(57)【要約】【課題】弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、これをコンパクトに構成した上で、濃度検出を精度良く行えるようにする。【解決手段】ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂを有する自励式の濃度センサとして構成する。その上で、ショートチャンネル３４Ａに接続された発振用回路４０Ａの高周波増幅器４２Ａが動作しているときには、オープンチャンネル３４Ｂに接続された発振用回路４０Ｂの高周波増幅器４２Ｂの動作を停止させ、また、高周波増幅器４２Ｂが動作しているときには、高周波増幅器４２Ａの動作を停止させる構成とする。これにより、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａにおける自励発振と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂにおける自励発振との間に干渉が生じてしまうのを未然に防止する。【選択図】図１
2010151634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に、１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部と、この第１のチャンネル部と並列で１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部とが形成されてなるセンサ本体と、
このセンサ本体の各チャンネル部に接続され、該チャンネル部とで自励発振を生起させる閉ループ回路を構成する第１および第２の発振用回路と、を備えてなり、
上記第１のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を、これら両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層で覆ったショートチャンネルとして構成されるとともに、上記第２のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を露出させたオープンチャンネルとして構成されており、
上記各発振用回路が、高周波増幅器と、この高周波増幅器のゲインを調整する自動利得制御回路とを備えてなり、
上記各チャンネル部における１対の交差指電極のうち、一方の交差指電極を励振させて上記圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、他方の交差指電極まで伝播した上記弾性表面波を該交差指電極で受振させるように構成された濃度センサにおいて、
上記各発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号および上記各自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号に基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出する濃度算出回路と、
上記第１および第２の発振用回路の高周波増幅器のうち、一方の高周波増幅器が動作しているときには、他方の高周波増幅器の動作を停止させる駆動制御回路と、を備えていることを特徴とする濃度センサ。
【請求項２】
上記駆動制御回路が、上記他方の高周波増幅器の動作停止を、該高周波増幅器への電源供給を遮断することにより行うように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の濃度センサ。
【請求項３】
上記駆動制御回路が、上記他方の高周波増幅器の動作停止を、該高周波増幅器の増幅率を自励発振が停止する値まで下げることにより行うように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の濃度センサ。
【請求項４】
上記駆動制御回路が、上記第１および第２の発振用回路の高周波増幅器を共に動作させた状態で、周期的に一方の高周波増幅器の動作を第１の設定期間だけ一時的に停止させた直後に他方の高周波増幅器の動作を第２の設定期間だけ一時的に停止させ、上記第１の設定期間内に上記他方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するとともに上記第２の設定期間内に上記一方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の濃度センサ。
【請求項５】
上記駆動制御回路が、上記第１および第２の発振用回路の高周波増幅器の動作を共に停止させた状態で、周期的に一方の高周波増幅器を第１の設定期間だけ一時的に動作させた直後に他方の高周波増幅器を第２の設定期間だけ一時的に動作させ、上記第１の設定期間内に上記一方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するとともに上記第２の設定期間内に上記他方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の濃度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサに関するものであり、特に、そのセンサ本体として、ショートチャンネルおよびオープンチャンネルを備えた濃度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検溶液中の化学物質濃度（例えばメタノール濃度）を検出するための濃度センサとして、弾性表面波を利用したものが知られている。
【０００３】
この濃度センサは、そのセンサ本体として、例えば「特許文献１」に記載されているように、圧電基板上に１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなるチャンネル部を備えた構成となっている。
【０００４】
そして、この濃度センサにおいては、一方の交差指電極を励振させて圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、これにより他方の交差指電極まで伝播した弾性表面波を該交差指電極で受振させる構成となっている。その際、弾性表面波の伝播速度は化学物質濃度により変化するので、他方の交差指電極で受振した弾性表面波の周波数に基づいて濃度検出を行うことが可能となる。
【０００５】
従来の濃度センサの多くは、上記「特許文献１」にも記載されているように、一方の交差指電極の励振を、該交差指電極に所定の高周波信号電圧を印加することにより行う、いわゆる他励式の濃度センサとして構成されている。
【０００６】
その際「特許文献２」には、このような他励式の濃度センサにおいて、そのセンサ本体のチャンネル部として、両交差指電極間における圧電基板上の領域が、両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層によって覆われているショートチャンネルと、両交差指電極間における圧電基板上の領域が露出しているオープンチャンネルとを備えた構成で、かつ、両チャンネル部が並列で配置された構成が記載されている。
【０００７】
そして、この「特許文献２」に記載された濃度センサにおいては、ショートチャンネルにおける弾性表面波の伝播速度と、オープンチャンネルにおける弾性表面波の伝播速度との差に基づいて、濃度検出を行う構成となっている。
【０００８】
また「特許文献３」には、他励式の濃度センサにおいて、そのセンサ本体のチャンネル部として、１つの基準チャンネル部（基準センサー１０７）と複数の検出チャンネル部（検出センサー１０１〜１０６）とを備えた構成が記載されている。
【０００９】
そして、この「特許文献３」に記載された濃度センサにおいては、複数の検出チャンネル部の駆動（すなわち、一方の交差指電極への高周波信号電圧の印加）を、同一のタイミングでは行わない構成となっており、一方、基準チャンネル部の駆動については、これを連続的に行う構成または複数の検出チャンネル部のいずれかの駆動と同一のタイミングで行う構成となっている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３１５６４６号公報
【特許文献２】特開平５−２５６７５３号公報
【特許文献３】特表２００２−５２５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の濃度センサは、いずれも他励式の濃度センサとして構成されているが、チャンネル部に発振用回路を接続して閉ループ回路を構成し、これにより自励発振を生起させる、いわゆる自励式の濃度センサとして構成することも可能である。
【００１２】
その際、この自励式の濃度センサの発振用回路として、高周波増幅器とそのゲインを調整する自動利得制御回路とを備えた構成とした上で、この発振用回路をショートチャンネルおよびオープンチャンネルの各々に接続して、それぞれ閉ループ回路を構成するようにすれば、ショートチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号と、オープンチャンネル側の発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびその自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号とに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出することが可能となる。そして、このような構成を採用することにより、他励式の濃度センサに比して、濃度検出を精度良く行うことが可能となる。
【００１３】
しかしながら、このような自励式の濃度センサ濃度を採用した場合には、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路の各々で、自励発振が生起されることとなるので、両者間に干渉が生じてしまうおそれがある。そして、このような干渉が生じてしまうと、各発振周波数信号および各ゲイン調整電圧信号の出力値に誤差が生じてしまうこととなる。
【００１４】
このような干渉の発生を未然に防止する方法として、いくつかの方法が考えられる。
【００１５】
例えば、ショートチャンネルとオープンチャンネルとを、物理的距離を置いて配置することが考えられる。しかしながら、このようにした場合には、センサ本体が大型化してしまう、という問題がある。しかも、このようにした場合には、被検溶液中の互いに離れた位置で弾性表面波の伝播が行われることとなるので、その受振条件が異なったものとなってしまい、このため濃度検出の精度が低下してしまう、という問題もある。
【００１６】
また、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路とで、発振周波数を異なった値に設定することも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号の出力値の特性が、両閉ループ回路相互間で不揃いとなってしまうため、濃度検出の精度が低下してしまう、という問題がある。
【００１７】
さらに、単一の高周波増幅器および自動利得制御回路をショートチャンネルおよびオープンチャンネルで共用し、スイッチ操作により、ショートチャンネル側の閉ループ回路の動作とオープンチャンネル側の閉ループ回路の動作とを切り替えるようにすることも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、スイッチ操作が介在することとなるため、各チャンネル部における弾性表面波の発振精度が低下してしまい、やはり濃度検出の精度が低下してしまう、という問題がある。
【００１８】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、これをコンパクトに構成した上で、濃度検出を精度良く行うことができる濃度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願発明は、ショートチャンネルおよびオープンチャンネルを有する自励式の濃度センサを採用した上で、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路とで、その発振用回路の高周波増幅器の動作タイミングをずらす構成とすることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００２０】
すなわち、本願発明に係る濃度センサは、
圧電基板上に、１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部と、この第１のチャンネル部と並列で１対の交差指電極が所定間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部とが形成されてなるセンサ本体と、
このセンサ本体の各チャンネル部に接続され、該チャンネル部とで自励発振を生起させる閉ループ回路を構成する第１および第２の発振用回路と、を備えてなり、
上記第１のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を、これら両交差指電極のアース電極指に短絡された導電層で覆ったショートチャンネルとして構成されるとともに、上記第２のチャンネル部が、該チャンネル部の両交差指電極間における上記圧電基板上の領域を露出させたオープンチャンネルとして構成されており、
上記各発振用回路が、高周波増幅器と、この高周波増幅器のゲインを調整する自動利得制御回路とを備えてなり、
上記各チャンネル部における１対の交差指電極のうち、一方の交差指電極を励振させて上記圧電基板上に弾性表面波を発生させるとともに、他方の交差指電極まで伝播した上記弾性表面波を該交差指電極で受振させるように構成された濃度センサにおいて、
上記各発振用回路の高周波増幅器から出力される発振周波数信号および上記各自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号に基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出する濃度算出回路と、
上記第１および第２の発振用回路の高周波増幅器のうち、一方の高周波増幅器が動作しているときには、他方の高周波増幅器の動作を停止させる駆動制御回路と、を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
本願発明に係る濃度センサの濃度検出の対象となる「化学物質濃度」の種類は特に限定されるものではなく、例えばメタノール濃度や蟻酸濃度等が採用可能である。
【００２２】
上記「駆動制御回路」は、第１および第２の発振用回路の高周波増幅器のうち、一方の高周波増幅器が動作しているときには、他方の高周波増幅器の動作を停止させるように構成されていれば、その動作の停止タイミングや停止期間等は特に限定されるものではない。
【００２３】
また、上記「他方の高周波増幅器」の動作を停止させるための具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、該高周波増幅器への電源供給を遮断することにより行う構成、あるいは、該高周波増幅器の増幅率を自励発振が停止する値まで下げることにより行う構成等が採用可能である。
【発明の効果】
【００２４】
上記構成に示すように、本願発明に係る濃度センサは、ショートチャンネルおよびオープンチャンネルを有する自励式の濃度センサとして構成されているが、ショートチャンネルに接続された発振用回路の高周波増幅器が動作しているときには、オープンチャンネルに接続された発振用回路の高周波増幅器の動作が停止し、また、オープンチャンネルに接続された発振用回路の高周波増幅器が動作しているときには、ショートチャンネルに接続された発振用回路の高周波増幅器の動作が停止する構成となっているので、ショートチャンネル側の閉ループ回路における自励発振と、オープンチャンネル側の閉ループ回路における自励発振との間に干渉が生じてしまうのを未然に防止することができる。
【００２５】
したがって、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路とを近接して配置することが可能となり、これにより濃度センサをコンパクトに構成することができる。
【００２６】
またこれにより、ショートチャンネル側の閉ループ回路から出力される発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号の出力値、ならびにオープンチャンネル側の閉ループ回路から出力される発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号の出力値、の各々に誤差が生じてしまうのを未然に防止することができる。
【００２７】
このように本願発明によれば、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサにおいて、これをコンパクトに構成した上で、濃度検出を精度良く行うことができる。
【００２８】
上記構成において、駆動制御回路の構成として、第１および第２の発振用回路の高周波増幅器を共に動作させた状態で、周期的に一方の高周波増幅器の動作を第１の設定期間だけ一時的に停止させた直後に他方の高周波増幅器の動作を第２の設定期間だけ一時的に停止させる構成とした上で、第１の設定期間内に上記他方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するとともに、第２の設定期間内に上記一方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測する構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００２９】
すなわち、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路とで、その発振用回路の高周波増幅器の動作タイミングを互いにずらすようにした上で、その計測タイミングのずれを最小限に抑えることができる。そしてこれにより、濃度検出の精度を十分に高めることができる。
【００３０】
しかも、このような構成を採用することにより、一方の高周波増幅器は、第１の設定期間以外は動作状態にあり、また、他方の高周波増幅器は、第２の設定期間以外は動作状態にあるので、その動作停止期間を最小限に抑えることができ、これにより安定した動作を確保することができる。
【００３１】
ここで、上記「一方の高周波増幅器」は、第１および第２の発振用回路のうちのいずれであってもよい。
【００３２】
また、上記「他方（または一方）の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号」とは、「他方（または一方）の高周波増幅器から出力される発振周波数信号およびこの高周波増幅器に接続された自動利得制御回路から出力されるゲイン調整電圧信号」を意味するものである。
【００３３】
上記構成において、駆動制御回路の構成として、第１および第２の発振用回路の高周波増幅器の動作を共に停止させた状態で、周期的に一方の高周波増幅器を第１の設定期間だけ一時的に動作させた直後に他方の高周波増幅器を第２の設定期間だけ一時的に動作させる構成とした上で、第１の設定期間内に上記一方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測するとともに、第２の設定期間内に上記他方の高周波増幅器に由来する発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号を計測する構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００３４】
すなわち、このようにした場合においても、ショートチャンネル側の閉ループ回路とオープンチャンネル側の閉ループ回路とで、その発振用回路の高周波増幅器の動作タイミングを互いにずらすようにした上で、その計測タイミングのずれを最小限に抑えることができる。そしてこれにより、濃度検出の精度をより高めることができる。
【００３５】
しかも、このような構成を採用することにより、一方の高周波増幅器は、第１の設定期間以外は動作停止状態にあり、また、他方の高周波増幅器は、第２の設定期間以外は動作停止状態にあるので、消費電力を最小限に抑えた上で濃度検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００３７】
図１は、本願発明の一実施形態に係る濃度センサ１０を示すブロック図である。
【００３８】
同図に示すように、本実施形態に係る濃度センサ１０は、センサユニット２０と、このセンサユニット２０に接続された制御ユニット５０とを備えてなっている。その際、センサユニット２０は、センサ本体３０と、第１および第２の発振用回路４０Ａ、４０Ｂとを備えてなっている。
【００３９】
そして、この濃度センサ１０は、そのセンサ本体３０を被検溶液中に配置した状態で、この被検溶液に含まれている特定の化学物質（例えばメタノール）の濃度を検出するようになっている。
【００４０】
センサ本体３０は、圧電基板３２上に、１対の交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２が所定間隔を置いて配置されてなる第１のチャンネル部３４Ａと、この第１のチャンネル部３４Ａと並列で１対の交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２が上記所定間隔と同じ間隔を置いて配置されてなる第２のチャンネル部３４Ｂとが形成された構成となっている。
【００４１】
第１のチャンネル部３４Ａは、その一方の交差指電極３４Ａ１における一方の電極指が入力用電極指３４Ａｉを構成しており、また、その他方の交差指電極３４Ａ２における一方の電極指が出力用電極指３４Ａｏを構成している。
【００４２】
一方、第２のチャンネル部３４Ｂは、その一方の交差指電極３４Ｂ１における一方の電極指が入力用電極指３４Ｂｉを構成しており、また、その他方の交差指電極３４Ｂ２における一方の電極指が出力用電極指３４Ｂｏを構成している。
【００４３】
そして、第１のチャンネル部３４Ａの各交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２における他方の電極指と、第２のチャンネル部３４Ｂの各交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２における他方の電極指とが、共通のアース電極指３４ｇを構成している。
【００４４】
これら各チャンネル部３４Ａ、３４Ｂにおいては、その一方の交差指電極３４Ａ１、３４Ｂ１が励振することにより圧電基板３２上に横波型の弾性表面波を発生させるように構成されており、そして、これにより圧電基板３２上をその他方の交差指電極３４Ａ２、３４Ｂ２まで伝播した弾性表面波を、これら各交差指電極３４Ａ２、３４Ｂ２で受振するように構成されている。
【００４５】
第１および第２のチャンネル部３４Ａ、３４Ｂは、互いに線対称の構成を有しており、かつ互いに隣接して配置されているが、以下の構成が両者間で異なっている。
【００４６】
すなわち、第１のチャンネル部３４Ａは、その交差指電極３４Ａ１、３４Ａ２間における圧電基板３２上の領域が、アース電極指３４ｇに短絡された導電層３４Ａ３で覆われたショートチャンネルとして構成されている。一方、第２のチャンネル部３４Ｂは、その交差指電極３４Ｂ１、３４Ｂ２間における圧電基板３２上の領域が露出したオープンチャンネルとして構成されている。
【００４７】
以下、第１のチャンネル部３４Ａを「ショートチャンネル３４Ａ」、第２のチャンネル部３４Ｂを「オープンチャンネル３４Ｂ」という。
【００４８】
第１および第２の発振用回路４０Ａ、４０Ｂは、第１の発振用回路４０Ａがショートチャンネル３４Ａに接続されており、第２の発振用回路４０Ｂがショートチャンネル３４Ｂに接続されている。そして、発振用回路４０Ａは、ショートチャンネル３４Ａとで、自励発振を生起させる閉ループ回路２２Ａを構成するようになっており、発振用回路４０Ｂは、オープンチャンネル３４Ｂとで、自励発振を生起させる閉ループ回路２２Ｂを構成するようになっている。
【００４９】
ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａは、高周波増幅器４２Ａと、自動利得制御回路４４Ａと、ローパスフィルタ４６Ａとで構成されている。
【００５０】
高周波増幅器４２Ａは、ショートチャンネル３４Ａの出力用電極指３４Ａｏから出力される発振周波数信号を増幅して、これをショートチャンネル３４Ａの入力用電極指３４Ａｉに戻すように構成されている。
【００５１】
自動利得制御回路４４Ａは、高周波増幅器４２Ａからの出力信号（すなわちショートチャンネル３４Ａへの入力信号）の電圧振幅を一定に維持することにより、高周波増幅器４２Ａのゲイン調整を行うようになっている。
【００５２】
ローパスフィルタ４６Ａは、閉ループ回路２２Ａにおいて発振させようとする周波数（例えば５０ＭＨｚ）よりも高い周波数領域での発振を阻止するために、ショートチャンネル３４Ａの出力用電極指３４Ａｏと高周波増幅器４２Ａとの間に配置されている。
【００５３】
オープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂも、ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａと同様の構成を有している。すなわち、この発振用回路４０Ｂは、高周波増幅器４２Ｂと、自動利得制御回路４４Ｂと、ローパスフィルタ４６Ｂとで構成されている。
【００５４】
そして、センサユニット２０は、ショートチャンネル側の発振用回路４０Ａにおける高周波増幅器４２Ａから出力される発振周波数ｆｓの信号および自動利得制御回路４４Ａから出力されるゲイン調整電圧（ＡＧＣ電圧）Ｖｓの信号と、オープンチャンネル側の発振用回路４０Ｂにおける高周波増幅器４２Ｂから出力される発振周波数ｆｏの信号および自動利得制御回路４４Ｂから出力されるゲイン調整電圧Ｖｏの信号とを、制御ユニット５０に入力するようになっている。
【００５５】
制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２と、このＣＰＵ５２に接続された周波数カウンタ５４およびＡ／Ｄ変換器５６とを備えてなっている。
【００５６】
周波数カウンタ５４には、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓの信号と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏの信号とが入力されるようになっている。そして、この周波数カウンタ５４において、これら各発振周波数ｆｓ、ｆｏの計測を行うようになっている。
【００５７】
Ａ／Ｄ変換器５６には、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力されるゲイン調整電圧Ｖｓの信号と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力されるゲイン調整電圧Ｖｏの信号とが入力されるようになっている。そして、このＡ／Ｄ変換器５６において、これら各ゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏの信号をＡ／Ｄ変換するようになっている。
【００５８】
ＣＰＵ５２は、周波数カウンタ５４で計測された各発振周波数信号の出力値ｆｓ、ｆｏと、Ａ／Ｄ変換された各ゲイン調整電圧信号の出力値Ｖｓ、Ｖｏとに基づいて、被検溶液中の化学物質濃度を算出するようになっている。
【００５９】
このＣＰＵ５２による化学物質濃度の算出は、次のようにして行われるようになっている。
【００６０】
すなわち、発振周波数ｆｓは、ショートチャンネル３４Ａの圧電基板３２上を伝播する弾性表面波の速度に応じた値となり、また、発振周波数ｆｏは、オープンチャンネル３４Ｂの圧電基板３２上を伝播する弾性表面波の速度に応じた値となる。
【００６１】
一方、被検溶液中の化学物質濃度が変化すると、これに伴って被検溶液の誘電率も変化する。そして、この誘電率が変化すると、弾性表面波の伝播速度も変化する。その際、ショートチャンネル３４Ａとオープンチャンネル３４Ｂとでは、導電層３４Ａ３の有無の差により、誘電率の変化に対する弾性表面波の伝播速度の変化の度合が異なったものとなる。
【００６２】
そして、この弾性表面波の伝播速度の差が、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏとの差となって現れる。また、各ゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏは、弾性表面波が伝播する際のエネルギの減衰の度合に応じた値となる。
【００６３】
そこで、これら発振周波数ｆｓ、ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｓ、Ｖｏという４つの出力値を用いて、所定のアルゴリズムに基づいて演算を行うことにより、被検溶液中の化学物質濃度を算出するようになっている。
【００６４】
ところで、このＣＰＵ５２による化学物質濃度の算出を、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂとを同時に動作させて行うようにした場合には、各閉ループ回路２２Ａ、２２Ｂで自励発振が同時に生起されることとなるので、両者間に干渉が生じてしまうおそれがある。
【００６５】
特に、本実施形態に係る濃度センサ１０のように、センサ本体３０の圧電基板３２上においてショートチャンネル３４Ａとオープンチャンネル３４Ｂとが互いに隣接して配置されている場合には、両者間に干渉が生じやすくなる。そして、このような干渉が生じてしまうと、各発振周波数信号および各ゲイン調整電圧信号の出力値ｆｓ、ｆｏ、Ｖｓ、Ｖｏに誤差が生じてしまうこととなる。
【００６６】
そこで、本実施形態に係る濃度センサ１０においては、このような干渉の発生を防止するため、以下のような構成を備えている。
【００６７】
すなわち、センサユニット２０における各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂと、その電源６０との間には、オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂがそれぞれ配置されている。これら各オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂは、ＣＰＵ５２からの制御信号により、その開閉動作が行われるようになっている。
【００６８】
そして、このＣＰＵ５２による各オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂの開閉制御は、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａとオープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂとのうち、一方が動作しているときには他方の動作を停止させるようにして行われるようになっている。
【００６９】
このＣＰＵ５２による開閉制御は、具体的には、図２（ａ）に示すタイミングチャートで示す手順で行われるようになっている。
【００７０】
すなわち、ＣＰＵ５２は、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａとオープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂとを共にオンにした状態で、周期的に高周波増幅器４２Ａを第１の設定期間ｔ１だけ一時的にオフにした直後に高周波増幅器４２Ｂを第２の設定期間ｔ２だけ一時的にオフにするようになっている。そして、ＣＰＵ５２は、設定期間ｔ１内に、計測タイミングＴ１で、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｏを計測するとともに、設定期間ｔ２内に、計測タイミングＴ２で、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓおよびゲイン調整電圧Ｖｓを計測するようになっている。
【００７１】
その際、各設定期間ｔ１、ｔ２は、２．５秒程度の値に設定されている。また、その計測の周期ｔ３は、１０秒程度の値に設定されている。そして、発振周波数ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｏの計測タイミングＴ１は、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａをオフにしてから２秒後（すなわち設定期間ｔ１の終了直前のタイミング）に設定されており、また、発振周波数ｆｓおよびゲイン調整電圧Ｖｓの計測タイミングＴ２は、オープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂをオフにしてから２秒後（すなわち設定期間ｔ２の終了直前のタイミング）に設定されている。
【００７２】
以上詳述したように、本実施形態に係る濃度センサ１０は、ショートチャンネル３４Ａおよびオープンチャンネル３４Ｂを有する自励式の濃度センサとして構成されているが、ショートチャンネル３４Ａに接続された発振用回路４０Ａの高周波増幅器４２Ａが動作しているときには、オープンチャンネル３４Ｂに接続された発振用回路４０Ｂの高周波増幅器４２Ｂの動作が停止し、また、オープンチャンネル３４Ｂに接続された発振用回路４０Ｂの高周波増幅器４２Ｂが動作しているときには、ショートチャンネル３４Ａに接続された発振用回路４０Ａの高周波増幅器４２Ａの動作が停止する構成となっているので、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａにおける自励発振と、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂにおける自励発振との間に干渉が生じてしまうのを未然に防止することができる。
【００７３】
したがって、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂとを近接して配置することが可能となり、これにより濃度センサ１０をコンパクトに構成することができる。
【００７４】
またこれにより、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号の出力値ｆｓ、Ｖｓ、ならびにオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数信号およびゲイン調整電圧信号の出力値ｆｏ、Ｖｏの各々に誤差が生じてしまうのを未然に防止することができる。
【００７５】
このように本実施形態によれば、弾性表面波を利用して被検溶液中の化学物質濃度を検出するように構成された濃度センサ１０において、これをコンパクトに構成した上で、濃度検出を精度良く行うことができる。
【００７６】
しかも本実施形態においては、制御ユニット５０のＣＰＵ５２が、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａとオープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂとを共にオンにした状態で、周期的に高周波増幅器４２Ａを設定期間ｔ１だけ一時的にオフにした直後に高周波増幅器４２Ｂを設定期間ｔ２だけ一時的にオフにし、そして、設定期間ｔ１内に、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｏを計測するとともに、設定期間ｔ２内に、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓおよびゲイン調整電圧Ｖｓを計測する構成となっているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００７７】
すなわち、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂとで、その高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂの動作タイミングを互いにずらすようにした上で、その計測タイミングのずれを最小限に抑えることができる。そしてこれにより、濃度検出の精度を十分に高めることができる。
【００７８】
しかも、高周波増幅器４２Ａは、設定期間ｔ１以外はオンの状態にあり、また、高周波増幅器４２Ｂは、設定期間ｔ２以外はオンの状態にあるので、そのオフ期間を最小限に抑えることができ、これにより安定した動作を確保することができる。
【００７９】
なお、本実施形態のように、高周波増幅器４２Ａを設定期間ｔ１だけオフにする代わりに、高周波増幅器４２Ｂを設定期間ｔ１だけオフにするとともに、高周波増幅器４２Ｂを設定期間ｔ２だけオフにする代わりに、高周波増幅器４２Ａを設定期間ｔ２だけオフにするようにした場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８０】
また、本実施形態のように、各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂの動作停止を、オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂを選択的にオフにして該高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂへの電源供給を遮断することにより行う構成とする代わりに、各発振用回路４０Ａ、４０Ｂの自動利得制御回路４４Ａ、４４Ｂから出力されるゲイン調整電圧信号Ｖｓ、Ｖｏの高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂへの入力を選択的に遮断して、該高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂの増幅率を自励発振が停止する値まで下げることにより行う構成とすることも可能である。
【００８１】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００８２】
図２（ｂ）は、本変形例の作用を示す、同図（ａ）と同様の図である。
【００８３】
本変形例においては、ＣＰＵ５２による各オンオフスイッチ６２Ａ、６２Ｂの開閉制御の方法が、上記実施形態の場合と異なっている。
【００８４】
すなわち、本変形例においては、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａとオープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂとを共にオフにした状態で、周期的に高周波増幅器４２Ｂを第１の設定期間ｔ１だけ一時的にオンにした直後に高周波増幅器４２Ａを第２の設定期間ｔ２だけ一時的にオンにするようになっている。そして、設定期間ｔ１内に、オープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂから出力される発振周波数ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｏを計測するとともに、設定期間ｔ２内に、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａから出力される発振周波数ｆｓおよびゲイン調整電圧Ｖｓを計測するようになっている。
【００８５】
その際、各設定期間ｔ１、ｔ２は、２．５秒程度の値に設定されている。また、その計測の周期ｔ３は、１０秒程度の値に設定されている。そして、発振周波数ｆｏおよびゲイン調整電圧Ｖｏの計測タイミングＴ１は、オープンチャンネル側の高周波増幅器４２Ｂをオンにしてから２秒後（すなわち設定期間ｔ１の終了直前のタイミング）に設定されており、また、発振周波数ｆｓおよびゲイン調整電圧Ｖｓの計測タイミングＴ２は、ショートチャンネル側の高周波増幅器４２Ａをオンにしてから２秒後（すなわち設定期間ｔ２の終了直前のタイミング）に設定されている。
【００８６】
本変形例の構成を採用した場合においても、ショートチャンネル側の閉ループ回路２２Ａとオープンチャンネル側の閉ループ回路２２Ｂとで、その高周波増幅器４２Ａ、４２Ｂの動作タイミングを互いにずらすようにした上で、その計測タイミングのずれを最小限に抑えることができる。そしてこれにより、濃度検出の精度をより高めることができる。
【００８７】
しかも、本変形例の構成を採用することにより、高周波増幅器４２Ａは、設定期間ｔ１以外はオフの状態にあり、また、高周波増幅器４２Ｂは、設定期間ｔ２以外はオフの状態にあるので、消費電力を最小限に抑えた上で濃度検出を行うことができる。
【００８８】
なお、本変形例のように、高周波増幅器４２Ｂを設定期間ｔ１だけオンにする代わりに、高周波増幅器４２Ａを設定期間ｔ１だけオンにするとともに、高周波増幅器４２Ａを設定期間ｔ２だけオンにする代わりに、高周波増幅器４２Ｂを設定期間ｔ２だけオンにするようにした場合においても、本変形例と同様の作用効果を得ることができる。
【００８９】
なお、上記実施形態およびその変形例において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本願発明の一実施形態に係る濃度センサを示すブロック図
【図２】（ａ）は、上記実施形態の作用をタイミングチャートで示す図、（ｂ）は、上記実施形態の変形例の作用を示す（ａ）と同様の図
【符号の説明】
【００９１】
１０  濃度センサ
２０  センサユニット
２２Ａ  ショートチャンネル側の閉ループ回路
２２Ｂ  オープンチャンネル側の閉ループ回路
３０  センサ本体
３２  圧電基板
３４Ａ  ショートチャンネル（第１のチャンネル部）
３４Ａｉ、３４Ｂｉ  入力用電極指
３４Ａｏ、３４Ｂｏ  出力用電極指
３４Ａ１、３４Ａ２、３４Ｂ１、３４Ｂ２  交差指電極
３４Ａ３  導電層
３４Ｂ  オープンチャンネル（第２のチャンネル部）
３４ｇ  アース電極指
４０Ａ  ショートチャンネル側の発振用回路（第１の発振用回路）
４０Ｂ  オープンチャンネル側の発振用回路（第２の発振用回路）
４２Ａ、４２Ｂ  高周波増幅器
４４Ａ、４４Ｂ  自動利得制御回路
４６Ａ、４６Ｂ  ローパスフィルタ
５０  制御ユニット
５２  ＣＰＵ
５４  周波数カウンタ
５６  Ａ／Ｄ変換器
６０  電源
６２Ａ、６２Ｂ  オンオフスイッチ
ｆｏ、ｆｓ  発振周波数
Ｔ１、Ｔ２  計測タイミング
ｔ１  第１の設定期間
ｔ２  第２の設定期間
Ｖｏ、Ｖｓ  ゲイン調整電圧
【図１】
2010151634.tif 000003
【図２】
2010151634.tif 000004