(57)【要約】【課題】  感知対象物の吸着により固有振動数が変わる例えば水晶振動子を含む複数の水晶センサーを用いるにあたって、互いに接近する水晶センサー間の空間的結合に基づく周波数測定の不安定性を回避すること。【解決手段】  各水晶センサー１に対応する各発振回路５１に対して周波数の変化を測定するための共通の測定部２００を設けて順次切り替え接続するようにし、負荷切り替え部をなすスイッチ５２により測定部２００に接続される発振回路５１以外の発振回路５１については終端負荷５４に接続することにより、測定部２００に接続されているチャンネルに含まれる（測定に係る）発振回路５１の出力側の負荷の値と待機中の発振回路５１の出力側の負荷の値とを異ならせて互いの発振周波数を強制的に離すようにする。【選択図】      図６
2006184260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電板を含むセンサー用振動子を用い、このセンサー用振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数のセンサー用振動子と、
前記複数のセンサー用振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
これら複数の発振回路に対して共通に設けられ、発振回路の周波数に関する信号を測定するための測定部と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するための信号切り替え部と、
前記測定部に接続されている発振回路と測定部に接続されていない発振回路との各発振周波数を強制的に互いに離すために、前記複数の発振回路の各々と前記信号切り替え部との間に設けられ、各発振回路の出力側の負荷を、第１の値と第２の値との間で切り替えるための負荷切り替え部と、
前記複数の発振回路の各々を前記測定部に順次接続するように信号切り替え部に制御信号を出力すると共に、測定部に接続される発振回路についてはその出力側の負荷が第１の値となるように、また測定部に接続されない発振回路の中から選択された発振回路についてはその出力側の負荷が第２の値となるように、前記負荷切り替え部に制御信号を出力する切り替え制御部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
【請求項２】
負荷切り替え部は、前記複数の発振回路の終端に夫々設けられた複数の第２の値を有する終端負荷と、前記複数の発振回路の各々と前記信号切り替え部との間に設けられ、各発振回路の出力側を前記信号切り替え部と前記第２の値を有する終端負荷との間で切り替え接続するためのスイッチと、を備え、
前記切り替え制御部は、測定部に接続されない発振回路の中から選択された発振回路については終端負荷に夫々接続するように前記スイッチに制御信号を出力することを特徴とする請求項１記載の感知装置。
【請求項３】
前記複数の発振回路と信号切り替え部との間に夫々バッファ回路を設け、前記スイッチは、各発振回路と各バッファ回路との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の感知装置。
【請求項４】
測定部に接続されていない発振回路の中から選択された発振回路は、測定部に接続されていない全部の発振回路であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の感知装置。
【請求項５】
各センサー用振動子を保持する保持部材と当該センサー用振動子の電極の接続端子とを含むセンサー部と、複数のセンサー部の接続端子が直接着脱されると共に各発振回路と測定部とを含む測定器本体と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わるセンサー用振動子例えば水晶振動子を用い、このセンサー用振動子の固有振動数の変化分を検出して感知対象物を感知する感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保全を図る上で、河川や土壌中における種々の環境汚染物質の濃度を把握する必要に迫られているが、汚染物質によっては極めて微量であっても人体への毒性が強いものもあり、このため微量な汚染物質の計測技術の確立が望まれている。最近注目を集めている汚染物質の一つとしてダイオキシンがあるが、このダイオキシンを測定する手法としては、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いる方法及びＥＬＩＳＡ法（適用酵素免疫測定法）が知られている。ガスクロマトグラフ質量分析計によれば、１０−２２ｇ／ｍｌオーダの高精度な微量分析を行うことができるが、装置価格が極めて高く、このため分析コストも可成り高いものになっており、更に分析に長い期間を必要とするという欠点がある。またＥＬＩＳＡ法は、ガスクロマトグラフ質量分析計に比べて装置価格、分析価格が低く、分析に要する時間も短いが、分析精度が１０−９ｇ／ｍｌオーダと低いという課題がある。
【０００３】
そこで本発明者は、感知対象物が水晶振動子に付着するとその固有振動数がその付着量に応じて変化することから、ダイオキシンなどの汚染物質の測定装置として水晶振動子を用いた水晶センサーに着眼している。そして最近では、ある特定の分子しか化学結合しない抗体の開発も盛んに行われており、予め水晶振動子の表面（詳しくは電極の表面）に、検体に対して抗体抗原反応を起こす抗体を吸着層として形成することで各種分野の分析、解析を行うことが可能になってきている。
【０００４】
一方水晶振動子を用いて溶液中の汚染物質や血液中の抗原を測定する手法においては、センサー部分を繰り返し使おうとすると洗浄が必要であるし、また抗体抗原反応に長い時間がかかる場合があることなどから、更にまた多数の検体を測定することで分布データを取得して統計的な評価も行うことがあるため、効率的な手法が望まれている。こうしたことから本発明者は、多数の水晶センサーを使って同時に測定することを検討している。多数の水晶センサーを用いる技術は、大気中における腐食性物質の種類とその濃度などを測定する技術を開示した特許文献１に記載されている。
【０００５】
ところで多数の水晶センサーを用いて測定を行う場合には次の問題がある。即ち、水晶振動子の発振周波数は設計値で決められてはいるが、実際の製品では互いの発振周波数が完全に同じにすることは実質不可能であり、また水晶振動子の電極表面に完全に同一の大きさ、厚さの吸着層を形成することも実質不可能であることから微少ではあるが周波数差が存在する。このため各水晶センサー間の距離が小さいと、例えば互いに隣り合う水晶センサー間の距離が小さいと、これら水晶センサー同士が空間的に結合してしまい、この結果互いの発振周波数に引っ張られて発振周波数が不安定になる。この現象はアンテナを接近させると発振周波数が不安定になることに似ており、このため正確な周波数の測定ができなくなって感知対象物の感知、即ち感知対象物の濃度測定や微量な感知対象物の有無を高精度に行うことが困難になってくる。図１１に、互いに近接する水晶センサーの間で、測定に係るスペクトラムに対して測定に係るスペクトラムが重なっている様子の一例を示しておく。
【０００６】
このような現象を回避するためには、水晶センサーの互いの離間距離を大きく取ればよいが、装置が大型化してしまう。本発明者は、発振周波数の設計値が同じである例えば８個の水晶センサーを用い、感知対象物を含む試料溶液において８通りの希釈率で夫々希釈した８つの試料溶液について感知対象物の濃度を測定し、その濃度を統計的に評価することを検討しているが、水晶センサーの数が多くなると、できるだけ詰めて配列するように構成しないと、装置の小型化が図れず、市場の要求にそぐわなくなってしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９９７７７号公報：図１及び図２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる水晶板などの圧電板を含むセンサー用振動子を複数用いた感知装置において、感知対象物の感知（濃度測定や感知対象物の有無の測定）を安定して行うことのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成され、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電板を含むセンサー用振動子を用い、このセンサー用振動子の固有振動数の変化により感知対象物を感知する感知装置において、
複数のセンサー用振動子と、
前記複数のセンサー用振動子を夫々発振させるための複数の発振回路と、
これら複数の発振回路に対して共通に設けられ、発振回路の周波数に関する信号を測定するための測定部と、
前記複数の発振回路を前記測定部に順次切り替え接続するための信号切り替え部と、
前記測定部に接続されている発振回路と測定部に接続されていない発振回路との各発振周波数を強制的に互いに離すために、前記複数の発振回路の各々と前記信号切り替え部との間に設けられ、各発振回路の出力側の負荷を、第１の値と第２の値との間で切り替えるための負荷切り替え部と、
前記複数の発振回路の各々を前記測定部に順次接続するように信号切り替え部に制御信号を出力すると共に、測定部に接続される発振回路についてはその出力側の負荷が第１の値となるように、また測定部に接続されない発振回路の中から選択された発振回路についてはその出力側の負荷が第２の値となるように、前記負荷切り替え部に制御信号を出力する切り替え制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
負荷切り替え部は、例えば前記複数の発振回路の終端に夫々設けられた複数の第２の値を有する終端負荷と、前記複数の発振回路の各々と前記信号切り替え部との間に設けられ、各発振回路の出力側を前記信号切り替え部と前記第２の値を有する終端負荷との間で切り替え接続するためのスイッチと、を備え、
前記切り替え制御部は、測定部に接続されない発振回路の中から選択された発振回路については終端負荷に夫々接続するように前記スイッチに制御信号を出力する構成とすることができる。またより具体的には、各発振回路と信号切り替え部との間にバッファ回路を設け、前記スイッチは、各発振回路と各バッファ回路との間に設けられている構成を挙げることができる。測定部に接続されていない発振回路の中から選択された発振回路は、測定部に接続されていない全部の発振回路としてもよいし、あるいは一部の発振回路としてもよい。また本発明は、各センサー用振動子を保持する保持部材と当該センサー用振動子の電極の接続端子とを含むセンサー部と、複数のセンサー部の接続端子が直接着脱されると共に各発振回路と測定部とを含む測定器本体と、を備えた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、感知対象物の吸着により固有振動数が変わるセンサー用振動子例えば水晶振動子を複数用いるにあたって、各センサー用振動子に対応する各発振回路に対して周波数の変化を測定するための共通の測定部を設けて順次切り替え接続するようにし、測定部に接続されている発振回路についてはその終端負荷が第１の値となるように、また測定部に接続されていない発振回路の中から選択された発振回路例えば測定部に接続されていない全部の発振回路についてはその終端負荷が第２の値となるように構成しているので、センサー用振動子の互いの発振周波数を強制的に離して互いのスペクトラムの重なりを避けることができる。従って感知対象物の感知（濃度測定や感知対象物の有無の測定）を安定して行うことができる。また複数のセンサー振動子に対して測定部を共通化しているので、回路構成がシンプルであり、コストの低減を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明に係る感知装置の実施の形態を説明する。この実施の形態は、発振回路の後段の回路に要部があるが、初めに全体構造について簡単に説明しておく。この感知装置は図１に示すように、複数例えば８個のセンサー部である水晶センサー１と、これら水晶センサー１が着脱自在に装着される測定器本体１００とを備えている。水晶センサー１は、図１及び図２に示すように配線基板であるプリント基板２１の上にゴムシート２２を重ね、このゴムシート２２に設けられた凹部２３を塞ぐように水晶振動子２４が設けられ、更にゴムシート２２の上から上蓋ケース２５を装着して構成されている。プリント基板２１及びゴムシート２２は保持部材をなすものであり、水晶振動子２４はセンサー用振動子に相当するものである。上蓋ケース２５には、試料溶液の注入口２５ａと試料溶液の観察口２５ｂとが形成され、注入口２５ａから試料溶液が注入され、水晶振動子２４の上面側の空間に試料溶液が満たされることになる。水晶振動子２４の下面側は前記凹部２３により気密空間とされ、これによってランジュバン型の水晶センサーが構成されることになる。
【００１３】
水晶振動子２４は、図３に示すように例えば円形の水晶板２０の両面に電極２４ａ、２４ａ（裏面側の電極は見えない）が設けられ、これら電極２４ａ、２４ａは導電性接着剤２６を介してプリント基板２１に設けられている接続端子２７に電気的に接続されている。また水晶振動子２４の一面例えば電極２４ａの表面には、感知対象物を吸着するための吸着層（図示せず）が形成されている。また各水晶センサー１の接続端子２７は測定器本体１００の接続端子側に直接着脱され、接続されたときに各水晶センサー１は横一列に並びかつ注入口２５ａが上に向いた状態とな。なおこの例では、水晶板２０は、感知対象物の吸着により固有振動数が変わる圧電板に相当する。
【００１４】
測定器本体１００は、水晶センサー１を発振させるための発振回路と、発振回路からの周波数信号の周波数を測定するための測定部とを内蔵している。測定器本体１００の内部回路について図４を参照しながら説明する。この例では８個の水晶センサー１が取り付けられるように発振出力部が８チャンネル用意されており、これら８チャンネルの発振出力部を３１〜３８の符号で示す。発振出力部３１〜３８の後段には、信号切り替え部４を介して、発振回路の周波数に関する信号を測定するための測定部２００が接続されている。信号切り替え部４は、ＳＷ１〜ＳＷ７を組み合わせて、発振出力部３１〜３８のいずれか一つが、つまり検出端側の８つのチャンネルの一つが測定部２００に接続されるように構成されている。
【００１５】
この測定部２００は、例えば発振回路の周波数を測定しその測定結果に基づいてその変化分を求める手段であってもよいが、後述のように発振回路の周波数の変化分を直接求める手段であってもよい。この例では、測定部２００は発振出力部３１〜３８の何れか一つから送られる周波数信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２０１及びＡ／Ｄコンバータ２０１からのディジタル信号を処理して周波数の計測あるいは周波数の変化分を直接計測する計測回路部２０２を備えている。
【００１６】
ここで図５を参照しながら発振出力部３１〜３８を代表して発振出力部３１の構成について説明しておくと、発振出力部３１は、水晶振動子２４を発振させる例えばコルピッツ回路などからなる発振回路５１と、この発振回路５１の出力側に接続された負荷切り替え部をなすスイッチ５２と、このスイッチ５２の一方の切り替え接点Ａ側に接続されたバッファ回路５３と、スイッチ５２の他方の切り替え接点Ｂ側に接続された、例えばコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１の並列回路からなる終端負荷５４と、を備えている。Ｃ２〜Ｃ５はコンデンサである。
【００１７】
発振回路５１は、出力側の負荷の値により発振周波数と出力レベルとが左右されるので、負荷の値が変動しないようにバッファ回路５３を介して測定部２００側に接続するようにしている。本発明は、このように発振回路５１の発振周波数と出力レベルとが出力側の負荷の大きさにより敏感に変わることを利用し、発振回路５１を測定部２００に接続しないときには、スイッチ５２の切り替えにより発振回路５１の出力側を終端負荷５４に接続して、バッファ回路５３に接続したときの発振周波数とは異なる発振周波数となるようにしている。即ち、発振回路５１をバッファ回路５３に接続したときの出力側の負荷を第１の値とすると、終端負荷５４側に切り替えたときには出力側の負荷が第２の値となる。そしてこの第２の値は、８つのチャンネルのうち、測定部２００に接続されているチャンネルにおける発振回路５１と測定部２００に接続されていないチャンネルにおける発振回路５１との発振周波数を強制的に離して互いのスペクトラムの重なりを避けることができるような大きさに設定されている。更に出力レベルを小さくすることで結合する絶対量も併せて低くなるようにする。具体的には、例えばスイッチ５２をバッファ回路５３側に切り替えたときの発振周波数に対して、スイッチ５２を終端負荷５４側に切り替えたときの発振周波数が数百ｐｐｍ程度ずれるように終端負荷５４の値（第２の値）が設定される。より具体例を挙げると、例えば３１、１ＭＨｚの発振回路であれば、２５ｋＨｚずれるように設定される。
【００１８】
既述のように互いの発振回路５１の出力についてスペクトラムの重なりを避けるためには、即ちお互いの発振周波数に引っ張られて発振周波数が不安定になるという現象を避けるためには、発振周波数のずれ分が大きいほど好ましいが、あまり大きくすると、測定部２００から切り離されていたチャンネルを測定部２００に接続したときに、発振周波数が本来の大きさに戻って安定するまでに長い時間がかかり、そうするとチャンネルの切り替え速度が遅くなって、測定に長い時間がかかることから、両者の兼ね合いで決定されることになる。
【００１９】
図６は、８チャンネルの各々において発振回路５１と、負荷切り替え部をなすスイッチ５２と、切り替え制御部４０とを関連づけて示す回路図であり、切り替え制御部４０は、発振回路５１の各々を前記測定部に順次一個づつ接続するように、即ち８つのチャンネルが順番に１個ずつ接続された状態となるように信号切り替え部４に制御信号を出力すると共に、測定部２００に接続されているチャンネルの発振回路５１以外の発振回路については終端負荷５４に夫々接続するようにスイッチ５２に制御信号を出力する機能を備えている。
【００２０】
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず水晶センサー１を測定器本体１００に差込み、例えば水晶振動子１を空の状態で発振回路５１を含む各チャンネルを信号切り替え部４により順次測定部２００に接続する。測定部２００においては、各発振回路５１からの発振周波数をＡ／Ｄコンバータ２０１を介して計測回路部２０２に取り込み、例えばこのときの各発振周波数（ブランク値）を求める。なおブランク値を求めるためには、純水あるいはその他の溶液を水晶センサー１内に注入しておいてもよい。次いで検体である試料溶液の希釈率を互いに変えた８通りの測定用の試料溶液を用意し、これらを夫々８個の水晶センサー１に注入し、各チャンネルを信号切り替え部４により順次測定部２００に接続し、各発振周波数求め、各チャンネル毎に試料溶液を入れたことによる発振周波数の変化分を求める。なおこの場合、水晶振動子２４の吸着層に感知対象物質が吸着されたことの他に水晶振動子２４が液体に接触したことによる変化分が加わるので、例えば純水を水晶センサー１に注入したときの発振周波数の変化分を予め求めておいて、その変化分をキャンセルした値を周波数の変化分の計測値として取り扱うなどとすることができる。また試料溶液を水晶センサー１に注入する前に純水を注入して発振周波数の測定を行い、次いで純水の代わりに試料溶液を水晶センサー１に注入するなどの操作を行ってもよい。
【００２１】
そして上述のチャンネルの切り替え接続動作に同期して、負荷切り替え部であるスイッチ５２による発振回路５１の切り替えが行われる。即ち、スイッチＳＷ１、ＳＷ５及びＳＷ７が接点Ａ側に切り替わることにより、発振出力部３１が測定部２００に接続されているときには、発振出力部３１におけるスイッチ５２が接点Ａ側に切り替わっていて、その他のチャンネルである発振出力部３２〜３８におけるスイッチ５２は接点Ｂ側に切り替わっており、これらの発振回路５１の出力側は終端負荷５４に接続される。こうして順次発振出力部３２と測定部２００との切り替え接続及び発振回路５１の出力側の負荷の切り替え接続が同期して行われる。
【００２２】
図７は、上述のようにして８チャンネルについて測定した測定結果を基に、試料溶液の希釈率と周波数の変化分（周波数差）との関係を示したものであり、例えばこの関係から試料溶液中の感知対象物質の濃度の評価を行う。なお感知装置の使用方法としては、元の試料溶液が同じで希釈率を種々変えた試料溶液を各水晶センサー１に注入することに限らず、検体自体が異なる試料溶液を水晶センサー１内に注入する場合にも適用できる。
【００２３】
上述の実施の形態によれば、各水晶センサー１に対応する各発振回路５１に対して周波数の変化を測定するための共通の測定部２００を設けて順次切り替え接続するようにし、負荷切り替え部をなすスイッチ５２により測定部２００に接続される発振回路５１以外の発振回路５１については終端負荷５４に接続することにより、測定部２００に接続されているチャンネルに含まれる（測定に係る）発振回路５１の出力側の負荷の値と待機中の発振回路５１の出力側の負荷の値とを異ならせて互いの発振周波数を強制的に離しているので、互いのスペクトラムの重なりを避けることができる。従って両者の発振周波数が互いに引っ張り合って発振周波数が不安定になるという事態を避けることができ、この結果感知対象物の感知（濃度測定や感知対象物の有無の測定）を安定して行うことができる。
【００２４】
なおこの例では、測定部２００に接続されているチャンネル以外の全てのチャンネルについて発振回路５１の出力側を終端負荷５４に接続しているが、測定に係るチャンネルの水晶センサー１からある程度離れていて空間的な結合のおそれがないチャンネルについては、終端負荷５４側に接続しなくてもよく、例えば測定に係る水晶センサー１に隣接している水晶センサー１が含まれるチャンネルについてだけ終端負荷５４側に接続するようにスイッチ５２の切り替え制御をしてもよい。
【００２５】
以上において、測定部２００は、各水晶センサー１における発振周波数を測定し、例えばブランク値と試料溶液を注入したときの発振周波数とをカウントし、それらのカウント値を記憶しておいて両者の差、つまり周波数の変化分を求めるものであってもよいし、あるいは更にその変化分に基づいて予め取得された検量線に基づいて感知対象物の濃度を求めて表示するものであってもよいし、あるいは周波数の変化分に対する閾値を決めておき、感知対象物の有無を判定するものであってもよい。そして測定部２００は、発振回路５１の発振周波数をカウントするものに限られず、発振周波数の変化分を直接的に求めるものであってもよい。
【００２６】
発振周波数の変化分を直接的に求める手法としては、発振回路５１からの周波数信号を基準クロック信号によりサンプリングし、そのサンプリング値をＡ／Ｄコンバータによりディジタル信号とし、このディジタル信号に対応する周波数信号に対してディジタル信号による直交検波を行い、当該周波数信号における周波数の変化分に相当する速度で回転する回転ベクトルを複素表示したときの実数部分及び虚数部分を取り出すと共に、その実数部分及び虚数部分の各時系列データに基づいて周波数信号の周波数の変化量を求める手法を挙げることができる。
【００２７】
このような手法を実現する例について述べておく。図８において、６は基準クロック発生部であり、発振回路５１からの高周波信号をサンプリングするために周波数の安定性が極めて高い周波数信号であるクロック信号を出力する。６１はＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器であり、発振回路５１からの高周波信号を基準クロック発生部６からのクロック信号によりサンプリングしてそのサンプリング値をディジタル信号として出力する。このディジタル信号で特定される高周波信号は基本波の他に高調波も含まれている。即ち高調波ひずみを有する正弦波をサンプリングする場合、その高調波成分が折り返しの影響を受けて、場合によっては周波数スペクトルにおける周波数軸上で基本波周波数と高調波の周波数とが重なる場合が想定される。そこでこのような重なりを避けて正しい感知動作が得られるようにする必要がある。
【００２８】
一般に周波数ｆ１の正弦波信号を周波数ｆｓのクロック信号でサンプリングした場合、その取り込み結果の周波数ｆ２は（１）式で表される。ただしmod（，）はmodulo関数を表している。
【００２９】
ｆ２＝｜mod（ｆ１＋ｆｓ／２，ｆｓ）−ｆｓ／２｜  ……（１）
この取り込み結果において、基本波周波数に対してｎ次の高調波の周波数はｎ×（基本波周波数）として表されるので、これをｆ２と置いて上記の（１）式に代入すれば、高調波がどのような周波数として取り込まれるかを計算することができる。この計算を用いることにより基本波の周波数と高調波の周波数とが重ならないように、発振回路５１からの高周波信号の周波数をｆｃとサンプリング周波数（クロック信号の周波数）ｆｓとを設定することができ、例えばｆｃを１１ＭＨz、ｆｓを１２ＭＨｚに設定する。この場合、Ａ／Ｄ変換器６１からのディジタル信号である出力信号で特定される周波数信号の基本波は１ＭＨｚの正弦波となる。なおｆｃ／ｆｓを１１／１２にすれば、基本波の周波数と高調波の周波数とが重ならないが、ｆｃ／ｆｓはこの値に限られるものではない。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器６１の後段には、キャリアリムーブ７及びローパスフィルタ８がこの順に設けられている。キャリアリムーブ７及びローパスフィルタ８は、Ａ／Ｄ変換器６１からのディジタル信号により特定される１ＭＨｚの正弦波信号をＡcos（ω0ｔ＋θ）としたとき、この正弦波信号の周波数の変化分に対応する回転ベクトルを取り出す手段、より詳しくはこの回転ベクトルを複素表示したときの実数部分及び虚数部分を取り出す手段に相当する。
【００３１】
即ちキャリアリムーブ７は、図９に示すように前記正弦波信号に対してcos（ω0ｔ）を掛け算する掛け算部７１ａと前記正弦波信号に対して−sin（ω0ｔ）を掛け算する掛け算部７１ｂとを備えている。掛け算部７１ａの出力及び掛け算部７１ｂの出力は夫々（２）式及び（３）式により表される。
【００３２】
Ａcos（ω0ｔ＋θ）・cos（ω0ｔ）＝１／２・Ａcosθ＋１／２｛cos（２ω0ｔ）・cosθ＋sin（２ω0ｔ）・sinθ｝……（２）
Ａcos（ω0ｔ＋θ）・−sin（ω0ｔ）＝１／２・Ａsinθ−１／２｛sin（２ω0ｔ）・cosθ＋cos（２ω0ｔ）・sinθ｝……（３）
従って掛け算部７１ａの出力及び掛け算部７１ｂの出力を夫々ローパスフィルタ７２ａ及び７２ｂを通すことにより、２ω0ｔの周波数信号は除去されるので、結局ローパスフィルタ７２からは１／２・Ａcosθと１／２・Ａsinθとが取り出される。なおローパスフィルタ７２は、ローパスフィルタ７２ａ及び７２ｂから構成されるものとして記載してある。ローパスフィルタ７２における実際のディジタル処理は、キャリアリムーブ７１から出力される時系列データについて連続する複数個のデータ例えば６個のデータの移動平均を演算している。
【００３３】
そしてＡcos（ω0ｔ＋θ）で表される正弦波信号の周波数が変化すると、Ａcos（ω0ｔ＋θ）はＡcos（ω0ｔ＋θ＋ω1ｔ）となる。従って１／２・Ａcosθは１／２・Ａcos（θ＋ω1ｔ）となり、１／２・Ａsinθは１／２・Ａsin（θ＋ω1ｔ）となる。即ち、ローパスフィルタ７２から得られた出力は、正弦波信号［Ａcos（ω0ｔ＋θ）］の周波数の変化分（ω1ｔ）に対応する信号であり、詳しくはその周波数の変化分の速度で回転するベクトルを複素表示したときの実数部分（Ｉ）及び虚数部分（Ｑ）である。
【００３４】
図１０はこの回転ベクトルを表した図であり、この回転ベクトルは長さがＡであり、回転速度がω1ｔである。従って前記正弦波信号の周波数が変化しなければ、ω1ｔはゼロであるからこの回転ベクトルの回転速度はゼロであるが、水晶振動子２４に感知対象物質が吸着されて水晶振動子２４の周波数が変化し、これにより前記正弦波信号の周波数が変化すると、その変化分に応じた回転速度で回転することになる。従ってローパスフィルタ７２から出力された、回転ベクトルを複素表示したときの実数部分（Ｉ）及び虚数部分（Ｑ）に基づいて周波数差演算部９により、その速度を演算することにより、周波数差つまり周波数の変化分を捉えることができる。なおこの演算は、例えばあるタイミングにおける回転ベクトルの位相と、次のクロックできまるタイミングにおける当該回転ベクトルの位相とを求め、その位相差を求めるといった手法が採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る感知装置の実施の形態の外観及び水晶センサーを示す斜視図である。
【図２】上記実施の形態に用いられる水晶センサーを示す縦断面図である。
【図３】水晶センサーに用いられる水晶振動子と接続端子とを示す斜視図である。
【図４】上記実施の形態の全体の回路構成を示すブロック回路図である。
【図５】上記実施の形態の回路に用いられる発振出力部を示す回路図である。
【図６】上記実施の形態の全体の回路を簡略化しかつ終端負荷切り替え部の切り替えの状態を示すブロック回路図である。
【図７】上記実施の形態において８個の水晶センサーの各周波数変化分と試料溶液の希釈率との関係を示す特性図である。
【図８】互いに近接する水晶センサーの間で、測定に係るスペクトラムに対して測定に係るスペクトラムが重なっている様子を示す特性図である。
【図９】図８に示す回路ブロックの一部を示す構成図である。
【図１０】図８に示すブロック図により取り出された回転ベクトルを示す説明図である。
【図１１】本発明の適用例であるを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１（１１〜１８）  水晶センサー
２０              水晶板
２４              水晶振動子
２７              接続端子
３１〜３８        発振回路部
４                信号切り替え部
５１              発振回路
５２              負荷切り替え部をなすスイッチ
５３              バッファ回路
５４              終端負荷  
１００    測定器本体
２００    測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月12日(2005.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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