被測定物特性測定装置
【課題】被測定物特性測定装置の小型化にするとともに、入力電極の開口長によらずクロストークの発生を防ぐことが可能な被測定物特性測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被測定物物性測定装置１０は、入力電極１４と第１出力電極１６との間に形成された第１伝搬路２０と、入力電極１４と第２出力電極１８との間に形成された第２伝搬路２２とを有する弾性表面波素子１２とを備えている。第１伝搬路２０と第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷した状態において、入力電極１４から信号を入力し、第１出力電極１６及び第２出力電極１８から出力された各出力信号に基づいて被測定物４０の物理的特性を求めることができる。この被測定物物性測定装置１０を用いることにより、装置を小型化できるとともに、入力電極の開口長によらずクロストークの発生を防ぐことが可能となる。
【解決手段】被測定物物性測定装置１０は、入力電極１４と第１出力電極１６との間に形成された第１伝搬路２０と、入力電極１４と第２出力電極１８との間に形成された第２伝搬路２２とを有する弾性表面波素子１２とを備えている。第１伝搬路２０と第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷した状態において、入力電極１４から信号を入力し、第１出力電極１６及び第２出力電極１８から出力された各出力信号に基づいて被測定物４０の物理的特性を求めることができる。この被測定物物性測定装置１０を用いることにより、装置を小型化できるとともに、入力電極の開口長によらずクロストークの発生を防ぐことが可能となる。
【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物理的特性を測定するための弾性表面波素子を有する被測定物特性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（特許文献１）。
【０００３】
弾性波センサでは、圧電基板上に負荷された測定対象である液体状の被測定物の領域が電気的に開放されている場合と、短絡されている場合とでは、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て被測定物の物理的特性として誘電率、導電率を求めることができる。また、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質量負荷効果を利用して、被測定物の密度を求めることができる。
【０００４】
図１２は、上述した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被測定物特性測定装置１００の説明図である。被測定物特性測定装置１００は、圧電基板１３０に形成された第１弾性表面波素子１１０と第２弾性表面波素子１２０とを備える。第１弾性表面波素子１１０は、入力電極１１２及び出力電極１１４を備え、入力電極１１２と出力電極１１４の間には、短絡伝搬路１１６が形成されている。第２弾性表面波素子１２０は、入力電極１２２及び出力電極１２４を備え、入力電極１２２と出力電極１２４の間には、開放伝搬路１２６が形成されている。短絡伝搬路１１６は、圧電基板１３０の表面に形成された金属膜１１８上に設けられ、開放伝搬路１２６は圧電基板１３０の表面に形成され、電気的に開放された開放領域を有する金属膜１２８上に設けられている。
【０００５】
被測定物特性測定装置１００における被測定物の比誘電率や導電率の測定は、測定対象となる被測定物を、短絡伝搬路１１６及び開放伝搬路１２６に負荷した状態で、入力電極１１２及び１２２に同一の信号を入力し、出力電極１１４及び１２４から出力される信号の振幅比、位相差を振幅比位相差検出器１４４で測定することにより、被測定物の比誘電率や導電率を求めている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３４８８５５４号公報
【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、上記の被測定物特性測定装置１００では、短絡伝搬路１１６及び開放伝搬路１２６の表面を、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直な方向に被測定物を流して測定を行うために、弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に第１弾性表面波素子１１０及び第２弾性表面波素子１２０を配置する必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００８】
また、被測定物特性測定装置１００では、発振器１４２からの電気信号を分配器１４３で分配して入力電極１１２、１２２に対して入力しているために完全に同一の信号であることが保証されず、その結果、測定精度の低下を招く場合がある。この課題に対しては、図１３のように入力電極１１２と１２２とを一体にした入力電極１３２とすることもできるが、金属膜１１８の開口長が狭い場合には、励振された弾性表面波が回折により矢印で示す方向に伝搬して出力電極１１４及び出力電極１２４で受信され、いわゆるクロストークにより測定誤差が生じる場合がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことが可能な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】
【００１０】
本発明に係る被測定物特性測定装置は、入力電極と第１出力電極との間に形成された第１伝搬路と、前記入力電極と第２出力電極との間に形成され前記第１伝搬路と異なる振幅・位相特性の第２伝搬路とを有する弾性表面波素子を備え、前記第１伝搬路及び前記第２伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記入力電極から信号を入力し、前記第１出力電極及び前記第２出力電極から出力された各出力信号に基づいて前記被測定物の物理的特性を求めることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、入力電極と第１出力電極との間に第１伝搬路を形成し、前記入力電極と第２出力電極との間に第２伝搬路形成することにより、被測定物特性測定装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことできる。
【００１２】
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、前記第２伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であってもよい。また、前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路であってもよい。さらに、前記第１伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であり、前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路であってもよい。
【００１３】
前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、前記被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることにより被測定物特性測定装置全体を被測定物に浸漬した状態で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】
【００１４】
本発明によれば、入力電極と第１出力電極との間に第１伝搬路を形成し、前記入力電極と第２出力電極との間に第２伝搬路形成することにより、被測定物特性測定装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことできる。また、前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることにより被測定物特性測定装置全体を被測定物に浸漬した状態で被測定物の物理的特性を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】
【００１５】
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、本発明の第１実施形態に係る被測定物物性測定装置１０の構成の説明図である。また、図２Ａ、図２Ｂは、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ端面図であって、図２Ａは、液体状の被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、被測定物物性測定装置１０は、弾性表面波素子１２と、高周波の電気信号を発生する発振器４２と、弾性表面波に対応した出力信号の振幅比及び位相差を測定する振幅比位相差検出器４４とを備える。
【００１７】
弾性表面波素子１２は、入力電極１４と、第１出力電極１６と、第２出力電極１８とを備え、入力電極１４と第１出力電極１６との間には、第１伝搬路２０が形成され、入力電極１４と第２出力電極１８との間には、第２伝搬路２２が形成されている。
【００１８】
入力電極１４は、発振器４２から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、第１出力電極１６及び第２出力電極１８は、入力電極１４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。
【００１９】
入力電極１４、第１出力電極１６及び第２出力電極１８は、被測定物４０の物理的特性を測定する際に被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防ぐために、各々が第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８によって封止されている。
【００２０】
第１封止部材２４は、側壁部２４ａと蓋部２４ｂから構成され、側壁部２４ａは、入力電極１４の周辺を覆い、蓋部２４ｂは、入力電極１４の上部を覆うことにより入力電極１４の全体を封止し、被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防止する（図２Ｂ参照）。第２封止部材２６、第３封止部材２８も第１封止部材２４と同様に構成され、第２封止部材２６は、側壁部２６ａと蓋部２６ｂ、第３封止部材２８は、側壁部２８ａと蓋部２８ｂから構成されている。第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８は、被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防ぐことができれば、特に形状が限定されるものではない。また、材質についても特に限定されるものではなく、例えば、樹脂、ゴム等であってもよい。
【００２１】
第１伝搬路２０及び第２伝搬路２２は、各々圧電基板３０上に蒸着された金属膜３２、３４で形成され、金属膜３２、３４は電気的に短絡されている（図１参照）。特に、第１伝搬路２０は、全面が金属膜３２で形成されているために、電気的に短絡した短絡伝搬路を構成している。また、金属膜３２、３４は、被測定物４０の物理的特性の測定精度を向上させるために接地されている。金属膜３２、３４の材料は特に限られないが、被測定物４０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。
【００２２】
第２伝搬路２２には、金属膜３４の一部が剥離され、圧電基板３０が露出するように開放領域３６が形成されている。従って、圧電基板３０が露出している開放領域３６は電気的に開放状態となっていることから、第２伝搬路２２は開放伝搬路を形成している。なお、金属膜３２が残る部分については、第１伝搬路２０と同様に電気的に短絡状態となっている。
【００２３】
圧電基板３０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、被測定物物性測定装置１０を用いた被測定物４０の比誘電率、導電率の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４０に弾性表面波素子１２を浸漬した状態で発振器４２から電気信号を入力電極１４へ入力する（図２Ｂ参照）。入力電極１４では、入力された信号に基づいて入力電極１４の両側から同一の弾性表面波が励振され、第１伝搬路２０上を伝搬し第１出力電極１６で受信されるとともに、第２伝搬路２２上を伝搬し第２出力電極１８で受信される。
【００２６】
第１出力電極１６と第２出力電極１８で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を振幅比位相差検出器４４で比較し振幅比及び位相差を検出する。
【００２７】
第１伝搬路２０と第２伝搬路２２は、構成が異なることにより、第１出力電極１６、第２出力電極１８からの出力信号は異なる振幅、位相を有する信号である。すなわち、第１出力電極１６からの出力信号には、力学的相互作用を示す信号成分が含まれ、第２出力電極１８からの出力信号には、電気的相互作用及び力学的相互作用を示す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、力学的相互作用が相殺され、電気的相互作用にのみ対応する信号であり、この信号から検出した振幅比及び位相差に基づいて、被測定物４０の物理的特性として比誘電率、導電率を算出することができる。
【００２８】
以上説明したように、この実施態様に係る被測定物物性測定装置１０は、入力電極１４と第１出力電極１６との間に形成された第１伝搬路２０と、入力電極１４と第２出力電極１８との間に形成された第２伝搬路２２とを有する弾性表面波素子１２を備えている。第１伝搬路２０と第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷した状態において、入力電極１４から信号を入力し、第１出力電極１６及び第２出力電極１８から出力された各出力信号に基づいて被測定物４０の物理的特性を求めることができる。
【００２９】
従来の被測定物特性測定装置１００では、入力電極１１２、１１８と２つの入力電極が必要であったが、被測定物物性測定装置１０によれば、第１伝搬路２０と第２伝搬路２２との間に入力電極１４を形成することにより、入力電極を１つにすることが可能となり、また、分配器１４３も不要となり、装置の小型化を図ることができる。さらに、分配器１４３を用いずに、発振器４２から電気信号を入力することから同一の信号を確実に入力電極１４に入力することが可能となり、測定精度の低下を防ぐことができる。さらにまた、入力電極１４の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらず第１出力電極１６、第２出力電極１８におけるクロストークの発生を防ぐことができる。
【００３０】
また、被測定物物性測定装置１０を用いて被測定物４０の比誘電率、導電率を測定する場合には、第１伝搬路２０は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、第２伝搬路２２は、電気的に開放した開放伝搬路である。さらに、被測定物４０の付着を防ぐ第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８によって、入力電極１４、第１出力電極１６及び第２出力電極１８を封止することにより、弾性表面波素子１２を被測定物４０に浸漬した状態で被測定物４０の物理的特性を測定することができる。
【００３１】
なお、図１に示す第２伝搬路２２は、開放伝搬路を形成しているが、第２出力電極１８からの出力信号から、電気的相互作用及び力学的相互作用を示す信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、図３Ａに示すように格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、弾性表面波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）に対して垂直な方向に金属膜３４の一部を剥離し、圧電基板３０が露出するように形成された凹部５０ＡがＸ方向に等間隔で設けられ、隣接する凹部５０Ａの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ａとから構成される凹凸構造５４Ａを備えている。
【００３２】
また、図３Ｂに示すように、第２伝搬路２２としてＸ方向に対して斜めの方向に金属膜３４の一部を剥離した凹部５０Ｂと、隣接する凹部５０Ｂの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ｂとから構成される凹凸構造５４Ｂが形成された格子状伝搬路としてもよい。
【００３３】
さらに、図３Ｃに示すように、第２伝搬路２２として市松格子状伝搬路を形成してもよい。この市松格子状伝搬路には、金属膜３４の一部を剥離した凹部５０Ｃと、隣接する凹部５０Ｃの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ｃとから構成される凹凸構造５４Ｃによって市松格子が形成されている。
【００３４】
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実施形態に係る被測定物物性測定装置１０Ａの構成の説明図である。図５Ａ、図５Ｂ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５Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。なお、被測定物物性測定装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
被測定物物性測定装置１０Ａでは、被測定物物性測定装置１０の第２伝搬路２２として格子状伝搬路２２Ａが設けられている。格子状伝搬路２２Ａは、金属膜３４Ａ上にＸ方向に凸部５６及び凹部５８から構成される凹凸構造６０が形成されている。凹凸構造６０を形成し、凹部５８に被測定物４０を負荷して閉じこめることにより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。なお、第１伝搬路２０は、被測定物物性測定装置１０と同様に金属膜３２Ａで形成された短絡伝搬路である。
【００３６】
上述した被測定物４０の比誘電率、導電率の測定と同様に発振器４２から電気信号を入力電極１４へ入力し、第１出力電極１６と第２出力電極１８で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を振幅比位相差検出器４４で比較し位相差を検出する。
【００３７】
第１出力電極１６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、第２出力電極１８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４０の物理的特性として密度を算出することができる。
【００３８】
また、被測定物４０の密度の測定では、格子状伝搬路２２Ａは、Ｘ方向に凹凸構造６０が形成された格子状伝搬路であるが、第２出力電極１８からの出力信号から、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、図６Ａに示すような格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、Ｘ方向に対して垂直な方向に凸部５６Ａ及び凹部５８Ａから構成される凹凸構造６０Ａを備えている。
【００３９】
さらに、格子状伝搬路２２Ａとしては、図６Ａに対して、図６Ｂ〜図６Ｄに示すようにＸ方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路としてもよい。図６Ｂに示すように格子状伝搬路２２Ａの金属膜３４Ａに平行な断面を四角形状にし、凸部５６Ｂと凹部５８Ｂから構成される凹凸構造６０Ｂとしてもよい。また、図６Ｃに示すように金属膜３４Ａに平行な断面を円形状にし、凸部５６Ｃと凹部５８Ｃから構成される凹凸構造６０Ｃとしてもよく、図６Ｄに示すように金属膜３４Ａに平行な断面を菱形状にし、凸部５６Ｄと凹部５８Ｄから構成される凹凸構造６０Ｄとしてもよい。なお、金属膜３４Ａに平行な凹部の断面の形状は、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。
【００４０】
また、第１出力電極１６、第２出力電極１８の各出力信号から検出した差分の信号が、質量負荷効果に基づく信号であれば、第１伝搬路２０と格子状伝搬路２２Ａの構成は特に限定されるものではない。上記の第２実施形態では、第１伝搬路２０としての電気的に短絡した短絡伝搬路と、電気的に短絡した格子状伝搬路２２Ａを備えるが、第１伝搬路２０を電気的に開放した開放伝搬路２０Ｂとし、格子状伝搬路２２Ａを電気的に開放した格子状伝搬路２２Ｂとしてもよい。
【００４１】
図７は、本発明の第２実施形態の変形例である被測定物物性測定装置１０Ｂの構成の説明図である。また、図８Ａは、図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ端面図である。
【００４２】
被測定物物性測定装置１０Ｂは、開放伝搬路２０Ｂ（第１伝搬路）と、格子状伝搬路２２Ｂ（第２伝搬路）とを備える。なお、被測定物物性測定装置１０Ａと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４３】
開放伝搬路２０Ｂは、開放領域７０と凸部７２を備え、開放領域７０は金属膜３２Ｂを剥離した領域であり、凸部７２は金属膜３２Ｂで剥離せずに残存する部分である。
【００４４】
格子状伝搬路２２Ｂには、Ｘ方向に対して垂直な方向に金属膜３４Ｂの一部を剥離して圧電基板３０が露出するように形成された凹部７４がＸ方向に等間隔に設けられ、隣接する凹部７４の間に凸部７６が形成されている。つまり、格子状伝搬路２２Ｂには、Ｘ方向に凹部７４及び凸部７６から構成される凹凸構造７８が形成されて、金属膜３４Ｂが露出している凹部７４は電気的に開放状態となっている。
【００４５】
開放領域７０を構成する領域７０ａと領域７０ｂとの面積の和は、凸部７６中のすべての凹部７４の底面積の総和に等しくなるように形成されている。
【００４６】
凸部７６は、金属膜３４Ｂの一部として形成されているが、金属に限定されるものではなく、ＳｉＯ2のような樹脂であってもよい。
【００４７】
また、第２出力電極１８からの出力信号から、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、また、格子状伝搬路２２Ｂは、図９Ａに示すような格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、Ｘ方向に対して垂直な方向に凹部７４Ａ及び凸部７６Ａから構成される凹凸構造７８Ａを備えている。
【００４８】
さらに、格子状伝搬路２２Ｂとしては、図９Ａに対して、図９Ｂ〜図９Ｄに示すようにＸ方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路としてもよい。図９Ｂに示すように格子状伝搬路２２Ｂの圧電基板３０に平行な断面を四角形状にし、凹部７４Ｂと凸部７６Ｂから構成される凹凸構造７８Ｂとしてもよい。また、図９Ｃに示すように圧電基板３０に平行な断面を円形状にし、凹部７４Ｃと凸部７６Ｃから構成される凹凸構造７８Ｃとしてもよく、図９Ｄに示すように圧電基板３０に平行な断面を菱形状にし、凹部７４Ｄと凸部７６Ｄから構成される凹凸構造７８Ｄとしてもよい。なお、圧電基板３０に平行な凹部の断面の形状は、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。
【００４９】
さらにまた、図９Ａに示すように、金属膜３４Ｂの一部を剥離して凹凸構造７８Ａを形成する場合に限定されるものではない。図１０は、本発明の第２実施形態に係る被測定物物性測定装置１０Ｂの変形例の構成の説明図である。また、図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ端面図であって、図１１Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図１１Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００５０】
図１０に示すように、開放伝搬路２０Ｃは、圧電基板３０が露出した平坦な開放領域８０を備える。また、格子状伝搬路２２Ｃは、図１０に示すように、Ｘ方向に対して垂直な方向に形成された凹部８２をＸ方向に等間隔に設け、隣接する凹部８２の間に凸部８４を形成し、凹部８２と凸部８４から構成される凹凸構造８６を備える。
【００５１】
なお、上記第１、第２実施態様では、弾性表面波素子１２を被測定物４０に浸漬して第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷しているが、被測定物４０の物理的特性を測定することができれば、被測定物４０が第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に負荷される状態は特に限定されるものではない。例えば、第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に被測定物４０を滴下することによる負荷や、第１伝搬路２０、第２伝搬路２２上で被測定物４０を流すことによる負荷であってもよい。
【００５２】
また、被測定物物性測定装置１０を用いて測定できる被測定物の物理的特性としては、上述した比誘電率、導電率、密度に限られるものではない。例えば、被測定物の粘性を測定することも可能である。
【００５３】
さらに、測定対象の液体状の被測定物としては、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物理的特性を測定する場合に特に有効である。さらにまた、被測定物に抗原、抗体、バクテリア等が含まれる状態においても、物理的特性を測定できることは言うまでもない。
【００５４】
この場合、例えば、被測定物の中に帯電しているバクテリアが含まれている場合には、被測定物の導電率を測定することにより、バクテリアの含有率を測定することができる。また、異なる極性で帯電しているバクテリアが含まれている場合には、被測定物の導電率を測定することにより、被測定物に最も多く含まれるバクテリアの種類を特定することもできる。さらに、被測定物が負荷された伝搬路にバクテリアが付着している場合には、質量負荷効果により変化した被測定物の密度、粘性を測定することにより、バクテリアの付着量や付着した伝搬路の特定をすることができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る被測定物特性測定装置の構成の説明図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ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２Ｂ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、第１実施形態に係る被測定物特性測定装置における第２伝搬路の他の構成の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の構成の説明図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ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５Ｂ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６Ｄは、第２実施形態に係る被測定物特性測定装置における格子状伝搬路の他の構成の説明図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の変形例の構成の説明図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ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８Ｂ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〜図９Ｄは、第２実施形態に係る変形例における格子状伝搬路の他の構成の説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の変形例の構成の説明図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ端面図であって、図１１Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図１１Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【図１２】従来の被測定物特性測定装置の説明図である。
【図１３】従来の被測定物特性測定装置において、入力電極を１つにした場合の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１００…被測定物特性測定装置
１２…弾性表面波素子
１４、１１２、１２２、１３２…入力電極 １６…第１出力電極
１８…第２出力電極 ２０…第１伝搬路
２０Ｂ、２０Ｃ…開放伝搬路 ２２…第２伝搬路
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…格子状伝搬路 ２４…第１封止部材
２４ａ、２６ａ、２８ａ…側壁部 ２４ｂ、２６ｂ、２８ｂ…蓋部
２６…第２封止部材 ２８…第３封止部材
３０、１３０…圧電基板
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３４、３４Ａ、３４Ｂ、１１８、１２８、…金属膜
３６、７０、８０…開放領域 ４０…被測定物
４２、１４２…発振器 ４４、１４４…振幅比位相差検出器
５０Ａ〜５０Ｃ、５８、５８Ａ〜５８Ｄ、７４、７４Ａ〜７４Ｄ、８２…凹部
５２Ａ〜５２Ｃ、５６、５６Ａ〜５６Ｄ、７２、７６、７６Ａ〜７６Ｄ、８４…凸部
５４Ａ〜５４Ｃ、６０、６０Ａ〜６０Ｄ、７８、７８Ａ〜７８Ｄ、８６…凹凸構造
１１０…第１弾性表面波素子 １１４、１２４…出力電極
１１６…短絡伝搬路 １２０…第２弾性表面波素子
１２６…開放伝搬路 １４３…分配器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体状の被測定物の物理的特性を測定するための弾性表面波素子を有する被測定物特性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（特許文献１）。
【０００３】
弾性波センサでは、圧電基板上に負荷された測定対象である液体状の被測定物の領域が電気的に開放されている場合と、短絡されている場合とでは、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て被測定物の物理的特性として誘電率、導電率を求めることができる。また、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質量負荷効果を利用して、被測定物の密度を求めることができる。
【０００４】
図１２は、上述した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被測定物特性測定装置１００の説明図である。被測定物特性測定装置１００は、圧電基板１３０に形成された第１弾性表面波素子１１０と第２弾性表面波素子１２０とを備える。第１弾性表面波素子１１０は、入力電極１１２及び出力電極１１４を備え、入力電極１１２と出力電極１１４の間には、短絡伝搬路１１６が形成されている。第２弾性表面波素子１２０は、入力電極１２２及び出力電極１２４を備え、入力電極１２２と出力電極１２４の間には、開放伝搬路１２６が形成されている。短絡伝搬路１１６は、圧電基板１３０の表面に形成された金属膜１１８上に設けられ、開放伝搬路１２６は圧電基板１３０の表面に形成され、電気的に開放された開放領域を有する金属膜１２８上に設けられている。
【０００５】
被測定物特性測定装置１００における被測定物の比誘電率や導電率の測定は、測定対象となる被測定物を、短絡伝搬路１１６及び開放伝搬路１２６に負荷した状態で、入力電極１１２及び１２２に同一の信号を入力し、出力電極１１４及び１２４から出力される信号の振幅比、位相差を振幅比位相差検出器１４４で測定することにより、被測定物の比誘電率や導電率を求めている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３４８８５５４号公報
【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、上記の被測定物特性測定装置１００では、短絡伝搬路１１６及び開放伝搬路１２６の表面を、弾性表面波の伝搬方向に対して垂直な方向に被測定物を流して測定を行うために、弾性表面波の伝搬方向と平行な方向に第１弾性表面波素子１１０及び第２弾性表面波素子１２０を配置する必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００８】
また、被測定物特性測定装置１００では、発振器１４２からの電気信号を分配器１４３で分配して入力電極１１２、１２２に対して入力しているために完全に同一の信号であることが保証されず、その結果、測定精度の低下を招く場合がある。この課題に対しては、図１３のように入力電極１１２と１２２とを一体にした入力電極１３２とすることもできるが、金属膜１１８の開口長が狭い場合には、励振された弾性表面波が回折により矢印で示す方向に伝搬して出力電極１１４及び出力電極１２４で受信され、いわゆるクロストークにより測定誤差が生じる場合がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことが可能な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】
【００１０】
本発明に係る被測定物特性測定装置は、入力電極と第１出力電極との間に形成された第１伝搬路と、前記入力電極と第２出力電極との間に形成され前記第１伝搬路と異なる振幅・位相特性の第２伝搬路とを有する弾性表面波素子を備え、前記第１伝搬路及び前記第２伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、前記入力電極から信号を入力し、前記第１出力電極及び前記第２出力電極から出力された各出力信号に基づいて前記被測定物の物理的特性を求めることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、入力電極と第１出力電極との間に第１伝搬路を形成し、前記入力電極と第２出力電極との間に第２伝搬路形成することにより、被測定物特性測定装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことできる。
【００１２】
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、前記第２伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であってもよい。また、前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路であってもよい。さらに、前記第１伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であり、前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路であってもよい。
【００１３】
前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、前記被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることにより被測定物特性測定装置全体を被測定物に浸漬した状態で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】
【００１４】
本発明によれば、入力電極と第１出力電極との間に第１伝搬路を形成し、前記入力電極と第２出力電極との間に第２伝搬路形成することにより、被測定物特性測定装置を小型化にするとともに、入力電極の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらずクロストークの発生を防ぐことできる。また、前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることにより被測定物特性測定装置全体を被測定物に浸漬した状態で被測定物の物理的特性を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】
【００１５】
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、本発明の第１実施形態に係る被測定物物性測定装置１０の構成の説明図である。また、図２Ａ、図２Ｂは、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ端面図であって、図２Ａは、液体状の被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図２Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、被測定物物性測定装置１０は、弾性表面波素子１２と、高周波の電気信号を発生する発振器４２と、弾性表面波に対応した出力信号の振幅比及び位相差を測定する振幅比位相差検出器４４とを備える。
【００１７】
弾性表面波素子１２は、入力電極１４と、第１出力電極１６と、第２出力電極１８とを備え、入力電極１４と第１出力電極１６との間には、第１伝搬路２０が形成され、入力電極１４と第２出力電極１８との間には、第２伝搬路２２が形成されている。
【００１８】
入力電極１４は、発振器４２から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、第１出力電極１６及び第２出力電極１８は、入力電極１４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。
【００１９】
入力電極１４、第１出力電極１６及び第２出力電極１８は、被測定物４０の物理的特性を測定する際に被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防ぐために、各々が第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８によって封止されている。
【００２０】
第１封止部材２４は、側壁部２４ａと蓋部２４ｂから構成され、側壁部２４ａは、入力電極１４の周辺を覆い、蓋部２４ｂは、入力電極１４の上部を覆うことにより入力電極１４の全体を封止し、被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防止する（図２Ｂ参照）。第２封止部材２６、第３封止部材２８も第１封止部材２４と同様に構成され、第２封止部材２６は、側壁部２６ａと蓋部２６ｂ、第３封止部材２８は、側壁部２８ａと蓋部２８ｂから構成されている。第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８は、被測定物４０が櫛形電極に付着するのを防ぐことができれば、特に形状が限定されるものではない。また、材質についても特に限定されるものではなく、例えば、樹脂、ゴム等であってもよい。
【００２１】
第１伝搬路２０及び第２伝搬路２２は、各々圧電基板３０上に蒸着された金属膜３２、３４で形成され、金属膜３２、３４は電気的に短絡されている（図１参照）。特に、第１伝搬路２０は、全面が金属膜３２で形成されているために、電気的に短絡した短絡伝搬路を構成している。また、金属膜３２、３４は、被測定物４０の物理的特性の測定精度を向上させるために接地されている。金属膜３２、３４の材料は特に限られないが、被測定物４０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。
【００２２】
第２伝搬路２２には、金属膜３４の一部が剥離され、圧電基板３０が露出するように開放領域３６が形成されている。従って、圧電基板３０が露出している開放領域３６は電気的に開放状態となっていることから、第２伝搬路２２は開放伝搬路を形成している。なお、金属膜３２が残る部分については、第１伝搬路２０と同様に電気的に短絡状態となっている。
【００２３】
圧電基板３０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、被測定物物性測定装置１０を用いた被測定物４０の比誘電率、導電率の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４０に弾性表面波素子１２を浸漬した状態で発振器４２から電気信号を入力電極１４へ入力する（図２Ｂ参照）。入力電極１４では、入力された信号に基づいて入力電極１４の両側から同一の弾性表面波が励振され、第１伝搬路２０上を伝搬し第１出力電極１６で受信されるとともに、第２伝搬路２２上を伝搬し第２出力電極１８で受信される。
【００２６】
第１出力電極１６と第２出力電極１８で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を振幅比位相差検出器４４で比較し振幅比及び位相差を検出する。
【００２７】
第１伝搬路２０と第２伝搬路２２は、構成が異なることにより、第１出力電極１６、第２出力電極１８からの出力信号は異なる振幅、位相を有する信号である。すなわち、第１出力電極１６からの出力信号には、力学的相互作用を示す信号成分が含まれ、第２出力電極１８からの出力信号には、電気的相互作用及び力学的相互作用を示す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、力学的相互作用が相殺され、電気的相互作用にのみ対応する信号であり、この信号から検出した振幅比及び位相差に基づいて、被測定物４０の物理的特性として比誘電率、導電率を算出することができる。
【００２８】
以上説明したように、この実施態様に係る被測定物物性測定装置１０は、入力電極１４と第１出力電極１６との間に形成された第１伝搬路２０と、入力電極１４と第２出力電極１８との間に形成された第２伝搬路２２とを有する弾性表面波素子１２を備えている。第１伝搬路２０と第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷した状態において、入力電極１４から信号を入力し、第１出力電極１６及び第２出力電極１８から出力された各出力信号に基づいて被測定物４０の物理的特性を求めることができる。
【００２９】
従来の被測定物特性測定装置１００では、入力電極１１２、１１８と２つの入力電極が必要であったが、被測定物物性測定装置１０によれば、第１伝搬路２０と第２伝搬路２２との間に入力電極１４を形成することにより、入力電極を１つにすることが可能となり、また、分配器１４３も不要となり、装置の小型化を図ることができる。さらに、分配器１４３を用いずに、発振器４２から電気信号を入力することから同一の信号を確実に入力電極１４に入力することが可能となり、測定精度の低下を防ぐことができる。さらにまた、入力電極１４の開口長や入出力電極間の伝搬路長を起因とする回折現象によらず第１出力電極１６、第２出力電極１８におけるクロストークの発生を防ぐことができる。
【００３０】
また、被測定物物性測定装置１０を用いて被測定物４０の比誘電率、導電率を測定する場合には、第１伝搬路２０は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、第２伝搬路２２は、電気的に開放した開放伝搬路である。さらに、被測定物４０の付着を防ぐ第１封止部材２４、第２封止部材２６、第３封止部材２８によって、入力電極１４、第１出力電極１６及び第２出力電極１８を封止することにより、弾性表面波素子１２を被測定物４０に浸漬した状態で被測定物４０の物理的特性を測定することができる。
【００３１】
なお、図１に示す第２伝搬路２２は、開放伝搬路を形成しているが、第２出力電極１８からの出力信号から、電気的相互作用及び力学的相互作用を示す信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、図３Ａに示すように格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、弾性表面波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）に対して垂直な方向に金属膜３４の一部を剥離し、圧電基板３０が露出するように形成された凹部５０ＡがＸ方向に等間隔で設けられ、隣接する凹部５０Ａの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ａとから構成される凹凸構造５４Ａを備えている。
【００３２】
また、図３Ｂに示すように、第２伝搬路２２としてＸ方向に対して斜めの方向に金属膜３４の一部を剥離した凹部５０Ｂと、隣接する凹部５０Ｂの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ｂとから構成される凹凸構造５４Ｂが形成された格子状伝搬路としてもよい。
【００３３】
さらに、図３Ｃに示すように、第２伝搬路２２として市松格子状伝搬路を形成してもよい。この市松格子状伝搬路には、金属膜３４の一部を剥離した凹部５０Ｃと、隣接する凹部５０Ｃの間に形成され金属膜３４の一部である凸部５２Ｃとから構成される凹凸構造５４Ｃによって市松格子が形成されている。
【００３４】
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実施形態に係る被測定物物性測定装置１０Ａの構成の説明図である。図５Ａ、図５Ｂ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５Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。なお、被測定物物性測定装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
被測定物物性測定装置１０Ａでは、被測定物物性測定装置１０の第２伝搬路２２として格子状伝搬路２２Ａが設けられている。格子状伝搬路２２Ａは、金属膜３４Ａ上にＸ方向に凸部５６及び凹部５８から構成される凹凸構造６０が形成されている。凹凸構造６０を形成し、凹部５８に被測定物４０を負荷して閉じこめることにより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。なお、第１伝搬路２０は、被測定物物性測定装置１０と同様に金属膜３２Ａで形成された短絡伝搬路である。
【００３６】
上述した被測定物４０の比誘電率、導電率の測定と同様に発振器４２から電気信号を入力電極１４へ入力し、第１出力電極１６と第２出力電極１８で受信した弾性表面波から取り出された両出力信号を振幅比位相差検出器４４で比較し位相差を検出する。
【００３７】
第１出力電極１６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、第２出力電極１８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４０の物理的特性として密度を算出することができる。
【００３８】
また、被測定物４０の密度の測定では、格子状伝搬路２２Ａは、Ｘ方向に凹凸構造６０が形成された格子状伝搬路であるが、第２出力電極１８からの出力信号から、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、図６Ａに示すような格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、Ｘ方向に対して垂直な方向に凸部５６Ａ及び凹部５８Ａから構成される凹凸構造６０Ａを備えている。
【００３９】
さらに、格子状伝搬路２２Ａとしては、図６Ａに対して、図６Ｂ〜図６Ｄに示すようにＸ方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路としてもよい。図６Ｂに示すように格子状伝搬路２２Ａの金属膜３４Ａに平行な断面を四角形状にし、凸部５６Ｂと凹部５８Ｂから構成される凹凸構造６０Ｂとしてもよい。また、図６Ｃに示すように金属膜３４Ａに平行な断面を円形状にし、凸部５６Ｃと凹部５８Ｃから構成される凹凸構造６０Ｃとしてもよく、図６Ｄに示すように金属膜３４Ａに平行な断面を菱形状にし、凸部５６Ｄと凹部５８Ｄから構成される凹凸構造６０Ｄとしてもよい。なお、金属膜３４Ａに平行な凹部の断面の形状は、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。
【００４０】
また、第１出力電極１６、第２出力電極１８の各出力信号から検出した差分の信号が、質量負荷効果に基づく信号であれば、第１伝搬路２０と格子状伝搬路２２Ａの構成は特に限定されるものではない。上記の第２実施形態では、第１伝搬路２０としての電気的に短絡した短絡伝搬路と、電気的に短絡した格子状伝搬路２２Ａを備えるが、第１伝搬路２０を電気的に開放した開放伝搬路２０Ｂとし、格子状伝搬路２２Ａを電気的に開放した格子状伝搬路２２Ｂとしてもよい。
【００４１】
図７は、本発明の第２実施形態の変形例である被測定物物性測定装置１０Ｂの構成の説明図である。また、図８Ａは、図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ端面図である。
【００４２】
被測定物物性測定装置１０Ｂは、開放伝搬路２０Ｂ（第１伝搬路）と、格子状伝搬路２２Ｂ（第２伝搬路）とを備える。なお、被測定物物性測定装置１０Ａと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４３】
開放伝搬路２０Ｂは、開放領域７０と凸部７２を備え、開放領域７０は金属膜３２Ｂを剥離した領域であり、凸部７２は金属膜３２Ｂで剥離せずに残存する部分である。
【００４４】
格子状伝搬路２２Ｂには、Ｘ方向に対して垂直な方向に金属膜３４Ｂの一部を剥離して圧電基板３０が露出するように形成された凹部７４がＸ方向に等間隔に設けられ、隣接する凹部７４の間に凸部７６が形成されている。つまり、格子状伝搬路２２Ｂには、Ｘ方向に凹部７４及び凸部７６から構成される凹凸構造７８が形成されて、金属膜３４Ｂが露出している凹部７４は電気的に開放状態となっている。
【００４５】
開放領域７０を構成する領域７０ａと領域７０ｂとの面積の和は、凸部７６中のすべての凹部７４の底面積の総和に等しくなるように形成されている。
【００４６】
凸部７６は、金属膜３４Ｂの一部として形成されているが、金属に限定されるものではなく、ＳｉＯ2のような樹脂であってもよい。
【００４７】
また、第２出力電極１８からの出力信号から、密度粘度積及び質量負荷効果に基づく信号成分が得られれば、この伝搬路に限定されるものではなく、また、格子状伝搬路２２Ｂは、図９Ａに示すような格子状伝搬路でもよい。この格子状伝搬路は、Ｘ方向に対して垂直な方向に凹部７４Ａ及び凸部７６Ａから構成される凹凸構造７８Ａを備えている。
【００４８】
さらに、格子状伝搬路２２Ｂとしては、図９Ａに対して、図９Ｂ〜図９Ｄに示すようにＸ方向に凹凸構造を追加した市松格子状伝搬路としてもよい。図９Ｂに示すように格子状伝搬路２２Ｂの圧電基板３０に平行な断面を四角形状にし、凹部７４Ｂと凸部７６Ｂから構成される凹凸構造７８Ｂとしてもよい。また、図９Ｃに示すように圧電基板３０に平行な断面を円形状にし、凹部７４Ｃと凸部７６Ｃから構成される凹凸構造７８Ｃとしてもよく、図９Ｄに示すように圧電基板３０に平行な断面を菱形状にし、凹部７４Ｄと凸部７６Ｄから構成される凹凸構造７８Ｄとしてもよい。なお、圧電基板３０に平行な凹部の断面の形状は、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。
【００４９】
さらにまた、図９Ａに示すように、金属膜３４Ｂの一部を剥離して凹凸構造７８Ａを形成する場合に限定されるものではない。図１０は、本発明の第２実施形態に係る被測定物物性測定装置１０Ｂの変形例の構成の説明図である。また、図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ端面図であって、図１１Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図１１Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【００５０】
図１０に示すように、開放伝搬路２０Ｃは、圧電基板３０が露出した平坦な開放領域８０を備える。また、格子状伝搬路２２Ｃは、図１０に示すように、Ｘ方向に対して垂直な方向に形成された凹部８２をＸ方向に等間隔に設け、隣接する凹部８２の間に凸部８４を形成し、凹部８２と凸部８４から構成される凹凸構造８６を備える。
【００５１】
なお、上記第１、第２実施態様では、弾性表面波素子１２を被測定物４０に浸漬して第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に被測定物４０を負荷しているが、被測定物４０の物理的特性を測定することができれば、被測定物４０が第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に負荷される状態は特に限定されるものではない。例えば、第１伝搬路２０、第２伝搬路２２に被測定物４０を滴下することによる負荷や、第１伝搬路２０、第２伝搬路２２上で被測定物４０を流すことによる負荷であってもよい。
【００５２】
また、被測定物物性測定装置１０を用いて測定できる被測定物の物理的特性としては、上述した比誘電率、導電率、密度に限られるものではない。例えば、被測定物の粘性を測定することも可能である。
【００５３】
さらに、測定対象の液体状の被測定物としては、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物理的特性を測定する場合に特に有効である。さらにまた、被測定物に抗原、抗体、バクテリア等が含まれる状態においても、物理的特性を測定できることは言うまでもない。
【００５４】
この場合、例えば、被測定物の中に帯電しているバクテリアが含まれている場合には、被測定物の導電率を測定することにより、バクテリアの含有率を測定することができる。また、異なる極性で帯電しているバクテリアが含まれている場合には、被測定物の導電率を測定することにより、被測定物に最も多く含まれるバクテリアの種類を特定することもできる。さらに、被測定物が負荷された伝搬路にバクテリアが付着している場合には、質量負荷効果により変化した被測定物の密度、粘性を測定することにより、バクテリアの付着量や付着した伝搬路の特定をすることができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る被測定物特性測定装置の構成の説明図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ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２Ｂ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、第１実施形態に係る被測定物特性測定装置における第２伝搬路の他の構成の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の構成の説明図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ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５Ｂ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６Ｄは、第２実施形態に係る被測定物特性測定装置における格子状伝搬路の他の構成の説明図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の変形例の構成の説明図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ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８Ｂ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〜図９Ｄは、第２実施形態に係る変形例における格子状伝搬路の他の構成の説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る被測定物特性測定装置の変形例の構成の説明図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ端面図であって、図１１Ａは、被測定物を負荷する前の状態を示す図であり、図１１Ｂは、被測定物を負荷した後の状態を示す図である。
【図１２】従来の被測定物特性測定装置の説明図である。
【図１３】従来の被測定物特性測定装置において、入力電極を１つにした場合の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１００…被測定物特性測定装置
１２…弾性表面波素子
１４、１１２、１２２、１３２…入力電極 １６…第１出力電極
１８…第２出力電極 ２０…第１伝搬路
２０Ｂ、２０Ｃ…開放伝搬路 ２２…第２伝搬路
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…格子状伝搬路 ２４…第１封止部材
２４ａ、２６ａ、２８ａ…側壁部 ２４ｂ、２６ｂ、２８ｂ…蓋部
２６…第２封止部材 ２８…第３封止部材
３０、１３０…圧電基板
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３４、３４Ａ、３４Ｂ、１１８、１２８、…金属膜
３６、７０、８０…開放領域 ４０…被測定物
４２、１４２…発振器 ４４、１４４…振幅比位相差検出器
５０Ａ〜５０Ｃ、５８、５８Ａ〜５８Ｄ、７４、７４Ａ〜７４Ｄ、８２…凹部
５２Ａ〜５２Ｃ、５６、５６Ａ〜５６Ｄ、７２、７６、７６Ａ〜７６Ｄ、８４…凸部
５４Ａ〜５４Ｃ、６０、６０Ａ〜６０Ｄ、７８、７８Ａ〜７８Ｄ、８６…凹凸構造
１１０…第１弾性表面波素子 １１４、１２４…出力電極
１１６…短絡伝搬路 １２０…第２弾性表面波素子
１２６…開放伝搬路 １４３…分配器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電極と第１出力電極との間に形成された第１伝搬路と、前記入力電極と第２出力電極との間に形成され前記第１伝搬路と異なる振幅・位相特性の第２伝搬路とを有する弾性表面波素子を備え、
前記第１伝搬路及び前記第２伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記入力電極から信号を入力し、前記第１出力電極及び前記第２出力電極から出力された各出力信号に基づいて前記被測定物の物理的特性を求める
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、
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であ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記載の被測定物特性測定装置において、
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路であることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の被測定物特性測定装置において、
前記第１伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路であることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の被測定物特性測定装置において、
前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、前記被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項１】
入力電極と第１出力電極との間に形成された第１伝搬路と、前記入力電極と第２出力電極との間に形成され前記第１伝搬路と異なる振幅・位相特性の第２伝搬路とを有する弾性表面波素子を備え、
前記第１伝搬路及び前記第２伝搬路に液体状の被測定物を負荷した状態において、
前記入力電極から信号を入力し、前記第１出力電極及び前記第２出力電極から出力された各出力信号に基づいて前記被測定物の物理的特性を求める
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、
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であ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記載の被測定物特性測定装置において、
前記第１伝搬路は、電気的に短絡した短絡伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に短絡した格子状伝搬路であることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の被測定物特性測定装置において、
前記第１伝搬路は、電気的に開放した開放伝搬路であり、
前記第２伝搬路は、格子状の凹凸構造が形成され電気的に開放した格子状伝搬路であることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の被測定物特性測定装置において、
前記入力電極及び前記各出力電極の各々は、前記被測定物の付着を防ぐ封止部材によって封止されていることを特徴とする被測定物特性測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２６７９６８（Ｐ２００８−２６７９６８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１０６７８（Ｐ２００７−１１０６７８）
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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