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公開番号2025152103
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024053843
出願日2024-03-28
発明の名称感知センサ及び感知装置
出願人日本電波工業株式会社
代理人弁理士法人弥生特許事務所
主分類G01N 5/02 20060101AFI20251002BHJP(測定;試験)
要約【課題】圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて前記圧電振動子の周囲のガスに含まれる被感知物質を感知する感知装置において、簡素な装置構成としつつ、様々な温度環境下での使用を可能とする。
【解決手段】感知装置は、被感知物質の付着及び脱離が可能な圧電振動子を発振させる発振回路と、前記圧電振動子及び前記発振回路を囲むケースに付帯して設けられ、周囲の温度を検出するための温度検出部と、前記圧電振動子を第1温度範囲内の温度に温度調整するための第1温調機構と、前記圧電振動子を前記第1温度範囲内の温度とは異なる第2温度範囲内の温度に温度調整するための第2温調機構と、前記第1温調機構及び前記第2温調機構のうちの一方により前記圧電振動子の温度を調整するために、当該一方を選択して給電部からの給電を行う選択部と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて前記圧電振動子の周囲のガスに含まれる被感知物質を感知する感知装置において、
前記被感知物質の付着及び脱離が可能な前記圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させる発振回路と、
前記圧電振動子及び前記発振回路を囲むケースと、
前記ケースに付帯して設けられ、周囲の温度を検出するための温度検出部と、
前記圧電振動子を第１温度範囲内の温度に温度調整するための第１温調機構と、
前記圧電振動子を前記第１温度範囲内の温度とは異なる第２温度範囲内の温度に温度調整するための第２温調機構と、
前記第１温調機構及び前記第２温調機構のうちの一方により前記圧電振動子の温度を調整するために、当該一方を選択して給電部からの給電を行う選択部と、
を備える感知装置。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記第１温調機構はペルチェ素子であり、
前記第２温調機構は発熱抵抗体である請求項１記載の感知装置。
【請求項３】
前記温度検出部による温度の検出結果に基づいて、前記選択部の動作を制御する制御部が設けられる請求項２記載の感知装置。
【請求項４】
前記給電部は可変レギュレータを含み、
前記選択部は前記可変レギュレータからの電圧の印加先を前記ペルチェ素子と、前記発熱抵抗体との間で切り替えるスイッチを含み、
前記ペルチェ素子に印加可能な前記電圧の範囲と、前記発熱抵抗体に印加可能な前記電圧の範囲と、が異なるように前記可変レギュレータに制御電圧を印加する制御電圧供給部が設けられる請求項３記載の感知装置。
【請求項５】
前記圧電振動子を当該圧電振動子の一面側から支持すると共に、当該一面側に前記圧電振動子の励振電極が臨む空間を形成する支持部材を備え、
前記発熱抵抗体は、当該支持部材に設けられる請求項４記載の感知装置。
【請求項６】
前記温度検出部は前記圧電振動子に設けられ、前記周囲の温度として当該圧電振動子の温度が検出される請求項５記載の感知装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の周波数変化により被感知物質を感知する感知センサ及び感知装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ガス中に含まれる物質を感知する感知装置として、当該物質の付着による水晶振動子の発振周波数の変化を利用するＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）を利用する装置が知られており、水晶振動子に対して上記の物質を付着及び脱離させるために、当該水晶振動子の温度が変更可能な構成とされる。上記のＱＣＭの種類として、ＣＱＣＭ（Cryogenic QCM）と呼ばれる、液体窒素を用いて－１９０℃程度の低温になるように水晶振動子の冷却を行うものや、ＴＱＣＭ（Themoelectric QCM）と呼ばれる、ペルチェ素子を用いることで水晶振動子の加熱及び冷却を行うものが有り、上記の感知装置としてはＣＱＣＭあるいはＴＱＣＭを利用した物質の感知が行えるように構成されている。
【０００３】
そして、当該感知装置は水晶振動子を含む感知センサと、周波数測定を行う計測部と、からなり、ＣＱＣＭ用の装置の感知センサとＴＱＣＭ用の装置の感知センサとの間では構成が異なる。ＣＱＣＭ用の装置の感知センサは、上記の低温から水晶振動子の温度を上昇させるためのヒータを備え、ＴＱＣＭ用の装置の感知センサは上記のペルチェ素子を備え、水晶振動子の温度を例えば－８０℃～１２５℃の範囲内に調整可能とされる。特許文献１には、ＣＱＣＭ用の装置の感知センサ及びＴＱＣＭ用の装置の感知センサが接続される計測部を共通化する技術が記載されている。また特許文献２には、水晶振動子の加熱冷却を制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６８９４３９７号公報
特開２０１１－０６４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のＣＱＣＭ用の感知装置については上記のように水晶振動子を比較的低い温度に冷却することができるが、液体窒素を用いるため、装置構成としては大掛かりなものとなる。ＴＱＣＭ用の感知装置については、そのような装置の大型化を防止できる。しかし、ペルチェ素子は、例えば－１１３℃（１６０Ｋ）から低温に向かうに従って絶縁性が高まる半導体で構成されるため、このような低温下において適切に動作しない。そのためＴＱＣＭ用の感知装置については、ＣＱＣＭを行う感知装置に比べれば水晶振動子の温度を低くすることができず、また、感知センサを配置可能な温度範囲が限られる。
【０００６】
しかし感知装置について、装置構成を簡素にしつつ、水晶振動子の温度を広い範囲で変更可能にすることが望まれている。具体例を挙げると、月面環境における水の検知の実験に感知装置を用いることが検討されている。この場合、地球から月面への運搬に大きな制約が有るため、感知装置としては小型化や、構成部品数の低減が望まれる。そして、月面の永久影では－２３３℃程度、赤道域近傍における１日のうちに日照と日照の途絶とが切り替わる領域では＋１１７℃程度から－１６３℃程度として例示できるように、月面においては場所や時間帯の違いによって温度が大きく異なる。そのような月面であっても、感知装置の水晶振動子の温度を水の相転移がなされる温度にすることで当該水晶振動子に水を付着させて感知することができる。しかし、ＴＱＣＭ用の感知センサは、上記のように配置可能な温度範囲が限られるため、実験を行うことが可能な場所及び時間帯が限られることになってしまい、不便である。
【０００７】
上記の特許文献１の感知装置は、本体部に対してＣＱＣＭ用のセンサとＴＱＣＭ用のセンサとの両方を使い分け可能に備えることで、装置として大掛かりな構成である。特許文献２にもこのような問題を解決できる手法は示されていない。
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて前記圧電振動子の周囲のガスに含まれる被感知物質を感知する感知装置において、簡素な装置構成としつつ、様々な温度環境下での使用を可能とすることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る感知装置は、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて前記圧電振動子の周囲のガスに含まれる被感知物質を感知する感知装置において、
前記被感知物質の付着及び脱離が可能な前記圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させる発振回路と、
前記圧電振動子及び前記発振回路を囲むケースと、
前記ケースに付帯して設けられ、周囲の温度を検出するための温度検出部と、
前記圧電振動子を第１温度範囲内の温度に温度調整するための第１温調機構と、
前記圧電振動子を前記第１温度範囲内の温度とは異なる第２温度範囲内の温度に温度調整するための第２温調機構と、
前記第１温調機構及び前記第２温調機構のうちの一方により前記圧電振動子の温度を調整するために、当該一方を選択して給電部からの給電を行う選択部と、
を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の感知センサによれば、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて前記圧電振動子の周囲のガスに含まれる被感知物質を感知する感知装置において、簡素な装置構成としつつ、様々な温度環境下での使用を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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