(57)【要約】【課題】  スイッチングを不要にすることができる弾性表面波センサを提供する。【解決手段】  入力された信号を分岐して端子１Ｂと端子１Ｃとから出力するカプラ１と、端子２Ａと端子２Ｂとに入力された各信号を結合して出力するカプラ２と、カプラ１の端子１Ｂから出力される信号を遅延してカプラ２の端子２Ａに出力する遅延線３と、カプラ１の端子１Ｃから出力される信号を入力とし、入力された信号により弾性表面波を発生し、被測定対象に応じて伝播特性が変化した弾性表面波から、信号を得てカプラ２の端子２Ｂに出力する弾性表面波素子４とを備える。【選択図】  図１
2012021946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を分岐して第１の端子と第２の端子とから出力する第１のカプラと、
第１の端子と第２の端子とに入力された各信号を結合して出力する第２のカプラと、
前記第１のカプラの第１の端子から出力される信号を遅延して前記第２のカプラの第１の端子に出力する遅延手段と、
前記第１のカプラの第２の端子から出力される信号を入力とし、入力された信号により弾性表面波を発生し、被測定対象に応じて伝播特性が変化した弾性表面波から、信号を得て前記第２のカプラの第２の端子に出力する弾性表面波素子と、
を備えることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記遅延手段は遅延線である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】
前記遅延線から出力される信号と、前記弾性表面波素子から出力される信号とが干渉しないように、前記遅延線の長さおよび前記弾性表面波素子の長さの少なくとも一方を調整した、
ことを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弾性表面波の伝播特性の変化により各種の測定を行う弾性表面波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波センサは、弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を利用して、液体の粘性率、導電率、誘電率等を測定する。弾性表面波センサを利用する場合には、このセンサから出力される信号である測定出力の位相や振幅を基に測定が行われる。測定に際して、弾性表面波センサの測定出力は基準値であるリファレンスに対する相対値である。このリファレンスが時間と共に変動すると、測定値が変動してしまう。通常、初期測定データをリファレンスとし、このデータに対する相対値で観測する。しかし、温度や測定タイミングなどのような、測定時の変動要素により、余分な変動成分まで測定データに含まれてしまう。
【０００３】
この対策として、弾性表面波センサにおいて弾性表面波素子を２個利用する測定方式（例えば、特許文献１参照。）がある。この測定方式の一例を図７に示す。例えば溶液を測定する場合、一方の弾性表面波素子１０３は溶液を滴下しないリファレンスとして使用し、もう一方の弾性表面波素子１０４は溶液を滴下する測定用のセンサ（以下、単に「センサ」という）として使用する。通常、これら２つの弾性表面波素子１０３、１０４をスイッチ１０１、１０２で切り替えて、リファレンスとセンサの相対値を測定する。つまり、弾性表面波を励振するための励振信号である入力信号を、スイッチ１０１が弾性表面波素子１０３または弾性表面波素子１０４に加える。スイッチ１０２は、弾性表面波素子１０３または弾性表面波素子１０４からの信号を切り替える。スイッチ１０１、１０２の切り替えは切替制御部１０５が行う。これにより、スイッチ１０２は、所定のスイッチタイミングで、リファレンスとセンサとの測定結果を出力とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、先に述べた測定方式には次の課題がある。まず、この方式を実現するためには、切り替え用のスイッチ１０１、１０２が必要である。また、スイッチ１０１、１０２と切替制御部１０５とを接続する制御用信号線が必要となり、制御線の引き回しも必要である。なお、リファレンス用の弾性表面波素子１０３と、スイッチ１０１、１０２をセンサユニットに組み込み、センサ用の弾性表面波素子１０４のみを引き回す手段もあるが、リファレンスとセンサの温度差が生じてしまい、測定精度が低下してしまう。
【０００６】
さらに、図８に示すように、リファレンス用の弾性表面波素子１０３とセンサ用の弾性表面波素子１０４とを切り替える信号であって、切替制御部１０５から出力される切替信号がスイッチ１０１、１０２に加えられると、スイッチ１０１、１０２が切替動作を行う。スイッチ１０２からの出力は、リファレンス用の弾性表面波素子１０３からの出力と、センサ用の弾性表面波素子１０４からの出力とを切り替えたものである。しかし、スイッチ１０１、１０２には立ち上がり時間Ｔ１０１と立ち下り時間Ｔ１０２とがあり、これらの時間中は測定ができない測定禁止領域である。さらに、スイッチングのタイミングに応じて、ＲＥＦ／ＥＶＡ（リファレンス／センサ）を認識するためのアルゴリズムが必要になる。
【０００７】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、スイッチングを不要にすることができる弾性表面波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、入力された信号を分岐して第１の端子と第２の端子とから出力する第１のカプラと、第１の端子と第２の端子とに入力された各信号を結合して出力する第２のカプラと、前記第１のカプラの第１の端子から出力される信号を遅延して前記第２のカプラの第１の端子に出力する遅延手段と、前記第１のカプラの第２の端子から出力される信号を入力とし、入力された信号により弾性表面波を発生し、被測定対象に応じて伝播特性が変化した弾性表面波から、信号を得て前記第２のカプラの第２の端子に出力する弾性表面波素子と、を備えることを特徴とする弾性表面波センサである。
【０００９】
請求項１の発明では、第１のカプラは、入力された信号を分岐して第１の端子と第２の端子とから出力する。遅延手段は、第１のカプラの第１の端子から出力される信号を遅延して第２のカプラの第１の端子に出力する。また、弾性表面波素子は、第１のカプラの第２の端子から出力される信号を入力とする。弾性表面波素子は、入力された信号により弾性表面波を発生し、被測定対象に応じて伝播特性が変化した弾性表面波から、信号を得て第２のカプラの第２の端子に出力する。第２のカプラは、第１の端子と第２の端子とに入力された各信号を結合して出力する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波センサにおいて、前記遅延手段は遅延線であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の弾性表面波センサにおいて、前記遅延線から出力される信号と、前記弾性表面波素子から出力される信号とが干渉しないように、前記遅延線の長さおよび前記弾性表面波素子の長さの少なくとも一方を調整した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、２つのカプラを用いて遅延手段と弾性表面波素子とを接続したので、従来の構成で必要であったスイッチを不要にすることができる。これにより、スイッチを切り替える制御やスイッチングが要らないので、センサ構成を簡略化することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、遅延手段として遅延線を用いるので、センサを低コストで構成することを可能にする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、遅延線から出力される信号と弾性表面波素子から出力される信号とが干渉しないように、遅延線の長さおよび前記弾性表面波素子の長さの少なくとも一方を調整するので、長さの調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１による弾性表面波センサを示す構成図である。
【図２】弾性表面波素子の一例を示す構成図である。
【図３】弾性表面波素子により発生する信号を示す波形図である。
【図４】遅延線により発生する信号を示す波形図である。
【図５】カプラが出力する信号を示す波形図である。
【図６】実施の形態２による弾性表面波センサを示す構成図である。
【図７】弾性表面波センサを利用する従来の測定方式の構成図である。
【図８】従来の測定方式による各信号の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
この実施の形態による弾性表面波センサを図１に示す。この弾性表面波センサは、液体の粘性率、導電率、誘電率等を測定するためのものであり、カプラ１、２と、遅延線３と、弾性表面波素子４とを備えている。
【００１８】
カプラ１は、入力信号を分岐するものであり、端子１Ａ〜１Ｃを備えている。カプラ１の端子１Ａは入力端子であり、端子１Ｂと端子１Ｃとは出力端子である。端子１Ａには、弾性表面波素子４に弾性表面波を励振するための励振信号が入力信号として加えられる。この実施の形態では、励振信号がパルスである。カプラ１は、端子１Ａに励振信号が加えられると、この信号を分岐する。そして、カプラ１は、分岐した一方の励振信号を端子１Ｂから遅延線３に出力すると共に、他方の励振信号を端子１Ｃから弾性表面波素子４に出力する。カプラ１としては、マイクロストリップラインのような分布定数回路を用いたものなど、各種のものが使用可能である。
【００１９】
弾性表面波素子４は、カプラ１の端子１Ｃから出力される励振信号を入力とする。弾性表面波素子４は、入力された信号により弾性表面波を発生する。弾性表面波素子４を伝播する弾性表面波の伝播特性は、被測定対象である液体の状態に応じて変化する。そして、弾性表面波素子４は、伝播特性が変化して伝播した弾性表面波を電気信号に変換して出力する。この弾性表面波素子４の一例を図２に示す。弾性表面波素子４は、圧電基板４Ａ上に櫛型電極４Ｂと櫛型電極４Ｃとが互いに向かい合うよう距離Ｌ１だけ離れて設けられた構造である。そして、櫛型電極４Ｂと櫛型電極４Ｃとの間の距離Ｌ１の領域は、被測定対象の液体が滴下されると共に弾性表面波が伝播するセンシング面４Ｄである。この実施の形態では、櫛型電極４Ｂが入力用の電極であり、櫛型電極４Ｃが出力用の電極である。
【００２０】
弾性表面波素子４の櫛型電極４Ｂに励振信号が加えられると、櫛型電極４Ｂにより励振信号が弾性表面波に変換されて、センシング面４Ｄを伝播する。このとき、センシング面４Ｄに被測定対象の液体が滴下されていると、弾性表面波の伝播特性が変化する。この後、櫛型電極４Ｃが伝播してきた弾性表面波を電気信号に変換し、主応答波信号としてカプラ２に出力する。同時に、励振信号が弾性表面波素子４に入力されると、櫛型電極４Ｂと櫛型電極４Ｃとの電磁結合により、直達波信号が出力される。
【００２１】
これらの様子を図３に示す。直達波信号は、電磁結合で発生するので、励振信号が弾性表面波素子４に加えられると、弾性表面波素子４から直ちに出力される。一方、主応答波信号はセンシング面４Ｄを伝播する信号である。したがって、主応答波信号は、励振信号が櫛型電極４Ｂに加えられてから、伝播時間Ｔ１が経過したときに、再び電気信号に変換されて弾性表面波素子４から出力される。このとき、弾性表面波の伝播特性がセンシング面４Ｄに滴下された被測定対象の液体で変化するので、得られる主応答波信号の振幅ＡＰ１と、主応答波信号の伝播時間Ｔ１に対する遅延時間ＤＬ１とは被測定対象の液体に応じて変化する。また、伝播時間Ｔ１はセンシング面４Ｄの長さ、つまり、櫛型電極４Ｂから櫛型電極４Ｃまでの間隔を変えることで、調整可能である。
【００２２】
弾性表面波素子４は、こうして生成した主応答波信号を、カプラ２の端子２Ｂに出力する。
【００２３】
遅延線３は、入力信号（励振信号）を所定時間だけ遅延させるためのケーブルである。遅延線３としては同軸ケーブルなどの分布定数回路が使用される。入力信号のパルスが遅延線３に入力されると、パルスは遅延線３を伝播する。このとき、図４に示すように、パルスが遅延線３に入力されてから出力されるまでの遅延時間Ｔ２は、遅延線３の長さＬ１（図１）に依存する。同時に、パルスが遅延線３で減衰される量も遅延線３の長さＬ１に依存する。これにより、遅延時間Ｔ２が経過したときに、遅延線３は、振幅ＡＰ２の信号をレファレンス信号として出力する。この実施の形態では、弾性表面波素子４が主応答波信号を出力するまでの伝播時間Ｔ１に比べて、遅延線３の遅延時間Ｔ２が短くなるように、遅延線３の長さＬ１が調整されている。つまり、遅延線３からのレファレンス信号が弾性表面波素子４からの主応答波信号と干渉しないようにしている。そして、このために、遅延線３の長さＬ１を変えればよいので、主応答波信号とレファレンス信号とを分離するための調整が容易である。また、遅延線３は低コストであるので、弾性表面波センサの低コスト化が可能である。
【００２４】
遅延線３は、こうして遅延したレファレンス信号を、カプラ２の端子２Ａに出力する。
【００２５】
カプラ２は、端子２Ａ〜２Ｃを備えている。カプラ２の端子２Ａと端子２Ｂとは入力端子であり、端子２Ｃは出力端子である。端子２Ａには、遅延線３からのリファレンス信号が加えられる。また、端子２Ｂには、弾性表面波素子４からの主応答波信号が加えられる。そして、カプラ２は、図５に示すように、端子２Ａに加えられたリファレンス信号と、端子２Ｂに加えられた信号とを結合し、測定信号として出力する。カプラ２としては、カプラ１と同様に、マイクロストリップラインを用いたものなど、各種のものが使用可能である。
【００２６】
次に、この実施の形態による弾性表面波センサの動作について説明する。弾性表面波素子４のセンシング面４Ｄに被測定対象の液体が滴下された状態で、パルスの励振信号（入力信号）がカプラ１に入力される。カプラ１は、励振信号を分岐し、一方を遅延線３に加え、他方を弾性表面波素子４に加える。遅延線３は、長さＬ１により調整された遅延時間Ｔ２後に、レファレンス信号をカプラ２に出力する。
【００２７】
一方、弾性表面波素子４は、励振信号により生成された弾性表面波がセンシング面４Ｄを伝播するので、伝播時間Ｔ１が経過してから主応答波信号をカプラ２に出力する。このとき、弾性表面波の伝播特性がセンシング面４Ｄに滴下された被測定対象の液体で変化するので、主応答波信号の振幅ＡＰ１と遅延時間ＤＬ１とは被測定対象の液体に応じて変化する。
【００２８】
カプラ２は、遅延線３からのレファレンス信号と弾性表面波素子４からの主応答波信号とを結合し、測定信号として出力する。なお、弾性表面波センサの後段に接続されている処理装置（図示を省略）は、測定信号中のレファレンス信号と主応答波信号との振幅差ΔＡＰ（図５）を基に、被測定対象の液体の例えば粘性率を算出する。
【００２９】
こうして、この実施の形態によれば、弾性表面波センサがカプラ１、２と遅延線３と弾性表面波素子４とで構成されるので、従来のようなスイッチングを不要にすることができる。これにより、従来で必要としたスイッチと切替制御部とを接続する制御用信号線を不要にし、また、切替制御部１０５によるＲＥＦ／ＥＶＡ（リファレンス／センサ）を認識するためのアルゴリズムを不要にすることができる。さらに、切替制御部１０５と制御用信号線とが不要であるので、センサ構成の簡単化が可能である。
【００３０】
また、この実施の形態によれば、従来で必要としたスイッチが不要であるので測定禁止領域が無くなり、ＲＥＦ／ＥＶＡ（リファレンス／センサ）を認識するためのアルゴリズムを明確にすることができる。また、測定禁止領域が無くなったので、サンプリングデータ数を増加し、測定精度を向上することが可能である。
【００３１】
さらに、この実施の形態によれば、直達波信号と主応答波信号とレファレンス信号とが干渉しないように分離するためには、遅延線３の長さＬ１と弾性表面波素子４のセンシング面４Ｄの長さとの少なくとも１つを調整することで可能であり、また、各信号を分離するための調整が容易である。
【００３２】
（実施の形態２）
この実施の形態では、実施の形態１の遅延線３の代わりに、図６に示すように、弾性表面波素子５を用いている。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、励振信号（入力信号）のパルスを弾性表面波素子５が遅延し、レファレンス信号として出力する。このために、弾性表面波素子５では、センシング面が長くなると、パルスが遅延線３に入力されてから出力されるまでの時間が長くなる。これにより、この実施の形態では、弾性表面波素子５のセンシング面の長さを調整することで、適切な遅延時間Ｔ２を得ている。
【００３３】
この実施の形態によれば、遅延線３の代わりに弾性表面波素子５を用いるので、遅延線３の引き回しを不要にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明は、液体の粘性率、導電率、誘電率等を測定する場合に限らず、弾性表面波の伝播速度や振幅、位相に影響を与える被測定対象を測定するために利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  カプラ（第１のカプラ）
２  カプラ（第２のカプラ）
３  遅延線（遅延手段）
４  弾性表面波素子
５  弾性表面波素子（遅延手段）
【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】
2012021946.tif 000008
【図７】
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【図８】
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