(57)【要約】【課題】液体状の被測定物の密度を正確に測定することが可能な密度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】密度測定装置４０は、入力電極１２と出力電極１４との間に電気的に短絡した短絡伝搬路１６を有する第１弾性表面波素子１０と、入力電極２２と出力電極２４との間に入力電極２２から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造３８が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路３２を有する第２弾性表面波素子２０とを備えている。第１弾性表面波素子１０と第２弾性表面波素子２０とは並列に配され、短絡伝搬路１６及び格子状伝搬路３２に被測定物４６を負荷した状態において、入力電極１２、２２に同一の信号を入力し、出力電極１４、２４から出力される各出力信号の位相差から、被測定物４６の密度を求めることができる。【選択図】図１
2008275503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電極と出力電極との間に電気的に短絡した短絡伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、
入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、
前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、
前記短絡伝搬路及び前記格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求める
ことを特徴とする密度測定装置。
【請求項２】
入力電極と出力電極との間に電気的に開放した開放伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、
入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、
前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、
前記開放伝搬路及び前記格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求める
ことを特徴とする密度測定装置。
【請求項３】
入力電極と出力電極との間に電気的に短絡した短絡伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、
入力電極と出力電極との間に市松格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した市松格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、
前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、
前記短絡伝搬路及び前記市松格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求める
ことを特徴とする密度測定装置。
【請求項４】
入力電極と出力電極との間に電気的に開放した開放伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、
入力電極と出力電極との間に市松格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した市松格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、
前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、
前記開放伝搬路及び前記市松格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求める
ことを特徴とする密度測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の密度測定装置において、
前記被測定物がアルコールであることを特徴とする密度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体状の被測定物の密度を測定する弾性表面波素子を有する密度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、弾性表面波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛歯状電極指からなる入力電極及び出力電極を備えている。弾性表面波素子では、入力電極に電気信号が入力されると、電極指間に電界が発生し、圧電効果により弾性表面波が励振され、圧電基板上を伝搬していく。この弾性表面波のうち、伝搬方向と直交する方向に変位するすべり弾性表面波（SH-SAW:Shear horizontal Surface Acoustic Wave）を利用する弾性表面波素子を用いた各種物質の検出や物性値等の測定を行うための弾性波センサが研究されている。
【０００３】
弾性表面波素子では、圧電基板上に液体状の被測定物が負荷されると、被測定物の質量の増加に伴って弾性表面波の伝搬速度が低下し、伝搬速度の変化に基づいて弾性表面波素子の共振周波数が変化するという質量負荷効果が知られている。弾性表面波素子の入力電極と出力電極の間の伝搬路上に凹凸構造を形成し、その凹部に被測定物を負荷すると、負荷された被測定物は擬似的に膜を形成する。この膜は圧電基板とともに励振し、膜の質量に基づいて共振周波数が変化することを利用して、被測定物の密度を求めることができる（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００４】
図９Ａは、特許文献１に示す密度測定装置１００の説明図であり、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ端面図である。密度測定装置１００は、第１弾性表面波素子１０と第２弾性表面波素子２０とを備える。第１弾性表面波素子１０は、入力電極１２及び出力電極１４を備え、入力電極１２と出力電極１４の間には、短絡伝搬路１６が形成されている。第２弾性表面波素子２０は、入力電極２２及び出力電極２４を備え、入力電極２２と出力電極２４の間には、入力電極２２から出力される弾性表面波の伝搬方向と垂直に凹凸構造を有する伝搬路２６が形成されている。短絡伝搬路１６、前記凹凸構造の凸部２８は、圧電基板４２の表面に形成された金属膜４４上に設けられている。
【０００５】
密度測定装置１００における被測定物の密度の測定は、測定対象となる被測定物４６を、短絡伝搬路１６及び伝搬路２６に負荷した状態で、入力電極１２及び２２に同一の信号を入力し、出力電極１４及び２４から出力される信号の位相差を測定することにより、被測定物の密度を求めている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２４８６８３号公報
【非特許文献１】近藤淳、塩川祥子、「すべり弾性表面波センサを用いた液体の密度と粘度の分離計測」、信学技報、電子情報通信学会、２０００年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図９Ｂに示すように、伝搬路２６では、被測定物４６は凹部３０に負荷され、入力電極２２から出力される弾性表面波は、凸部２８と、凹部３０に負荷されている被測定物４６というように異なる媒体を伝搬して、出力電極２４から出力される。そのために、凸部２８を伝搬する弾性表面波と、凹部３０に負荷されている被測定物４６を伝搬する弾性表面波が出力電極２４においてベクトル合成され、両弾性表面波が打ち消し合う場合があり、結果として、被測定物の密度の測定誤差が生じる場合がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、液体状の被測定物の密度を正確に測定することが可能な密度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】
【０００９】
本発明に係る密度測定装置は、入力電極と出力電極との間に電気的に短絡した短絡伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、前記短絡伝搬路及び前記格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求めることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の密度測定装置は、入力電極と出力電極との間に電気的に開放した開放伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、前記開放伝搬路及び前記格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求めることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成された格子状伝搬路を設けることにより、出力電極における弾性表面波のベクトル合成に起因する測定誤差の発生を防ぎ、液体状の被測定物の密度を正確に測定することができる。
【００１２】
さらに、他の本発明の密度測定装置は、入力電極と出力電極との間に電気的に短絡した短絡伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、入力電極と出力電極との間に市松格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した市松格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、前記短絡伝搬路及び前記市松格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力された各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求めることを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、他の本発明の密度測定装置は、入力電極と出力電極との間に電気的に開放した開放伝搬路を有する第１弾性表面波素子と、入力電極と出力電極との間に市松格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した市松格子状伝搬路を有する第２弾性表面波素子とを備え、前記第１弾性表面波素子と前記第２弾性表面波素子とは並列に配され、前記開放伝搬路及び前記市松格子状伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記各入力電極に同一の信号を入力し、前記各出力電極から出力される各出力信号の位相差から、前記被測定物の密度を求めることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、入力電極と出力電極との間に市松格子状の凹凸構造が形成された市松格子状伝搬路を設けることにより、出力電極における弾性表面波のベクトル合成に起因する測定誤差の発生を防ぎ、液体状の被測定物の密度を正確に測定することができる。
【００１５】
さらに、前記被測定物がアルコールであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入力電極と出力電極との間に前記入力電極から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造が形成された格子状伝搬路又は市松格子状伝搬路を設けることにより、出力電極における弾性表面波のベクトル合成に起因する測定誤差の発生を防ぎ、液体状の被測定物の密度を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る密度測定装置４０の構成の説明図である。また、図２Ａ、図２Ｃは、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ端面図であって、図２Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。さらに、図２Ｂ、図２Ｄは、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ端面図であって、図２Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。なお、図９Ａ、図９Ｂに示した密度測定装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００１８】
図１に示すように、密度測定装置４０は、第１弾性表面波素子１０と、第２弾性表面波素子２０と、高周波の電気信号を発生する発振器４８と、発振器４８からの電気信号を分配する分配器５０と、第１弾性表面波素子１０と第２弾性表面波素子２０とを伝搬する弾性表面波の位相差を測定する位相差検出器５２を備える。第１弾性表面波素子１０は、入力電極１２及び出力電極１４を備え、入力電極１２と出力電極１４の間には、短絡伝搬路１６が形成されている。第２弾性表面波素子２０は、入力電極２２及び出力電極２４を備え、入力電極２２と出力電極２４の間には、格子状伝搬路３２が形成されている。また、第１弾性表面波素子１０及び第２弾性表面波素子２０は、圧電基板４２上に並列に配置されている。
【００１９】
入力電極１２及び２２は、発振器４８から分配器５０を介して入力された電気信号によって、弾性表面波を励振させるために櫛形電極で構成されている。また、出力電極１４及び２４は、入力電極１２又は２２で励振され伝搬してきた弾性表面波を受信するために櫛形電極で構成されている。
【００２０】
短絡伝搬路１６及び格子状伝搬路３２は、圧電基板４２上に蒸着された金属膜４４で形成され、金属膜４４は、電気的に短絡されている（図１Ａ、図１Ｂ参照）。また、金属膜４４は、測定精度を向上させるために、共通に接地されている。金属膜４４の材料は特に限られないが、被測定物４６に対して、化学的に安定している金で形成することが好ましい。
【００２１】
また、格子状伝搬路３２には、入力電極２２から出力される弾性表面波の伝搬方向（図１中矢印Ｘ方向）に対して垂直な方向に形成された凸部３４がＸ方向に等間隔で配置され、隣接する凸部３４の間に形成される凹部３６に測定の対象となる被測定物４６が負荷される（図２Ｄ参照）。つまり、格子状伝搬路３２には、Ｘ方向に凸部３４及び凹部３６から構成される凹凸構造３８が形成されている。凹凸構造３８を形成し、凹部３６に被測定物４６を負荷して閉じこめることにより後述する質量負荷効果に基づく出力信号を得ることが可能となる。
【００２２】
なお、凸部３４同士の間隔は、伝搬する弾性表面波の波長λよりも短いことが好ましく、より好ましくはλ／８である。また、凹部３６の深さは、質量負荷効果の検出精度を上げるために可能な限り深く形成することが好ましい。
【００２３】
圧電基板４２は、すべり弾性表面波を伝搬することができれば、特に限られないが、３６度回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3であることが好ましい。
【００２４】
次に、密度測定装置４０を用いた被測定物４６の密度測定について説明する。
【００２５】
まず、測定の対象である被測定物４６を短絡伝搬路１６及び格子状伝搬路３２に負荷する。短絡伝搬路１６では、金属膜４４上に負荷され（図２Ｃ参照）、格子状伝搬路３２では、凸部３４及び凹部３６から構成される凹凸構造３８が形成されているために、被測定物４６は主として凹部３６に負荷される（図２Ｄ参照）。
【００２６】
次いで、発振器４８より、電気信号を分配器５０で分配して、入力電極１２及び２２へ同一信号を入力する。入力電極１２では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、短絡伝搬路１６上を伝搬して、出力電極１４で受信される。同様に、入力電極２２では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、格子状伝搬路３２上を伝搬して、出力電極２４で受信される。
【００２７】
格子状伝搬路３２では、Ｘ方向に凹凸構造３８が形成され、伝搬路の電気長が等しいために、Ｘ方向に対して平行な任意の経路Ｐ−Ｐ間において、弾性表面波の位相が等しくなる。その結果、異なる経路を経て伝搬した弾性表面波同士が、出力電極２４で受信され互いに打ち消し合うのを防ぐことができる。
【００２８】
出力電極１４と２４で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を位相差検出器５２で比較し位相差を検出する。出力電極１４からの出力信号には、密度粘度積に基づく信号成分が含まれ、出力電極２４からの出力信号には、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が含まれている。従って、この両出力信号から検出した差分の信号は、質量負荷効果に基づく信号であり、この信号から検出した位相差に基づいて、被測定物４６の密度が算出される。具体的な密度の算出は、以下に説明する算出式によって行われる。
【００２９】
質量負荷に対するセンサ感度式より、凸部３４での速度変化（ΔＶ／Ｖ）m、凹部３６でのおける伝搬速度の変化（ΔＶ／Ｖ）lは、式（１）、式（２）で表される。ここで、添え字ｍは凸部３４、添え字ｌは凹部３６に対応し、ρは負荷膜の密度、μはラーメ定数、Ｓmは凸部３４の断面積であり、Ｓlは凹部３６の底面積、Ｓは凸部３４の金属膜４４に平行な断面の断面積と凹部３６の底面積の和である。また、Ａは材料定数であり、例えば、３６度Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3では、Ａ＝５．２４９×１０-9ωとなる。
【００３０】
【数１】
2008275503.tif 000003
【００３１】
【数２】
2008275503.tif 000004
【００３２】
液体の場合には、ρl>>μl／Ｖ2であるので、式（２）は、次式の式（３）となる。
【００３３】
【数３】
2008275503.tif 000005
【００３４】
次に、第１弾性表面波素子１０における速度変化（ΔＶ／Ｖ）s、第２弾性表面波素子２０における速度変化（ΔＶ／Ｖ）gは、式（４）、式（５）で表される。ここで、（ΔＶ／Ｖ）liquidは、ニュートン流体による摂動を表している。
【００３５】
【数４】
2008275503.tif 000006
【００３６】
【数５】
2008275503.tif 000007
【００３７】
被測定物４６における速度変化を’をつけて表すと、式（４）、式（５）として表される。
【００３８】
【数６】
2008275503.tif 000008
【００３９】
【数７】
2008275503.tif 000009
【００４０】
式（６）を式（７）に代入すると、式（８）となる。ここで、ρlは標準溶液の負荷膜の密度、ρl’は被測定物４６の負荷膜の密度である。
【００４１】
【数８】
2008275503.tif 000010
【００４２】
従って、被測定物４６の密度の関係式は式（９）となる。
【００４３】
【数９】
2008275503.tif 000011
【００４４】
式（９）の（ΔＶ／Ｖ）g−（ΔＶ／Ｖ）sに、位相差検出器５２で検出した出力信号の位相差を代入することにより、被測定物４６の密度ρl’を求めることができる。
【００４５】
また、図２Ｂに示す第２弾性表面波素子２０では、Ｘ方向に凸部３４及び凹部３６から構成される凹凸構造３８が形成されているが、さらに、Ｘ方向に対して垂直な方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路５４としてもよい。
【００４６】
市松格子状伝搬路５４としては、図３Ａに示すように凹部３６Ａの金属膜４４に平行な断面を四角形状にし、凸部３４Ａと凹部３６Ａから凹凸構造３８Ａとしてもよい。また、図３Ｂに示すように凹部３６Ｂの金属膜４４に平行な断面を円形状にし、凸部３４Ｂと凹部３６Ｂから凹凸構造３８Ｂとしてもよい。さらに、図３Ｃに示すように凹部３６Ｃの金属膜４４に平行な断面を菱形状にし、凸部３４Ｃと凹部３６Ｃから凹凸構造３８Ｃとしてもよい。なお、凹部の金属膜４４に平行な断面の形状は、市松格子状伝搬路を形成することができれば、これらの形状に限定されるものではない。
【００４７】
市松格子状伝搬路５４では、Ｘ方向に対して水平及び垂直方向に凹凸構造が形成されているために、Ｘ方向の伝搬路の電気長が等しくなる。従って、格子状伝搬路３２と同様に、出力電極２４で受信された弾性表面波同士が互いに打ち消し合うのを防ぐことができる。
【００４８】
第２弾性表面波素子２０に形成する伝搬路を市松格子状にした場合には、格子状伝搬路３２を比較して、被測定物４６を凹部３６Ａ〜凹部３６Ｃに閉じこめる効果が高まり、被測定物４６の密度の測定精度をさらに上げることができる。
【００４９】
以上説明したように、この実施態様に係る密度測定装置４０は、入力電極１２と出力電極１４との間に電気的に短絡した短絡伝搬路１６を有する第１弾性表面波素子１０と、入力電極２２と出力電極２４との間に入力電極２２から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造３８が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路３２を有する第２弾性表面波素子２０とを備えている。第１弾性表面波素子１０と第２弾性表面波素子２０とを並列に配し、短絡伝搬路１６及び格子状伝搬路３２に被測定物４６を負荷した状態において、入力電極１２、２２に同一の信号を入力し、出力電極１４、２４から出力された各出力信号の位相差から、被測定物４６の密度を求めることができる。
【００５０】
密度測定装置４０では、弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造３８が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路３２を設けることにより、出力電極２４における弾性表面波のベクトル合成に起因する測定誤差の発生を防ぎ、被測定物４６の密度を正確に測定することができる。
【００５１】
また、この実施態様に係る密度測定装置４０では、入力電極１２と出力電極１４との間に電気的に短絡した短絡伝搬路１６を有する第１弾性表面波素子１０と、入力電極２２と出力電極２４との間に凹凸構造３８Ａ（凹凸構造３８Ｂ、３８Ｃ）が形成され電気的に短絡した市松格子状伝搬路５４を有する第２弾性表面波素子２０とを備えるようにしてもよい。
【００５２】
密度測定装置４０では、弾性表面波の伝搬方向に凹凸構造３８Ａ（凹凸構造３８Ｂ、３８Ｃ）が形成され電気的に短絡した市松格子状伝搬路５４を設けることにより、出力電極２４における弾性表面波のベクトル合成に起因する測定誤差の発生を防ぎ、被測定物４６の密度を正確に測定することができる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る密度測定装置４０Ａの構成の説明図である。また、図５Ａ、図５Ｃは、図４のＶＡ−ＶＡ端面図であって、図５Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図５Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。さらに、図５Ｂ、図５Ｄは、図４のＶＢ−ＶＢ端面図であって、図５Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図５Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００５４】
密度測定装置４０Ａは、前記の密度測定装置４０と同様に第１弾性表面波素子１０Ａと、第２弾性表面波素子２０Ａを有し、密度測定装置４０に対して、第１弾性表面波素子１０中の短絡伝搬路１６が開放伝搬路６０に、第２弾性表面波素子２０中の格子状伝搬路３２が格子状伝搬路７０となっている。なお、密度測定装置４０と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００５５】
開放伝搬路６０は、開放領域６２と凸部６４を備え、開放領域６２は金属膜４４を剥離した領域であり、凸部６４は金属膜４４で剥離せずに残存する部分である。
【００５６】
格子状伝搬路７０には、Ｘ方向に対して垂直な方向に金属膜４４の一部を剥離して圧電基板４２が露出するように形成された凹部７２がＸ方向に等間隔に設けられ、隣接する凹部７２の間に凸部７４が形成されている。つまり、格子状伝搬路７０には、Ｘ方向に凹部７２及び凸部７４から構成される凹凸構造７６が形成されて、圧電基板４２が露出している凹部７２は電気的に開放状態となっている。
【００５７】
開放領域６２を構成する領域６２ａと領域６２ｂとの面積の和は、凹凸構造７６中のすべての凹部７２の底面積の総和に等しくなるように形成されている。
【００５８】
凸部７４は、金属膜４４の一部と形成されているが、金属に限定されるものではなく、ＳｉＯ2等の絶縁膜や樹脂であってもよい。
【００５９】
次に、密度測定装置４０Ａを用いた被測定物４６の密度測定について説明する。基本的には、密度測定装置４０での密度測定と同様である。
【００６０】
まず、測定の対象である被測定物４６を開放伝搬路６０及び格子状伝搬路７０に負荷する。開放伝搬路６０では、開放領域６２に負荷され（図５Ｃ参照）、格子状伝搬路７０では、凹部７２に負荷される（図５Ｄ参照）。
【００６１】
次いで、発振器４８より、電気信号を分配器５０で分配して、入力電極１２及び２２へ同一信号を入力する。入力電極１２では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、開放伝搬路６０上を伝搬して、出力電極１４で受信される。同様に、入力電極２２では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、格子状伝搬路７０上を伝搬して、出力電極２４で受信される。
【００６２】
出力電極１４と２４で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を位相差検出器５２で比較し位相差を検出する。出力電極１４からの出力信号には、電気的特性及び密度粘度積に基づく信号成分が含まれ、出力電極２４からの出力信号には、電気的特性、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が含まれている。従って、この両出力信号から検出した差分の信号は、質量負荷効果に基づく信号であり、この信号から検出した位相差に基づいて、被測定物４６の密度が算出される。
【００６３】
ここで、前記電気的特性は、電気的な開放に基づく特性であり、電気的に開放された領域の面積に対応して現れる。従って、開放領域６２の面積とすべての凹部７２の底面積の総和を等しくすることにより、両出力信号から検出した差分の信号から電気的特性を排除している。具体的な密度の算出は、密度測定装置４０と同様に式（１）〜（９）に基づいて算出される。
【００６４】
また、図５Ｂに示す第２弾性表面波素子２０Ａでは、Ｘ方向に凹部７２及び凸部７４から構成される凹凸構造７６が形成されているが、さらに、Ｘ方向に対して垂直な方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路７８としてもよい。
【００６５】
市松格子状伝搬路７８としては、図６Ａに示すように凹部７２Ａの金属膜４４に平行な断面を四角形状にし、凹部７２Ａと凸部７４Ａから凹凸構造７６Ａとしてもよい。また、図６Ｂに示すように凹部７２Ｂの金属膜４４に平行な断面を円形状にし、凹部７２Ｂと凸部７４Ｂから凹凸構造７６Ｂとしてもよい。さらに、図６Ｃに示すように凹部７２Ｃの金属膜４４に平行な断面を菱形状にし、凹部７２Ｃと凸部７４Ｃから凹凸構造７６Ｃとしてもよい。なお、凹部の金属膜４４に平行な断面の形状は、市松格子状伝搬路を形成することができれば、これらの形状に限定されるものではない。
【００６６】
以上説明したように、この実施態様に係る密度測定装置４０Ａは、入力電極１２と出力電極１４との間に電気的に開放した開放伝搬路６０を有する第１弾性表面波素子１０Ａと、入力電極２２と出力電極２４との間に入力電極２２から出力される弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に凹凸構造７６が形成され電気的に開放した格子状伝搬路７０を有する第２弾性表面波素子２０Ａとを備えている。第１弾性表面波素子１０Ａと第２弾性表面波素子２０Ａとを並列に配し、開放伝搬路６０及び格子状伝搬路７０に被測定物４６を負荷した状態において、入力電極１２、２２に同一の信号を入力し、出力電極１４、２４から出力された各出力信号の位相差から、被測定物４６の密度を求めることができる。
【００６７】
また、この実施態様に係る密度測定装置４０Ａでは、入力電極１２と出力電極１４との間に電気的に開放した開放伝搬路６０を有する第１弾性表面波素子１０Ａと、入力電極２２と出力電極２４との間に凹凸構造７６Ａ（凹凸構造７６Ｂ、７６Ｃ）が形成され電気的に開放した市松格子状伝搬路７８を有する第２弾性表面波素子２０Ａとを備えているようにしてもよい。
【００６８】
なお、凹凸構造７６は、質量負荷効果を検出することができれば、図５Ｂに示すように圧電基板４２上に凹凸構造７６を形成する場合に限定されるものではない。
【００６９】
図７は、本発明の第２実施形態に係る密度測定装置４０Ａの変形例である密度測定装置４０Ｂの構成の説明図である。また、図８Ａ、図８Ｃは、図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ端面図であって、図８Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図８Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。さらに、図８Ｂ、図８Ｄは、図７のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ端面図であって、図８Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図８Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００７０】
密度測定装置４０Ｂは、前記の密度測定装置４０Ａと同様に第１弾性表面波素子１０Ｂと、第２弾性表面波素子２０Ｂを有し、密度測定装置４０Ａに対して、第１弾性表面波素子１０Ａ中の開放伝搬路６０が開放伝搬路８０に、第２弾性表面波素子２０Ｂ中の格子状伝搬路７０が格子状伝搬路８４となっている。なお、密度測定装置４０Ａと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００７１】
図８Ａに示すように、開放伝搬路８０は、圧電基板４２が露出した平坦な開放領域８２を備える。また、図８Ｂに示すように、格子状伝搬路８４は、圧電基板４２の表面にＸ方向に対して垂直な方向に形成された凹部８６をＸ方向に等間隔に設け、隣接する凹部８６の間に凸部８８を形成し、凹部８６と凸部８８から構成される凹凸構造９０を備える。
【００７２】
また、測定対象の液体状の被測定物は、特に限定されるものではなく、純液、混合液のいずれであってもよく、メタノール、エタノール等のアルコールの密度を測定する場合に特に有効である。
【００７３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る密度測定装置の構成の説明図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｃは、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ端面図であって、図２Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図であり、また、図２Ｂ、図２Ｄは、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ端面図であって、図２Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、市松格子状伝搬路の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る密度測定装置の構成の説明図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｃは、図４のＶＡ−ＶＡ端面図であって、図５Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図５Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図であり、また、図５Ｂ、図５Ｄは、図４のＶＢ−ＶＢ端面図であって、図５Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図５Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、市松格子状伝搬路の説明図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る変形例の構成の説明図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｃは、図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ端面図であって、図８Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図８Ｃは、被測定物を負荷した後の状態を示す図であり、また、図８Ｂ、図８Ｄは、図７のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ端面図であって、図８Ｂは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図８Ｄは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【図９】図９Ａは、従来の密度測定装置の説明図であり、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ端面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、…第１弾性表面波素子  １２、２２…入力電極
１４、２４…出力電極                        １６…短絡伝搬路
２０、２０Ａ、２０Ｂ…第２弾性表面波素子    ２６…伝搬路
２８、３４、３４Ａ〜３４Ｃ、６４、７４、７４Ａ〜７４Ｃ、８８…凸部
３０、３６、３６Ａ〜３６Ｃ、７２、７２Ａ〜７２Ｃ、８６…凹部
３２、７０、８４…格子状伝搬路
３８、３８Ａ〜３８Ｃ、７６、７６Ａ〜７６Ｃ、９０…凹凸構造
４０、４０Ａ、４０Ｂ、１００…密度測定装置
４２…圧電基板                              ４４…金属膜
４６…被測定物                              ４８…発振器
５０…分配器                                ５２…位相差検出器
５４、７８…市松格子状伝搬路                ６０、８０…開放伝搬路
６２、８２…開放領域                        ６２ａ、６２ｂ…領域
【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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