JP2007064790A - 弾性表面波伝搬状態計測装置、弾性表面波伝搬状態計測方法、環境変化計測装置、環境変化計測方法及び多重周回弾性表面波素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】周波数変化量算出装置20は、共振状態における弾性表面波の参照強度と参照位相とを含む参照信号のデータ及びこの弾性表面波を励起するための参照周波数を予め記憶する記憶部23と、高周波バースト信号の搬送周波数を調整して共振周波数にするための共振調整部24と、検出信号の位相である検出位相と参照位相との差が一定となるように、高周波バースト信号の搬送周波数を調整するための波形調整部25と、両者の位相差が一定となるとき、波形調整部25により調整された搬送周波数と参照周波数との差分を算出する算出部26とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明の目的は、多重周回弾性表面波素子における周波数変化量を高精度に算出することである。
ここで、本発明において、「弾性表面波」と表記している波は、境界波、回廊波、内郭を周回する表面波、弾性表面波、漏洩弾性表面波、擬似弾性表面波、擬似漏洩弾性表面波等、球形表面にエネルギーを集中させて伝搬する弾性波全般を包含する。
従って、請求項1,8に対応する発明は、高周波バースト信号の搬送周波数を調整して共振周波数にするための第1調整手段と、前記高周波バースト信号の入力から搬送周波数の周期の所定の倍数の時間を経過させた後に、多重周回弾性表面波素子から出力された検出信号の位相を所定の値に一致させるように、前記搬送周波数を調整するための第2調整手段と、第2調整手段により調整された搬送周波数と参照周波数との差分を算出する算出手段とを備えた構成により、共振状態にしてから所定の波数の弾性表面波を伝搬した後の状態における位相の変化を求めているので、多重周回した弾性表面波の干渉の影響を抑えることができ、多重周回弾性表面波素子において同じ経路を伝搬する弾性表面波の周波数変化量を高精度に算出することができる。
図1は本発明の第1の実施形態に係る周波数変化量算出システムの構成を示す模式図である。
(信号周期)×(多重周回による位相変化量/360度)
=1/(152.1×106) × 125度/360度
となる。そして、これだけの変化が100μ秒で起きているので、その変化率は、
(信号周期)×(多重周回による位相変化量/360度)/(多重周回に要した全時間)
1/(152.1×106) × 125度/360度 /(100×10−6)となる。つまり、この比率だけ弾性表面波の信号の位相が早くなる。
=(搬送周波数)×{(多重周回による位相変化量/360度)×(信号周期)}/(多重周回に要した時間)
=152.1×106×(70+55)/360×(1/(152.1×106))/(100×10−6)
=3470Hz
となる。
152.096634×106×(3.3)/360×(1/(152.096634×106))/(100×106)
=9.2Hz
となる。
152096634Hz−9.2Hz=152096625Hz
となる。
次に本実施形態に係る周波数変化量算出装置20の動作について図5のフローチャートを用いて説明する。
本発明の第2の実施形態は、入力部21における高周波バースト信号を入力するタイミングを調整する。
通常、弾性表面波は、多重周回弾性表面波素子10の表面に形成されるすだれ状電極13などよって僅かに反射される。そのため、検出される信号が、時間領域の前後に広がってしまう。
バースト信号の周波数が共振周波数ではなく入力時間が周回時間Tの整数倍とした場合、バースト信号の時間長は共振周波数ではないため、隣り合う信号の重なる領域では干渉により強度が変化する(図7(A)参照)。そのため、この領域では、当然に位相は不連続となる(図7(B)参照)。
共振状態の場合、上述したパターンに比して、弾性表面波の反射した成分や早い時刻に広げられた弾性表面波の重畳による位相への影響が少ない。
図9は本発明の第3の実施形態に係る周波数変化量算出システムの構成を示す模式図である。なお、第1の実施形態で説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態においても同様にして重複した説明を省略する。
図10は本発明の第4の実施形態に係る多重周回弾性表面波素子10Sの構成を示す模式図である。
Claims (13)
- 搬送周波数を有する高周波バースト信号の入力により伝搬面を多重周回する弾性表面波が励起される多重周回弾性表面波素子に接続され、前記弾性表面波素子からの出力周波数の変化量を計測する弾性表面波伝搬状態計測装置であって、
前記多重周回弾性表面波素子に、前記高周波バースト信号を入力する入力手段と、
前記入力の後、前記伝搬面を多重周回する弾性表面波を検出し、得られた検出信号を出力する出力手段と、
前記伝搬面を弾性表面波が1周回するのに要する周回時間に占める前記搬送周波数における1周期の割合が整数分の1となる共振状態に関し、当該共振状態における弾性表面波の参照位相を含む参照信号のデータ及びこの弾性表面波を励起するための参照周波数を予め記憶する記憶手段と、
前記弾性表面波の検出信号を共振状態にするように、前記高周波バースト信号の搬送周波数を調整して共振周波数にするための第1調整手段と、
前記第1調整手段による調整の後、前記出力手段から出力された検出信号の位相である検出位相と前記記憶手段に記憶された参照位相との差が一定となるように、前記高周波バースト信号の搬送周波数を調整するための第2調整手段と、
前記第2調整手段による調整の結果、両者の位相差が一定となるとき、前記第2調整手段により調整された搬送周波数と前記記憶手段に記憶された参照周波数との差分を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測装置。 - 請求項1に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置において、
前記多重周回弾性表面波素子は、伝搬面が球形であり、
前記第2調整手段は、
前記検出信号の波形と前記参照信号の波形とを、前記高周波バースト信号を入力してから周回数の小さな時刻から順次一致させるようにし、少なくとも前記共振周波数の周期の5000倍に相当する時間以降の波形を一致させるように、前記共振周波数を調整する
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置において、
前記高周波バースト信号は、10MHz以上の搬送周波数を有し、少なくとも1周回の周回時間以上の波からなる
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置において、
前記第2調整手段は、前記共振周波数の5ppm毎に、前記高周波バースト信号の搬送周波数を可変とする
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置において、
前記入力手段は、前記弾性表面波が前記伝搬面を1周回するのに要する時間の2倍以上の時間にわたり前記高周波バースト信号を入力する
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測装置。 - 請求項1に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置を用いた環境変化計測装置であって、
前記多重周回弾性表面波素子の周囲の環境状態に対して予め設定された特徴周波数と該環境状態とを関連付けて記憶する環境記憶手段と、
前記算出手段により算出された差分の周波数と、前記環境記憶手段により記憶された特徴周波数とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、前記環境記憶手段により記憶された環境状態を出力する環境状態出力手段と
を備えたことを特徴とする環境変化計測装置。 - 請求項1に記載の弾性表面波伝搬状態計測装置に用いられる多重周回弾性表面波素子において、
前記伝搬面に対向して非接触で設置され、前記伝搬面に電界を印加して弾性表面波を励起する、すだれ状電極を備えたことを特徴とする多重周回弾性表面波素子。 - 搬送周波数を有する高周波バースト信号の入力により伝搬面を多重周回する弾性表面波が励起される多重周回弾性表面波素子からの出力周波数の変化量を計測する弾性表面波伝搬状態計測方法であって、
前記多重周回弾性表面波素子に、前記高周波バースト信号を入力する入力ステップと、
前記入力の後、前記伝搬面を多重周回する弾性表面波を検出し、得られた検出信号を出力する出力ステップと、
前記伝搬面を弾性表面波が1周回するのに要する周回時間に占める前記搬送周波数における1周期の割合が整数分の1となる共振状態に関し、当該共振状態における弾性表面波の参照位相を含む参照信号のデータ及びこの弾性表面波を励起するための参照周波数を予め記憶する記憶ステップと、
前記弾性表面波の検出信号を共振状態にするように、前記高周波バースト信号の搬送周波数を調整して共振周波数にするための第1調整ステップと、
前記第1調整ステップによる調整の後、前記出力ステップから出力された検出信号の位相である検出位相と前記記憶ステップに記憶された参照位相との差が一定となるように、前記高周波バースト信号の搬送周波数を調整するための第2調整ステップと、
前記第2調整ステップによる調整の結果、両者の位相差が一定となるとき、前記第2調整ステップにより調整された搬送周波数と前記記憶手段に記憶された参照周波数との差分を算出する算出ステップと
を備えたことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測方法。 - 請求項8に記載の弾性表面波伝搬状態計測方法において、
前記多重周回弾性表面波素子は、伝搬面が球形であり、
前記第2調整ステップは、
前記検出信号の波形と前記参照信号の波形とを、前記高周波バースト信号を入力してから周回数の小さな時刻から順次一致させるようにし、少なくとも前記共振周波数の周期の5000倍に相当する時間以降の波形を一致させるように、前記共振周波数を調整する
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測方法。 - 請求項8又は請求項9に記載の弾性表面波伝搬状態計測方法において、
前記高周波バースト信号は、10MHz以上の搬送周波数を有し、少なくとも1周回の周回時間以上の波からなる
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測方法。 - 請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の弾性表面波伝搬状態計測方法において、
前記第2調整ステップは、前記共振周波数の5ppm毎に、前記高周波バースト信号の搬送周波数を可変とする
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測方法。 - 請求項8乃至請求項11のいずれか1項に記載の弾性表面波伝搬状態計測方法において、
前記入力ステップは、前記弾性表面波が前記伝搬面を1周回するのに要する時間2倍以上の時間にわたり前記高周波バースト信号を入力する
ことを特徴とする弾性表面波伝搬状態計測方法。 - 請求項8に記載の弾性表面波伝搬状態計測方法を用いた環境変化計測方法であって、
前記多重周回弾性表面波素子の周囲の環境状態に対して予め設定された特徴周波数と該環境状態と関連付けて記憶する環境記憶ステップと、
前記算出ステップにより算出された差分の周波数と、前記環境記憶ステップにより記憶された特徴周波数とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較の結果、前記環境記憶ステップにより記憶された環境状態を出力する環境状態出力ステップと
を備えたことを特徴とする環境変化計測方法。
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