JP5709254B2 - Sensor - Google Patents
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Description
この発明は、センサに関する。 The present invention relates to a sensor.
従来、例えば圧電基板上に対向配置された櫛形電極と反射器との間で弾性表面波を往復伝搬させ、雰囲気の湿度や温度に応じた弾性表面波の伝搬特性の変化に基づき、雰囲気の湿度や温度を検出するセンサが知られている。(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。 Conventionally, for example, a surface acoustic wave is reciprocally propagated between a comb electrode and a reflector disposed on a piezoelectric substrate, and the humidity of the atmosphere is determined based on changes in the propagation characteristics of the surface acoustic wave according to the humidity and temperature of the atmosphere. Sensors for detecting temperature and temperature are known. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
ところで、上記従来技術に係るセンサにおいては、雰囲気の湿度や温度に対する感度および検出精度を向上させるとともに、小型化することが望まれている。 By the way, in the sensor according to the above prior art, it is desired to improve the sensitivity and detection accuracy with respect to the humidity and temperature of the atmosphere and to reduce the size.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、感度および検出精度を向上させるとともに、小型化することが可能なセンサを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a sensor that can improve sensitivity and detection accuracy and can be miniaturized.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1態様に係るセンサは、板状の基体(例えば、実施の形態での基体21)と、片持ち梁状に前記基体の端部を支持する支持部(例えば、実施の形態での支持部22)と、該基体の表面を伝搬する弾性表面波を励起するとともに、前記表面を伝搬した前記弾性表面波を受信して、受信結果の信号を出力する弾性表面波励起受信部(例えば、実施の形態での櫛形電極23)とを備える弾性表面波素子(例えば、実施の形態での弾性表面波素子11)と、前記弾性表面波励起受信部から出力された信号に基づいて前記弾性表面波の伝搬特性を検出する伝搬特性検出部(例えば、実施の形態での伝搬特性検出部15)と、前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に応じて温度を検出する状態量検出部(例えば、実施の形態での状態量検出部16)とを備え、前記基体の裏面は、前記基体とは異なる熱膨張係数の被覆層(例えば、実施の形態での被覆層25)により被覆されている。
In order to solve the above problems and achieve the object, a sensor according to a first aspect of the present invention includes a plate-like base (for example, the
また、本発明の第2態様に係るセンサは、板状の基体(例えば、実施の形態での基体21)と、片持ち梁状に前記基体の端部を支持する支持部(例えば、実施の形態での支持部22)と、該基体の表面を伝搬する弾性表面波を励起するとともに、前記表面を伝搬した前記弾性表面波を受信して、受信結果の信号を出力する弾性表面波励起受信部(例えば、実施の形態での櫛形電極23)とを備える弾性表面波素子(例えば、実施の形態での弾性表面波素子11)と、前記弾性表面波励起受信部から出力された信号に基づいて前記弾性表面波の伝搬特性を検出する伝搬特性検出部(例えば、実施の形態での伝搬特性検出部15)と、前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に応じて湿度または温度を検出する状態量検出部(例えば、実施の形態での状態量検出部16)とを備え、前記基体の裏面は、外部に開口した気孔(例えば、実施の形態での気孔31a)が分散配置されている多孔質材(例えば、実施の形態での多孔質材31)により被覆されている。
Further, the sensor according to the second aspect of the present invention includes a plate-like base (for example, the
さらに、本発明の第3態様に係るセンサでは、前記状態量検出部は、前記弾性表面波の伝搬特性と前記弾性表面波素子の前記表面周辺の雰囲気の状態との対応関係を示すデータを記憶しており、前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に対応する前記雰囲気の状態を前記データから取得する。 Furthermore, in the sensor according to the third aspect of the present invention, the state quantity detection unit stores data indicating a correspondence relationship between the propagation characteristics of the surface acoustic wave and the state of the atmosphere around the surface of the surface acoustic wave element. The atmosphere state corresponding to the propagation characteristic detected by the propagation characteristic detection unit is acquired from the data.
さらに、本発明の第4態様に係るセンサでは、前記弾性表面波励起受信部および前記伝搬特性検出部は互いに無線通信可能である。 Furthermore, in the sensor according to the fourth aspect of the present invention, the surface acoustic wave excitation receiver and the propagation characteristic detector can communicate with each other wirelessly.
本発明の第1態様に係るセンサによれば、弾性表面波が励起される基体の裏面は、基体とは異なる熱膨張係数の被覆層を有することから、例えば被覆層を備えていない場合に比べて、温度変化に応じた基体の表面形状の変化が大きくなり、温度に対する感度および検出精度を向上させることができる。
これにより、温度に対する所望の感度および検出精度を確保しつつ、小型化することができる。
According to the sensor of the first aspect of the present invention, the back surface of the base body on which the surface acoustic wave is excited has a coating layer having a thermal expansion coefficient different from that of the base body. Thus, the change in the surface shape of the substrate in accordance with the temperature change becomes large, and the sensitivity to temperature and the detection accuracy can be improved.
Thereby, it is possible to reduce the size while ensuring desired sensitivity and detection accuracy with respect to temperature.
また、本発明の第2態様に係るセンサによれば、弾性表面波が励起される基体の裏面は、多孔質材の被覆層を有することから、例えば被覆層を備えていない場合に比べて、温度変化または湿度変化に応じた基体の表面形状の変化が大きくなり、温度または湿度に対する感度および検出精度を向上させることができる。
これにより、温度または湿度に対する所望の感度および検出精度を確保しつつ、小型化することができる。
Further, according to the sensor according to the second aspect of the present invention, the back surface of the base body on which the surface acoustic wave is excited has a porous material coating layer, and therefore, for example, compared with a case where no coating layer is provided, The change in the surface shape of the substrate in response to the temperature change or humidity change becomes large, and the sensitivity and detection accuracy with respect to temperature or humidity can be improved.
Thereby, it is possible to reduce the size while ensuring desired sensitivity and detection accuracy with respect to temperature or humidity.
さらに、本発明の第3態様に係るセンサによれば、予め作成されたデータを参照して、伝搬特性検出部により検出された伝搬特性に対応した雰囲気の状態(例えば、温度や湿度)を容易に取得することができる。 Furthermore, according to the sensor according to the third aspect of the present invention, it is easy to refer to pre-created data to determine the atmospheric state (for example, temperature and humidity) corresponding to the propagation characteristic detected by the propagation characteristic detection unit. Can be obtained.
さらに、本発明の第4態様に係るセンサによれば、利便性を向上させることができる。 Furthermore, according to the sensor of the fourth aspect of the present invention, convenience can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係るセンサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるセンサ10は、例えば図1に示すように、弾性表面波素子11と、送受信部12と、サーキュレータ13と、発振器14と、伝搬特性検出部15と、状態量検出部16とを備えて構成されている。
Hereinafter, a sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
For example, as shown in FIG. 1, the
弾性表面波素子11は、例えば、板状の基体21と、片持ち梁状に基体21の端部を支持する支持部22と、櫛形電極23と、反射器24と、被覆層25とを備えて構成されている。
The surface
板状の基体21は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO3)や水晶などの圧電性材料の単結晶からなり、表面に励起される弾性表面波が櫛形電極23と反射器24との間で伝搬する伝搬経路21aを有している。
The plate-
櫛形電極23は、基体21の表面21A上に形成されたAu、Al、Cu、Crなどの金属層から成り、例えば櫛歯が向き合い、かつ、互い違いになるように形成された一対の電極である。
櫛形電極23は、例えば真空蒸着やスパッタリングなどによって基体21上に金属層が形成された後に、フォトリソグラフィーによるパターニングによって形成される。
The comb-
The
櫛形電極23は、発振器14から高周波の電気信号(高周波信号)が入力されると弾性表面波を励起する。
また、櫛形電極23は、反射器24によって反射されつつ基体21の表面21A上を伝搬した弾性表面波を受信し、受信結果の信号をアンテナ23aを介して出力する。
The
The
反射器24は、例えば基体21の表面21A上において櫛形電極23から出力される弾性表面波の伝搬方向に櫛形電極23から所定距離だけ離間した位置で伝搬方向に対して垂直な方向に延在するように設けられ、例えば金属膜の蒸着により形成されている。
The
被覆層25は、基体21とは異なる熱膨張係数を有する材料(例えば、基体21よりも熱膨張係数が大きいAlなどの金属など)から成り、例えば基体21の裏面21Bを被覆している。
この被覆層25は、例えば基体21の裏面21Bの全面に無電解めっきが行なわれて形成されている。
The covering
The
送受信部12はアンテナ12aを備え、弾性表面波素子11の櫛形電極23と無線通信可能とされている。
The transmission /
サーキュレータ13は、送受信部12と発振器14と伝搬特性検出部15とに接続され、発振器14から出力される高周波信号を送受信部12に入力し、送受信部12から出力される信号を伝搬特性検出部15に入力する。
The
発振器14は、高周波信号を出力する。
伝搬特性検出部15は、例えば櫛形電極23から出力されて送受信部12により受信された信号に対するフーリエ変換などを行ない、弾性表面波素子11の表面(つまり、基体21の表面21A)を伝搬する弾性表面波の伝搬速度や位相や強度などの伝搬特性を検出する。
The
The propagation
状態量検出部16は、伝搬特性検出部15により検出された伝搬特性の検出結果に基づき、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の状態量、例えば温度を検出する。
The state
すなわち、例えば図2(A),(B)に示すように、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の温度に応じて弾性表面波素子11の形状変化、例えば被覆層25の膨張または収縮に起因する基体21の裏面21Bの膨張または収縮により伝搬経路21aの経路長や形状などの変化が生じると、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性が変化する。
That is, for example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the shape of the surface
状態量検出部16は、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性の変化の検出結果に基づいて、例えば予め記憶している所定マップなどを参照して、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の温度を検出する。
なお、所定マップは、例えば、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の状態(例えば、温度)と、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性との対応関係を示すデータである。
The state
The predetermined map is, for example, data indicating a correspondence relationship between the state of the atmosphere around the surface of the surface acoustic wave element 11 (for example, temperature) and the propagation characteristics of the surface acoustic wave propagating through the
上述したように、本実施の形態によるセンサ10によれば、弾性表面波が励起される基体21の裏面21Bは基体21とは異なる熱膨張係数の被覆層25を有することから、例えば被覆層25を備えていない場合に比べて、温度変化に応じた基体21の表面形状の変化が大きくなり、温度に対する感度および検出精度を向上させることができる。
しかも、板状の基体21に被覆層25を容易かつ安定に形成することができ、形成に煩雑な手間がかかることを防止することができる。
As described above, according to the
In addition, the
しかも、予め作成されたデータを参照して、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性の変化の検出結果に対応した雰囲気の状態(例えば、温度)を容易に取得することができる。
In addition, referring to previously created data, it is possible to easily obtain the atmosphere state (for example, temperature) corresponding to the detection result of the change in the propagation characteristics of the surface acoustic wave propagating through the
なお、上述した実施の形態において、被覆層25は、基体21の裏面21Bの全面に限定されず、基体21の裏面21Bの少なくとも一部を被覆していてもよい。
また、被覆層25は、基体21の側面の少なくとも一部を被覆してもよい。
In the above-described embodiment, the covering
The covering
なお、上述した実施の形態においては、例えば図3に示す上述した実施の形態の変形例に係るセンサ10のように、基体21の裏面21Bを被覆する被覆層25の代わりに、外部に開口した気孔31aが分散配置されている多孔質材31が基体21の裏面21Bを被覆していてもよい。
In the above-described embodiment, for example, the
この多孔質材31は、無機または有機の多孔質材料から成り、例えば多孔質ガラスから成る多孔質材31は、複数のガラス材料を混合して熱処理することで得られる分相ガラスを、酸溶液に浸漬して特定相のみを溶出して形成される。
The
この変形例において、状態量検出部16は、伝搬特性検出部15により検出された伝搬特性の検出結果に基づき、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の状態量、例えば湿度および温度を検出する。
In this modification, the state
すなわち、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の湿度または温度に応じて弾性表面波素子11の形状変化、例えば多孔質材31の水分吸着による膨潤または水分離脱による収縮に起因する基体21の裏面21Bの膨張または収縮により伝搬経路21aの経路長や形状などの変化が生じると、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性が変化する。
That is, the back surface of the base 21 caused by the shape change of the surface
状態量検出部16は、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性の変化の検出結果に基づいて、例えば予め記憶している所定マップなどを参照して、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の湿度または温度を検出する。
なお、所定マップは、例えば、弾性表面波素子11の表面周辺の雰囲気の状態(例えば、湿度または温度)と、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性との対応関係を示すデータである。
The state
The predetermined map is, for example, data indicating the correspondence between the state of the atmosphere around the surface of the surface acoustic wave element 11 (for example, humidity or temperature) and the propagation characteristics of the surface acoustic wave propagating through the
この変形例によれば、弾性表面波が励起される基体21の裏面21Bは多孔質材31により被覆されていることから、例えば多孔質材31を備えていない場合に比べて、湿度変化あるいは温度変化に応じた基体21の表面形状の変化が大きくなり、湿度あるいは温度に対する感度および検出精度を向上させることができる。
しかも、多孔質材31を容易かつ安定に形成することができ、形成に煩雑な手間がかかることを防止することができる。
According to this modification, the
In addition, the
しかも、予め作成されたデータを参照して、伝搬経路21aを伝搬する弾性表面波の伝搬特性の変化の検出結果に対応した雰囲気の状態(例えば、湿度または温度)を容易に取得することができる。
In addition, referring to previously created data, it is possible to easily acquire the atmosphere state (for example, humidity or temperature) corresponding to the detection result of the change in the propagation characteristics of the surface acoustic wave propagating through the
なお、この変形例において、多孔質材31は、基体21の裏面21Bの全面に限定されず、基体21の裏面21Bの少なくとも一部を被覆していてもよい。
また、この変形例において、多孔質材31は、基体21の側面の少なくとも一部を被覆してもよい。
In this modification, the
In this modification, the
なお、上述した実施の形態および変形例において、センサ10は、複数の異なる弾性表面波素子11,…,11を備えて構成されてもよい。
In the above-described embodiment and modification, the
複数の異なる弾性表面波素子11,…,11は、例えば被覆層25または多孔質材31の厚さ(積層方向の厚さ)を同一として、弾性表面波の伝搬方向における基体21の長さ(つまり、櫛形電極23と反射器24との間の長さ)が異なるように形成されてもよい。
また、複数の異なる弾性表面波素子11,…,11は、例えば弾性表面波の伝搬方向における基体21の長さ(つまり、櫛形電極23と反射器24との間の長さ)を同一として、被覆層25または多孔質材31の厚さ(積層方向の厚さ)が異なるように形成されてもよい。
In the plurality of different surface
The plurality of different surface
なお、上述した実施の形態および変形例においては、例えば各アンテナ12a,23aおよび送受信部12は省略されて、櫛形電極23とサーキュレータ13とは直接に接続されていてもよい。
In the embodiment and the modification described above, for example, the
10 センサ
11 弾性表面波素子
15 伝搬特性検出部
16 状態量検出部
21 基体
21a 伝搬経路
22 支持部
23 櫛形電極(弾性表面波励起受信部)
25 被覆層
31 多孔質材
31a 気孔
DESCRIPTION OF
25
Claims (4)
前記弾性表面波励起受信部から出力された信号に基づいて前記弾性表面波の伝搬特性を検出する伝搬特性検出部と、
前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に応じて温度を検出する状態量検出部とを備え、
前記基体の裏面は、前記基体とは異なる熱膨張係数の被覆層により被覆されていることを特徴とするセンサ。 A plate-shaped substrate, a support that supports the end of the substrate in a cantilever shape, and a surface acoustic wave that propagates through the surface of the substrate is excited, and the surface acoustic wave that propagates through the surface is received. A surface acoustic wave element including a surface acoustic wave excitation receiving unit that outputs a reception result signal;
A propagation characteristic detector for detecting the propagation characteristic of the surface acoustic wave based on the signal output from the surface acoustic wave excitation receiver;
A state quantity detection unit that detects a temperature according to the propagation characteristic detected by the propagation characteristic detection unit;
The back surface of the said base | substrate is coat | covered with the coating layer of the thermal expansion coefficient different from the said base | substrate.
前記弾性表面波励起受信部から出力された信号に基づいて前記弾性表面波の伝搬特性を検出する伝搬特性検出部と、
前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に応じて湿度または温度を検出する状態量検出部とを備え、
前記基体の裏面は、外部に開口した気孔が分散配置されている多孔質材により被覆されていることを特徴とするセンサ。 A plate-shaped substrate, a support that supports the end of the substrate in a cantilever shape, and a surface acoustic wave that propagates through the surface of the substrate is excited, and the surface acoustic wave that propagates through the surface is received. A surface acoustic wave element including a surface acoustic wave excitation receiving unit that outputs a reception result signal;
A propagation characteristic detector for detecting the propagation characteristic of the surface acoustic wave based on the signal output from the surface acoustic wave excitation receiver;
A state quantity detection unit that detects humidity or temperature according to the propagation characteristic detected by the propagation characteristic detection unit;
The sensor is characterized in that the back surface of the base is covered with a porous material in which pores opened to the outside are dispersedly arranged.
前記伝搬特性検出部により検出された前記伝搬特性に対応する前記雰囲気の状態を前記データから取得することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセンサ。 The state quantity detection unit stores data indicating a correspondence relationship between the propagation characteristics of the surface acoustic wave and the state of the atmosphere around the surface of the surface acoustic wave element,
The sensor according to claim 1 or 2, wherein the state of the atmosphere corresponding to the propagation characteristic detected by the propagation characteristic detection unit is acquired from the data.
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