11) 즉, 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선이다. 주파수-게인특성곡선(MG)은 중심주파수 대역 및 게인극대값은 다르지만, 기본적으로는 게인변화 보정회로(13)의 주파수특성과 동일하게 산모양의 곡선을 그린다. 이 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉시키고 있지 않은 상태에 있다.
본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는, 주파수-게인특성곡선(MG, 13G)에 각각 나타내는 바와 같이, 기계전기진동계의 게인극대값(P1)이 나타내는 중심주파수(f1)가 게인변화 보정회로(13)의 게인최대값(13GP)이 나타내는 중심주파수(f2)와는 다르게 의도적으로 벗어난 주파수대역으로 설정된다. 여기서는 연질피측정물(H), 예를 들면 인체의 피부, 인체내부의 장기 등 연질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉한 경우에 게인을 상승시키기 때문에 기계전기진동계의 중심주파수(f1)에 대해서 게인변화 보정회로(13)의 중심주파수(f2)는 낮은 주파수 대역으로 설정된다. 또한, 경질 피측정물(H), 예를 들면 금속이나 인체의 뼈, 이 등 경질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉한 경우에 게인을 상승시키려면 기계전기진동계의 중심주파수(f1)에 대해서 게인변화 보정회로(13)의 중심주파수(f2)는 높은 주파수 대역으로 설정된다.
본 실시예에 관한 경도 측정기의 접촉요소(5)를 연질 피측정물(H)에 접촉시키면 피측정물(H)의 기계적 임피던스 또는 음향 임피던스의 증가에 의해 진동자(3)의 진동모드가 변화하고, 기계전기진동계의 주파수 특성이 변화한다. 즉, 기계전기진동계의 진동주파수, 게인, 위상, 진동진폭을 포함하는 진동정보가 모두 변화한다. 주파수는 연질 피측정물(H)의 임피던스에 의해 저주파수 대역쪽으로 변화한다. 게인의 극대값은 본래는 감소하지만, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 게인변화 보정회로(13)의 게인상승기능에 의해 반대로 상승한다. 즉, 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MC)의 게인 극대값은 게인극대값(P1)으로부터 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G)을 따라 변화하고, 게인극대값(P1)에서 상승하는 방향으로 변화한다. 접촉요소(5)가 연질 피측정물(H)에 접촉한 순간에 있어서는 기계전기진동계의 중심주파수 f1에서 피측정물(H)의 임피던스로 결정되는 공진주파수 f11까지 주파수가 변화한다. 즉, 기계전기전동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 주파수-게인특성곡선(MG1)으로 변화한다. 주파수-게인특성곡선(MG1)에 나타내는 바와 같이 게인극대값 P1은 게인극대값 P11으로 변화하고, 게인 G1은 게인 G11로 변화하기 때문에 게인은 상승한다. 이 주파수의 변화 및 게인의 변화를 포함하는 진동정보는 검출소자(7)에 의해 검출되고, 이 검출소자(7)에서 검출된 진동정보는 자려발진회로(11)의 귀환루프에 의해 진동자(3)에 귀환된다.
자려발진회로(11)의 귀환루프에는 저항소자와 용량소자를 조합시킨 회로가 포함되어 있기 때문에 자려발진회로(11)의 입력위상(θ1)과 출력위상(θ2) 사이에는 반드시 위상차(△θ)가 존재한다. 여기서 게인변화 보정회로(13)는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고 있고, 게인변화 보정회로(13)를 포함하는 귀환루프의 입출력합성위상차(θ11)가 0이 되는 조절을 하고 있기 때문에 입출력합성위상차(θ11)가 0이 되는 귀환발진의 안정점에 도달하기 까지 주파수는 더 변화하고, 게인은 더 상승한다. 즉 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG1)은 주파수-게인특성곡선(MG2)으로 변화하고, 공진주파수(f11)는 공진주파수(f12)로 변화한다. 이 공진주파수(f12)로의 변화에 따라 게인극대값(P11)은 게인극대값(P12)로 변화하고, 게인(G11)은 게인(G12)로 변화하기 때문에 게인은 더 상승한다. 즉, 위상차(△θ)에 상당하는 만큼 기계전기진동계의 중심주파수(f1)는 공진주파수(f12)까지 연속적으로 변화하며, 또한 게인(G1)은 게인(G2)까지 연속적으로 상승한다. 결과적으로 기계전기진동계에 있어서, 주파수 변차량(△f)이 얻어지며, 또한 게인 변화량(△G)이 얻어진다. 기계전기진동계의 주파수 변화량(△f), 게인변화량(△G)이 각각 얻어진 시점에서입출력 합성 위치(θ11)가 0이 되며, 자려발진회로(11)는 귀환발진한다.
본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 연질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉하기 전과 접촉한 후의 주파수 변화량(△f)을 경도 정보로서 검출하는 것에 의해 연질 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다. 마찬가지로 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 연질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉하기 전과 접촉한 후의 위상차(△θ)를 경도 정보로서 검출하는 것에 의해 연질 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다. 게다가 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 주파수 변화량(△f), 위상차(△θ) 각각의 변화분에 대응하여 게인이 상승할 수 있기 때문에(게인 변화량(△G)이 얻어지기 때문에) 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서, 여기서는 연질 피측정물(H)의 경도 측정에 적합한 조절이 실시되고 있기 때문에 경질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 경우에는 주파수, 게인, 위상, 진동진폭은 모두 변화하지만, 게인은 상승하지 않는다. 제 6 도는 상기 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 각각의 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-위상특성곡선도이다. 특성곡선(MG3)은 접촉요소(5)를 경질 피측정물(H)에 접촉시킨 상태에서의 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선이다. 접촉요소(5)를 경질 피측정물(H)에 접촉시키면 접촉한 순간에 피측정물(H)의 임피던스로 결정되는 공진주파수까지 주파수가 변화한다. 그리고, 계속해서 위상차(△θ)에 상당하는 만큼, 즉 입출력 합성위상차(θ11)가 0이 되어 귀환발진이 실시되는 공진주파수(f3)까지 주파수가 변화한다. 주파수의 변화는 고대역측으로 이동하고, 주파수 변화량(△f)은 입출력합성위상차(θ11)가 0이 되기까지 주파수가 변화하기 때문에 커진다. 결과적으로 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG1)은 주파수-게인특성곡선 (MG3)으로 변화한다. 게인 극대값(P1)은 귀환발진이 실시되는 안정점까지 변화하여 게인극대값(P3)으로 변화한다.
본 실시예에 관한 경도 측정기의 게인변화 보정회로(13)에는 게인상승기능과 페이즈 트랜스퍼 기능이 모두 구비되어 있지만, 본 발명에 있어서는 게인변화 보정회로(13)에 게인상승기능만 구비해도 좋다.
또한, 진동자의 공진주파수와 진동자에 접촉시킨 물질의 기계적 특성과의 관계에 대해서는 하기 문헌에 기재되어 있고, 또 동 문헌의 식(11)에 관계식이 기재된다. 오마타 사다오 저, 의학용 전자와 생체공학, 제 28 권 제 1 호(1990년 3월), 제 1 페이지 - 제 4 페이지 「압전형 바이브로미터에 의한 연조직의 경도 측정과 그 해석」.
<경도 측정기의 사용방법>
다음에, 본 실시예에 관한 경도 측정기의 사용방법에 대해서 설명한다. 상기한 제 1 도에 나타내는 경도 측정기에 있어서, 우선 자려발진회로(11)에 의해 진동자(3), 검출소자(7), 진동전달부재(4), 접촉요소(5)를 포함하는 기계전기진동계를 공진상태로 진동시켜서, 경도 측정기의 가동이 실시된다. 이 진동상태의 기계전기진동계의 진동정보, 즉 주파수, 게인, 위상, 진동진폭은 각각 게인변화 보정회로(13)의 출력단자에서 출력되고, 전압측정회로(14)에 의해 검출전압이 모니터되고, 주파수 측정회로(15)에 의해 주파수가 모니터된다. 경도 측정을 실시하는 측정자는 핸드피스(1)를 손으로 쥐고, 공진진동하고 있는 접촉요소(5)의 선단을 피측정물(H)에 접촉시킨다.
이 때, 전압측정회로(14), 주파수 측정회로(15)의 각각에서 모니터되는 기계전기진동계의 검출전압 및 주파수는 피측정물(H)의 경도에 따라서 이하와 같이 변화한다. 피측정물(H)이 예를 들면 인체의 피부, 인체내의 장기 등의 생체조직의 탄성도가 높은, 또는 고무 등의 탄성도가 높은 연질 피측정물(H)인 경우에는 피측정물(H)의 기계적 임피던스 또는 음향 임피던스가 낮기 때문에 기계전기진동계의 공진주파수가 저하한다. 상기한 제 5 도에 나타내는 바와 같이 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하기 전의 상태에 있어서는 기계전기진동계는 중심주파수(f1)에서 게인극대값(P1)을 갖는 특성곡선(MG)으로 나타내어지는 주파수-게인특성을 갖는다. 본 실시예에 관한 경도 측정기는 공진주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로(13)를 구비하고, 이 게인변화 보정회로(13)에 있어서는 접촉요소(5)를 연질 피측정물(H)에 접촉한 상태일 때의 주파수 변화에 대해서 게인을 상승시키는 설정이 실시되고 있다. 따라서, 접촉요소(5)를 연질 피측정물(H)에 접촉시킨 경우에는 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)이 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G)에 의해 보정되고, 제 5 도 중, 화살표(Q1)으로 나타내는 방향으로 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)이 시프트한다. 또한, 게인변화 보정회로(13)는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 자려발진회로(11)에서 구성되는 귀환루프(닫힘루프)의 입출력합성위상차(θ11)가 0으로 조절되고 있기 때문에 위상차(△θ)에 상당하는 만큼 주파수의 변화량이 있게 되고, 이 주파수의 변화에 따라 게인의 상승이 있게 된다. 그리고, 적당한 귀환발진의 안정점에 있어서 주파수의 변화 및 게인의 상승이 정지하고, 기계전기진동계의 귀환발진이 실시된다. 즉, 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 주파수-게인특성곡선(MG2)으로 변화하고, 게인극대값(P1)에서 게인극대값(P12)까지 게인이 상승한다.
한편, 본 실시예에 관한 경도 측정기는 특히 연질 피측정물(H)의 경도 측정에 적합한 설정을 하고 있기 때문에 피측정물(H)이, 예를 들면 상온의 철, 합금 등 경질 피측정물(H)인 경우에는 이 경질 피측정물(H)에 접촉요소(5)의 선단을 접촉시키면 음향 임피던스가 높기 때문에 주파수는 변화하지만, 게인은 상승하지 않는다. 즉, 상기한 제 6 도에 나타내는 바와 같이 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 화살표(Q2)에 나타내는 방향으로 시프트하고, 기계전기진동계는 주파수-게인특성곡선 (MG3)이 된다. 게인은 저하하지만, 주파수의 변화량은 페이즈 트랜스퍼 기능에 의해 조장되고, 이 주파수의 변화량을 주파수 측정회로(15)에서 모니터하는 것에 의해 경질 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다. 경직 피측정물(11)의 경도 측정에 있어서, 주파수의 변화량과 함께 게인의 상승을 높이려면 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G)에 있어서 주파수의 증가와 함께 게인이 증가하는 주파수대역(저주파수대역측)으로 기계전기진동계의 중심주파수를 설정한다.
이와 같이 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 기계전기진동계의 전압변화를 전압측정회로(14)에서, 공진주파수의 변화를 주파수 측정회로(15)에서 각각 모니터하는 것에 의해 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다.
<경도 측정 결과>
제 7 도는 실제의 경도 측정을 실시하는 시스템 구성도이다. 경도 측정기의 핸드피스(1)는 역량계(30)를 통하여 측정기 지지대(31)에 지지된 상태에서 경도 측정이 실시된다. 역량계(30)는 경도 측정기의 접촉요소(5)와 피측정물(H)과의 접촉상태의 누르는 힘을 측정할 수 있다.
제 8 도는 본 실시예에 관한 경도 측정기, 종래 기술에 관한 경도 측정기 각각에 있어서의 주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량과 누르는 힘과의 관계를 나타내는 도면이다. 횡축은 역량계(30)에서 측정한 누르는 힘(F)을 나타내고, 종축은 공진주파수의 변화량(△f) 및 검출전압의 변화량(△V)을 나타낸다. 피측정물(H)에는 경도가 다른 2가지 종류의 피측정물(HA, HB)이 사용된다. 곡선(S1, S2)은 각각 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서 누르는 힘에 대한 주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량을 나타낸다. 곡선(S1)은 피측정물(HA)의 변화량을, 곡선(S2) 은 피측정물(HB)의 변화량을 각각 나타낸다. 곡선(T1, T2)은 각각 종래기술에 관한 경도 측정기에 있어서 누르는 힘에 대한 주파수의 변화량 및 전압의 변화량을 나타낸다. 곡선 (T1)은 피측정물(HA)의 변화량을, 곡선(T2)은 피측정물(HB)의 변화량을 각각 나타낸다.
상기 제 8 도에 나타내는 바와 같이 종래 기술에 관한 경도 측정기에 있어서는 2가지 종류의 피측정물(HA, HB) 각각의 경도(음향 임피던스) 차이에 대해서 주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량이 작다. 즉, 연질, 경질을 불문하고 피측정물(H)의 경도 측정시에 충분한 주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량이 얻어지지 않는다. 이것에 대해서 본 실시예에 관한 경도 측정에 일어서는 2가지 종류의 피측정물(HA, HB) 각각의 경도의 차이에 대해서 주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량이 크다. 또, 본 실시예에 관한 경도 측정기의 주파수의 변화량 및 전압의 변화량은 종래 기술에 관한 경도 측정기의 주파수 변화량 및 검출전압의 변화량에 비해서 훨씬 커진다. 즉, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 피측정물(H)의 약간의 경도(음향 임피던스) 차이에 의해 공진주파수의 변화량 및 검출전압의 변화량을 크게 할 수 있는 특징이 있다.
이와 같이 경도 측정기에 게인변화 보정회로(13)를 구비하고, 이 게인변화 보정회로(13)의 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 주파수 대역으로 기계전기진동계의 공진주파수를 설정하는 것에 의해 피측정물(H)의 약간의 경도 차이에 대해서, 주파수의 변화에 따라 게인이 상승하기 때문에 경도 측정에 충분한 검출전압을 얻을 수 있다. 게다가 재질은 다르지만 동일한 경도로 동일한 주파수 특성을 갖는 피측정물(H)의 경도 측정에 있어서도 약간의 위상차가 존재하면 게인변화 보정회로(12)의 페이즈 트랜스퍼 기능에 의해 위상차를 없애서 입출력합성위상자가 0이 되기까지 주파수의 변화량이 조장되고, 또 게인을 상승할 수 있기 때문에 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 또한, 여러가지 경도를 갖는 피측정물의 경도 측정에 있어서도 주파수의 변화량을 조장하여 게인의 상승을 실시할 수 있기 때문에 연질 피측정물(H)에서 경질 피측정물(H)까지의 넓은 범위에 있어서 경도 측정을 실현할 수 있다. 즉 경도 측정기에 있어서, 기계전기진동계의 실효공진주파수대역이 광대역화되고, 이른바 경질의 피측정물(H)에 대해서 경도 측정을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서는 저항소자, 용량소자 등을 단순하게 조합시킨 필터회로에서 게인변화 보정회로(13)를 간단하고 쉽게 실현할 수 있기 때문에 복잡한 회로구성을 구비할 필요가 없으며, 단순한 시스템 구성이고, 싼 가격으로 만들 수 있다.
<변형예 1>
제 9 도, 제 10 도는 각각 실시예 1의 변형예1에 관한 경도 측정기의 주파수-게인특성곡선도이다. 제 9 도에 나타내는 주파수-게인특성곡선은 게인변화 보정회로(13)에 로우패스필터회로를 사용한 경우에 있어서, 이 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G1) 및 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)을 나타낸다. 이 경도 측정기에 있어서는 기본적으로는 상기한 밴드패스 필터회로(제 3 도 참조)를 사용한 경우와 동일하게, 특히 연질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 경우에 주파수가 변화하고, 이 주파수의 변화량을 조장하며, 이 주파수의 변화에 따라서 게인이 상술할 수 있다. 상기한 것과 동일하게 게인변화 보정회로(13)에는 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능이 구비되어 있기 때문에 이 두가지 기능에 의해 주파수의 변화량이 크고, 또한 게인의 상승율이 커진다. 이 게인의 상승에 의해 경도 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
한편, 제 10 도에 나타내는 주파수-게인특성곡선은 게인변화 보정회로(13)에 하이패스 필터회로를 사용한 경우에 있어서, 이 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G2) 및 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)을 나타낸다. 이 경도 측정기는 철, 합금 등의 금속, 인체의 뼈, 이 등 비교적 경한 생체조직 등, 특히 경질 피측정물(H)의 경도 측정에 적합하다. 즉 이 경도 측정기에 있어서는 경질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 경우에 주파수가 변화하고, 이 주파수의 변화량을 조장하며, 이 주파수의 변화에 따라서 게인이 상승할 수 있다. 제 10 도 중, 경질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉하지 않는 상태의 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)는 주파수-게인특성곡선(MG3)으로 변화한다. 게인의 상승에 의해 경도 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 또한, 이 경도 측정기에 있어서는 연질 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 경우, 기계전기진동계의 주파수 게인특성곡선(MG)은 주파수 게인특성곡선(MG2)으로 변화하고. 게인은 감소한다.
<변형예 2>
제 11 도는 본 실시예 1의 변형예 2에 관한 경도 측정기의 전체 구성도이다. 이 경도 측정기는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3) 및 막형상의 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비한다. 이 진동자(3) 및 검출소자(7)는 기계전기 진동계를 구성한다. 상기 진동자(3)를 형성하는 적층형 압전 세라믹 진동자는 링현상을 갖는 압전 세라믹을 진동전달부재(4)의 주위에 접착고정하며, 또한이 압전 세라믹을 진동전달부재(4)의 축심방향을 따라 복수장 적층하여 구성된다. 적층형 압전 세라믹 진동자는 소형이지만, 입력전압에 대해서 큰 진폭이 얻어진다.
상기 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)는 진동자(적층형 압전 세라믹 진동자)(3)의 외주면에 부착된다. 이 검출소자(7)는 막형상으로 형성되기 때문에, 경량이고 또 핸드 패스(1)의 케이싱(2)내에서 수납을 위한 공간을 거의 필요로 하지 않는다. 또한, 검출소자(7)에는 바이몰프 진동자를 대신하여 동일한 막형상의 PVDF 필름으로 형성된 진동자를 사용할 수 있다.
이와 같이 구성된 경도 측정기에 있어서는, 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3) 및 막형상의 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비하기 때문에, 상기한 제 1 도에 나타내는 경도 측정기에서 얻어지는 작용효과에 부가하여, 진동자(3)는 충분한 진동진폭이 얻어지므로 소형 경량화할 수 있으며 검출소자(7)는 막형상으로 형성되므로 동일하게 소형 정량화할 수 있다. 따라서 핸드 피스(1)내부의 구성소자를 소형경량화할 수 있고, 핸드 피스(1)자체의 소형 경량화를 실현할 수 있다. 이 결과 핸드 피스(1)의 조작성, 즉 경도 측정기의 조작성을 향상할 수 있다.
<변형예 3>
제 12 도는 본 실시예 1의 변형예 3에 관한 경도 측정기의 전체 구성도이다. 이 경도 측정기는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3), 마찬가지로 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 검출소자(7) 및 절연체(3D)를 구비한다. 이 진동자(3) 및 검출소자(7)는 기계전기 진동계를 구성한다. 상기 진동자(3)를 형성하는 적층형 압전 세라믹 진동자는 링형상을 갖는 압전 세라믹을 진동전달부재(4)의 주위에 접착고정하며, 또한 이 압전세라믹을 진동전달부재(4)의 축심방향을 따라 복수장 적층하며 구성된다. 적층형 압전세라믹 진동자는 상기한 바와 같이 소형이지만, 입력전압에 대해서 큰 진동진폭이 얻어진다.
상기 검출소자(7)를 형성하는 적층형 압전 세라믹 진동자는 진동자(3)보다도 접촉요소(5)측에 배치되고, 진동자(3)와 동일하게 링형상을 갖는 압전 세라믹을 진동전달부재(4)의 주위에 접착고정하며, 또한 이 압전 세라믹을 진동전달부재(4)의 축심방항을 따라 복수장 적층하여 구성된다.
상기 절연체(3D)는 진동자(3)와 검출소자(7) 사이에 형성된다. 진동자(3)의 적층형 압전 세라믹 진동자, 절연체(3D) 및 검출소자(7)의 적층형 압전 세라믹 진동자는 일체적으로 제작된다.
이와 같이 구성되는 경도 측정기에 있어서는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3) 및 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비하기 때문에 상기한 제 1 도에 나타내는 경도 측정기에 얻어지는 작용효과에 부가하여 진동자(3)는 충분한 진동진폭이 얻어지므로 소형경량화할 수 있고, 검출소자(7)도 마찬가지로 소형경량화할 수 있다. 따라서 핸드 피스(1)내부의 구성소자를 소형경량화할 수 있고, 핸드 피스(1)자체의 소형경량화를 실현할 수 있다. 이 결과, 핸드피스(1)의 조작성, 즉 경도 측정기의 조작성을 향상할 수 있다.
<변형예 4>
제 13 도는 본 실시예 1의 변형예 4에 관한 경도 측정기의 전체 구성도이다.이 경도 측정기는 핸드 피스(1)의 대개 바닥이 있는 원통형상을 갖는 게이싱(2)의 선단개구부에 이 선단개구부를 닫는 반구형상의 접촉요소(접촉자)(5)를 구비한다. 접촉요소(5)의 케이싱(2)측의 표면상에 진동자(3), 검출소자(7)가 차례로 밀착하여 부착된다. 진동자(3)는 상기한 제 1 도에 나타내는 경도 측정기와 동일하게 양극으로 사용되는 제 1 전극(3A), 음극으로 사용되는 제 2 전극(3C) 및 제 1 전극(3A)과 제 2 전극(3C) 사이에 형성된 압전결정체(3B)로 형성된다. 검출소자(7)는 음극으로 사용되는 제 1 전극(7A), 양극으로 사용되는 제 2 전극(7C) 및 상기 제 1 전극(7A)과 제 2 전극(7C)과의 사이에 형성된 압전결정체(7B)로 형성된다. 이 진동자(3)의 제 1 전극(3A), 압전결정체(3B), 제 2 전극(3C), 검출소자(7)의 제 1 전극(7A), 압전결정체(7B) 및 제 2 전극(7C)의 각 충은 예를 들면 반도체 제조기술의 스퍼터링법 등의 막형성 기술을 이용하는 것에 의해 간단하고 쉽게 제작할 수 있고, 또한 미세패턴으로 제작할 수 있다. 진동자(3), 검출소자(7)의 적층순서는 반대여도 좋다. 또한, 진동자(3), 검출소자(7)는 각각 압전 세라믹재, 수정발진재 등의 압전재료를 박판 형상으로 잘라 이 압전재료를 접착제로 붙이는 것에 의해 간단하고 쉽게 제작할 수 있다.
이와 같이 구성되는 경도 측정기에 있어서는 거의 반구형상의 접촉요소(5)를 구비하고, 이 접촉요소(5)의 케이싱(2)측의 표면상에 직접 진동자(3), 검출소자(7)를 일체적으로 부착했기 때문에 기계전기진동계의 부분, 즉 피측정물(H)에 접촉하는 측정부분의 대폭적인 소형경량화를 실현할 수 있다. 진동자(3), 검출소자(7) 각각의 제작에 상기한 반도체 제조기술을 적용하면 측정부분은 상당히 소형으로 제작할 수 있으며, 예를 들면 생체조직 등의 미소한 피측정물(H)의 경도 측정을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 경도측정기에 있어서, 접촉요소(5)와 진동자(3)를 일체적으로 형성하고, 진동자(3)의 진동이 직접피측정물(H)에 전달되는 구성을 채용할 수 있다. 또한, 본 실시예에 관한 경도 측정기에 있어서, 자려발진회로(11)의 귀환 루프를 대신하여 페이즈 록 루프(PLL:Phase-lock loop)회로의 귀환 루프를 채용할 수 있다.
실시예 2
본 실시예 2는 주파수 편차회로를 이용한 경도 측정기에 있어서, 인체 등의 생체조직의 경도 측정을 실시하는 체내촉진용 경도 측정기에 대해서 설명한다.
<체내촉진용 경도 측정기의 시스템 구성>
제 14 도는 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도 측정기의 전체 구성도이다. 체내촉진용 경도 측정기는 프로브 본체(1) 및 이 프로브 본체(1)의 외부에 배치된 제어 유닛(10)을 구비한다.
상기 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)는 케이싱(2)을 구비한다. 케이싱(2)은 생체내(예를 들면 인체내부)에 삽입가능한 가늘고 긴 현상의 파이프로 형성된다, 케이싱(2)은 생체인 피측정물(H)에 접촉하는 측에 촉진부(2C), 중앙부분에 중간부(2D), 측정자가 잡는 부분에 잡는 부분(2E)을 갖고, 중간부(2D)에 대해서 촉진부(2C), 잡는 부분(2E)은 어느 것이나 약간 큰 외부직경치수로 형성된다. 케이싱(2)은 생체내에 삽입하기 때문에 고강성을 갖고 내식성 성능이 우수한 재료, 예를 들면 스테인레스강으로 형성된다.
상기 케이싱(2)의 촉진부(2C)내부에는 초음파 진동을 발생하는 진동자(3) 및 검출소자(진동검출소자)(7)가 설치된다. 진동자(3)는 상기한 실시예1에 관한 경도 측정기와 동일하게 예를 들면 압전 세라믹 진동자로 형성된다. 진동자(3)에는 생체내의 생체조직인 피측정물(H)에 접촉하여 이 피측정물(11)의 경도를 검출하는 접촉요소(촉진부재)(5)가 기계적으로 설치된다. 접촉요소(5)의 선단부는 케이싱(2)의 촉진부(2C)의 선단개구부에서 돌출하고, 이 촉진요소(5)의 최선단부는 반구형상으로 형성된다. 따라서 접촉요소(5)는 점접촉에서 면접촉까지의 넓은 범위로 피접촉물(H)에 접촉할 수 있다. 상기 검출소자(7)는 진동자(3)에 부착고정되고, 이 검출소자(7)는 진동자(3)의 진동을 검출한다. 검출소자(7)는 진동자(3)와 같은 형태로 예를들면 압전세라믹진동자로 형성된다. 검출소자(7)는 상기한 실시예 1에 관한 경도 측정기에서 설명한 바와 같이 진동자(3)와 일체적으로 형성한다. 또한, 검출소자(7)에는 진동자(3)와 별도의 부재로 형성되어 이 진동자(3)를 기계적으로 결합한 것을 사용할 수 있다. 상기 케이싱(2)의 촉진부(2C)내부에는 촉진부(2C)의 내벽과 진동자(3) 및 검출소자(7) 사이에 탄성부재(6)가 설치된다. 이 탄성부재(6)는 진동자(3), 검출소자(7) 및 접촉요소(5)를 포함하는 기계진동계를 유지하며, 또한 이 기계진동계의 진동의 케이싱(2)측으로의 전달을 흡수한다. 탄성부재(6)는 예를 들면 실리콘 고무로 형성된다. 또한, 탄성부재(6)는 우레탄수지, 불소고무, NBR(니트릴 고무) 중 어느 하나의 진동흡수재료로 형성할 수 있다.
상기 제어유닛(10)은 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13), 주파수 카운터 회로(15), 콘트롤러회로(16), 모니터(17) 및 파이버스코프유닛(18)을 구비한다. 상기 제어유닛(10)의 자려발진회로(11)는 증폭회로(12)를 구비한다. 증폭회로(12)는 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 케이싱 (2)을 잡는 부분(2E)내부에 설치된다. 증폭회로(12)의 입력단자는 검출소자(7)의 출력단자에 접속되고, 증폭회로(12)의 출력단자는 게인변화 보정회로(13)를 통하여 진동자(3)의 입력단자에 접속된다. 즉, 증폭회로(12)는 검출소자(7)에서 출력되는 진동정보를 증폭하고, 이 증폭된 진동정보를 진동자(3)에 귀환하는 귀환루프를 구성한다. 상기한 진동자(3), 검출소자(7) 및 접촉요소(5)를 포함하는 기계진동계는 자려발진회로(11)를 포함하는 전기진동계와 함께 기계전기진동계를 구성한다. 이 기계전기진동계는 자려발진회로(11)에 의해 진동자(3)를 공진상태로 진동시키고, 이 진동자(3)의 진동에 의해 접촉요소(5)를 진동시킨다. 그리고 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하면 피측정물(H)의 기계적 임피던스 또는 음향 임피던스에 의해 진동자(3)의 진동모드가 변화하고, 기계전기진동계의 주파수 특성이 변화하기 때문에 이 주파수 특성의 변화로부터 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다.
상기 게인변화 보정회로(13)는 증폭회로(12)와 진동자(3) 사이에 설치된다. 게인변화 보정회로(13)는 상기한 실시예 1에 관한 경도 측정기와 기본동작원리는 동일하고, 기계전기진동계의 주파수특성의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인상승기능을 구비한다. 물론 게인변화 보정회로(13)는 자려발진회로(11)의 입출력합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비한다.
상기 주파수 카운터 회로(15)의 입력단자는 게인변화 보정회로(13)의 출력단자에 접속된다. 주파수 카운터 회로(15)는 기계전기진동계의 주파수를 계측한다.
상기 컨트롤러 회로(16)의 입력단자는 주파수 카운터 회로(15)의 출력단자에 접속된다. 콘트롤러 회로(16)는 화상생성기능을 갖는다. 공진진동상태의 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉시키기 전 및 접촉시킨 상태의 각각의 기계전기진동계의 주파수의 변화가 상기 주파수 카운터 회로(15)에서 계측되면, 이 계측 데이타에 기초하여 콘트롤러 회로(16)는 기계전기진동계의 주파수의 변화를 검출한다. 그리고 이 콘트롤러 회로(16)에서 피측정물(H)의 기계적 특성인 경도정보가 구해진다.
상기 파이버스코프유닛(18), 모니터(17)는 각각 콘트롤러 회로(16)에 접속된다. 파이버스코프유닛(18)은 생체내의 경도를 측정하는 부분을 촬영하여 이 촬영에 의해 얻어진 화상 데이타(내시경상 또는 관찰상을 생성하는 화상 데이타)를 콘트롤러 회로(16)에 출력한다. 본 실시예 2에 관한 체내 촉진용 경도 측정기에 있어서 파이버스코프유닛(18)으로는 내시경장치가 사용된다. 모니터(17)에 있어서는 파이버스코프유닛(18)으로부터의 화상 데이타와 주파수 카운터 회로(15)로부터의 계측 데이타에 기초하여 얻어지는 피측정물(H)의 경도 정보가 콘트롤러 회로(16)에서 합성되고, 이 합성된 경도정보가 화상으로서 표시된다. 제 15 도는 상기 모니터(17)의 화상표시상태를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도 측정기에 있어서, 모니터(17)는 각각 분할된 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보 표시화면(17B)을 구비한다. 내시경상 표시화면(17A)에 있어서는파이버스코프유닛(18)으로 관찰되는 내시경상이 표시된다. 예를들면 상기 도면 제 15 도에 나타내는 바와 같이 내시경상 표시화면(17A)에 있어서는 피측정물(H)의 표면에 프로브본체(1)의 접촉요소(5)가 접촉하고 있는 상태가 표시된다. 또한, 경도정보 표시화면(17B)에 있어서는 피측정물(H)의 경도와 부드러움의 정도를 나타내는 도면이다. 제 16 도에 나타내는 바와 같이 모니터(17)에는 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보표시화면(17B)을 구비하고, 내시경상 표시화면(17A)의 특정 영역(예를 들면 왼쪽 아래 영역)내에 경도정보 표시화면(17B)이 겹쳐진다.
제 17 도는 상기한 기계전기진동계의 주파수특성 및 게인변화 보정회로(13)의 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도이다.
제 17 도 중 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 게인, 진동계 어드미턴스의 각각을 나타낸다. 특성곡선(MG)은 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하지 않는 상태에 있어서, 게인변화 보정회로(13)를 제외하는 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(주파수-어드미턴스특성곡선)이다. 특성곡선(13G)은 게인변화보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선이다. 본 실시예2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 게인변화 보정회로(13)는 상기한 실시예1에 관한 게인변화 보정회로(13)와 동일하게 예를 들면 밴드패스 필터회로가 사용되고, 게인변화 보정회로(13)의 특성곡선(136)은 기계전기진동계의 게인이 주파수의 변화에 대해서 변화하는 주파수대역으로 설정된다. 즉, 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G)의 게인극대값(13GP)을 나타내는 중심주파수(f2)는 기계전기진동계의 특성곡선(MG)의 게인극대값(어드미턴스극대값)(P1)을 나타내는 중심주파수(f1)보다도 낮은 주파수대역으로 실정된다. 따라서 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉한 상태에 있어서는 중심주파수(f1)보다도 낮은 주파수에서 중심주파수(f2)보다도 높은 주파수 범위에서 기계전기진동계는 공진상태가 된다.
프로브 본체(1)의 접촉요소(5)가 부드러운 생체조직인 연질 피측정물(H)에 어느 정도의 면적으로 접촉한 경우, 게인변화 보정회로(13)를 구비하고 있지 않은 종래의 경도 측정기에 있어서는 기계전기진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 주파수-게인특성곡선(MG4)으로 변화한다. 이 주파수-게인특성곡선(MG4)에 있어서는 피측정물(H)의 음향 임피던스가 낮기 때문에 게인극대값(P4)이 나타내는 공진주파수(f4)가 저하하고, 게인도 감소한다. 이와 같은 현상에 대해서는 하기 문헌에 기재되어 있다. 오마타 사다오 저, 의학용전자와 생체공학, 「연조직의 컴플라이언스특성 측정용 압전형 트랜스듀서의 시험제작」, 제 24 권 5호, 1986년 9월, 제 38 페이지-제 42 페이지.
본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서, 프로브본체(1)의 접촉요소(5)가 생체조직인 피측정물(H)에 접촉하지 않는 상태의 기계전기진동계가 주파수-게인특성곡선(MG5)을 갖는 것으로 한다. 주파수-게인특성곡선(MG5)은 게인극대값(P5)을 가지고, 이 게인극대값(P5)은 중심주파수(f5)를 나타낸다. 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 어느 정도의 면적으로 접촉시키면 주파수-게인특성곡선(MG5)은 주파수-게인특성곡선(MG6)으로 변화한다. 즉, 피측정물(H)의 음향임피던스가 낮기 때문에 중심주파수(f5)는 낮은 주파수대역측으로 시프트하여 공진주파수(f6)에서 안정된다. 또한, 기계전기진동계에 있어서, 게인변화 보정회로(13)의 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능에 의해 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G)을 따라 게인이 상승하고, 게인극대값(P5)이 얻어진다. 이 게인의 상승에 의해 경도측정애 충분한 검출전압이 얻어진다.
<체내촉진용 경도측정기의 사용방법>
다음에 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기의 사용방법에 대해서 인체의 흉강내의 폐장기를 피측정물(H)로 하여 이 피측정물(H)의 경도를 의학적 견지에서 측정하는 경우를 설명한다. 제 18 도는 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기의 시스템 구성도이다. 우선, 인체(환자)의 흉벽부(X)의 체표면에 설치된 내시경 삽입구멍을 통하여 파이버스코프유닛(18)이 흉강내에 삽입된다. 파이버스코프유닛(18)은 흉간내의 내시경 관찰상을 화상 데이타로서 콘트롤러회로(16)에 보내고, 이 콘트롤러회로(16)는 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)(제 15 도, 제 16 도 참조)에 내시경상을 표시한다. 이 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)을 관찰하는 것에 의해 측정자는 파이버스코프유닛(18)의 시야내에 있어서 내시경상의 관찰을 실시한다.
다음에, 인체의 흉강부(X) 체표면의 별도의 장소에 설치된 프로브 삽입 구멍에 프로브가이드(19)가 찔러지며, 이 프로브가이드(19)를 통하여 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)가 흉강내에 삽입된다. 그리고 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)을 관찰하면서, 측정자는 흉강내에 삽입된 프로브 본체(1)의 선단측에 설치된 접촉요소(5)를 목적으로 하는 체내의 피측정물(H), 즉 폐장기에 접촉시킨다. 내시경상 표시화면(17A)에는 목적으로 하는 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 상태의 내시경상을 관찰할 수 있다. 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉시킴과 동시에 기계전기진동계의 주파수의 변화에 의해 경도를 측정할 수 있고, 이 경도의 측정 결과는 경도정보로서 모니터(17)의 경도정보표시화면(17B)에 표시된다.
제 19 도는 상기 프로브 본체(1)의 조작방법을 설명하는 피측정물(H)부분의 생체조직 단면도, 제 20 도는 생체조직의 단면에 대응한 경도 정보를 나타내는 경도정보표시화면의 확대도이다. 제 19 도에 나타내는 바와 같이 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)는 피측정물(H)의 표면에 접촉시킨 상태에서 화살표 방향으로 슬라이드시키고, 체내촉진용 경도측정기는 이 슬라이드 조작을 실시한 영역에 있어서 피측정물(H)의 경도를 측정한다. 폐장기(피측정물(H))의 표면 또는 폐조직의 심부에 암조직 등의 종양부(Y)가 존재하는 경우, 정상적인 폐조직의 경도에 비해서 종양부(Y)의 조직은 통상 강하다. 따라서 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)가 정상적인 폐조직에서 종양부(Y)로 슬라이드한 시점에서 제 20 도에 나타낸 바와 같이 경도정보표시화면(17B)에 표시되는 피측정물(H)의 경도가 증가하고, 폐조직에 존재하는 종양부(Y)를 검출할 수 있으며, 또한 종양부(Y)의 위치를 특정할 수 있다.
또한, 본 실시예예 관한 체내촉진용 경도측정기는 폐장기의 경도측정 외에 간장기의 경도측정, 즉 간경변의 경도측정, 근육조직의 경도측정 등에 사용할 수있다. 즉 체내진단용 경도측정기는 체내의 생체조직중에서 사용하는 부위가 특정되는 것이 아니다. 또한 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기는 동식물의 생체조직의 경도측정에도 사용할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는, 상기 실시예 1에 관한 경도측정기와 동일하게 게인변화 보정회로(13)를 구비하고, 이 게인변화 보정회로(13)의 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능에 의해 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키고 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어지기 때문에, 피측정물(H)의 약간의 경도의 차이를 측정할 수 있고, 정확한 경도측정을 실시한다. 또, 재질은 다르지만 동일한 경도에서 동일한 공진주파수를 갖는 피측정물(H)의 경도측정에 있어서도, 즉, 위상차가 존재하면 게인변화 보정회로(13)의 페이즈 트랜스퍼 기능에 의해 자려발전회로(11)의 입출력합성위상차가 0이 되는 귀환발진의 안정점까지 주파수가 변화하고, 또 게인이 상승하기 때문에 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 또한, 연질, 경질의 경도를 불문하고, 여러가지의 경도를 갖는 피측정물의 경도 측정에 있어서도 주파수를 변화하고, 주파수의 변화량을 조장하고, 이 주파수의 변화량에 따라서 게인을 상승할 수 있기 때문에 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 따라서 연질 피측정물(H)에서 경질 피측정물(H)까지의 넓은 범위에 있어서 경도측정을 실현할 수 있다. 즉, 경도측정기에 있어서, 기계전기진동계의 실효공진주파수대역이 광대역화되고, 모든 경도의 피측정물(H)의 경도측정을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 저항소자, 용량소자 등을 단순하게 조합시킨 필터회로에서 게인변화 보정회로(13)를 간단하고 쉽게 실현할 수 있기 때문에 복잡한 회로구성을 구비할 필요가 없으며, 간단한 시스템 구성이고, 싼 가격으로 제작할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 체내에 삽입되는 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)와 체내의 생체조직(피측정물(H))과의 접촉에 의해 생체조직의 표면 또는 생체조직의 심부에 존재하는 종양부(Y)를 검출할 수 있고, 이 종양부(Y)의 존재위치를 특정할 수 있다. 따라서, 암, 종양, 간경변 등의 의학적 진단을 간단하고 쉽게 실현할 수 있고, 게다가 의사가 직접 손으로 만지는 촉진을 실시하지 않는 환자의 체내의 생체조직에 있어서도 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기는 의사의 촉진과 동일한 촉진을 실현할 수 있으며, 간단하고 쉽게 고정밀도로 의학적 진단이 실시된다. 진단 결과, 의학적 예방이 즉시 강구된다.
또한, 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 제어유닛(10)의 모니터(17)에 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보 표시화면(17B)을 구비했기 때문에, 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)와 체내의 생체조직(피측정물(H))과의 접촉상태를 내시경상 표시화면(17A)으로 표시되는 내시경상에 의해 확인하고, 또 생체조직의 경도측정작업(의학적 진단작업)이 실시된다. 따라서 체내의 생체조직의 경도측정부분을 착각하는 일이 없으며, 안정되고 효율좋게 경도측정이 실시된다.
<체내촉진용 경도측정기의 응용예>
상기한 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 체내의 생체조직에 한정되는 것이 아니라, 체외의 피부의 경도를 측정하는 체외진단용 경도측정기로서사용할 수 있다. 이 체외진단용 경도측정기는 예를 들면 전기메스, 레이저 치료기 또는 고주파 치료기에 의해 피부 등의 생체조직이 응고한 치료부위를 피측정물(H)로 하여, 이 피측정물(H)의 경도를 측정할 수 있다. 즉, 치료부위의 경도측정을 계속하여 실시하는 것에 의해 치료부위의 치료후의 피복상태를 용이하게 진단할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기, 체외진단용 경도측정기는 어느 것이나 상기한 실시예 1에 관한 경도측정기와 동일하게, 압전세라믹진동자를 대신하여, 진동자(3)에 적충형 압전세라믹진동자, 바이몰프 진동자, 수정발진자, PVDF로 형성된 진동자, 자왜소자, SAW 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 검출소자(7)에 대해서도 동일한 변형이 실시된다. 마찬가지로 게인변화 보정회로(13)에 대해서도 로우패스필터회로, 하이패스필터회로, 노치필터회로, 적분회로, 미분회로, 피킹증폭회로 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또, 게인변화 보정회로(13)에는 액티브 필터회로, 패시브 필터회로 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
<변형예 1>
본 실시예 2의 변형예 1에 관한 체내촉진용 경도측정기는 핸드피스(1)를 대신하여 프로브본체(1)가 사용되고, 이 프로브 본체(1)의 선단부분의 형상 및 접촉요소(5)의 형상을 대신한 것이다. 제 21 도는 체내촉진용 경도측정기의 프로브본체(1) 선단부분의 일부단면도이다. 체내촉진용 경도측정기의 접촉요소(5)는 생체조직에 찔러 넣기 가능한 접촉침으로 형성된다. 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)의 피측정물(H)측 선단에는 가는 관형상의 외부침(2F)이 형성된다. 외부침(2F)은 접촉요소(5)인 접촉침의 주위를 덮어 이 접촉침을 보호한다. 이 외부침(2F)의 피측정물(H)측의 최선단부분에는 찌르는 칼(2G)가 형성된다. 찌르는 칼(2G)은 외부침(2F)의 축심에 대해서 비스듬하게 예각적으로 외부침(2F)을 절개하고, 생체조직에 찌르기 가능한 형상으로 형성된다. 접촉요소(접촉침)(5)의 최선단부분만이 찌르는 칼(2G)의 외부로 돌출한다. 접촉요소(5)의 최선단부분 이외의 부분은 외부침(2F) 내부에 수납되어 있고, 접촉요소(5)의 최선단부분만이 생체조직인 피측정물(H)에 접촉할 수 있다.
상기 외부침(2F)의 내부중앙부분에는 유지부재(6A)가 설치된다. 유지부재(6A)는 접촉요소(5)를 외부침(2F)의 축심위치에 위치결정하며, 또한 접촉요소(5)와 외부침(2F)과의 접촉을 방지한다. 또한, 유지부재(6A)는 외부침(2F)의 관내부를 막고, 외부로부터의 이물이 프로브 본체(1)내부에 침입하는 것을 방지한다. 또한 유지부재(6A)는 진동자(3), 검출소자(7)의 각각과 케이싱(2)과의 사이에 설치되는 유지부재(6)와 동일하게 기계진동계의 공진주파수의 마디가 되는 위치에 배치되어, 외부침(2F) 등, 케이싱(2)에 진동이 전달되는 일이 없이, 접촉요소(5)만을 진동할 수 있다. 또한, 체내 촉진용 경도 측정기에 있어서, 접촉요소(5), 외부침(2F), 찌르는 칼(2G) 및 유지부재(6A) 이외의 구성은 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 구성과 동일하다.
다음에, 상기한 체내촉진용 경도측정기의 사용방법에 대해서 설명한다. 제 22 도는 촉진작업순서를 각 순서마다 나타내는 프로브 본체(1) 및 피측정물(H)(생체조직)의 주요부 단면도이다. 체내촉진용 경도측정기는 촉진순서(A)-(C)에 따라프로브 본체(1)의 외부침(2F)을 피측정물(H)인 생체조직의 표면에서 생체조직내부로 찌르는 것에 의해 생체조직의 경도측정을 실시한다. 외부침(2F)의 최선단부분에는 찌르는 칼(2G)이 형성되어 있어, 생체조직으로의 찌름이 부드럽게 행해진다. 본 실시예 2의 변형예 1에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 외부침(2F)의 내부에 수납되고, 찌르는 칼(2G)에서 돌출하는 접촉요소(접촉침)(5)에 접촉하는 부분의 생체조직의 경도를 측정할 수 있다. 촉진순서(C)의 단계는 생체조직의 심부에 존재하는 종양부(Y)에 접촉요소(5)가 접촉한 상태를 나타낸다. 상기한 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서 설명한 바와 같이 접촉요소(5)가 접촉하는 생체조직의 경도가 변화하면 기계전기진동계의 주파수가 변화한다. 게인변화 보정회로(13)는 이 기계전기진동계의 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키고, 생체조직의 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 생체조직의 경도는 최종적으로는 모니터(17)의 경도정보표시화면(17B)에 그래프화면으로서 표시된다.
제 23 도는 상기 모니터(17)의 경도정보표시화면(17B)에 표시되는 그래프화면을 나타내는 도면이다. 종축은 피측정물(생체조직)(H)의 경도를 나타내고, 횡축은 피측정물(H)의 표면에서부터의 깊이를 나타낸다. 외부침(2F)의 찌르는 칼(2G)을 피측정물(H)애 찌르는 초기 촉진순서(A)의 단계에 있어서는 생체조직의 표면이 외부침(2F)에 의해 눌려 생체조직의 표면이 잡아당겨져 생체조직의 표면이 단단해지고, 이 표면이 단단해진 부분에 접촉요소(5)가 접촉하기 때문에 경도가 단단해진 상태가 측정된다. 외부침(2F)을 피측정물(H)에 찌르고 있는 동안인 촉진순서(B)의 단계에 있어서는 생체조직의 내부조직에 접촉요소(5)가 접촉하면서 접촉요소(5)가생체조직의 내부에 찔러지기 때문에 경도가 부드러운 일정상태가 측정된다. 접촉요소(5)가 종양부(Y)에 접촉하고 또 종양부(Y)의 내부에 찌르는 촉진순서(C)의 단계에 있어서는 상기한 촉진순서(A)의 단계와 동일하게 우선 정상적인 생체조직과 종양부(Y)와의 경계부분에서 외부침(2F)의 찌르는 칼(2G)이 종양부(Y)의 조직표면을 잡아당기거나, 종양부(Y)의 조직표면이 단단해진 덕분에 접촉요소(5)가 접촉하기 때문에 경도가 단단해진 상태가 측정된다. 그리고 종양부(Y)의 조직내부에 접촉요소(5)가 찔러지며, 종양부(Y)의 경도가 일정한 상태가 측정된다. 상기한 바와 같이 종양부(Y)의 경도는 정상적인 생체조직의 경도에 비해서 약간 단단하고, 이 경도의 차이를 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에 의해 확실하게 측정할 수 있다.
프로브 본체(1)의 외부침(2F)과 피측정물(H)인 생체조직과의 접촉상태, 예를 들면 상기한 바와 같이 외부침(2F)이 폐장기 표면의 생체조직에 찔러지는 상태는 바이버스코프유닛(18)에 의해 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)에 내시경상으로서 관찰된다(제 14 도, 제 15 도 및 제 18 도 참조). 따라서 폐장기 표면의 외부침(2F)의 찌르는 위치가 내시경상 표시화면(17A)에서 관찰되고, 이 관찰하에 있어서 경도정보표시화면(17B)에 폐장기의 깊이방향의 경도를 측정할 수 있기 때문에 종양부(Y)의 존재를 확실하게 검출할 수 있으며, 또한 이 종양부(Y)의 표면상의 위치, 표면으로부터의 깊이를 어느 것이나 특정할 수 있다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 프로브본체(1)의 접촉요소(5)를 접촉침으로 형성하고, 이 접촉침의 주위를 덮고, 또 최선단부에 찌르는 칼(2G)을 갖는 외부침(2F)을 구비했기 때문에 접촉요소(5)를 생체조직의 심부조직에 찌를 수 있고, 생체조직의 심부 조직의 경도정보를 직접 얻을 수 있다. 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 바와 같이 약간의 경도의 차이로도 생체조직의 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다. 그리고 접촉요소(5)에 의해 직접생체조직의 심부조직 경도를 측정하는 것에 의해 높은 정밀도로 생체조직의 병변부분을 검출할 수 있다. 따라서 고정밀도의 의학적 진단을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 모니터(17)에 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보 표시화면(17B)을 구비했기 때문에 생체조직에 외부침(2F)을 통하여 접촉요소(5)를 접촉시키는 실제의 위치를 내시경상 표시화면(17A)으로 표시되는 내시경상으로 확인하면서 생체조직의 경도, 특히 생체조직의 심부조직의 경도를 측정할 수 있다. 따라서 생체조직의 측정위치를 착각하는 일이 없이 안전하게 촉진작업이 실시되며, 효율좋게 촉진작업이 실시된다.
본 실시예의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 폐장기의 생체조직의 경도측정, 또한 상기한 바와 같이 간장기의 생체조직의 경도측정에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 갑상선의 생체조직의 경도측정(의학적 진단)에도 사용할 수 있다. 갑상선의 생체조직의 경도측정을 실시하는 경우는 피부표면에서 갑상선을 향하여 외부침(2F)을 찌르고, 갑상선의 생체조직을 접촉요소(5)에 접촉시킨다. 이 갑상선의 생체조직에 접촉요소(5)가 접촉하는 것에 의해 모니터(17)의 경도정보 표시화면(17B)에 갑상선의 경도정보가 표시된다. 또한, 갑상선의 생체조직의 경도측정에 있어서는 파이버스코프유닛(18)은 필요로 하지 않는다.
<변형예 2>
본 실시예 2의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 변형예 1에 관한 체내촉진 경도측정기의 프로브 본체(1)를 연성프로브본체(1)로 대신한 것이다. 제 24 도는 본 실시예(2)의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 전체 구성도이다. 체내촉진용 경도측정기는 인체의 체강내에 삽입가능한 연성 프로브 본체(1)를 구비한다. 연성프로브본체(1)의 촉진부(2C)는 체강내에 삽입할 수 있고, 만곡가능한 플렉시블성을 갖는 연성 튜브로 형성된다. 이 연성 튜브에는 예를 들면 불소 수지튜브가 사용된다. 또한 연성 튜브로는 폴리염화비닐튜브, 폴리우레탄튜브, 코일시스튜브 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
연질 프로브 본체(1)는 기본적으로는 상기한 촉진부(2C) 및 파지부(2E)를 구비하고, 파지부(2E)의 내부에는 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기와 동일하게 자려발진회로(11)의 증폭회로(12)가 내장된다. 제 25 도는 상기 연성 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)의 확대단면도이다. 연성 튜브로 형성된 촉진부(2C)는 선단측(피측정물(H)측)의 축심부분에 초음파진동을 실시하는 진동자(3)가 설치된다. 촉진부(2C)의 최선단측에는 피측정물(H)에 접촉하는 접촉요소(5)가 설치된다. 접촉요소(5)는 반구형상으로 형성되고, 촉진부(2C)의 최선단부분보다도 피측정물(H)측으로 돌출한다. 접촉요소(5)에는 진동자(3)가 연이어 접하게 되며, 진동자(3)로부터의 초음파진동이 접촉요소(5)에 전달된다.
상기 진동자(3)는 검출소자(7)에 접속되고, 이 검출소자(7)는 진동자(3)의 진동을 검출한다. 검출소자(7)는 연성 프로브 본체(1)의 파지부(2E)의 내부에 설치된 자려발진회로(11)의 증폭회로(12)에 접속된다.
상기 연성 프로브에서 형성된 촉진부(2C)에 있어서는 진동자(3), 검출소자(7) 및 접촉요소(5)를 포함하는 기계진동계를 지지하는 유지부재(6)가 설치된다. 유지부재(6)는 상기한 실시예2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 지지부재와 동일하게, 기계진동계를 촉진부(2C)의 축심부에 지지하며, 또 기계진동계의 진동의 촉진부(2C)로의 전달을 방지한다. 여기서 설명하는 체내촉진용 경도측정기에 있어서, 유지부재(6)는 단면에 원형형상을 갖는 링형상의 지지부재를 사용하고, 진동자(3)와 유지부재(6) 사이의 접촉면적, 유지부재(6)와 촉진부(2C) 내벽 사이의 접촉면적이 어느 것이나 작아지는 설정이 실시되고 있다. 즉, 촉진부(2C)에 대해서 진동자(3)가 유연한 상태로 지지되며, 촉진부(2C)가 만곡하게 사용되어도 과도하게 진동자(3)가 압박되지 않기 때문에 진동자(3)의 진동이 외부로부터 영향을 받지 않는다. 유지부재(6)는 예를 들면 실리콘 고무, NBR 등의 고무재료, 폴리우레탄수지, 불소수지 등의 수지재료로 형성된다.
제 26 도는 상기 연성 프로브 본체(1)가 설치된 파이버스코프유닛(18)과의 이 파이버스코프유닛(18)이 삽입된 생체조직의 단면을 나타내는 도면이다. 상기 체내촉진용 경도측정기의 연성 튜브로 형성된 촉진부(2C)는 파이버스코프유닛(18)의 처리부재 안내채널(18A)에 삽입되며, 이 처리부재 안내채널(18A)을 통하여 촉진부(2C)는 체강내에 유도된다. 파이버스코프유닛(18)에는 소화관용 비디오스코프, 소화관용 파이버스코프 등의 연성구조를 갖는 파이버스코프유닛이 사용된다. 상기 파이버스코프유닛(18)은 체강내에 삽입가능한 삽입부(18B)를 구비한다. 이 삽입부(18B)의 체강내 삽입측의 선단에는 플렉시블성 관부(18C)를 개재하여 선단부(18D)가 연결된다. 플렉시블성 관부(18C)는 삽입부(18B)와 선단부(18D) 사이를 연결하며 또한 삽입부(18B)에 대해서 선단부(18D)를 자유롭게 만곡변형할 수 있다. 선단부(18D)의 최선단면에는 상기한 처리부재 안내채널(18A)과 함께 조명광을 유도하는 라이트 가이드의 조명용 창(18E), 관찰광학계에 연결된 관찰창(18F)이 각각 설치된다. 상기 연성 프로브 본체(1)의 연성 튜브로 형성된 촉진부(2C)는 연성구조를 갖는 파이버스코프유닛(18)의 처리부재 안내채널(18A)에 삽입할 수 있는 외부직경 사이즈로 형성된다.
또한, 체내촉진용 경도측정기에 있어서, 상기 연성 프로브 본체(1) 및 연성구조를 갖는 파이버스코프유닛(18)이외의 구성은 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 구성과 동일하다.
다음에 상기 체내촉진용 경도측정기에 대해서 설명한다. 체내촉진용 경도측정기는 예를 들면 식도정맥류환자의 식도를 피측정물(H)로 하여 그 식도내벽의 생체조직표면의 경도측정을 실시한다. 우선 상기 제 26 도에 나타내는 바와 같이 환자의 식도내에 연성의 파이버스코프유닛(18)의 삽입부(18B)를 입으로 삽입하고, 파이버스코프유닛(18)에 의해 모니터(11)의 내시경상 표시화면(17A)에 표시되는 내시경상에 기초하여 식도내벽을 관찰한다. 식도내벽의 관찰에 의해 식도내벽에 정맥류(Z)가 발견되면, 파이버스코프유닛(18)의 삽입부(18B)의 처리부재 안내채널(18A)에 연성 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)를 삽입한다. 연성 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)의 선단부분은 처리부재 안내채널(18A)의 만곡변형조작에 의해 선단부(18D)의 방향을 자유롭게 바꿀 수 있고, 선단부(18D)는 내시경상을 관찰하고 싶은 방향으로, 또한 접촉요소(5)를 접촉시키고 싶은 방향으로 자유롭게 방향을 바꿀 수 있다.
상기 접촉요소(5)가 정맥류(Z)에 접촉하면 상기 제 24 도에 나타내는 주파수 카운터 회로(15)에서 기계전기진동계의 주파수가 계측된다. 이 주파수 카운터 회로(15)의 계측 데이타에 기초하여 정맥류(Z)에 접촉요소(5)를 접촉시킨 상태에 있어서의 기계전기진동계의 주파수의 변화를 컨트롤러 회로(16)에 의해 검출하고, 정맥류(2)의 경도정보를 얻는다. 또한 파이버스코프유닛(18)에서 보내지는 식도내벽의 내시경상의 화상 데이타와 주파수 카운터 회로(15)에서 보내지는 계측데이타에 기초하여 얻어지는 정맥류(Z)의 경도경보가 컨트롤러회로(16)에서 합성되고, 모니터(17)에 내시경상, 경도정보가 각각 표시된다. 상기한 체내촉진용 경도측정기의 모니터(17)(제 15 도 제 16 도 참조)와 동일하게 모니터(17)에는 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보표시화면(17B)을 구비하고, 내시경상 표시화면(17A)에는 정맥류(Z)를 포함하는 내시경상이 표시되며, 경도정보표시화면(17B)에는 정맥류(Z)의 경도정보가 표시된다.
본 실시예 2의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 식도에만 한정되는 것이 아니며, 전립선의 생체조직의 경도측정에도 사용할 수 있다. 즉 연성 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)를 요도를 통하여 전립선(피측정물(H)에 접촉하며, 접촉효소(5)를 전립선에 접촉시킨 상태로 기계전기진동계의 주파수의 변화를 주파수 카운터 회로(15)로 계측하는 것에 의해 전립선의 생체조직의 경도측정이 실시된다. 경도측정결과는 모니터(17)의 경도정보 표시화면(17B)에 표시된다. 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)에는 전립선의 내시경상이 표시된다.
또한, 체내촉진용 경도측정기는 방광의 생체조직의 경도측정에도 사용할 수 있다. 즉, 연성 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)를 요도를 통하여 방광(피측정물(H))의 내부까지 삽입되고, 접촉요소(5)를 방광의 내벽에 접촉시킨 상태로 기계전기진동계의 주파수의 변화를 주파수 카운터 회로(15)로 계측하는 것에 의해 방광의 생체조직의 경도측정이 실시된다. 경도측정 결과는 모니터(17)의 경도정보 표시화면(17B)에 표시된다. 모니터(17)의 내시경상 표시화면(17A)에는 방광내벽의 내시경상이 표시된다. 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에 의해 전립선, 방광 각각의 생체조직의 경도측정을 실시하는 것에 의해 전립선 비대중의 진행도에 따라 의학적 진단이 실시된다. 본 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기는 인체의 폐장기, 간장기, 식도, 전립선, 방광 중 어느 하나에 한정되는 것이 아니라, 인체의 모든 생체조직의 경도측정이 실시되고, 의학적 진단이 실시되며, 또 이 의학적 진단에 기초하여 적절한 치료, 예방이 실시된다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 연성 프로브 본체(1)를 구비하고, 이 연성 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)가 만곡변형을 자유롭게 실시하는 연성 튜브로 형성되기 때문에 연성구조를 갖는 파이버스코프유닛(18) 삽입부(18B)의 처리부재 안내채널(18A)을 통하여 체강내에 접촉요소(5)를 삽입할 수 있다. 파이버스코프유닛(18)은 삽입부(18B)의 선단측에 플렉시블성 관부(18C)를 구비하고, 이 플렉시블성 관부(18C)는 선단부(18D)를 자유롭게 만곡변형할 수 있기때문에 이 선단부(18D)의 만곡변형에 따라 접촉요소(5)는 체강내를 자유롭게 회전하며 움직인다. 즉, 파이버스코프유닛(18) 선단부(18D)의 선단단면에 설치된 조명창(18E) 및 관찰창(18F)을 자유롭게 병변부분으로 향할 수 있으며, 또한 접촉요소(5)를 병변부분에 확실하게 접촉시켜 병변부분의 경도를 측정할 수 있다. 따라서 체내촉진용 경도측정기를 사용하는 것에 의해 체강내의 생체조직의 진단이 정밀도 좋고 간단하고 쉽게 실시된다.
또한, 체내촉진용 경도측정기는 체강내에 삽입할 수 있는 연성 프로브 본체(1)를 구비하여, 환자에게 고통을 수반하는 개복수술을 실시하지 않고, 환자의 체강내의 생체조직의 경도를 측정(의학적 진단)할 수 있다.
또한, 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 모니터(17)에 2개의 내시경상 표시화면(17A) 및 경도정보 표시화면(17B)을 구비했기 때문에 체강내의 생체조직(병변부분)에 접촉요소(5)를 접촉시키는 실제의 위치를 내시경상 표시화면(17A)으로 표시되는 내시경상으로 확인하면서 생체조직의 경도를 측정할 수 있다. 따라서 생체조직의 측정위치를 틀리는 일이 없이 안정하게 촉진작업을 실시하며, 또한 효율 좋게 촉진작업을 실시한다.
<변형예 3>
본 실시예 2의 변형예 3에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 제어유닛(10)의 구성을 일부 변경한 것이다. 제 27 도는 본 실시예 2의 변형예 3의 체내촉진용 경도측정기의 전체구성도이다. 체내촉진용 경도측정기는 주파수 카운터 회로(15)를 대신하여 진폭전압측정회로(20)를 구비한다. 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하면, 피측정물(H)의 음향 임피던스에 의해 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하기 전의 기계전기 진동계의 공진주파수, 공진진폭전압이 모두 변화한다. 진폭전압 측정회로(20)는 이 기계전기 진동계의 공진진폭전압을 계측한다.
상기한 제 17 도(주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도)에 있어서, 주파수-게인 특성곡선(13G)으로 나타내는 게인변화 보정회로(13)의 중심주파수(f2)가 주파수-게인특성곡선(MG)으로 나타내는 기계전기진동계의 중심주파수(f1)에 대해서 낮은 주파수대역으로 설정되어 있기 때문에 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하면 기계전기 진동계의 주파수가 변화하고, 이 주파수의 변화에 대해서 게인이 상승하며, 또한 진폭전압이 상승한다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에서 얻어지는 작용효과와 동일한 작용효과가 얻어진다. 또한 상기한 실시예 2의 변형예 1, 변형예 2의 각각에 관한 체내촉진용 경도측정기의 주파수 카운터 회로(15)를 진폭진압측정회로(20)로 대신할 수 있다.
<변형예 4>
본 실시예 2의 변형예 4에 관한 체내촉진용 경도측정기는 게인변화 보정회로(13)를 밴드패스필터회로에서 로우패스필터회로로 바꾼 것이다. 제 28 도는 본 실시예 2의 변형예 4에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서 기계전기 진동계의 주파수특성 및 게인변화 보정회로(13)의 주파수 특성을 나타내는주파수-게인-어드미턴스 특성곡선이다. 횡축은 주파수를 나타내고 종축은 게인, 진동계 어드미턴스의 각각을 나타낸다. 상기한 제 17 도에 나타내는 주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도와 동일하게 특성곡선(MG)은 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하지 않은 상태에서 게인변화 보정회로(13)를 제외한 기계전기 진동계의 주파수-게인특성곡선(주파수-어드미턴스특성곡선)이다. 특성곡선(13G1)은 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선이다. 본 실시예 2의 변형예 4에 관한 체내촉진용 경도측정기의 게인변화 보정회로(13)는 로우패스필터회로가 사용되고, 게인변화 보정회로(13)의 특성곡선(13G1)은 기계전기 진동계의 게인이 주파수의 변화에 대해서 변화하는 주파수대역으로 설정된다. 즉 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G1)의 게인극대값(13GP)을 나타내는 중심주파수(f2)는 기계진기 진동계의 특성곡선(MG)의 게인극대값(P1)을 나타내는 중심주파수(f1)보다도 낮은 주파수대역으로 설정된다. 따라서 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉한 상태에 있어서는 중심주파수(f1)보다도 낮은 주파수에서 중심주파수(f2)보다도 높은 주파수의 범위로 기계전기진동계는 공진상태가 된다. 프로브 본체(1)(상기한 제 14 도 참조)의 접촉요소(5)가 생체조직인 피측정물(H)에 접촉한 경우 종래 기술에 관한 경도측정기에 있어서는 기계전기 진동계의 주파수-게인특성곡선(MG)은 주파수-게인특성곡선(MG4)으로 변화한다. 이 주파수-게인특성곡선(MG4)에 있어서는 피측정물(H)이 음향 임피던스가 낮기 때문에 게인극대값(P4)이 나타내는 공진주파수(f4)로 변화한다.
본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)가 생체조직인 피측정물(H)에 접촉하지 않는 상태의 기계전기 진동계가 주파수-게인특성곡선(MG5)을 갖는 것으로 한다. 주파수-게인 특성곡선(MG5)은 게인극대값(P5)를 가지고, 이 게인극대값(P5)은 중심주파수(f5)를 나타낸다. 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시키면 주파수-게인특성곡선(MG5)은 주파수-게인 특성곡선(MG6)으로 변화한다. 즉, 피측정물(H)의 음향 임피던스가 낮기 때문에 중심주파수(f5)는 공진주파수(f6)로 변화하고, 게인변화 보정회로(13)에 의해 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G1)을 따라 게인이 상승하고, 게인극대값(P5)이 얻어진다. 이 게인 상승에 의해 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기와 동일한 작용효과가 얻어진다.
<변형예 5>
본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도측정기는 게인변화 보정회로(13)를 하이패스필터회로로 바꾼 것이다. 제 29 도는 본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도 측정기에 있어서 기계전기진동계의 주파수 특성 및 게인변화 보정회로(13)의 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-어드미턴스 특성곡선도이다. 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 게인, 진동계 어드미턴스의 각각을 나타낸다. 특성곡선(MG)은 접촉요소(5)가 피측정물(H)에 접촉하지 않은 상태에 있어서, 게인변화 보정회로(13)를 제외한 기계전기 진동계의 주파수-게인특성곡선이다.특성곡선(13G2)은 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선이다. 본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도 측정기의 게인변화 보정회로(13)에는 하이패스필터회로가 사용된다. 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G2)의 기울기는 밴드패스필터회로 또는 로우패스필터회로가 사용되는 경우에 대해서 반대의 기울기가 된다. 즉, 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G2)의 게인극대값(13GP)을 나타내는 중심주파수(f2)는 기계전기진동계의 특성곡선(MG)의 게인극대값(P1)을 나타내는 중심주파수(f1)보다도 높은 주파수대역으로 설정된다. 따라서 접촉요소(5)를 피측정물(H)에 접촉한 상태에 있어서는 중심주파수(f1)보다도 높은 주파수에서 중심주파수(f2)보다도 낮은 주파수의 범위에서 기계전기 진동계는 공진상태가 된다.
본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도측정기는 특히 경질 피측정물(H)의 경도측정에 적합하다. 예를 들면 인체의 뼈, 이, 손톱 등의 비교적 단단한 생체조직의 경도측정이 실시된다. 프로브 본체(1)(상기한 제 14 도 참조)의 접촉요소(5)가 경질 피측정물(H)에 접촉한 경우 종래 기술에 관한 경도측정기에 있어서는 기계전기 진동계의 주파수-게인 특성곡선(MG)은 주파수-게인특성곡선(MG4)으로 변화한다. 이 주파수-게인특성곡선(MG4)에 있어서는 피측정물(H)의 음향 임피던스가 높기 때문에 게인극대값(P4)이 나타내는 공진주파수(f4)가 높은 주파수대역측으로 시프트한다.
본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)가 경질 피측정물(H)에 접촉하지 않는 상태의 기계전기진동계가 주파수-게인특성곡선(MG5)을 갖는 것으로 한다. 주파수-게인특성곡선(MG5)은 게인극대값(P5)을 가지고, 이 게인극대값(P5)은 중심주파수(f5)를 나타낸다. 경질의 피측정물(H)에 접촉요소(5)를 접촉시키면 주파수-게인특성곡선(MG5)은 주파수-게인특성곡선(MG6)으로 변화한다. 즉, 피측정물(H)의 음향 임피던스가 높기 때문에 중심주파수(f5)는 공진주파수(f6)로 변화하고, 게인변화 보정회로(13)에 의해 게인변화 보정회로(13)의 주파수-게인특성곡선(13G2)을 따라 게인이 상승하고, 게인극대값(P6)이 얻어진다. 이 게인상승에 의해 경도측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 상기 한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기와 동일한 작용효과가 얻어진다.
또한, 상기 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 환자의 체내의 단단한 생체조직의 약간의 경도 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면 무릎관절에 파이버스코프유닛(예를 들면 무릎관절경)(18)을 삽입한 상태로, 무릎관절부근의 뼈에 프로브 본체(1)의 접촉요소(5)를 접촉시키는 것에 의해 관절부근의 뼈표면을 덮는 골막의 경도를 측정할 수 있다. 이 경도측정결과에 기초하여 무릎관절의 의학적 진단이 실시된다.
즉, 본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도 측정기에 있어서는 뼈는 물론이고, 연골, 골막 등의 비교적 단단한 생체조직의 경도측정이 고정밀도로,간단하고 쉽게 실시된다.
또한 상기 체외진단용 경도측정기에 있어서는 치아의 단단함 측정이 실시된다. 치아의 경도측정에는 치아의 상아질의 측정 및 에나멜질의 경도측정이 있다. 이 치아의 상아질의 경도측정, 에나멜질의 경도측정을 실시한 결과, 치아의 경도가 연질인 경우에는 충치가 되기 쉽다. 이 치아의 경도측정의 결과에 기초하여 연질의 이라고 진단이 실시된 경우에는 표면에 불소수지가 도포되며, 충치를 예방할 수 있다.
<변형예 6>
본 실시예 2의 변형예 6에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 실시예 2에 관한 제 14 도에 나타내는 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 구성을 일부 대체한 것이다. 제 30 도는 본 실시예 2의 변형예 6에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 주요부 확대단면도이다. 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)는 적층형 압전세라믹 진동자로 형성된 진동자 및 막형상의 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비한다. 이 진동자(3) 및 검출소자(7)는 기계전기진동계를 구성한다. 상기 진동자(3)를 형성하는 적층형 압전세라믹 진동자는 케이싱(2)의 축심방향을 따라 복수장 적층하여 구성된다. 이 진동자(3)는 접촉요소(5)에 기계적으로 연결된다. 적층형 압전 세라믹 진동자는 소형이지만, 입력전압에 대해서 큰 진폭이 얻어진다.
상기 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)는 진동자(적층형 압전세라믹 진동자)(3)의 외주면에 부착된다. 이 검출소자(7)는 막형상으로 형성되기 때문에 경량이며 프로브 본체(1)의 케이싱(2)내에 있어서 수납을 위한 공간을 거의 필요로 하지 않는다. 또한, 검출소자(7)에는 바이몰프진동자를 대신하여 동일한 막형상의 PVDF필름으로 형성된 진동자를 사용할 수 있다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 적층형 압전세라믹 진동자로 형성된 진동자(3) 및 막형상의 바이몰프 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비하기 때문에 상기한 실시예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에서 얻어지는 작용효과에 더하여, 진동자(3)는 충분한 진폭이 얻어지기 때문에 소형경량화할 수 있으며, 검출소자(7)는 막형상으로 형성되기 때문에 동일하게 소형경량화할 수 있다. 따라서 프로브 본체(1) 내부의 구성소자를 소형경량화할 수 있고, 프로브 본체(1) 자체의 소형경량화를 실현할 수 있다. 이 결과 프로브 본체(1)의 조작성, 즉 체내촉진용 경도측정기의 조작성을 향상할 수 있다.
<변형예 7>
본 실시예 2의 변형예 7에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 실시예 2에 관한 제 14 도에 나타내는 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 구성을 일부 대체한 것이다. 제 31 도는 본 실시예 2의 변형예 7에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 주요부 확대단면도이다. 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3), 마찬가지로 적층형 압전세라믹 진동자로 형성된 검출소자(7) 및 절연체(3D)를 구비한다. 이 진동자(3) 및 검출소자(7)는 기계전기진동계를 구성한다. 상기 진동자(3)를 형성하는 적층형 안전 세라믹 진동자는 프로브 본체(1)의 축심방향을 따라 복수장의 압전 세라믹을 적층하여 구성된다. 적층형 압전 세라믹 진동자는 상기 한 바와 같이 소형이지만, 입력전압에 대해서 큰 진폭이 얻어진다.
상기 검출소자(7)를 형성하는 적층형 압전 세라믹 진동자는 진동자(3)와 동일하게 프로브 본체(1)의 축심방향을 따라 복수장의 압전 세라믹을 적층하여 구성된다. 이 검출소자(7)는 진동자(3)의 주위에 접착고정된다.
상기 절연체(3D)는 진동자(3)와 검출소자(7) 사이에 형성되며, 진동자(3)의 적층형 압전 세라믹 진동자, 절연체(3D) 및 검출소자(7)의 적층형 압전 세라믹 진동자는 일체적으로 만들어진다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 진동자(3)는 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성된 검출소자(7)를 구비하기 때문에 진동자(3)는 충분한 진동진폭이 얻어지므로 소형경량화할 수 있으며, 검출소자(7)도 마찬가지로 소형경량화할 수 있다. 따라서, 프로브 본체(1)내부의 구성소자를 소형경량화할 수 있으며, 프로브 본체(1) 자체의 소형경량화를 실현할 수 있다. 이 결과, 프로브 본체(1)의 조작성, 즉 체내촉진용 경도측정기의 조작성을 향상할 수 있다.
<변형예 8>
본 실시예 2의 변형예8에 관한 체내촉진용 경도측정기는 상기한 제 24 도-제 26 도에 나타내는 실시예 2의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 연성 프로브 본체(1)의 구성을 일부 대체한 것이다. 제 32 도는 본 실시예 2의 변형예 8에 관한 체내촉진용 경도측정기의 연성 프로브 본체(1)의 주요부 확대단면도이다. 체내촉진용 경도측정기의 연성 프로브 본체(1)는 상기 한 바와 같이 연성 튜브로 형성되고, 이 연성 프로브 본체(1)의 피측정물(H)에 접촉하는 측의 선단개구부에는 지지부재(2H)가 끼워넣는 상태로 부착된다. 지지부재(2H)는 대개 바닥이 있는 원통형상으로 형성되고, 예를 들면 도전성을 갖는 금속재료로 형성된다. 지지부재(2H)의 접촉요소(5)측의 표면에는 진동자(3)가 부착되고, 지지부재(2H)의 촉진부(2C)측(촉진부(2C)의 내부)의 이면에는 검출소자(7)가 부착된다. 진동자(3), 검출소자(7)는 예를 들면 어느 것이나 판형상의 압전 세라믹 진동자로 형성된다. 제 32 도에는 구성을 상세하게 나타내고 있지 않지만, 진동자(3)는 전극(양극), 압전결정체 및 전극(음극)의 적층구조로 형성된다. 마찬가지로 검출소자(7)는 전극(음극), 압전결정체 및 전극(양극)의 적층구조로 형성된다.
상기 진동자(3)에는 접촉요소(5)가 기계적으로 연결되며, 진동자(3)의 진동이 접촉요소(5)에 전달된다. 접촉요소(5)는 대개 반구형상으로 형성되며, 지지부재(2H)의 표면상에 부착된다. 이 접촉요소(5)는 피측정물(H)인 생체조직과 진동자(3) 및 지지부재(2H) 사이를 분리하는 분리영역으로서의 기능을 구비한다. 또한, 지지부재(2H)에는 진동자(3)의 입력단자(양극으로서의 전극)와 게인변화 보정회로(13)의 출력단자 사이를 전기적으로 접속하는 배선케이블 관통구멍(2I)이 확보된다. 지지부재(2H)는 공통기준전원판으로서도 사용되고, 진동자(3)의 음극으로서의 전극, 검출소자(7)의 음극으로서의 전극이 각각 전기적으로 접속된다. 검출소자(7)의 출력단자(양극으로서의 전극)는 자려발진회로(11)의 증폭회로(12)에 전기적으로 접속된다.
이와 갈이 구성되는 체내촉진용 경도측정기는 상기한 실시예 2의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기에서 얻어지는 작용효과와 동일한 작용효과가 얻어진다. 또한, 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 연성 프로브 본체(1)의 촉진부(2C)의 선단개구부에 지지부재(2H)를 부착하고, 이 지지부재(2H)의 표면에 진동자(3), 이면에 검출소자(7)가 각각 부착되기 때문에 기계진동계가 소형경량화할 수 있다. 또한 진동자(3) 및 검출소자(7)에 의해 촉진부(2C)의 선단부분의 플렉시블성을 손상하는 일이 없어지기 때문에 연성구조를 갖는 파이버스코프유닛(18)의 처리부재 안내채널(18A)에 원할하게 촉진부(2C)를 삽입할 수 있다. 따라서 연성 프로브 본체(1)의 조작성이 향상하고, 결과적으로 체내촉진용 경도측정기의 조작성을 향상할 수 있다.
<변형예 9>
본 실시예 2의 변형에 9에 관한 체내촉진용 경도 측정기 는 상기한 제 21 도 - 제 23 도에 나타내는 실시예 2의 변형예 1에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 구성을 일부 대체한 것이다. 제 33 도는 본 실시예 2의 변형예 9에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)의 주요부 확대단면도이다. 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체(1)는 촉진부(2C)에 외부침(2F)을 구비하고, 이 외부침(2F)의 최선단부분의 찌르는 칼(2G)이 선단을 향함에 따라 서서히 외부직경 치수가 작아지고 좁아진 예리한 형상으로 형성된다. 접촉침으로 형성된 접촉요소(5)는 외부침(2F)의 찌르는 칼(2G)의 최선단개구에서 돌출하며, 접촉요소(5)는 찌르는 칼(2G)에는 접촉하지 않는다.
이와 같이 구성되는 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 상기한 실시예 2의 변형에 1에 관한 체내촉진용 경도측정기에서 얻어지는 작용효과와 동일한 작용효과가 얻어진다. 또한 체내촉진용 경도측정기에 있어서는 프로브 본체(1)의 외부침(2F)에 예리한 형상의 찌르는 칼(2G)이 형성되기 때문에 외부침(2F)이 생체조직을 찌르기 쉬워진다. 또한, 찌르는 칼(2G)을 포함하는 외부침(2F)의 형상이 대칭형상으로 형성되기 때문에 외부침(2F)의 생체조직에의 찌르는 상태에 관계없이, 접촉요소(5)와 생체조직과의 접촉상태가 안정화된다. 또한, 외부침(2F)과 접촉요소(5) 사이의 틈을 작게 할 수 있기 때문에 생체조직 등의 이물이 틈을 막거나, 외부침(2F)의 내부로의 이물의 침입을 방지할 수 있으며, 안정된 경도측정이 실시된다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3은 주파수 편차회로를 이용한 측정기 가운데 가속도 측정기, 유체점도 측정기 및 유체압력 측정기에 대해서 설명한다.
<가속도 측정기>
제 34 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 가속도 측정기(쟈이로스코프)의 시스템 구성도이다. 가속도 측정기는 기본적으로는 상기한 경도 측정기의 기본구조와 동일하고, 진동자(3) 및 검출소자(7)로 형성되는 가속도 측정부와 제어유닛(10)을 구비한다. 진동자(3)는 운동물체에 부착된다. 진동자(3)에 있어서는 운동물체에 가해지는 가속도(코리올리의 힘)에 의해 진동모드가 변화한다. 검출소자(7)는 이 진동자(3)의 진동모드의 변화를 검출한다.
상기 제어유닛(10)은 증폭회로(12)를 갖는 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 및 가속도 측정회로(21)를 구비한다. 게인변화 보정회로(13)는 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하며, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시킨다. 가속도 측정회로(21)는 상기한 주파수의 변화에서 가속도의 변화를 검출한다.
이와 같이 구성되는 가속도 측정기에 있어서는 운동물체에 가해지는 가속도를 진동자(3)의 진동모드의 변화로 하기 때문에, 기계전기진동계의 주파수의 변화로 가속도의 변화를 측정할 수 있다. 게다가 게인변화 보정회로(13)에서 기계전기 진동계의 게인을 상승할 수 있기 때문에 가속도의 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
<유체점도 측정기>
제 35 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 유체점도 측정기의 시스템 구성도이다. 유체점도 측정기는 기본적으로는 상기한 경도측정기의 기본구조와 동일하고, 진동자(3) 및 검출소자(7)로 형성되는 점도측정부와 제어유닛(10)을 구비한다. 진동자(3)는 점도를 측정하는 유체(23)에 직접적으로 또는 도시하지 않는 유체접촉요소를 통하여 간접적으로 접촉한다. 진동자(3)에 있어서는 유체(23)의 점도에 따라서 진동모드가 변화한다. 검출소자(7)는 이 진동자(3)의 진동모드의 변화를 검출한다.
상기 제어유닛(10)은 증폭회로(12)를 갖는 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 및 유체점도 측정회로(22)를 구비한다. 게인변화 보정회로(13)는 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시킨다. 유체점도 측정회로(22)는 상기한 주파수의 변화에서 유체(23)의 점도를 검출한다.
이와 같이 구성되는 유체점도 측정기에 있어서는 유체(23)의 점도에 따라서 진동자(3)의 진동모드가 변화하기 때문에 기계전기 진동계의 주파수의 변화로 유체(23)의 점도를 측정할 수 있다. 게다가 게인변화 보정회로(13)에서 기계전기 진동계의 게인을 상승할 수 있기 때문에 점도의 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
제 36 도는 본 발명의 실시예 3의 변형예에 관한 유체점도 측정기의 시스템 구성도이다. 이 유체점도 측정기에 있어서는 진동자(3), 검출소자(7)가 각각 절연체(3D)를 개재한 바이몰프 진동자로 형성된다.
<유체압력 측정기>
제 37 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 유체압력 측정기(압력 센서)의 시스템 구성도이다. 유체압력 측정기는 기본적으로는 상기한 경도측정기의 기본구조와 동일하고, 유체접촉요소(5), 진동자(3) 및 검출소자(7)로 형성되는 유체압력 측정부와 제어유닛(10)을 구비한다. 유체접촉요소(5)는 유체(25)에 직접 접촉하고, 이 유체접촉요소(5)는 유체(25)에서 발생하는 압력(F)에 따라서 형상변화한다. 유체접촉요소(5)에는 예를 들면 다이어프램(diaphragm)이 사용된다. 진동자(3)는 유체접촉요소(5)에 부착되며, 유체접촉요소(5)의 형상변화에 따라서 진동자(3)의 위치가 변화한다. 동 제 37 도에 나타내는 바와 같이 유체(25)가 아래에서 위를 향하여 흐르고 있는 경우에는 유체(25)의 압력(F)에 따라서 유체접촉요소(5)가 형상변화하고, 진동자(3)의 위치가 상하로 변화한다. 이 변화에 의해 진동자(3)의 진동모드가 변화한다. 검출소자(7)는 이 진동자(3)의 진동모드의 변화를 검출한다.
상기 제어유닛(10)은 증폭회로(12)를 갖는 자려발진회로(11), 게인변화 보정회로(13) 및 유체압력측정회로(24)를 구비한다. 게인변화 보정회로(13)는 게인상승기능 및 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 주파수의 변화에 대해서 개인을 상승시킨다. 유체압력 측정회로(24)는 상기한 주파수의 변화에서 유체압력의 변화를 검출한다.
이와 같이 구성되는 유체 압력 측정기에 있어서는 유체(25)의 압력(F)에 따라서 진동자(3)의 위치가 변화하고, 진동자(3)의 진동모드가 변화하기 때문에 기계전기진동계의 주파수가 변화하며, 이 변화로부터 압력의 변화를 측정할 수 있다. 또, 게인변화 보정회로(13)에서 기계전기 진동계의 게인을 상승할 수 있기 때문에 압력의 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
제 38 도는 본 발명의 실시예 3의 변형예에 관한 유체압력 측정기의 시스템 구성도이다. 유체압력 측정기는 원통형상으로 형성된 진동자(3)를 구비한다. 진동자(3)의 원통의 일단에는 유체의 압력(F)애 따라서 형상변화하는 유체접촉요소(5)가 부착되며, 진동자(3) 및 유체접촉요소(5)로 형성되는 원통의 내부에는 유체접촉요소(5)의 형상변화에 따라서 진동자(3)의 원통내부를 이동하는 이동체(26)가 수납된다. 유체접촉요소(5)에는 예를 들면 다이어프램이 사용된다. 이동체(26)에는 물, 수은 등의 액체, 불활성 가스 등의 기체, 모래, 가루 등의 미립자가 사용된다.
이와 같이 구성되는 유체압력 측정기는 유체접촉요소(5)에 압력(F)이 가해지면 유체접촉요소(5)가 형상변화하고, 진동자(3)의 내부에 수납된 이동체(26)가 이동한다. 이동체(26)의 이동으로 상대적으로는 진동자(3)의 위치가 변화하고, 이 진동자(3)의 위치의 변화에 의해 진동모드가 변화한다. 따라서 상기한 유체압력 측정기와 동일하게 기계전기 진동계의 주파수가 변화하고, 이 변화에서 압력의 변화를 측정할 수 있다. 또, 게인변화 보정회로(13)에서 기계전기 진동계의 게인을 상승할 수 있기 때문에 압력의 측정에 충분한 검출전압이 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 있어서 이하의 효과가 얻어진다.
(1)진동자의 진동정보를 광대역에 걸쳐 정확하게 검출할 수 있고, 또 구성이 간단하고 싼 가격으로 만들 수 있는 주파수편차 검출회로를 제공할 수 있다.
(2)연질 피측정물에서 경질 피측정물까지의 넓은 범위에 있어서 경도정보를 정확하게 측정할 수 있는 경도 측정기를 제공할 수 있다.
(3)구성이 간단하고 싼 가격으로 만들 수 있는 경도 측정기를 제공할 수 있다.
(4)장치의 소형경량화를 실현할 수 있는 경도 측정기를 제공할 수 있다.
(5)생체조직, 특히 인체의 생체조직의 경도 측정이 간이하고 확실하게 실시되며, 의학적 진단이 간단하고 쉽게 실시되며, 또 이 의학적 진단에 기초하여 예방이 간단하고 쉽게 실시되는 경도 측정기를 제공할 수 있다.
(6)상기 주파수편차 검출회로를 이용한 가속도 측정기, 유체점도 측정기, 유체압력 측정기의 각종 측정기를 제공할 수 있다.
제 1 도는 본 발명의 실시예 1에 관한 경도측정기의 전체 구성도;
제 2 도는 진동자의 주요부 단면도;
제 3 도는 게인변화 보정회로에 사용되는 필터회로의 회로구성도;
제 4 도는 자려발진회로, 게인변화 보정회로의 각각의 주파수특성을 합성한 총합 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-위상특성곡선도;
제 5 도는 자려발진회로, 게인변화 보정회로의 각각의 주파수특성을 나타내 는 주파수-게인-위상특성곡선도;
제 6 도는 자려발진회로, 게인변화 보정회로의 각각의 주파수특성을 나타내는 주파수-게인-위상특성곡선도;
제 7 도는 실제의 경도측정을 실시하는 시스템구성도;
제 8 도는 공진주파수의 변화량 및 전압변화량과 누르는 힘과의 관계를 나타내는 도면;
제 9 도는 본 실시예의 변형예에 관한 경도측정기의 주파수-게인특성곡선도;
제 10 도는 본 실시예의 변형예에 관한 경도측정기의 주파수-게인특성곡선도;
제 11 도는 본 실시예의 변형예 2에 관한 경도측정기의 전체구성도;
제 12 도는 본 실시예의 변형예 3에 관한 경도측정기의 전체구성도;
제 13 도는 본 실시예의 변형예 4에 관한 경도측정기의 전체구성도;
제 14 도는 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기의 전체구성도;
제 15 도는 모니터의 화상표시상태를 나타내는 도면;
제 16 도는 모니터의 화상표시상태를 나타내는 도면;
제 17 도는 주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도;
제 18 도는 본 실시예에 관한 체내촉진용 경도측정기의 시스템 구성도;
제 19 도는 프로브 본체의 조작방법을 설명하는 피측정물 부분의 생체조직 단면도;
제 20 도는 정보표시화면의 확대도;
제 21 도는 프로브 본체 선단부분의 일부단면도;
제 22 도는 촉진작업순서를 각 순서마다 나타내는 프로브 본체 및 피측정물의 주요부 단면도;
제 23 도는 경도정보 표시화면에 표시되는 그래프 화면을 나타내는 도면;
제 24 도는 본 실시예 2의 변형예 2에 관한 체내촉진용 경도측정기의 전체구성도;
제 25 도는 연성 프로브 본체의 촉진부의 확대단면도;
제 26 도는 파이버스코프유닛과 생체조직의 단면을 나타내는 도면;
제 27 도는 본 실시예 2의 변형예 3에 관한 체내촉진용 경도측정기의 전체구성도;
제 28 도는 본 실시예 2의 변형예 4에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서의 주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도;
제 29 도는 본 실시예 2의 변형예 5에 관한 체내촉진용 경도측정기에 있어서의 주파수-게인-어드미턴스특성 곡선도;
제 30 도는 본 실시예 2의 변형예 6에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체의 주요부 확대단면도;
제 31 도는 본 실시예 2의 변형예 7에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체의 주요부 확대단면도;
제 32 도는 본 실시예 2의 변형예 8에 관한 체내촉진용 경도측정기의 연성 프로브 본체의 주요부 확대단면도;
제 33 도는 본 실시예 2의 변형예 9에 관한 체내촉진용 경도측정기의 프로브 본체의 주요부 확대단면도;
제 34 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 가속도측정기의 시스템 구성도;
제 35 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 유체점도측정기의 시스템 구성도;
제 36 도는 본 발명의 실시예 3의 변형예에 관한 유체점도측정기의 시스템 구성도;
제 37 도는 본 발명의 실시예 3에 관한 유체압력측정기의 시스템 구성도;
제 38 도는 본 발명의 실시예 3의 변형예에 관한 유체압력측정기의 시스템 구성도이다.
* 도면의 주요부분애 대한 부호의 설명
1 : 핸드피스(hand piece)또는 프로브 본체
2 : 케이싱 2C : 촉진부
2F : 외부침 2G : 찌르는 칼
2H : 지지부재 3 : 진동자
3D : 절연체 4 : 진동전달부재
5 : 접촉요소 6 : 탄성부재
6A : 유지부재 7 : 검출소자
10 : 제어유닛 11 : 자려발진회로
12 : 증폭회로 13 : 게인변화 보정회로
14 : 전압측정회로
15 : 주파수측정회로 또는 주파수카운터회로
16 : 컨트롤러회로 17 : 모니터
17A : 내시경상 표시화면 17B : 경도측정 표시화면
18 : 파이버스코프유닛 20 : 진폭전압 측정회로
21 : 가속도 측정회로 22 : 유체점도 측정회로
24 : 유체압력 측정회로 H : 피측정물

Claims (26)

  1. 진동을 발생시키는 진동자;
    상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로; 및
    상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하고,
    상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하며,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 주파수편차 검출회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고, 상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며 또한 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 하는 주파수편차 검출회로.
  3. 피측정물의 경도 정보를 얻는 경도 측정기에 있어서,
    피측정물에 접촉하는 접촉요소;
    상기 접촉요소를 진동시키는 진동자;
    상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로; 및
    상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며,
    상기 접촉요소, 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 경도측정기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기계전기진동계의 주파수의 변화로 피측정물의 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기계전기진동계의 위상의 변화로 피측정물의 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 주파수의 저하에 대해서 게인을 상승시키고,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역은 연질 피측정물의 경도를 측정하는 영역으로 광대역화되는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 진동자는 압전 세라믹 진동자, 적층 세라믹 진동자, PVDF로 형성된 진동자, 자왜소자, 바이몰프진동자, 수정발진자, SAW 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 자려발진회로는 상기 진동자의 진동정보를 증폭하는 증폭회로를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 밴드패스필터회로, 로우패스필터회로, 하이패스필터회로, 노치필터회로, 적분회로, 미분회로, 피킹증폭회로, 액티브필터회로, 패시브필터회로 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 상기 진동자의 출력과 상기 자려발진회로의 증폭회로의 입력과의 사이에, 또는 상기 자려발진회로의 증폭회로의 출력과 상기 진동자의 입력과의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  11. 피측정물의 경도정보를 얻는 경도 측정기에 있어서,
    피측정물에 접촉하는 접촉요소;
    상기 접촉요소를 진동시키는 진동자;
    상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로;
    상기 자려발진회로에 설치되며, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로;
    상기 접촉요소, 진동자 및 자려발진회로에 의해 구성되는 기계전기진동계; 및
    상기 기계전기진동계의 주파수의 변화를 검출하는 주파수 측정회로를 구비한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  12. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼 기능을 구비하고,
    상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며, 또한 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고,
    상기 진동자를 복수장의 압전 세라믹을 적층한 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성하며, 또한 상기 검출소자를 막형상의 바이몰프 진동자로 형성한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고,
    상기 진동자, 검출소자의 각각을 복수장의 압전 세라믹을 적층한 적층형 압전 세라믹 진동자로 형성한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 진동자의 진동정보를 검출하는 검출소자를 구비하고,
    상기 진동자, 검출소자의 각각을 박판형상의 압전재료로 형성한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  16. 피측정물의 경도 정보를 얻는 경도 측정기에 있어서,
    피측정물에 접촉하는 접촉요소;
    상기 접촉요소를 진동시키는 진동자;
    상기 접촉요소를 피측정물에 접촉시킨 상태에서 상기 진동자의 진동정보를귀환하여 공진상태로 하는 페이즈 록 루프회로; 및
    상기 페이즈 록 루프회로에 설치되고, 이 페이즈 록 루프회로의 중심주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며,
    상기 접촉요소, 진동자 및 페이즈 록 루프회로에 의해 기계전기진동계를 구성하며,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 피측정물은 생체조직이고,
    상기 생체조직에 상기 접촉요소를 접촉시켜 생체조직의 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 생체조직은 인체의 피부, 내장, 체강, 뼈, 이, 손톱 중 어느 하나의 생체조직이고, 이 생체조직의 경도를 측정하는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 진동자가 수납되고 또한 상기 접촉요소가 부착된 프로브 본체와,
    상기 진동정보에 기초하여 경도 정보를 표시하는 모니터를 구비한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    생체조직을 관찰하는 파이버스코프유닛을 구비하고,
    상기 파이버스코프유닛의 관찰상을 상기 모니터로 표시하는 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    접촉침으로 형성된 접촉요소를 구비하고,
    상기 접촉침으로 형성된 접촉요소의 주위에 설치되며, 생체조직을 찌르기 위한 외부침을 상기 프로브 본체의 선단부분에 구비한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로브 본체의 선단부분을 연성 튜브로 형성한 것을 특징으로 하는 경도 측정기.
  23. 운동물체의 가속도변화를 측정하는 가속도 측정기에 있어서,
    운동물체에 부착되고, 진동을 발생시키는 진동자;
    상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로; 및
    상기 자려발진회로에 설치되며, 이 자려발진회로의 중심 주파수와 다른 중심주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하고,
    상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 가속도 측정기.
  24. 유체의 점도 변화를 측정하는 유체 점도 측정기에 있어서,
    유체중에서 진동을 발생시키는 전동자, 또는 유체중에 삽입된 유체접촉요소를 진동시키는 진동자;
    상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로; 및
    상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며,
    상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 유체점도 측정기.
  25. 유체의 압력변화를 측정하는 유체압력 측정기에 있어서,
    유체의 압력에 따라 형상변화하는 유체접촉요소;
    진동을 발생시키며, 또 상기 유체접촉요소의 형상변화에 따라서 위치가 변화하는 진동자;
    상기 진동자의 진동정보를 귀환하여 공진상태로 하는 자려발진회로; 및
    상기 자려발진회로에 설치되고, 이 자려발진회로의 중심 주파수와 다른 중심 주파수를 가지고, 주파수의 변화에 대해서 게인을 상승시키는 게인변화 보정회로를 구비하며,
    상기 진동자 및 자려발진회로에 의해 기계전기진동계를 구성하고,
    상기 기계전기진동계의 실효공진주파수대역을 광대역화한 것을 특징으로 하는 유체압력측정기.
  26. 제 16 항, 제 23 항, 제 24 항, 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 측정기에 있어서,
    상기 게인변화 보정회로는 상기 자려발진회로의 입력위상과 출력위상과의 위상차인 입출력 합성위상차를 0으로 조절하여 귀환발진을 촉진하는 페이즈 트랜스퍼기능을 구비하고,
    상기 입출력 합성위상차가 0이 되기까지 상기 주파수를 변화시키며, 또한 상기 게인을 상승시키는 것을 특징으로 하는 측정기.
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