(57)【要約】【課題】発振器の出力信号の変動が生じた場合であっても、被測定物の物理的特性を正確に測定することを提供することを目的とする。【解決手段】被測定物特性測定装置１０は、発振器１２と、発振器１２の出力信号を分配する分配器１６と、分配器１６の一方の出力信号が入力され、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子１８と、前記物理的特性に応じた信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器２２ａと、分配器１６の他方の出力信号を減衰する減衰器２０と、減衰器２０の出力信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器２２ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と、
前記発振器の出力信号を分配する分配器と、
前記分配器の一方の出力信号が入力され、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子と、
前記物理的特性に応じた信号の振幅を電圧に変換する第１振幅検出器と、
前記分配器の他方の出力信号を減衰する減衰器と、
前記減衰器の出力信号の振幅を電圧に変換する第２振幅検出器と、
を備え、
前記第１振幅検出器の出力信号を前記第２振幅検出器の出力信号に基づいて補正し、前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の被測定物特性測定装置において、
前記減衰器の減衰量を前記弾性表面波素子のダイナミックレンジの中央に設定することを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の被測定物特性測定装置において、
前記第１及び第２振幅検出器はログアンプであって、
さらに、前記第１振幅検出器の出力信号から前記第２振幅検出器の出力信号を減算する減算器を有し、
前記減算器の出力信号に基づいて前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする被測定物特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の物理的特性を測定する被測定物特性測定装置であって、特に、発振器の出力信号の変動を考慮した被測定物特性測定装置に関する。
【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】
この弾性波センサでは、圧電基板上に置かれた測定対象である溶液に応じて、出力電極から出力される出力信号の特性に差異があることを利用し、測定対象の溶液の誘電率、粘性率等の物理的特性を求めることができる（特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１では、温度センサを設けて弾性表面波素子の温度変化を検知し、
温度変化による出力信号の特性の変化に対して温度補償をすることにより測定誤差を低減している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、発振器から出力された高周波の電気信号が弾性表面波素子に入力されるが、発振器の電源電圧の変動や温度変化により前記電気信号が変動すると、弾性表面波素子から出力される電気信号の特性も変化し、測定対象の溶液の物理的特性に測定誤差が生じる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、発振器からの出力信号が変動した場合であっても、被測定物の物理的特性を正確に測定する被測定物特性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】
【０００８】
本発明に係る被測定物特性測定装置は、発振器と、前記発振器の出力信号を分配する分配器と、前記分配器の一方の出力信号が入力され、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子と、前記物理的特性に応じた信号の振幅を電圧に変換する第１振幅検出器と、前記分配器の他方の出力信号を減衰する減衰器と、前記減衰器の出力信号の振幅を電圧に変換する第２振幅検出器と、を備え、前記第１振幅検出器の出力信号を前記第２振幅検出器の出力信号に基づいて補正し、前記液状被測定物の物理的特性を測定することを特徴とする。
【０００９】
前記減衰器の減衰量は、前記弾性表面波素子のダイナミックレンジの中心に設定することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る被測定物特性測定装置では、前記第１及び第２振幅検出器はログアンプであって、さらに、減算器により前記第１振幅検出器の出力信号から前記第２振幅検出器の出力信号を減算し、前記発振器の出力信号の変動を相殺することができる。結果として、前記減算器の出力信号により正確な前記液状被測定物の物理的特性を測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１振幅検出器の出力信号を前記第２振幅検出器の出力信号に基づいて補正することにより、電源電圧や周辺温度の変化による発振器の出力信号の変動を相殺し、液状被測定物の物理的特性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】
【００１２】
以下、本発明の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被測定物特性測定装置１０のブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、被測定物特性測定装置１０は、信号発信源である発振器１２と、発振器１２の出力信号を増幅する増幅器１４と、増幅器１４の出力信号を分配して出力する分配器１６と、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子１８と、分配器１６の出力信号を所定レベルに減衰する減衰器２０と、弾性表面波素子１８の出力信号の振幅を電圧に変換して直流信号を出力する振幅検出器２２ａ、２２ｂと、振幅検出器（第１振幅検出器）２２ａの出力信号から振幅検出器（第２振幅検出器）２２ｂの出力信号を減算する減算器２４とを備える。
【００１４】
発振器１２は、高周波の電気信号を出力する信号発信源であり、水晶発振器、ＳＡＷ発振器等を用いることができる。被測定物特性測定装置１０では、液状被測定物の物理的特性を弾性表面波素子１８を用いて測定することから、弾性表面波素子１８との整合性を考慮するとＳＡＷ発振器であることが好ましい。
【００１５】
増幅器（リニアアンプ）１４は、発振器１２の出力信号を増幅して分配器１６に出力する増幅器であって、その増幅率は弾性表面波素子１８における信号の減衰量に基づいて定められる。
【００１６】
分配器１６は、高周波の電気信号を分配して弾性表面波素子１８及び減衰器２０に出力することができれば特に限定されるものでない。例えば、図２に示すような回路構成の分配器を用いることができる。
【００１７】
弾性表面波素子１８は、液状被測定物の物理的特性として粘性率を測定する場合には図３に示す弾性表面波素子１８Ａが用いられる。弾性表面波素子１８Ａは、櫛形電極である入力電極１８ａ及び出力電極１８ｂを備え、入力電極１８ａと出力電極１８ｂとの間には、電気的に短絡状態である短絡伝搬路１８ｃが形成され、これらは圧電基板１８ｄ上に形成されている。被測定物特性測定装置１０で液状被測定物の物理的特性を測定する場合には、液状被測定物が短絡伝搬路１８ｃ上に負荷される。弾性表面波素子１８Ａの出力信号が、振幅検出器２２ａに出力される。
【００１８】
また、弾性表面波素子１８は、液状被測定物の物理的特性として比誘電率や導電率を測定する場合には図４に示す弾性表面波素子１８Ｂが用いられる。弾性表面波素子１８Ｂは、弾性表面波素子１８Ａと、弾性表面波素子１８Ａの一部構成が異なる弾性表面波素子１８Ａ１とを備える。弾性表面波素子１８Ａ１は、弾性表面波素子１８Ａに対して、入力電極１８ａと出力電極１８ｂとの間に、電気的に開放状態である開放伝搬路１８ｅが形成されている。弾性表面波素子１８Ｂで物理的特性を測定する場合には、液状被測定物が短絡伝搬路１８ｃ及び開放伝搬路１８ｅ上に負荷され、弾性表面波素子１８Ａ、１８Ａ１の各出力信号が、振幅検出器２２ａに入力される。
【００１９】
減衰器２０は、分配器１６の出力信号を弾性表面波素子１８のダイナミックレンジに基づいて減衰させる減衰器である。例えば、弾性表面波素子１８のダイナミックレンジが−１０ｄＢｍ〜−５０ｄＢｍの場合には、減衰器２０の出力信号のレベルが弾性表面波素子１８のダイナミックレンジの中央である−３０ｄＢｍになるように減衰量が決められる。減衰器２０としては、例えば、図５に示すようなＴ型減衰器を用いることができる。
【００２０】
振幅検出器２２ａ、２２ｂは、図６に示すようにリミッタアンプを多段縦続接続したログアンプである。振幅検出器２２ａ、２２ｂは、弾性表面波素子１８又は減衰器２０の出力信号の振幅を各リミッタアンプで電流検波して、順次、加算して電圧に変換することにより、入力信号のｄＢ値と出力信号の直流電圧値の関係が線形となる。
【００２１】
減算器２４は、振幅検出器２２ａの出力信号から振幅検出器２２ｂの出力信号を減算して、直流信号を出力する。
【００２２】
本発明の実施形態の被測定物特性測定装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、被測定物特性測定装置１０による被測定物の物理的特性の測定について説明する。
【００２３】
まず、弾性表面波素子１８の伝搬路に被測定物が負荷される。次いで、発振器１２から基準信号が出力されて、増幅器１４では、弾性表面波素子１８での信号の減衰量に応じて増幅され、分配器１６で分配されて弾性表面波素子１８及び減衰器２０に出力される。減衰器２０で減衰された信号は振幅検出器２２ｂで信号の振幅に応じた直流電圧Ｖの信号が出力される。一方、弾性表面波素子１８では、伝搬路に負荷された被測定物に応じた特性信号が出力されて、振幅検出器２２ａにおいて、前記特性信号の振幅に応じた直流電圧（Ｖ＋α）の信号が出力される。そして、減算器２４において、振幅検出器２２ａから出力された直流電圧（Ｖ＋α）の信号から、振幅検出器２２ｂから出力された直流電圧Ｖの信号が減算されて、直流電圧αの信号が得られる。この直流電圧αの信号は、被測定物の物理的特性を示す信号であり、この信号に基づいて被測定物の物理的特性が算出される。
【００２４】
実際の被測定物特性測定装置１０による被測定物の物理的特性の測定では、図示しない電源電圧の変動や、周囲の温度変化により、発振器１２の出力信号のレベルや増幅器１４の利得が変動する場合がある。前記レベルや利得が変動した場合には、振幅検出器２２ａの出力信号は直流電圧（Ｖ＋α＋ΔＶ）と変化し、振幅検出器２２ｂの出力信号は直流電圧（Ｖ＋ΔＶ）と変化して、各信号にはレベルや利得の変動に応じた電圧変化分ΔＶが出力信号に加わる。減衰器２０の出力信号のレベルは、弾性表面波素子１８の出力信号のダイナミックレンジの中央になるように減衰器２０の減衰量が定められているので、減算器２４へ出力される振幅検出器２２ａ、２２ｂの出力信号中の電圧変化分ΔＶは等しい。従って、減算器２４において、振幅検出器２２ａから出力された信号から、振幅検出器２２ｂから出力された信号が減算され、電圧変化分ΔＶが相殺されるので、発振器１２の出力信号のレベルの変動や増幅器１４の利得が変動しても、被測定物の物理的特性を示す直流電圧αの信号を得ることができるので、被測定物の物理的特性を正確に算出することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る被測定物特性測定装置１０は、発振器１２と、発振器１２の出力信号を分配する分配器１６と、分配器１６の一方の出力信号が入力され、伝搬路に負荷された液状被測定物の物理的特性に応じた信号を出力する弾性表面波素子１８と、前記物理的特性に応じた信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器２２ａと、分配器１６の他方の出力信号を減衰する減衰器２０と、減衰器２０の出力信号の振幅を電圧に変換する振幅検出器２２ｂとを備える。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、振幅検出器２２ａの出力信号を振幅検出器２２ｂの出力信号に基づいて補正することにより、電源電圧や周囲温度の変化による発振器１２、増幅器１４の出力信号の変動を相殺し、液状被測定物の物理的特性を正確に測定することができる。
【００２７】
また、本発明の実施形態では、振幅検出器２２ａ、２２ｂとして、ログアンプを用いているが、振幅検出器２２ａ、２２ｂへ入力される信号の振幅を電圧に変換することができればこれに限られるものではない。例えば、振幅検出器２２ａ、２２ｂとして、ログアンプではなく、増幅器（リニアアンプ）を用いた場合には、減算器２４の代わりに、振幅検出器２２ａの出力信号を振幅検出器２２ｂの出力信号に基づく補正、すなわち、振幅検出器２２ａの出力信号と振幅検出器２２ｂの出力信号との比に基づく直流信号を出力する補正器（図示無し）を用いることで、前記補正器の出力信号に基づき液状被測定物の物理的特性が測定される。
【００２８】
また、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】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る被測定物特性測定装置のブロック図である。
【図２】分配器の回路構成の一例を示す説明図である。
【図３】弾性表面波素子の一例を示す説明図である。
【図４】弾性表面波素子の他の例を示す説明図である。
【図５】減衰器の回路構成の一例を示す説明図である。
【図６】振幅検出器の回路構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…被測定物特性測定装置        １２…発振器
１４…増幅器                      １６…分配器
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ａ１…弾性表面波素子
１８ａ…入力電極                  １８ｂ…出力電極
１８ｃ…短絡伝搬路                １８ｄ…圧電基板
１８ｅ…開放伝搬路                ２０…減衰器
２２ａ、２２ｂ…振幅検出器        ２４…減算器
【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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