JPH07294496A - ケミカル・センサー - Google Patents
ケミカル・センサーInfo
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- JPH07294496A JPH07294496A JP7116547A JP11654795A JPH07294496A JP H07294496 A JPH07294496 A JP H07294496A JP 7116547 A JP7116547 A JP 7116547A JP 11654795 A JP11654795 A JP 11654795A JP H07294496 A JPH07294496 A JP H07294496A
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- sensor
- temperature
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
- G05D23/1928—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperature of one space
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ケミカル・センサーの温度を所望定常温度に
保てるようにする。 【構成】 同じケース１０に試験センサー１２と一緒に
収納された基準センサー１４の共鳴周波数ＦRを監視す
る。基準センサー１４の出力周波数ＦRの変化は、温度
変化を反映したものとなる。周波数カウンタ／弁別器２
２は、加熱素子１８が所望温度のときに基準センサー１
４が出力すべき一定基準周波数ＦBと、基準センサー１
４の出力周波数ＦRとのオフセット周波数であるエラー
信号Ｅを出力する。エラー信号Ｅは帰還ループ増幅器／
フィルタ２４に入力され、加熱素子制御信号Ｈcが生成
される。これによって、加熱素子１８は、試験及び基準
センサー１２及び１４の温度を所望定常温度に維持する
方向に、熱伝導性ケース１０に熱を与える。
保てるようにする。 【構成】 同じケース１０に試験センサー１２と一緒に
収納された基準センサー１４の共鳴周波数ＦRを監視す
る。基準センサー１４の出力周波数ＦRの変化は、温度
変化を反映したものとなる。周波数カウンタ／弁別器２
２は、加熱素子１８が所望温度のときに基準センサー１
４が出力すべき一定基準周波数ＦBと、基準センサー１
４の出力周波数ＦRとのオフセット周波数であるエラー
信号Ｅを出力する。エラー信号Ｅは帰還ループ増幅器／
フィルタ２４に入力され、加熱素子制御信号Ｈcが生成
される。これによって、加熱素子１８は、試験及び基準
センサー１２及び１４の温度を所望定常温度に維持する
方向に、熱伝導性ケース１０に熱を与える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ケミカル（化学的）セ
ンサーに関し、特にケミカル・センサーの温度を所望の
定常温度に維持する温度制御が行われるケミカル・セン
サーに関する。
ンサーに関し、特にケミカル・センサーの温度を所望の
定常温度に維持する温度制御が行われるケミカル・セン
サーに関する。
【０００２】
【従来の技術】音響波ケミカル・センサーは、圧電素子
上に被覆された薄いフィルムが分析しようとする化学薬
品を吸収することによって生じる共鳴周波数の変化とい
った音響特性の変化によって、分析しようとする化学薬
品の存在を検出するものである。音響波センサーは温度
に非常に敏感で、これらセンサーを有するシステムは、
こうしたデバイスの温度を制御し、所望の定常温度に維
持する手段が必要になる。商品化されたセンサーのパッ
ケージには、２つのセンサーが温度センサーと一緒に金
属ケース（収納手段）に収納されており、その１つは被
測定液体とは独立した基準センサーであり、他方は試験
センサーであって、被測定液体は試験センサーを横断し
て流れる。２つのセンサーからの周波数出力は混合さ
れ、差分周波数を生成する。この差分周波数は、試験セ
ンサーを横切って流れる液体中に含まれる被測定分析化
学薬品の量の尺度となる。金属ケースは、温度センサー
からの帰還ループで制御された加熱素子で加熱され、こ
れによりケースの温度が一定に維持される。
上に被覆された薄いフィルムが分析しようとする化学薬
品を吸収することによって生じる共鳴周波数の変化とい
った音響特性の変化によって、分析しようとする化学薬
品の存在を検出するものである。音響波センサーは温度
に非常に敏感で、これらセンサーを有するシステムは、
こうしたデバイスの温度を制御し、所望の定常温度に維
持する手段が必要になる。商品化されたセンサーのパッ
ケージには、２つのセンサーが温度センサーと一緒に金
属ケース（収納手段）に収納されており、その１つは被
測定液体とは独立した基準センサーであり、他方は試験
センサーであって、被測定液体は試験センサーを横断し
て流れる。２つのセンサーからの周波数出力は混合さ
れ、差分周波数を生成する。この差分周波数は、試験セ
ンサーを横切って流れる液体中に含まれる被測定分析化
学薬品の量の尺度となる。金属ケースは、温度センサー
からの帰還ループで制御された加熱素子で加熱され、こ
れによりケースの温度が一定に維持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、試験センサー
は分析する化学薬品を含む環境にさらされるので、試験
センサーの温度は必ずしも金属ケースの温度と同じには
ならない。しかも、ケミカル・センサーの音響特性のた
め、温度センサーはケミカル・センサーに直接装着する
ことができない。
は分析する化学薬品を含む環境にさらされるので、試験
センサーの温度は必ずしも金属ケースの温度と同じには
ならない。しかも、ケミカル・センサーの音響特性のた
め、温度センサーはケミカル・センサーに直接装着する
ことができない。
【０００４】そこで本発明の目的は、同じ収納手段中に
収納された試験及び基準センサーの温度を所望の定常温
度に維持することができるケミカル・センサーを提供す
ることである。
収納された試験及び基準センサーの温度を所望の定常温
度に維持することができるケミカル・センサーを提供す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、温度制
御に優れた音響波ケミカル・センサーを提供する。本発
明では、同じケース（収納手段）に試験センサーと一緒
に収納された基準センサーの周波数を監視する。基準セ
ンサーの周波数変化は、温度変化を反映したものとな
る。周波数カウンタ／弁別器は、周波数変化をエラー信
号に変換し、ケースを加熱する加熱素子に帰還（フィー
ドバック）する。ケース（収納手段）は、試験及び基準
センサーを共通する温度環境に維持するので、これらセ
ンサーが所望の定常温度に維持される。
御に優れた音響波ケミカル・センサーを提供する。本発
明では、同じケース（収納手段）に試験センサーと一緒
に収納された基準センサーの周波数を監視する。基準セ
ンサーの周波数変化は、温度変化を反映したものとな
る。周波数カウンタ／弁別器は、周波数変化をエラー信
号に変換し、ケースを加熱する加熱素子に帰還（フィー
ドバック）する。ケース（収納手段）は、試験及び基準
センサーを共通する温度環境に維持するので、これらセ
ンサーが所望の定常温度に維持される。
【０００６】本発明のケミカル・センサーを別の観点か
ら見ると、次のように構成される。収納手段は、被測定
分析化学薬品を含む液体中に露出される試験センサー
と、液体から独立した基準センサーとを共通する温度環
境中に収納する。差分周波数生成手段は、試験及び基準
センサーの出力周波数の差分であって、液体中における
被測定分析化学薬品の量の尺度となる差分周波数を生成
する。加熱手段は、制御信号に応じて収納手段を加熱す
る。制御信号生成手段は、試験及び基準センサーの温度
を所望定常温度に維持する方向に基準センサーの出力周
波数に応じて変化し加熱手段を制御する制御信号を生成
する。
ら見ると、次のように構成される。収納手段は、被測定
分析化学薬品を含む液体中に露出される試験センサー
と、液体から独立した基準センサーとを共通する温度環
境中に収納する。差分周波数生成手段は、試験及び基準
センサーの出力周波数の差分であって、液体中における
被測定分析化学薬品の量の尺度となる差分周波数を生成
する。加熱手段は、制御信号に応じて収納手段を加熱す
る。制御信号生成手段は、試験及び基準センサーの温度
を所望定常温度に維持する方向に基準センサーの出力周
波数に応じて変化し加熱手段を制御する制御信号を生成
する。
【０００７】このとき上記制御信号生成手段が、基準セ
ンサーの出力周波数と基準センサーが所望定常温度のと
きに出力すべき周波数とのオフセット（差分）周波数を
生成するオフセット周波数生成手段と、このオフセット
周波数を制御信号に変換する変換手段と具えていても良
い。
ンサーの出力周波数と基準センサーが所望定常温度のと
きに出力すべき周波数とのオフセット（差分）周波数を
生成するオフセット周波数生成手段と、このオフセット
周波数を制御信号に変換する変換手段と具えていても良
い。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明によるケミカル・センサーの
ブロック図である。センサー１２及び１４は、共通の熱
伝導性ケース（共通支持基盤）１０内に配置される。ケ
ース（収納手段）１０は、センサー１２及び１４を共通
する温度環境中に収納する機能を果たす。一方のセンサ
ーは試験センサー１２であり、これは被測定分析化学薬
品の液中に露出している。他方のセンサーは基準センサ
ー１４であり、これは被測定分析化学薬品の液中には露
出していない。各センサーからの電気信号は、各センサ
ーの共鳴周波数ＦT及びＦRを夫々表す。これら信号は混
合器１６に入力されて周波数ＦDの信号を出力する。周
波数ＦDは、試験及び基準センサーの共鳴周波数の差
分、つまり差分周波数である。これは、従来の２センサ
ー型パッケージでも行われていた測定手法であり、上述
のように液体中に含まれる被測定分析化学薬品の量の尺
度となる。ケース１０には加熱素子１８が装着され、こ
れは加熱素子（ヒータ）制御信号Ｈcにより制御され
る。
ブロック図である。センサー１２及び１４は、共通の熱
伝導性ケース（共通支持基盤）１０内に配置される。ケ
ース（収納手段）１０は、センサー１２及び１４を共通
する温度環境中に収納する機能を果たす。一方のセンサ
ーは試験センサー１２であり、これは被測定分析化学薬
品の液中に露出している。他方のセンサーは基準センサ
ー１４であり、これは被測定分析化学薬品の液中には露
出していない。各センサーからの電気信号は、各センサ
ーの共鳴周波数ＦT及びＦRを夫々表す。これら信号は混
合器１６に入力されて周波数ＦDの信号を出力する。周
波数ＦDは、試験及び基準センサーの共鳴周波数の差
分、つまり差分周波数である。これは、従来の２センサ
ー型パッケージでも行われていた測定手法であり、上述
のように液体中に含まれる被測定分析化学薬品の量の尺
度となる。ケース１０には加熱素子１８が装着され、こ
れは加熱素子（ヒータ）制御信号Ｈcにより制御され
る。
【０００９】加熱素子制御信号Ｈcは、周波数カウンタ
／弁別器２２及び帰還ループ増幅器／フィルタ２４を有
する帰還ループ２０で生成される。基準センサー１４か
らの周波数信号ＦRは、周波数カウンタ／弁別器２２に
入力されエラー信号Ｅが生成される。エラー信号Ｅは、
周波数ＦRと一定基準周波数ＦBの周波数のオフセット
（差分）の程度を示すオフセット周波数信号である。こ
こで一定基準周波数ＦBは、加熱素子１８が所望温度の
ときに基準センサー１４が出力すべき周波数であり、さ
らに言えば、ケース（収納手段）１０の所望定常温度に
対応した周波数である。一定基準周波数ＦBは、周波数
カウンタ／弁別器２２の内部に設定するか、外部の電圧
制御発信器（ＶＣＯ）等で生成して周波数カウンタ／弁
別器２２に入力することにより設定される。
／弁別器２２及び帰還ループ増幅器／フィルタ２４を有
する帰還ループ２０で生成される。基準センサー１４か
らの周波数信号ＦRは、周波数カウンタ／弁別器２２に
入力されエラー信号Ｅが生成される。エラー信号Ｅは、
周波数ＦRと一定基準周波数ＦBの周波数のオフセット
（差分）の程度を示すオフセット周波数信号である。こ
こで一定基準周波数ＦBは、加熱素子１８が所望温度の
ときに基準センサー１４が出力すべき周波数であり、さ
らに言えば、ケース（収納手段）１０の所望定常温度に
対応した周波数である。一定基準周波数ＦBは、周波数
カウンタ／弁別器２２の内部に設定するか、外部の電圧
制御発信器（ＶＣＯ）等で生成して周波数カウンタ／弁
別器２２に入力することにより設定される。
【００１０】エラー信号Ｅは帰還ループ増幅器／フィル
タ２４に入力され、加熱素子制御信号Ｈcが生成され
る。基準センサー１４が出力する共鳴周波数ＦRは温度
の関数なので、基準センサー１４の出力周波数を監視す
ることにより、付加的な温度センサーなしでも加熱素子
１８による加熱で、熱伝導性ケース１０の温度を試験及
び基準センサー１２及び１４を所望定常温度に維持する
ことができる。
タ２４に入力され、加熱素子制御信号Ｈcが生成され
る。基準センサー１４が出力する共鳴周波数ＦRは温度
の関数なので、基準センサー１４の出力周波数を監視す
ることにより、付加的な温度センサーなしでも加熱素子
１８による加熱で、熱伝導性ケース１０の温度を試験及
び基準センサー１２及び１４を所望定常温度に維持する
ことができる。
【００１１】
【発明の効果】本発明のケミカル・センサーによれば、
収納手段に試験センサーと一緒に収納される基準センサ
ーの出力周波数を監視し、加熱素子の制御信号を基準セ
ンサーの出力周波数の関数として供給することにより、
別個に温度センサーを設けなくとも試験及び基準センサ
ーの温度を所望定常温度に維持できる。
収納手段に試験センサーと一緒に収納される基準センサ
ーの出力周波数を監視し、加熱素子の制御信号を基準セ
ンサーの出力周波数の関数として供給することにより、
別個に温度センサーを設けなくとも試験及び基準センサ
ーの温度を所望定常温度に維持できる。
【図１】本発明によるケミカル・センサーのブロック図
である。
である。
１０ ケース（収納手段） １２ 試験センサー １４ 基準センサー １６ 混合器（差分周波数生成手段） １８ 加熱素子（加熱手段） ２０ 帰還ループ ２２ 周波数カウンタ／弁別器（オフセット周波数生成
手段） ２４ 帰還ループ増幅器／フィルタ（変換手段） ＦR 基準センサーの共鳴周波数 ＦT 試験センサーの共鳴周波数 ＦB 一定基準周波数 ＦD 差分周波数 Ｅ エラー信号 Ｈc 加熱素子制御信号
手段） ２４ 帰還ループ増幅器／フィルタ（変換手段） ＦR 基準センサーの共鳴周波数 ＦT 試験センサーの共鳴周波数 ＦB 一定基準周波数 ＦD 差分周波数 Ｅ エラー信号 Ｈc 加熱素子制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・エイチ・ペッパー アメリカ合衆国オレゴン州97229 ポート ランド ノース・ウェスト ワンハンドレ ッド・フォーティーンス 710
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定分析化学薬品を含む液体中に露出
される試験センサーと、上記液体から独立した基準セン
サーとを共通する温度環境中に収納する収納手段と、 上記試験及び基準センサーの出力周波数の差分であっ
て、上記液体中における上記被測定分析化学薬品の量の
尺度となる差分周波数を生成する差分周波数生成手段
と、 制御信号に応じて上記収納手段を加熱する加熱手段と、 上記試験及び基準センサーの温度を所望定常温度に維持
する方向に上記基準センサーの上記出力周波数に応じて
変化し上記加熱手段を制御する上記制御信号を生成する
制御信号生成手段とを具えるケミカル・センサー。 - 【請求項２】 上記制御信号生成手段が、 上記基準センサーの上記出力周波数と上記基準センサー
が上記所望定常温度のときに出力すべき周波数とのオフ
セット周波数を生成するオフセット周波数生成手段と、 上記オフセット周波数を上記制御信号に変換する変換手
段と具える請求項１記載のケミカル・センサー。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US8/229899 | 1994-04-19 | ||
| US08/229,899 US5406829A (en) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | Temperature control for chemical sensors |
| US08/229899 | 1994-04-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07294496A true JPH07294496A (ja) | 1995-11-10 |
| JP2688575B2 JP2688575B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=22863121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7116547A Expired - Fee Related JP2688575B2 (ja) | 1994-04-19 | 1995-04-18 | ケミカル・センサー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5406829A (ja) |
| EP (1) | EP0678799A3 (ja) |
| JP (1) | JP2688575B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006300742A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Shizuoka Prefecture | 発振周波数調整方式を利用した化学物質検出装置 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5936150A (en) * | 1998-04-13 | 1999-08-10 | Rockwell Science Center, Llc | Thin film resonant chemical sensor with resonant acoustic isolator |
| US6321588B1 (en) * | 1998-09-11 | 2001-11-27 | Femtometrics, Inc. | Chemical sensor array |
| US6134944A (en) * | 1999-04-29 | 2000-10-24 | The Regents Of The University Of California | System and method for preconcentrating, identifying, and quantifying chemical and biological substances |
| US6975944B1 (en) * | 1999-09-28 | 2005-12-13 | Alpha Mos | Method and apparatus for monitoring materials used in electronics |
| WO2004044672A2 (en) * | 2002-08-05 | 2004-05-27 | Research Foundation Of The State University Of New York | System and method for manufacturing wireless devices |
| US7465425B1 (en) * | 2002-09-09 | 2008-12-16 | Yizhong Sun | Sensor and method for detecting analytes in fluids |
| US7477050B2 (en) * | 2003-08-05 | 2009-01-13 | Research Foundation Of The State University Of New York | Magnetic sensor having a coil around a permeable magnetic core |
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| CN104571202B (zh) * | 2015-01-05 | 2017-11-03 | 杭州电子科技大学 | 一种基于arm的温度采集控制系统和控制方法 |
| CN104792435B (zh) * | 2015-04-21 | 2018-02-13 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 基于瞬态热边界反演的结构内部非均匀温度场的重建方法 |
| CN105466495B (zh) * | 2015-12-31 | 2018-04-10 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种同时获取壁内部非均匀温度场及壁厚的测量方法 |
| WO2019046535A1 (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-07 | Matrix Sensors, Inc. | GAS SENSOR COMPRISING TEMPERATURE CONTROL DETECTION MATERIAL |
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| US3879992A (en) * | 1970-05-12 | 1975-04-29 | California Inst Of Techn | Multiple crystal oscillator measuring apparatus |
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| JPS581745B2 (ja) * | 1977-12-16 | 1983-01-12 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガス検出装置 |
| US4312228A (en) * | 1979-07-30 | 1982-01-26 | Henry Wohltjen | Methods of detection with surface acoustic wave and apparati therefor |
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- 1994-04-19 US US08/229,899 patent/US5406829A/en not_active Expired - Lifetime
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1995
- 1995-04-05 EP EP95302269A patent/EP0678799A3/en not_active Withdrawn
- 1995-04-18 JP JP7116547A patent/JP2688575B2/ja not_active Expired - Fee Related
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