KR102629642B1 - 다중물질 표면 탄성파 계측장치 - Google Patents

다중물질 표면 탄성파 계측장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102629642B1
KR102629642B1 KR1020210084231A KR20210084231A KR102629642B1 KR 102629642 B1 KR102629642 B1 KR 102629642B1 KR 1020210084231 A KR1020210084231 A KR 1020210084231A KR 20210084231 A KR20210084231 A KR 20210084231A KR 102629642 B1 KR102629642 B1 KR 102629642B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
transmitting unit
surface acoustic
acoustic wave
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020210084231A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230001419A (ko
Inventor
김회준
장일류
정순인
Original Assignee
재단법인대구경북과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인대구경북과학기술원 filed Critical 재단법인대구경북과학기술원
Priority to KR1020210084231A priority Critical patent/KR102629642B1/ko
Publication of KR20230001419A publication Critical patent/KR20230001419A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102629642B1 publication Critical patent/KR102629642B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/222—Constructional or flow details for analysing fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2437—Piezoelectric probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2462—Probes with waveguides, e.g. SAW devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/021—Gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0423—Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/103—Number of transducers one emitter, two or more receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 압전기판; 상기 압전기판에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부; 상기 송신부와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부들이 1개의 송신부를 공유하도록 된 수신부;를 포함하고, 상기 센서부 또는 상기 센서부와 송신부 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되도록 하되, 상기 수신부는 송신부를 기점으로 방사상으로 펼쳐지는 원호를 따라서, 독립적으로 작동하는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수 개의 센서부를 형성하는 다중물질 표면 탄성파 계측장치가 제공될 수 있다.

Description

다중물질 표면 탄성파 계측장치{Multi-material Surface Acoustic Wave Measuring Apparatus}
본 발명은 표면 탄성파 계측장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 계측장치를 이용해 복수의 타겟 물질들을 동시에 센싱할 수 있도록 하는 다중물질 표면 탄성파 계측장치에 관한 것이다.
표면 탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW)란 전자파가 아니라 외부의 열적, 기계적, 전기적 힘에 의한 입자들의 운동으로부터 발생하는 기계적인 파동으로서, 진동에너지의 대부분이 매질의 표면에 집중된다. SAW디바이스는 이러한 SAW를 이용한 장치로서, 예를 들어 대상물질의 존부 또는 물성 등을 센싱하는 장치가 SAW센서이다.
도 1은 일반적인 표면 탄성파 센서의 개념도로서, 일반적으로 표면 탄성파 센서는 교차된 빗살 전극을 통하여 압전기판을 가진하여 표면 탄성파를 생성하고, 생성된 표면 탄성파의 전파경로에 물질이 흡착될 시 변화하는 센서의 전기적 응답 변화량을 통하여 미세 물질의 무게 및 물성을 전기적 신호로 측정한다.
이러한 표면 탄성파 센서는 매우 높은 분해능 및 민감도를 바탕으로 생물학적 특성, 화학 반응 분석과 같은 다양한 분야에 쓰이고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 표면 탄성파 센서는 단일 칩으로 한가지 타겟 물질만 계측할 수 있어 사용이 제한적인 문제가 있었다.
또한, 종래의 표면 탄성파 센서는 다수의 타겟 물질을 계측하기 위해서는 타겟 물질 개수에 맞춰서 센서 칩의 개수를 늘려줘야 하기 때문에 계측장비의 사이즈가 커지는 것은 물론, 계측장비가 고가화되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0698439호
본 발명은 단일 계측장치를 이용해서 복수의 타겟 물질을 동시에 계측할 수 있도록 함으로써, 타겟 물질에 대한 신속 정확한 계측이 이루어지도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 센서부가 1개의 송신부를 공유하는 구조를 통해서 복수의 타켓 물질을 계측할 수 있도록 하면서도 계측장비의 사이즈를 경량, 슬림화하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수신부의 센서부들을 송신부를 기점으로 하는 동심원의 원호를 따라 형성되도록 함으로써, 센싱 영역이 방사상으로 확장되도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 양의 활성물질을 도포하여 타겟 물질의 농도 혹은 양에 따라 작동 모드를 구분하여 구동할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 종류의 활성물질을 도포하여 복수의 타겟 물질을 동시 계측하거나, 선택적 계측할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 압전기판; 상기 압전기판에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부; 상기 송신부와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부들이 1개의 송신부를 공유하도록 된 수신부;를 포함하고, 상기 센서부 또는 상기 센서부와 송신부 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되도록 하되, 상기 복수 개의 센서부에 동일한 종류의 활성물질이 각기 다른 두께로 도포되도록 하여 활성물질이 가장 두껍게 도포된 센서부에서 타겟 물질에 대한 가장 높은 고 민감도 센싱이 이루어지도록 하고, 활성물질이 가장 얇게 도포된 센서부에서는 센싱범위가 가장 넓은 광대역 센싱이 이루어지도록 하되, 각각의 센서부는 동시 계측되거나 선택적 계측되도록 작동하는 다중물질 표면 탄성파 계측장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 압전기판; 상기 압전기판에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부; 상기 송신부와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부들이 1개의 송신부를 공유하도록 된 수신부;를 포함하고, 상기 센서부 또는 상기 센서부와 송신부 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되도록 하되, 상기 복수 개의 센서부에는 서로 다른 타겟 물질에 반응하는 이종의 활성물질들이 개별 도포되어 복수의 타겟 물질을 센싱할 수 있도록 하되, 각각의 센서부는 동시 계측되거나 선택적 계측되도록 작동하는 다중물질 표면 탄성파 계측장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 수신부는 송신부를 기점으로 방사상으로 펼쳐지는 원호를 따라서, 독립적으로 작동하는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수 개의 센서부를 형성한다.
그리고, 상기 송신부는 수신부와 같은 동심원을 이루는 원호패턴으로 형성된다.
그리고, 상기 송신부는 수신부와 대칭을 이루는 원호패턴으로 형성된다.
그리고, 상기 송신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성된다.
이때, 상기 송신부는 빗살전극을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성된다.
그리고, 상기 수신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성하고, 상기 빗살전극 위에 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포된다.
이때, 상기 수신부는 빗살전극을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 압전기판; 상기 압전기판에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부; 상기 송신부와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부들이 1개의 송신부를 공유하도록 된 수신부;를 포함하고, 상기 센서부 또는 상기 센서부와 송신부 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되도록 하되, 상기 수신부는 송신부를 기점으로 방사상으로 펼쳐지는 원호를 따라서, 독립적으로 작동하는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수 개의 센서부를 형성하는 다중물질 표면 탄성파 계측장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 송신부는 수신부와 같은 동심원을 이루는 원호패턴으로 형성된다.
그리고, 상기 송신부는 수신부와 대칭을 이루는 원호패턴으로 형성된다.
그리고, 상기 송신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성한다.
이때, 상기 송신부는 빗살전극을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성한다.
그리고, 상기 수신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성하고, 상기 빗살전극 위에 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포된다.
이때, 상기 수신부는 빗살전극을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성한다.
본 발명은 단일 계측장치를 이용해서 복수의 타겟 물질을 동시에 계측할 수 있도록 함으로써, 타겟 물질에 대한 신속 정확한 계측이 이루어지는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 복수의 센서부가 1개의 송신부를 공유하는 구조를 통해서 복수의 타켓 물질을 계측할 수 있도록 하면서도 계측장비의 사이즈를 경량, 슬림화할 수 있어 휴대 및 사용이 편리하고, 계측장비의 제조비용을 절감시킬 수 있어 경제적인 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 수신부의 센서부들을 송신부를 기점으로 하는 동심원의 원호를 따라 형성되도록 함으로써, 송신부를 기점으로 동심원의 방사상으로 표면 탄성파가 송출되어 타겟 물질에 대한 센싱 영역이 방사상으로 확장되어 계측범위가 넓어지는 효과가 있고, 수신부의 모든 영역이 송신부로부터 송출되는 탄성파의 균일한 거리에 위치하게 됨으로써, 안정적인 센싱 응답성능을 나타내는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 양의 활성물질을 도포하여 타겟 물질의 농도 혹은 양에 따라 작동 모드를 구분하여 구동할 수 있도록 함으로써, 계측장비의 활용도가 좋아지는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 종류의 활성물질을 도포하여 복수의 타겟 물질을 동시 계측하거나, 선택적 계측할 수 있도록 함으로써, 계측장비의 활용도가 좋아지는 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 표면 탄성파 센서의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 센서부 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 센서부 단면도.
도 6은 본 발명 활성물질 양에 따른 센서 민감도 차이를 설명하는 그래프.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 평면도이다.
도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치(100)는 압전기판(110)이 마련되고, 상기 압전기판(110)에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부(1)가 마련되며, 상기 송신부(1)와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부(2A,2B,2C)들이 1개의 송신부(1)를 공유하도록 된 수신부(2)를 마련한다.
이때, 상기 압전기판(110)은 압전 특성을 갖는 물질로 이루어져 있다. 압전성 물질은 기계적 신호의 인가 시, 전기적 특성이 변화되거나(압전효과), 전기적 신호의 인가시 기계적 신호가 생기는(역압전효과) 재료이다. 예를 들어, 니오브산 리튬(예; LiNbO3), 탄탈산 리튬(예; LiTaO3), 사붕소산 리튬(Li2B4O7), 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3, PbTiO3, PZT, ZnO, GaAs, 석영(Quartz), 니오브산염 등을 들 수 있다.
그리고, 상기 송신부(1)와 수신부(2)는 상호 대향하며, 송신부(1)는 인가된 시그널에 의해 표면 탄성파를 발생시키게 되고, 이때 발생된 표면 탄성파(SAW)는 압전기판(110) 표면을 따라 적절한 주파수로 팽창과 압축이 이루어져 수신부(2)에 전달되어 역압전 효과에 의해 전기적 신호로 변환된다.
이때, 상기 송신부(1)와 수신부(2)를 형성하는 전극은 알루미늄 합금, 동합금, 금 등의 박막 금속으로 형성될 수 있고, 전극이 대기 또는 습기에 노출되었을 때 부식되는 것을 방지하기 위해, 필요에 따라 전극의 표면에 산화 방지막 등의 보호층을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 센서부(2A,2B,2C) 또는 상기 센서부(2A,2B,2C)와 송신부(1) 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질(130)이 도포된다.
이때, 도포되는 활성물질은 타겟 물질이 산소, 수소, 질소, 이산화탄소 등의 가스군에 특화되어 반응하는 물질들 중 어느 하나를 선택적으로 사용하거나 2 이상의 활성물질을 도포하여 복수의 타켓 물질을 계측하도록 할 수 있다.
도 2, 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 수신부(2)는 송신부(1)를 기점으로 방사상으로 펼쳐지는 원호를 따라서, 독립적으로 작동하는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수 개의 센서부(2A,2B,2C)를 형성한다.
이와 같이 수신부(2) 및 송신부(1)를 동심원 형태로 구성할 경우, 송신부를 기점으로 동심원의 방사상으로 표면 탄성파가 송출되어 타겟 물질에 대한 센싱 영역이 방사상으로 확장되어 계측범위가 넓어지는 이점이 있고, 수신부(2)의 모든 영역이 송신부(1)로부터 송출되는 탄성파의 균일한 거리에 위치하게 됨으로써, 안정적인 센싱 응답성능을 나타내는 이점을 갖게 된다.
이때, 도 2에서 보는 바와 같이 상기 송신부(1)는 수신부(2)와 같은 동심원을 이루는 원호패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 송신부(1)는 도 3에서 보는 바와 같이 수신부(2)와 대칭을 이루는 원호패턴으로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 송신부(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 압전기판(110) 위에 빗살전극(120)을 원호형태로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 송신부(1)는 빗살전극(120)을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성할 수 있다.
이때, 2중의 원호패턴을 이루는 빗살전극(120)은 핑거의 양측단부가 서로 연결되는 연결형 빗살전극패턴과 핑커의 양측단부가 서로 떨어진 분리형 빗살전극패턴이 함께 사용될 수 있다.
그리고, 도 2, 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수신부(2)는 압전기판(110) 위에 빗살전극(120)을 원호형태로 형성하고, 상기 빗살전극(120) 위에 타겟 물질과 반응하는 활성물질(130)(도 4, 도 5 참조)이 도포된다.
상기 수신부(2)는 빗살전극(120)을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성할 수 있다.
이때, 2중의 원호패턴을 이루는 빗살전극(120)은 핑거의 양측단부가 서로 연결되는 연결형 빗살전극패턴과 핑커의 양측단부가 서로 떨어진 분리형 빗살전극패턴이 함께 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 센서부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치(100)는 복수 개의 센서부(2A,2B,2C)에 동일한 종류의 활성물질(130)이 각기 다른 두께로 도포되도록 할 수 있다.
이때, 활성물질의 도포 두께에 따라서, 부호 130a는 가장 두껍게 도포된 활성물질을 표시하고, 부호 130b는 다음으로 두껍게 도포된 활성물질을 표시하며, 부호 130c는 제일 얇게 도포된 활성물질을 표시한다.
이에 따라, 부호 2A는 활성물질이 가장 두껍게 도포된 제1센서부를 표시하고, 부호 2B는 활성물질이 다음으로 두껍게 도포된 제2센서부를 표시하며, 부호 2C는 활성물질이 가장 얇게 도포된 제3센서부를 표시한다.
본 발명은 복수의 센서부(2A, 2B, 2C) 각각에 서로 다른 양의 활성물질(130a, 130b, 130c)를 도포하는 계측장치를 통해서 고 민감도, 광대역 계측이 가능하게 된다.
예컨대, 일반적으로 공진기 기반 센서의 경우 활성 물질을 많이 도포하면 민감도는 높아지나 많은 양의 타겟 물질(target material)을 흡착하여 공진 특성 저하로 인하여 계측 구간이 좁아지는 단점이 있었다.
본 발명에서는 이를 보완하기 위해 복수의 센서부(2A, 2B, 2C) 각각에 서로 다른 양의 활성물질(130a, 130b, 130c)를 도포하여 타겟 물질(target material)의 농도 혹은 양에 따라 작동 모드를 구분하여 구동할 수 있게 된다.
예컨대, 낮은 농도 혹은 적은 양의 타겟 물질(target material) 계측의 경우 많은 양의 활성물질(130a)을 도포한 제1센서부(2A) 영역을 구동하여 높은 민감도를 보이는 센서로써 활용할 수 있다.
또한, 높은 농도 혹은 높은 양의 타겟 물질(target material) 계측의 경우 적은 양의 활성물질(130c)을 도포한 제3센서부(2C) 영역을 구동하여 광대역 계측 구간을 보이는 센서로써 활용할 수 있게 된다.
이와 같은 작동원리에 따르면, 센서부의 개수를 늘리거나 줄여서 타겟 물질의 종류나 양에 따른 작동 모드를 구분하여 구동하는 고 민감도(high sensitivity), 광대역 계측장비를 구현할 수 있다.
상기한 본 발명은 활성물질(130a)이 가장 두껍게 도포된 센서부(2A)에서 타겟 물질에 대한 가장 높은 고 민감도 센싱이 이루어지도록 하고, 활성물질(130c)이 가장 얇게 도포된 센서부(2C)에서는 센싱범위가 가장 넓은 광대역 센싱이 이루어지도록 하되, 각각의 센서부(2A, 2B, 2C)는 동시 계측되거나 선택적 계측되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명 활성물질 양에 따른 센서 민감도 차이를 설명하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 그래프는 활성물질의 도포 시간이 5분에서 10분으로 증가할 경우 센서 민감도, 즉 공진 주파수 변화량이 커지는 결과를 보여주고 있다.
이와 같이 활성물질의 정확한 도포량 조절을 통해 센서의 민감도, 최소측정분해능, 소모전력, 노이즈 등 다양한 특성을 조절할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치를 도시한 센서부 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중물질 표면 탄성파 계측장치(100)는 복수 개의 센서부(2A,2B,2C)에는 서로 다른 타겟 물질에 반응하는 이종의 활성물질(131,132,133)들이 개별 도포되어 복수의 타겟 물질을 센싱할 수 있도록 한다.
이때, 활성물질의 종류에 따라서, 부호 131, 132, 133으로 표시하였으며, 활성물질은 타겟 물질이 산소, 수소, 질소, 이산화탄소 등의 가스군에 특화되어 반응하는 물질들 중 어느 하나를 선택적으로 사용하거나 2 이상의 활성물질을 도포하여 복수의 타켓 물질을 계측하도록 할 수 있도록 한다.
따라서, 각각의 센서부(2A,2B,2C)는 도포된 활성물질에 따라서 각기 다른 복수의 타겟 물질을 계측하게 되는데, 각각의 센서부(2A,2B,2C)는 동시 계측되거나 선택적 계측되도록 작동한다.
상기한 바와 같은 본 발명은 복수 개의 센서부(2A,2B,2C)에는 서로 다른 타겟 물질에 반응하는 이종의 활성물질(131,132,133)들이 개별 도포되도록 함으로써, 타겟 물질(가스)의 선택적 감지기능을 제공할 수 있게 된다.
이는, 기존가스 센서의 고질적인 문제로서, 가스의 종류별 선택적 계측이 불가능하였지만, 본 발명에서는 계측 영역 별로 특정 가스 A, B, C와 반응할 수 있는 활성물질(131,132,133)을 개별 도포하여 A, B, C 가스를 센싱할 수 있게 된다.
특히, 기존의 가스 센서의 경우, 특정 가스와 반응할 수 있는 가스 센서를 구현하여도 다른 가스와도 일부 반응하므로 가스 센서 응답 신호의 신뢰성이 떨어지는데 반해서, 본 발명과 같이 단일 칩내 여러 종류의 가스를 센싱할 수 있는 시스템을 활용하면, 동일 조건에서 반응하는 가스 센서의 응답 특성을 비교 분석하여 센서의 보정 기법을 쉽게 제공할 수 있게 된다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 단일 계측장치를 이용해서 복수의 타겟 물질을 동시에 계측할 수 있도록 함으로써, 타겟 물질에 대한 신속 정확한 계측이 이루어지고, 복수의 센서부가 1개의 송신부를 공유하는 구조를 통해서 복수의 타켓 물질을 계측할 수 있도록 하면서도 계측장비의 사이즈를 경량, 슬림화할 수 있어 휴대 및 사용이 편리하고, 계측장비의 제조비용을 절감시킬 수 있어 경제적인 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 양의 활성물질을 도포하여 타겟 물질의 농도 혹은 양에 따라 작동 모드를 구분하여 구동할 수 있도록 하고, 1개의 송신부를 공유하는 복수의 센서부에 서로 다른 종류의 활성물질을 도포하여 복수의 타겟 물질을 동시 계측하거나, 선택적 계측할 수 있도록 함으로써, 계측장비의 활용도가 좋아지는 효과를 갖는다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 표면 탄성파 계측장치
110: 압전기판
120: 빗살전극
130: 활성물질
1: 송신부
2: 수신부
2a: 제1센서부
2b: 제2센서부
2c: 제3센서부

Claims (16)

  1. 압전기판; 상기 압전기판에 형성되어 전기적 신호를 표면 탄성파 신호로 변환하는 송신부; 상기 송신부와 대향되는 위치에 형성되어 표면 탄성파 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 센서부들이 1개의 송신부를 공유하도록 된 수신부;를 포함하고, 상기 센서부 또는 상기 센서부와 송신부 사이의 전파송신로 중 적어도 어느 하나에는 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되도록 하되, 상기 복수 개의 센서부에 동일한 종류의 활성물질이 각기 다른 두께로 도포되도록 함으로써, 활성물질이 가장 두껍게 도포된 센서부에서는 타겟 물질에 대한 가장 높은 고 민감도 센싱이 이루어지도록 하고, 활성물질이 가장 얇게 도포된 센서부에서는 센싱범위가 가장 넓은 광대역 센싱이 이루어지도록 하되, 각각의 센서부는 동시 계측되거나 선택적 계측되도록 작동하며, 상기 수신부는 송신부를 기점으로 방사상으로 펼쳐지는 원호를 따라서, 독립적으로 작동하는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수 개의 센서부를 형성하고, 상기 송신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성하며, 상기 수신부는 압전기판 위에 빗살전극을 원호형태로 형성하고, 상기 수신부의 빗살전극 위에 타겟 물질과 반응하는 활성물질이 도포되며, 상기 송신부와 수신부는 빗살전극을 일정간격 이격된 2중의 원호패턴으로 형성하되, 상기 2중의 원호패턴을 이루는 빗살전극은 각각 핑거의 양측단부가 서로 연결되는 연결형 빗살전극패턴과 핑거의 양측단부가 서로 떨어진 분리형 빗살전극패턴으로 형성되는 다중물질 표면 탄성파 계측장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 송신부는 수신부와 같은 동심원을 이루는 원호패턴으로 형성되는 다중물질 표면 탄성파 계측장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 송신부는 수신부와 대칭을 이루는 원호패턴으로 형성되는 다중물질 표면 탄성파 계측장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
KR1020210084231A 2021-06-28 2021-06-28 다중물질 표면 탄성파 계측장치 KR102629642B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210084231A KR102629642B1 (ko) 2021-06-28 2021-06-28 다중물질 표면 탄성파 계측장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210084231A KR102629642B1 (ko) 2021-06-28 2021-06-28 다중물질 표면 탄성파 계측장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230001419A KR20230001419A (ko) 2023-01-04
KR102629642B1 true KR102629642B1 (ko) 2024-01-29

Family

ID=84925188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210084231A KR102629642B1 (ko) 2021-06-28 2021-06-28 다중물질 표면 탄성파 계측장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102629642B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124700A (ja) * 2015-11-17 2019-07-25 株式会社アロマビット 匂いセンサおよび匂い測定システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100698439B1 (ko) 2005-08-16 2007-03-22 한국과학기술연구원 휘발성 물질 감지용 표면탄성파 가스센서
JP7040054B2 (ja) * 2018-01-26 2022-03-23 トヨタ自動車株式会社 電動自立移動体の充電方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124700A (ja) * 2015-11-17 2019-07-25 株式会社アロマビット 匂いセンサおよび匂い測定システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230001419A (ko) 2023-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4361026A (en) Method and apparatus for sensing fluids using surface acoustic waves
KR101776089B1 (ko) 표면탄성파 센서 시스템 및 다중울림파를 이용한 측정 방법
EP1739420A1 (en) Environment difference detector
US20070241637A1 (en) Layered Surface Acoustic Wave Sensor
US6810750B1 (en) Encoded surface acoustic wave based strain sensor
US20130130362A1 (en) Power spectral density chemical and biological sensor
US8695428B2 (en) Single input multi-output surface acoustic wave device
JP2007304087A (ja) ワイヤレス表面弾性波センサ
KR102629642B1 (ko) 다중물질 표면 탄성파 계측장치
JP2006220508A (ja) ガスセンサ
JP4527663B2 (ja) センサ、センサ機構、および測定方法
JP2020526776A (ja) 遅延線コーディングを有する多重化表面弾性波センサ
WO2009145385A1 (en) Resonance characteristic measurement apparatus of cantilever structure and measurement method thereof
US11719669B2 (en) Device for determining information of a substance in a matter
RU2533692C1 (ru) Мультисенсорная акустическая решетка для аналитических приборов "электронный нос" и "электронный язык"
JP2010048696A (ja) 表面弾性波型ガスセンサ
US7193352B1 (en) Thin film bulk acoustic wave sensor suite
JP6466533B2 (ja) 検体センサおよび検体センシング方法
JP2005265423A (ja) 表面弾性波デバイス
US20110133599A1 (en) Surface acoustic wave sensor
Baracu et al. Surface acoustic wave sensors for NO 2 detection based on sulfur-doped graphene
Khrissi et al. Piezoelectric Vibration Energy Harvesters with Distinct Interdigital Electrodes Used for Toxic Gas Detection and in a Numerical Simulation for a Glucose Sensor Application
JP2018155723A (ja) 弾性波センサ
RU2606347C1 (ru) Акустокалориметрический сенсор для сигнализации изменений газового состава замкнутых помещений
JP4789424B2 (ja) 気体圧力測定装置及び気体圧力測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant