(57)【要約】【課題】  測定精度を向上させ、かつ、低コスト化を図ることができる被測定物特性測定装置を提供すること。【解決手段】  基準信号発生部２から出力されたＰＳＫ信号等の基準信号は、ロールオフフィルタを通過した後、分配器において分配されて、同一の信号が、ＳＡＷセンサ３と、検出器４とに供給される。検出器４は、基準信号ｆｒとＳＡＷセンサ３を経由した測定信号ｆｅとの自己相関をとって不要な直達信号等を除去して、主応答信号を抽出し出力する。【選択図】  図１
2012021945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が負荷される反応場が形成された弾性表面波センサを備え、前記被測定物の特性を測定するために用いられる被測定物特性測定装置であって、
基準信号を発生させ前記弾性表面波センサに供給する基準信号発生手段と、前記弾性表面波センサから出力された測定信号に基づいて、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信号を検出する信号検出手段とを備え、
前記基準信号発生手段は、前記弾性表面波センサの通過帯域よりも広帯域の前記基準信号を発生させ、
前記信号検出手段は、前記基準信号と前記測定信号とに基づいて、前記測定信号から不要信号を除去して、前記主応答信号を抽出する
ことを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項２】
前記信号検出手段は、前記基準信号と前記測定信号とに基づいて相関信号処理を実行して、前記主応答信号を抽出することを特徴とする請求項１記載の被測定物特性測定装置。
【請求項３】
前記基準信号発生手段は、前記弾性表面波センサの通過帯域よりも広帯域で、前記弾性表面波センサにおける帯域制限の影響を受け難い前記基準信号を発生させることを特徴とする請求項１又は２記載の被測定物特性測定装置。
【請求項４】
前記基準信号として位相シフトキーイング信号が用いられることを特徴とする請求項３記載の被測定物特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）等の弾性波を励振可能な弾性表面波センサを有し、例えば、液体の特性を測定するために用いられる被測定物特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図６に示すように、例えば、液体の物理的特性を測定するための被測定物特性測定装置において用いられるＳＡＷセンサ１０１は、圧電基板１０２と、圧電基板１０２上に形成された入力側櫛形電極１０３及び出力側櫛形電極１０４と、入力側櫛形電極１０３と出力側櫛形電極１０４との間に形成され、被測定物が負荷される反応場電極部１０５と、遅延部１０６とを有している（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００３】
入力側櫛形電極１０３には、図８に示すように、入力信号Ｖｉとして、バースト波ｐａ（図８（ａ））が入力される。入力側櫛形電極１０３では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、反応場電極部１０５上及び遅延部１０６上を伝搬して出力側櫛形電極１０４に到達し、受信される。ＳＡＷセンサ１０１から出力される出力信号Ｖｏには、主応答信号（希望波）ｇａ（ｒａ）（図７、図８（ｂ））のほか、寄生容量成分に起因する直達信号ｇｂ（ｒｂ）等が含まれる。
【０００４】
主応答信号ｇａ（ｒａ）は、反応場電極部１０５及び遅延部１０６におけて遅延され、直達信号ｇｂ（ｒｂ）に対して、遅延時間ｔｂ遅延し分離され、測定される。ここで、回路制約により、主応答信号ｇａ（ｒａ）と直達信号ｇｂ（ｒｂ）とは２μｓ以上離す必要がある。すなわち、バースト波ｐａは、図９に示すように、測定時間ｔ２の前後に、立上時間ｔ１と立下時間ｔ３とが必要となる。２μｓの遅延を得るためには、例えば、中心周波数２５０ＭＨｚのＳＡＷセンサ１０１で、伝搬距離として９ｍｍが必要となる。このため、チップサイズが大きくなり、低コスト化が困難となる。
【０００５】
また、図１０に示すように、主応答信号（希望波）ｇａの近傍に、不要バルク波ｇｃが発生する場合は、バースト波では時間的に信号分離できないため、除去できない。また、広帯域の周波数成分を持つバースト波信号を用いるため、周波数帯域の狭いＳＡＷセンサ１０１で帯域制限の影響を受けて、Ｓ／Ｎ比が劣化する。図１１に示すように、入力されたバースト波信号ｐａは、帯域制限等の影響で、波形がなまった信号ｐｂとなり、測定誤差が増大する。
【０００６】
Ｓ／Ｎ比の劣化対策として、バースト波信号を周波数成分の狭い信号に変更することが考えられるが、時間分解能が得られなくなり、直達波を分離できなくなる。また、入力信号の周波数を上昇させ、ＳＡＷセンサ１０１の帯域を広くすることで、Ｓ／Ｎ比が緩和されるが、ＳＡＷセンサ１０１の伝搬損失が上昇し、センシングができなくなるまで信号レベルが低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−３００３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、上記従来技術では、測定誤差が増加してしまい、かつ、チップサイズが大きくなり、低コスト化が困難となるという問題がある。
【０００９】
この発明は、前記の課題を解決し、測定精度を向上させ、かつ、低コスト化を図ることができる被測定物特性測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、被測定物が負荷される反応場が形成された弾性表面波センサを備え、前記被測定物の特性を測定するために用いられる被測定物特性測定装置であって、基準信号を発生させ前記弾性表面波センサに供給する基準信号発生手段と、前記弾性表面波センサから出力された測定信号に基づいて、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信号を検出する信号検出手段とを備え、前記基準信号発生手段は、前記弾性表面波センサの通過帯域よりも広帯域の前記基準信号を発生させ、前記信号検出手段は、前記基準信号と前記測定信号とに基づいて、前記測定信号から不要信号を除去して、前記主応答信号を抽出することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の被測定物特性測定装置であって、前記信号検出手段は、前記基準信号と前記測定信号とに基づいて相関信号処理を実行して、前記主応答信号を抽出することを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の被測定物特性測定装置であって、前記基準信号発生手段は、前記弾性表面波センサの通過帯域よりも広帯域で、前記弾性表面波センサにおける帯域制限の影響を受け難い前記基準信号を発生させることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３記載の被測定物特性測定装置であって、前記基準信号として位相シフトキーイング信号が用いられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基準信号発生手段が、弾性表面波センサの帯域よりも広帯域の基準信号を発生させて弾性表面波センサに供給し、信号検出手段は、基準信号と測定信号とに基づいて、測定信号から不要信号を除去して、主応答信号を抽出するので、測定精度を向上させることができ、かつ、主応答信号を分離するための遅延部の距離を短くできるので、弾性表面波センサを小型化でき、コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施の形態による被測定物特性測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同被測定物特性測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】同被測定物特性測定装置の機能を説明するための模式図である。
【図４】同被測定物特性測定装置の機能を説明するための模式図である。
【図５】同被測定物特性測定装置の機能を説明するための模式図である。
【図６】従来技術を説明するための説明図である。
【図７】従来技術を説明するための説明図である。
【図８】従来技術を説明するための説明図である。
【図９】従来技術を説明するための説明図である。
【図１０】従来技術を説明するための説明図である。
【図１１】従来技術を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１７】
図１及び図２は、この発明の一実施の形態による被測定物特性測定装置の構成を示すブロック図、図３乃至図５は、同被測定物特性測定装置の機能を説明するための模式図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、この実施の形態による被測定物特性測定装置１は、基準信号発生部２と、ＳＡＷセンサ（弾性表面波センサ）３と、検出器４とを備え、パーソナルコンピュータ等からなる情報処理装置５に接続される。被測定物特性測定装置１において、基準信号発生部２から出力された基準信号（出力元信号）は、ロールオフフィルタ７を通過した後、分配器（不図示）において分配されて、同一の信号が、ＳＡＷセンサ３と、検出器４とに供給される。
【００１９】
基準信号発生部２は、基準信号として、ＳＡＷセンサ３の帯域（弾性表面波を電気信号に変換可能な通過帯域（通過周波数帯域幅）、例えば、２ＭＨｚ）よりも広帯域で、ＳＡＷセンサ３の帯域制限の影響を受け難い、例えば、ディジタル変調信号としてのＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）信号を出力する。この実施の形態では、基準信号の帯域として、ＳＡＷセンサ３の帯域の数十倍の帯域（例えば、２５ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ）の信号を用いる。
【００２０】
ＳＡＷセンサ３は、圧電基板と、圧電基板上に形成された入力側櫛形電極及び出力側櫛形電極と、被測定物が負荷される反応場電極部（反応場）と、遅延部とを有している。入力側櫛形電極では、入力された信号に基づいて弾性表面波が励振され、反応場電極部上及び遅延部上を伝搬して出力側櫛形電極に到達し、受信される。ＳＡＷセンサ３からは、図３（ｂ）に示すように、主応答信号（希望波）ｆａのほか、直達信号ｆｂ等を含む測定信号ｆｅが出力される。主応答信号ｆａは、直達信号ｆｂに対して、遅延時間ｔａ遅延する。
【００２１】
圧電基板としては、例えば、ＬｉＴａＯ３が用いられる。反応場電極部は、圧電基板上に蒸着された金等の金属膜で形成される。金属膜は、例えば、電気的に短絡された短絡伝搬路を構成している。なお、弾性表面波を励振させるとともに、反射波を受信する櫛形電極が形成されたＳＡＷセンサを用いるようにしても良い。また、金属膜の一部が剥離されて圧電基板が露出され開放伝搬路が形成された反応場電極を有するＳＡＷセンサを用いても良い。
【００２２】
検出器４は、基準信号ｆｒとＳＡＷセンサ３を経由した測定信号ｆｅとの自己相関をとって直達信号ｆｂ等の不要信号を除去して、主応答信号ｆａを抽出し出力する。ここで、ＳＡＷセンサ３帯域外の信号成分も含めて信号処理（この実施の形態では、相関信号処理）を施すことで、ＳＡＷセンサ３による帯域制限の影響を抑制し、測定精度を向上させている。
【００２３】
検出器４は、図２に示すように、遅延調整部８と、ロールオフフィルタ９ａ，９ｂと、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行うフーリエ変換部１１ａ，１１ｂと、除算処理部１２と、ロールオフフィルタ１４と、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行う逆フーリエ変換部１５と、インパルス応答解析部１６とを有している。ロールオフフィルタ１４、逆フーリエ変換部１５、及びインパルス応答解析部１６は、主応答信号ｆａを選択するための選択器１３を構成している。
【００２４】
遅延調整部８から出力された基準信号ｆｒ及び測定信号ｆｅは、それぞれ、ロールオフフィルタ９ａ，９ｂにおいて、ノイズが低減され、フーリエ変換部１１ａ，１１ｂにおいて、フーリエ変換される。
【００２５】
フーリエ変換部１１ａ，１１ｂから出力された信号は、除算処理部１２において、複素除算処理された後、伝達特性（Ｓ２１（Ｓ行列のパラメータ））が算出される。除算処理部１２から出力された信号は、ロールオフフィルタ１４を通過し、直達信号ｆｂや、ＴＴＥ（Ｔｒｉｐｐｌｅ  Ｔｒａｎｓｉｔ  Ｅｃｈｏ）等の不要信号が除去され、逆フーリエ変換部１５において、逆フーリエ変換され、インパルス応答解析部１６において、主応答信号ｆａが解析される。
【００２６】
インパルス応答解析部１６からは、図５に示すように、抽出された主応答信号ｆａが出力される。なお、インパルス応答解析部１６からは、主応答信号ｆａと基準信号ｆｒとの振幅比及び位相差が出力されても良い。なお、遅延調整部８や、ロールオフフィルタ９ａ，９ｂ，１４、フーリエ変換部１１ａ，１１ｂ、逆フーリエ変換部１５等としては、信号処理ＩＣを用いることができる。
【００２７】
情報処理装置５は、所定の制御プログラムに従って構成各部を制御する制御部と、各種制御プログラムやデータが記憶される記憶部と、入出力部と、操作部と、表示部とを有している。情報処理装置５では、検出器４からの出力信号に基づいて、被測定物の物理的特性が求められる。
【００２８】
次に、被測定物特性測定装置１の動作について説明する。被測定物特性測定装置１において、基準信号発生部２から出力された基準信号は、ロールオフフィルタ７を通過した後、分配器において分配されて、同一の信号が、ＳＡＷセンサ３と、検出器４とに供給される。ＳＡＷセンサ３からは、図３（ｂ）に示すように、主応答信号ｆａのほか、直達信号ｆｂ等を含む測定信号ｆｅが出力される。
【００２９】
遅延調整部８には、図３に示すように、基準信号ｆｒ（同図（ａ））と、主応答信号ｆａや直達信号ｆｂ等を含む測定信号ｆｅ（同図（ｂ））とが入力され、ＳＡＷセンサ３における測定信号ｆｅに対して遅延分の調整処理がなされ、図４に示すように、基準信号ｆｒ（同図（ａ））と、主応答信号ｆａや直達信号ｆｂ等を含む測定信号ｆｅ（同図（ｂ））とが出力される。
【００３０】
遅延調整部８から出力された基準信号ｆｒ及び測定信号ｆｅは、それぞれ、ロールオフフィルタ９ａ，９ｂにおいて、ノイズが低減され、フーリエ変換部１１ａ，１１ｂにおいて、フーリエ変換される。  フーリエ変換部１１ａ，１１ｂから出力された信号は、除算処理部１２において、除算処理された後、伝達特性が算出される。
【００３１】
除算処理部１２から出力された信号は、ロールオフフィルタ１４を通過し、直達信号ｆｂや、ＴＴＥ等の不要信号が除去され、逆フーリエ変換部１５において、逆フーリエ変換され、インパルス応答解析部１６において、主応答信号ｆａが解析される。インパルス応答解析部１６からは、図５に示すように、抽出された主応答信号ｆａが出力される。
【００３２】
こうして、この実施の形態の構成によれば、基準信号として、ＳＡＷセンサ３の帯域よりも広帯域で、ＳＡＷセンサ３の帯域制限の影響を受け難い信号を用い、ＳＡＷセンサ３帯域外の信号成分も利用する相関信号処理によって主応答信号ｆａを抽出するので、バースト波を用いた従来技術に比べて、サンプリングデータ数を増加させることができ、直達信号ｆｂやバルク波、ＴＴＥ等の不要信号を除去して、測定精度、分解能を向上させることができる。すなわち、従来技術で、バースト波を用いる場合に、利用できなかった信号成分も、相関信号処理において利用することで、測定精度の向上を図っている。
【００３３】
また、相関信号処理によって主応答信号ｆａを抽出するので、従来技術で、主応答信号ｆａと直達信号ｆｂとの分離のために要していた遅延時間を短くでき、ＳＡＷセンサ３の小型化を図ることができるとともに、コストを低下させることができる。
【００３４】
以上、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した実施の形態では、ＳＡＷセンサ帯域外の信号成分も利用する信号処理として、相関信号処理を施す場合について述べたが、これに限らない。また、基準信号の帯域として、ＳＡＷセンサ３の帯域の数十倍の帯域の信号を用いる場合について述べたが、これ以上の帯域の信号を用いても良い。また、情報処理装置５として、パーソナルコンピュータ等を用いる場合について述べたが、これに限らず、例えば、高速ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータや、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等が含まれていても良い。
【００３５】
また、基準信号として、ＰＳＫ信号のほか、例えば、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号等の他の種類の信号を用いても良い。また、除算処理部１２で複素除算処理を行う場合について述べたが、複素乗算処理によっても良い。また、ＳＡＷセンサの圧電性基板の材料として、ＬｉＴａＯ３のほか、ＬｉＮｂＯ３や、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、水晶等を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
被測定物としては、液体として、純液のほか、混合液、溶液等を用いる場合に適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  被測定物特性測定装置
２  基準信号発生部（基準信号発生手段）
３  ＳＡＷセンサ（弾性表面波センサ）
４  検出器（信号検出手段）
ｆａ  主応答信号
ｆｂ  直達信号（不要信号）
ｆｅ  測定信号
ｆｒ  基準信号
【図１】
2012021945.tif 000003
【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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