(57)【要約】【課題】直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができる弾性表面波センサ及びそれを備えた被測定物特性測定装置を提供すること。【解決手段】溶液特性測定装置１００は、弾性表面波を利用したＳＡＷセンサ１０及びリファレンスセンサ２０、信号発振源１０１、アンプ１０２、スイッチ１０３、スイッチオンオフ回路１０４、ログ／リミッタアンプ１０５及び１０８、コンデンサ１０６及び１１１、固定アッテネータ１０７、位相検出器１０９、加算器１１０、アンプ１１２、ＡＭ検波回路１１３、レベル変換回路１１４、サンプルホールド回路１１５及び１１６を備え、ＳＡＷセンサ１０は、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力して主応答波信号成分と直達波信号成分とを分離する構成を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を入力して弾性表面波を生成する入力側櫛型電極指と、前記弾性表面波を受信して電気信号に変換する出力側櫛型電極指と、前記入力側櫛型電極指と前記出力側櫛型電極指との間に被測定物が配置される被測定物配置領域とを備え、前記入力側櫛型電極指が単発パルス信号を入力した場合に、前記出力側櫛型電極指が、前記入力側櫛型電極と前記出力側櫛型電極との間の電磁結合により発生する直達波信号成分と、前記被測定物に応じて伝搬特性が変化した弾性表面波に基づく電気信号成分を示す主応答波信号成分とを出力する弾性表面波センサにおいて、
前記入力側櫛型電極指は、前記直達波信号成分と前記主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力するものであることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記入力側櫛型電極と前記出力側櫛型電極との間における弾性表面波の伝搬時間を遅延させる遅延部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波センサと、前記バースト信号を生成するバースト信号生成手段と、前記被測定物の特性測定値の判定基準となる基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記基準信号に対する前記弾性表面波センサの出力信号の振幅比及び位相差の少なくともいずれか一方を示す信号を出力する振幅位相信号出力手段と、前記バースト信号に基づいて前記振幅位相信号出力手段の出力信号から前記主応答波信号成分に係る信号成分を抽出する主応答波信号成分抽出手段とを備えたことを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項４】
前記主応答波信号成分抽出手段は、前記バースト信号を入力して弾性表面波を生成する入力側櫛型電極指と、前記弾性表面波を受信して電気信号に変換する出力側櫛型電極指と、前記入力側櫛型電極指と前記出力側櫛型電極指との間に空気を被測定物として負荷する空気負荷領域とを有するリファレンスセンサを備え、
前記リファレンスセンサが出力する空気負荷による主応答波信号成分に基づいて前記振幅位相信号出力手段の出力信号から前記主応答波信号成分に係る信号成分を抽出するものであることを特徴とする請求項３に記載の被測定物特性測定装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の弾性表面波センサとして、前記被測定物配置領域を電気的に短絡した短絡伝搬路に液体状の被測定物が配置される第１の弾性表面波センサと、前記被測定物配置領域を電気的に開放した開放伝搬路に前記液体状の被測定物が配置される第２の弾性表面波センサとを備え、
前記第１の弾性表面波センサと前記第２の弾性表面波センサとを切り替えることによって前記被測定物の特性を測定するものであることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体の粘性率、導電率、誘電率等の測定に用いられる弾性表面波センサ及びそれを備えた被測定物特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置としては、圧電基板上に形成された入力側櫛型電極と出力側櫛型電極との間に、被測定物としての液体が滴下されるセンシング面を備えた弾性表面波センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の弾性表面波センサにおいて、電気信号を入力側櫛型電極に入力すると、圧電効果によって弾性表面波が励振され圧電基板上を伝搬する。弾性表面波は、センシング面を伝搬する際にセンシング面に滴下された液体の粘性による抵抗を受け、出力側櫛型電極の出力信号の振幅が液体の粘性率に応じて減衰することとなるので、従来の弾性表面波センサは、入力信号に対する出力信号の減衰量に基づいて液体の粘性率を測定できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５３７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の構成では、出力側櫛型電極の出力信号において、被測定物の特性を示す主応答波信号成分の近傍に直達波信号成分と呼ばれる信号成分が発生することが知られている。以下、図１１を用いて説明する。
【０００６】
図１１は、従来の弾性表面波センサにおいて、センシング面に溶液を滴下した状態で、単発パルス信号を入力側櫛型電極に入力した際、出力側櫛型電極が出力する信号を示している。
【０００７】
図１１に示すように、時刻＝０μｓの位置に直達波信号成分が発生している。直達波信号成分は、入力側櫛型電極と出力側櫛型電極との間の電磁結合により発生するので、センシング面に溶液がある状態（溶液負荷）及び溶液がない状態（空気負荷）のいずれにおいても、直達波信号成分の絶対レベルは変化しない。
【０００８】
また、図１１に例示したものでは、時刻＝１．８μｓ近辺の位置に主応答波信号成分が発生している。この主応答波信号成分の絶対レベルは、センシング面の負荷に応じて変化し、溶液負荷の方が空気負荷よりも低くなる。弾性表面波センサの出力振幅レベルを計測する場合、主応答波信号成分レベルは直達波信号成分レベルよりも十分大きいことが好ましいが、測定の対象となる溶液によっては主応答波信号成分の減衰が大きくなってしまい、直達波信号成分が振幅最小計測レベルに対する制限を与えることとなる。
【０００９】
一方、弾性表面波センサにおいて、溶液の性質により弾性表面波の伝搬速度が変化するので、伝搬速度の変化に基づき位相変化を測定することができる。しかしながら、直達波信号成分があると主応答波信号成分のみの位相変化に対し誤差が発生してしまう。
【００１０】
以上のように、従来の弾性表面波センサでは、振幅測定及び位相測定のいずれにおいても直達波信号成分の影響を受けるので測定精度が低下するという課題があった。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができる弾性表面波センサ及びそれを備えた被測定物特性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の弾性表面波センサは、電気信号を入力して弾性表面波を生成する入力側櫛型電極指と、前記弾性表面波を受信して電気信号に変換する出力側櫛型電極指と、前記入力側櫛型電極指と前記出力側櫛型電極指との間に被測定物が配置される被測定物配置領域とを備え、前記入力側櫛型電極指が単発パルス信号を入力した場合に、前記出力側櫛型電極指が、前記入力側櫛型電極と前記出力側櫛型電極との間の電磁結合により発生する直達波信号成分と、前記被測定物に応じて伝搬特性が変化した弾性表面波に基づく電気信号成分を示す主応答波信号成分とを出力する弾性表面波センサにおいて、前記入力側櫛型電極指は、前記直達波信号成分と前記主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力するものである構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明の弾性表面波センサは、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力するので、直達波信号成分と主応答波信号成分とを分離することができる。したがって、本発明の弾性表面波センサは、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の弾性表面波センサは、前記入力側櫛型電極と前記出力側櫛型電極との間における弾性表面波の伝搬時間を遅延させる遅延部を備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の弾性表面波センサは、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔を拡大することができるので、直達波信号成分と主応答波信号成分とを確実に分離することができる。
【００１６】
本発明の被測定物特性測定装置は、弾性表面波センサと、前記バースト信号を生成するバースト信号生成手段と、前記被測定物の特性測定値の判定基準となる基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記基準信号に対する前記弾性表面波センサの出力信号の振幅比及び位相差の少なくともいずれか一方を示す信号を出力する振幅位相信号出力手段と、前記バースト信号に基づいて前記振幅位相信号出力手段の出力信号から前記主応答波信号成分に係る信号成分を抽出する主応答波信号成分抽出手段とを備えたことを特徴とする構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明の被測定物特性測定装置は、直達波信号成分と主応答波信号成分とを分離し、弾性表面波センサの出力信号の振幅比及び位相差の少なくともいずれか一方を示す信号から主応答波信号成分に係る信号成分を抽出することができる。
【００１８】
また、本発明の被測定物特性測定装置は、前記主応答波信号成分抽出手段が、前記バースト信号を入力して弾性表面波を生成する入力側櫛型電極指と、前記弾性表面波を受信して電気信号に変換する出力側櫛型電極指と、前記入力側櫛型電極指と前記出力側櫛型電極指との間に空気を被測定物として負荷する空気負荷領域とを有するリファレンスセンサを備え、前記リファレンスセンサが出力する空気負荷による主応答波信号成分に基づいて前記振幅位相信号出力手段の出力信号から前記主応答波信号成分に係る信号成分を抽出するものである構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明の被測定物特性測定装置は、溶液負荷の場合よりも大きな振幅が得られる空気負荷による主応答波信号成分に基づいて、弾性表面波センサの出力信号の振幅比及び位相差の少なくともいずれか一方を示す信号から主応答波信号成分に係る信号成分を抽出することができる。
【００２０】
さらに、本発明の被測定物特性測定装置は、弾性表面波センサとして、前記被測定物配置領域を電気的に短絡した短絡伝搬路に液体状の被測定物が配置される第１の弾性表面波センサと、前記被測定物配置領域を電気的に開放した開放伝搬路に前記液体状の被測定物が配置される第２の弾性表面波センサとを備え、前記第１の弾性表面波センサと前記第２の弾性表面波センサとを切り替えることによって前記被測定物の特性を測定するものである構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明の被測定物特性測定装置は、短絡伝搬路に液体状の被測定物を負荷とした第１の弾性表面波センサと、開放伝搬路に液体状の被測定物を負荷とした第２の弾性表面波センサとを切り替えることによって前記被測定物の特性を測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができるという効果を有する弾性表面波センサ及びそれを備えた被測定物特性測定装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するＳＡＷセンサ及びリファレンスセンサの構成図
【図３】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するスイッチオンオフ回路の構成例を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置において、ＳＡＷセンサ及びリファレンスセンサが入力するバースト信号の波形を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するログ／リミッタアンプの構成例を示す図
【図６】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するレベル変換回路の構成例を示す図
【図７】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するＡＭ検波回路及びレベル変換回路の入出力波形を示す図
【図８】本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置が有するサンプルホールド回路の一例を示す図
【図９】本発明の第２実施形態における溶液特性測定装置の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第２実施形態における溶液特性測定装置が有するＳＡＷセンサの構成図
【図１１】直達波及び主応答波の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る被測定物特性測定装置の第１実施形態における構成について図１〜図８に基づき説明する。本実施形態では、本発明に係る被測定物特性測定装置を、被測定物を溶液としてその物理的特性を測定する溶液特性測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態における溶液特性測定装置１００は、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下「ＳＡＷ」）を利用したＳＡＷセンサ１０及びリファレンスセンサ２０を備えている。また、溶液特性測定装置１００は、信号発振源１０１、アンプ１０２、スイッチ１０３、スイッチオンオフ回路１０４、ログ／リミッタアンプ１０５及び１０８、コンデンサ１０６及び１１１、固定アッテネータ１０７、位相検出器１０９、加算器１１０、アンプ１１２、ＡＭ検波回路１１３、レベル変換回路１１４、サンプルホールド回路１１５及び１１６を備えている。
【００２７】
以下、ＳＡＷセンサ１０及びログ／リミッタアンプ１０５が含まれる系をＳＡＷセンサ系と、固定アッテネータ１０７が含まれるコンデンサ１０６からログ／リミッタアンプ１０８までの系を固定アッテネータ系と、リファレンスセンサ２０が含まれるコンデンサ１１１からレベル変換回路１１４までの系をリファレンスセンサ系という。
【００２８】
最初に、ＳＡＷセンサ１０及びリファレンスセンサ２０の構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＳＡＷセンサ１０及びリファレンスセンサ２０を概念的に示す図である。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、ＳＡＷセンサ１０は、圧電基板１１、入力側櫛型電極指１２、出力側櫛型電極指１３、反応場電極部１４、遅延部１５を備えている。
【００３０】
圧電基板１１は、例えば、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、ランガサイト等の強誘電体の圧電材料で構成される。
【００３１】
入力側櫛型電極指１２及び出力側櫛型電極指１３は、例えば、ＡｌＣｕ合金の金属薄膜により圧電基板１１上に形成される。入力側櫛型電極指１２は、スイッチ１０３（図１参照）に接続され信号を入力する一方の電極指と、グランドに接続される他方の電極指とを有し、入力信号に基づいた弾性表面波を生成するようになっている。生成された弾性表面波は、圧電基板１１の長手方向に沿って進み、出力側櫛型電極指１３によって受信されるようになっている。出力側櫛型電極指１３は、ログ／リミッタアンプ１０５（図１参照）に接続される一方の電極指と、グランドに接続される他方の電極指とを有し、受信した弾性表面波を電気信号に変換してログ／リミッタアンプ１０５に出力するようになっている。
【００３２】
反応場電極部１４は、圧電基板１１上に金属薄膜が形成された電気的短絡面であって、被測定物としての溶液が滴下されるようになっている。金属薄膜の材料としては、溶液の導電率等の電気的性質の影響を受け難い金属、例えばＡｕを用いることが好ましい。ここで、後述するように、入力側櫛型電極指１２が入力する信号周波数を２５０ＭＨｚとし、反応場電極部１４における弾性表面波の遅延時間は１．８μｓとする。すなわち、主応答波信号成分と直達波信号成分との時間間隔を、背景技術で説明した従来のＳＡＷセンサと同じ１．８μｓとする（図１１参照）。なお、反応場電極部１４は、本発明に係る被測定物配置領域を構成する。
【００３３】
遅延部１５は、例えばＡｕの薄膜で構成され、入力側櫛型電極指１２が生成した弾性表面波を所定時間だけ遅延させるようになっている。本実施形態において遅延部１５は、２５０ＭＨｚの弾性表面波を３μｓ（＝７５０λ）遅延させるようになっている。なお、図２（ａ）において、遅延部１５を反応場電極部１４と出力側櫛型電極指１３との間に設けた例を図示しているが、遅延部１５を入力側櫛型電極指１２と反応場電極部１４との間に設ける構成としてもよい。
【００３４】
以上の構成により、ＳＡＷセンサ１０は、弾性表面波を３μｓ遅延させる遅延部１５を備えるので、ＳＡＷセンサ１０の出力信号における主応答波信号成分と直達波信号成分との時間間隔が１．８μｓから４．８μｓに広がることとなる。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、リファレンスセンサ２０は、圧電基板２１、入力側櫛型電極指２２、出力側櫛型電極指２３、反応場電極部２４、遅延部２５を備えている。リファレンスセンサ２０は、前述のＳＡＷセンサ１０とほぼ同様な構成を有するが、異なる構成についてのみ説明し、その他の構成の説明は省略する。
【００３６】
入力側櫛型電極指２２は、アンプ１１２（図１参照）に接続され信号を入力する一方の電極指と、グランドに接続される他方の電極指とを有し、入力信号に基づいた弾性表面波を生成するようになっている。
【００３７】
出力側櫛型電極指２３は、ＡＭ検波回路１１３（図１参照）に接続される一方の電極指と、グランドに接続される他方の電極指とを有し、受信した弾性表面波を電気信号に変換してＡＭ検波回路１１３に出力するようになっている。
【００３８】
反応場電極部２４は、ＳＡＷセンサ１０の反応場電極部１４が溶液負荷であるのに対し、空気負荷となっている。なお、反応場電極部２４は、本発明に係る空気負荷領域を構成する。
【００３９】
図１に戻り、構成の説明を続ける。
信号発振源１０１としては、ＳＡＷセンサ１０との整合性を考慮しＳＡＷ発振器を用いるのが好ましい。本実施形態において信号発振源１０１は、２５０ＭＨｚの正弦波信号を生成するものとする。
【００４０】
アンプ１０２は、信号発振源１０１が生成した正弦波信号を増幅し、スイッチ１０３及びコンデンサ１０６に出力するようになっている。このアンプ１０２は、ＳＡＷセンサ１０による減衰量を見込んで設けられたものである。
【００４１】
スイッチ１０３は、後述するスイッチオンオフ回路１０４の出力信号に基づいて、アンプ１０２からの信号の出力及び遮断を行うことにより、バースト信号を生成するようになっている。
【００４２】
スイッチオンオフ回路１０４は、例えば図３に示すように構成される。図３は、スイッチオンオフ回路１０４と、その後段の一部の回路を示しており、スイッチオンオフ回路１０４は、例えば、発振回路１０４ａ及びインバータ回路１０４ｂで構成される。本実施形態においてスイッチオンオフ回路１０４は、５０ｋＨｚの周波数でスイッチ１０３をオン又はオフに設定するものとする。その結果、スイッチ１０３は、２５０ＭＨｚの周波数成分を含むバースト信号を２０μｓごとに出力することとなる。
【００４３】
なお、信号発振源１０１、スイッチ１０３及びスイッチオンオフ回路１０４は、本発明に係るバースト信号生成手段を構成する。
【００４４】
ここで、バースト信号の時間幅について説明する。前述のように、ＳＡＷセンサ１０における主応答波信号成分と直達波信号成分との時間間隔は４．８μｓである。したがって、スイッチ１０３のオン時間が４．８μｓ以下であればＳＡＷセンサ１０の出力点において主応答波信号成分と直達波信号成分とを分離することができる。よって、スイッチオンオフ回路１０４は、時間幅が４．８μｓ以下のバースト信号をスイッチ１０３が出力するようスイッチ１０３をオンオフ制御するようになっている。
【００４５】
スイッチ１０３が出力するバースト信号を図４に示す。図４（ａ）はＳＡＷセンサ１０が入力するバースト信号を示し、図４（ｂ）はリファレンスセンサ２０が入力するバースト信号を示している。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＡＷセンサ１０及びリファレンスセンサ２０がそれぞれ入力するバースト信号は、ほぼ同等である。
【００４６】
ログ／リミッタアンプ１０５は、例えば、図５に示すように、複数のアンプとダイオードとで構成され、ＳＡＷセンサ１０からの信号を増幅し、振幅制限して出力（リミッタ出力）するとともに、振幅に対してデシベルリニアで変化する直流電圧を出力（ログアンプ出力）するようになっている。各信号の出力先として、ログ／リミッタアンプ１０５は、振幅制限した信号を位相検出器１０９に出力し、ログ検波した信号を加算器１１０に出力するようになっている。
【００４７】
コンデンサ１０６及び１１１は、ＳＡＷセンサ系に対する、固定アッテネータ系及びリファレンスセンサ系の影響を極力抑えるよう疎結合するためのものである。コンデンサ１０６は、アンプ１０２と固定アッテネータ１０７との間に設けられている。固定アッテネータ系は、振幅計測及び位相計測における基準値として使用するものなのでバースト信号は不要であり、正弦波信号を入力する構成としている。一方、コンデンサ１１１は、スイッチ１０３とアンプ１１２との間に設け、バースト信号を入力するようになっている。
【００４８】
固定アッテネータ１０７は、アンプ１０２からの正弦波信号を入力し、予め定めた信号レベルに減衰してログ／リミッタアンプ１０８に出力するようになっている。
【００４９】
ログ／リミッタアンプ１０８は、前述のログ／リミッタアンプ１０５と同様に構成され、振幅制限した信号を位相検出器１０９に出力し、ログ検波した信号を加算器１１０に出力するようになっている。
【００５０】
位相検出器１０９は、例えば、ダブルバランスドミキサで構成され、ＳＡＷセンサ系の信号と、固定アッテネータ系の信号との位相差に比例した直流電圧を出力するようになっている。ここで、固定アッテネータ系の信号の位相は一定であり、ログ／リミッタアンプ１０８によって矩形波に波形整形されるだけである。一方、ＳＡＷセンサ系の信号の位相は、ＳＡＷセンサ１０のセンシングに応じた位相変化を起こし、それがログ／リミッタアンプ１０５によって矩形整形される。位相検出器１０９は、ＳＡＷセンサ系及び固定アッテネータ系の信号を入力するので、両信号の位相差に比例した直流電圧を出力することとなる。固定アッテネータ系の信号の位相は一定であるので、位相検出器１０９から出力される直流電圧はＳＡＷセンサ１０の位相変化量に比例したものとなる。
【００５１】
加算器１１０は、ログ／リミッタアンプ１０５がログ検波した信号の振幅値からログ／リミッタアンプ１０８がログ検波した信号の振幅値を減算することによって、ＳＡＷセンサ系の振幅値と固定アッテネータ系の振幅値とのｄＢ（デシベル）差分を算出するようになっている。すなわち、加算器１１０は、ＳＡＷセンサ系の振幅値と固定アッテネータ系の振幅値との比に比例した直流電圧を出力するものである。
【００５２】
なお、位相検出器１０９及び加算器１１０は、本発明に係る振幅位相信号出力手段を構成する。
【００５３】
アンプ１１２は、コンデンサ１１１を介してバースト信号を入力し、所定の信号レベルに増幅してリファレンスセンサ２０に出力するようになっている。
【００５４】
ＡＭ検波回路１１３は、例えば、図５に示したログアンプで構成され、リファレンスセンサ２０の出力信号をＡＭ検波し、レベル変換回路１１４に出力するようになっている。
【００５５】
レベル変換回路１１４は、例えば、図６に示すヒステリシスコンパレータで構成される。図６において、コンパレータの正入力端子にはＡＭ検波回路１１３の出力信号が入力され、負入力端子にはリファレンス直流電圧が入力されるようになっている。リファレンス直流電圧の電圧レベルとしては、直達波信号成分のＡＭ検波後の直流電圧と、主応答波信号成分のＡＭ検波後の直流電圧との中間電圧レベルとするのが好ましい。リファレンスセンサ２０は空気負荷であるので、直達波信号成分と主応答波信号成分とのレベル差が比較的大きくなり、リファレンス信号の電圧設定の自由度も大きくなる。
【００５６】
溶液特性測定装置１００は、ＡＭ検波回路１１３及びレベル変換回路１１４を備えることにより、リファレンスセンサ２０の出力信号から主応答波信号成分のみを抽出し、主応答波信号成分が存在する期間だけ論理回路におけるハイレベルの信号を出力することができる。このハイレベルの信号を後段のサンプルホールド回路１１５及び１１６の制御信号とすることにより、溶液特性測定装置１００は、主応答波信号成分のみを計測対象とし、主応答波信号成分が現れていない期間には主応答波信号成分の値を保持するということが可能となる。
【００５７】
ＡＭ検波回路１１３及びレベル変換回路１１４の入出力波形を図７に示す。図７（ａ）は、ＡＭ検波回路１１３の入力波形を示し、図７（ｂ）は、ＡＭ検波回路１１３の出力波形、すなわち、レベル変換回路１１４の入力波形を示す。また、図７（ｃ）は、レベル変換回路１１４の出力波形を示す。
【００５８】
サンプルホールド回路１１５は、例えば、図８に示すように構成される。図８に示したサンプルホールド回路１１５は、サンプリング対象となる入力信号を電圧フォロア回路で受けるオペアンプ１１５ａと、サンプルホールド制御信号に基づいてオペアンプ１１５ａの出力信号を通過させるアナログスイッチ１１５ｂと、オペアンプ１１５ａの出力信号に応じた電荷を蓄積するコンデンサ１１５ｃと、コンデンサ１１５ｃが蓄積した電荷による電圧を電圧フォロア回路で受けてホールド信号として出力するオペアンプ１１５ｄとを備えている。
【００５９】
アナログスイッチ１１５ｂは、サンプルホールド制御信号としてレベル変換回路１１４（図１参照）の出力信号を入力するようになっている。そして、アナログスイッチ１１５ｂは、レベル変換回路１１４の出力信号がハイレベルのときＩＮ端子とＯＵＴ端子との間を閉じ、オペアンプ１１５ａの出力信号をオペアンプ１１５ｄに出力するとともに、オペアンプ１１５ａの出力信号に応じた電荷をコンデンサ１１５ｃに蓄積させるようになっている。また、アナログスイッチ１１５ｂは、レベル変換回路１１４の出力信号がローレベルのときＩＮ端子とＯＵＴ端子との間を開くようになっている。このとき、オペアンプ１１５ｄは、コンデンサ１１５ｃが蓄積した電荷による電圧を出力する。
【００６０】
したがって、サンプルホールド回路１１５は、レベル変換回路１１４の出力信号がハイレベルのとき加算器１１０（図１参照）の出力信号を出力し、レベル変換回路１１４の出力信号がローレベルのときコンデンサ１１５ｃに蓄積した電荷による電圧を出力するようになっている。
【００６１】
サンプルホールド回路１１６は、サンプルホールド回路１１５の構成と同じである。サンプルホールド回路１１６は、レベル変換回路１１４の出力信号がハイレベルのとき位相検出器１０９の出力信号を出力し、レベル変換回路１１４の出力信号がローレベルのときコンデンサ（図８の１１５ｃ相当）に蓄積した電荷による電圧を出力するようになっている。
【００６２】
なお、リファレンスセンサ系、サンプルホールド回路１１５及び１１６は、本発明に係る主応答波信号成分抽出手段を構成する。
【００６３】
次に、本発明の第１実施形態における溶液特性測定装置１００の動作について図１及び図２に基づき説明する。
【００６４】
スイッチ１０３は、信号発振源１０１が生成した正弦波信号と、スイッチオンオフ回路１０４の出力信号とに基づいてバースト信号を出力する。このバースト信号の時間幅は、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短いものであって、本実施形態では４．８μｓ以下である。
【００６５】
まず、ＳＡＷセンサ系において、ＳＡＷセンサ１０は、バースト信号を入力し、入力側櫛型電極指１２と出力側櫛型電極指１３との間の電磁結合により発生する直達波信号成分と、被測定物に応じて伝搬特性が変化した弾性表面波に基づく主応答波信号成分とをログ／リミッタアンプ１０５に出力する。ここで、ＳＡＷセンサ１０は、図２に示すように、弾性表面波の伝搬を遅延させる遅延部１５を有するので、主応答波信号成分を直達波信号成分よりも４．８μｓだけ遅延して出力する。
【００６６】
ログ／リミッタアンプ１０５は、ＳＡＷセンサ１０の出力信号を増幅し、振幅制限した信号を位相検出器１０９に出力し、ログ検波した信号を加算器１１０に出力する。
【００６７】
次に、固定アッテネータ系において、固定アッテネータ１０７は、コンデンサ１０６を介し、正弦波信号を入力し、予め定めた信号レベルに減衰してログ／リミッタアンプ１０８に出力する。
【００６８】
ログ／リミッタアンプ１０８は、固定アッテネータ１０７の出力信号を増幅し、振幅制限した信号を位相検出器１０９に出力し、ログ検波した信号を加算器１１０に出力する。
【００６９】
位相検出器１０９は、ログ／リミッタアンプ１０５及び１０８から入力した信号の位相差に比例した直流電圧をサンプルホールド回路１１６に出力する。
【００７０】
加算器１１０は、ログ／リミッタアンプ１０５がログ検波した信号の振幅値からログ／リミッタアンプ１０８がログ検波した信号の振幅値を減算することによって、ＳＡＷセンサ系の振幅値と固定アッテネータ系の振幅値とのｄＢ差分を算出する。その結果、加算器１１０は、ＳＡＷセンサ系の振幅値と固定アッテネータ系の振幅値との比に比例した直流電圧をサンプルホールド回路１１５に出力する。
【００７１】
次に、リファレンスセンサ系において、リファレンスセンサ２０は、コンデンサ１１１及びアンプ１１２を介し、バースト信号を入力し、直達波信号成分と、空気負荷による弾性表面波に基づく主応答波信号成分とを含む信号をＡＭ検波回路１１３に出力する。
【００７２】
ＡＭ検波回路１１３は、リファレンスセンサ２０の出力信号をＡＭ検波し、レベル変換回路１１４に出力する。
【００７３】
レベル変換回路１１４は、ＡＭ検波回路１１３の出力信号をロジックレベルの信号に変換し、サンプルホールド回路１１５及び１１６の制御信号として出力する。
【００７４】
その結果、サンプルホールド回路１１５は、ＳＡＷセンサ系と固定アッテネータ系との間における、主応答波信号成分の振幅比に比例した直流電圧を出力する。また、サンプルホールド回路１１６は、ＳＡＷセンサ系と固定アッテネータ系との間における、主応答波信号成分の位相差に比例した直流電圧を出力する。
【００７５】
したがって、溶液特性測定装置１００は、主応答波信号成分の振幅比に比例した直流電圧と、主応答波信号成分の位相差に比例した直流電圧とのいずれか又は両方に基づいて、溶液の物理的特性を測定することができる。
【００７６】
例えば、溶液特性測定装置１００は、溶液を反応場電極部１４に滴下しないときの直流電圧に対する、溶液を滴下したときの直流電圧の減衰量を求めることにより、数１に基づき溶液の粘性率を従来よりも高精度で求めることができる。数１において、λは波長、Δαは減衰量、ｋは定数、ωは角周波数、ρは溶液密度、ηは粘性率を示す。
【００７７】
【数１】
2010181178.tif 000003
【００７８】
以上のように、本実施形態における溶液特性測定装置１００によれば、ＳＡＷセンサ１０は、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力して主応答波信号成分と直達波信号成分とを分離する構成としたので、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができる。
【００７９】
（第２実施形態）
図９は、本発明に係る被測定物特性測定装置の第２実施形態における構成を示すブロック図である。本実施形態では、本発明に係る被測定物特性測定装置を、被測定物を溶液としてその電気的特性を測定する溶液特性測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００８０】
図９に示すように、本実施形態における溶液特性測定装置２００は、第１実施形態におけるＳＡＷセンサ１０（図１参照）に加えて、ＳＡＷセンサ３０及び切替スイッチ４０を備えたものである。したがって、図９において、第１実施形態における溶液特性測定装置１００と同じ構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
ＳＡＷセンサ３０は、図１０に示すように、圧電基板３１、入力側櫛型電極指３２、出力側櫛型電極指３３、電気的開放部３４、遅延部３５を備えている。なお、電気的開放部３４以外の構成は、ＳＡＷセンサ１０の構成と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
ＳＡＷセンサ１０の反応場電極部１４（図２参照）とは異なり、電気的開放部３４は金属膜が形成されない領域である。この電気的開放部３４には溶液が負荷される。また、図示のように、電気的開放部３４の周囲には、例えば、Ａｕの薄膜が枠状に形成されている。
【００８３】
切替スイッチ４０は、ＳＡＷセンサ１０及び３０のいずれか一方を選択して切り替えるようになっている。
【００８４】
なお、ＳＡＷセンサ１０及び３０は、それぞれ、本発明に係る第１及び第２の弾性表面波センサを構成する。また、ＳＡＷセンサ１０の反応場電極部１４は、本発明に係る短絡伝搬路を構成する。また、ＳＡＷセンサ３０の電気的開放部３４は、本発明に係る開放伝搬路を構成する。
【００８５】
本実施形態における溶液特性測定装置２００は、前述のように構成されているので、切替スイッチ４０によってＳＡＷセンサ１０及び３０のいずれか一方を選択し、ＳＡＷセンサ１０の反応場電極部１４では溶液の粘性率のような力学的相互作用を検出し、ＳＡＷセンサ３０の電気的開放部３４では導電率、誘電率といった電気的相互作用及び力学的相互作用の両方を検出することができる。よって、溶液特性測定装置２００は、ＳＡＷセンサ１０の出力信号とＳＡＷセンサ３０の出力信号との差分から、数２及び数３に基づいて被測定物の導電率・誘電率を検出することができる。
【００８６】
数２はＳＡＷセンサ１０の減衰量Δαと溶液の導電率・誘電率との関係を示し、数３はＳＡＷセンサ１０における弾性表面波の伝搬速度Ｖと導電率・誘電率との関係を示す。数２及び数３において、ＫＳ２は圧電基板１１の電気機械結合係数、ε０は空気の誘電率、εｒは水の比誘電率、εＰＴは圧電基板１１の実効誘電率、ΔＶは弾性表面波の伝搬速度の変化量、εｒ'及びσ'はそれぞれ求める溶液の比誘電率及び導電率である。ここで、弾性表面波の伝搬速度の変化量ΔＶは、ＳＡＷセンサ１０の出力信号とＳＡＷセンサ３０の出力信号との位相差に基づいて求めることができる。
【００８７】
【数２】
2010181178.tif 000004
【００８８】
【数３】
2010181178.tif 000005
【００８９】
以上のように、本実施形態における溶液特性測定装置２００によれば、溶液負荷の反応場電極部１４を有するＳＡＷセンサ１０と、溶液負荷の電気的開放部３４を有するＳＡＷセンサ３０とを備え、ＳＡＷセンサ１０及び３０において、直達波信号成分と主応答波信号成分との間の時間間隔よりも短い時間幅のバースト信号を入力して主応答波信号成分と直達波信号成分とを分離する構成としたので、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明に係る被測定物特性測定装置は、直達応答波信号の影響を回避して測定精度の向上を図ることができるという効果を有し、液体の粘性率、導電率、誘電率等の測定に用いられる弾性表面波センサ及びそれを備えた被測定物特性測定装置等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１０、３０  ＳＡＷセンサ
１１、２１、３１  圧電基板
１２、２２、３２  入力側櫛型電極指
１３、２３、３３  出力側櫛型電極指
１４、２４  反応場電極部
１５、２５、３５  遅延部
２０  リファレンスセンサ
３４  電気的開放部
４０  切替スイッチ
１００、２００  溶液特性測定装置
１０１  信号発振源
１０２、１１２  アンプ
１０３  スイッチ
１０４  スイッチオンオフ回路
１０４ａ  発振回路
１０４ｂ  インバータ回路
１０５、１０８  ログ／リミッタアンプ
１０６、１１１、１１５ｃ  コンデンサ
１０７  固定アッテネータ
１０９  位相検出器
１１０  加算器
１１３  ＡＭ検波回路
１１４  レベル変換回路
１１５、１１６  サンプルホールド回路
１１５ａ、１１５ｄ  オペアンプ
１１５ｂ  アナログスイッチ
【図１】
2010181178.tif 000006
【図２】
2010181178.tif 000007
【図３】
2010181178.tif 000008
【図４】
2010181178.tif 000009
【図５】
2010181178.tif 000010
【図６】
2010181178.tif 000011
【図７】
2010181178.tif 000012
【図８】
2010181178.tif 000013
【図９】
2010181178.tif 000014
【図１０】
2010181178.tif 000015
【図１１】
2010181178.tif 000016