被測量物特性測量裝置制造方法
被測量物特性測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的被測量物特性測量裝置具備彈性表面波元件，該彈性表面波元件具備：梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激振起彈性波，并接收基于彈性波的反射；反射部，其具有第三面和第四面，該第三面形成在梳形電極和與彈性波的傳播方向上的第一面正交的第二面之間、在第一面的法線方向上與第一面不同的位置，該第四面在第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面；反應(yīng)場，其形成于梳形電極和反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及傳播部，其形成于反射部和第二面之間，該被測量物特性測量裝置基于把從梳形電極沿反應(yīng)場傳播、由第四面反射、并由梳形電極接收的彈性波從由第二面反射并由梳形電極接收的彈性波中所含有的體波分離而得的彈性表面波，求出被測量物的特性。
【專利說明】被測量物特性測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被測量物特性測量裝置，其具備彈性表面波元件，該彈性表明波元件形成有:在壓電基板上形成并激振起彈性表面波的梳形電極、在所述梳形電極和所述彈性表面波的傳播方向中的所述壓電基板的端部之間負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場。
[0002]本申請基于并要求在2011年12月22日提交的日本特愿2011-281603號及在2012年10月19日提交的日本特愿2012-232060號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參照。
【背景技術(shù)】
[0003]一般地，彈性表面波元件具備壓電基板、以及由設(shè)于所述壓電基板上的梳齒狀電極指(electrode fingers)構(gòu)成的發(fā)送電極及接收電極。在這樣構(gòu)成的彈性表面波元件中，向發(fā)送電極供給電信號時(shí)，在電極指間產(chǎn)生電場，利用壓電效應(yīng)使彈性表面波激振，該彈性表面波在壓電基板上傳播并使接收電極激振，轉(zhuǎn)換為電信號。研究了利用該彈性表面波中的、與壓電基板的表面平行極化的滑動彈性表面波(SH-SAW:Shear horizontal SurfaceAcoustic Wave)，進(jìn)行各種物質(zhì)的檢測、物性值等的測量的彈性表面波傳感器(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]在彈性表面波傳感器中，利用在壓電基板上負(fù)荷的被測量物的區(qū)域電開放的情況和短路的情況下，在接收電極能取得信號的特性存在差異，作為被測量物的物理特性，能夠求出介電常數(shù)、導(dǎo)電率。此外，在壓電基板上的發(fā)送電極和接收電極之間的傳播路上形成凹凸構(gòu)造，在該凹部負(fù)荷被測量物時(shí)，負(fù)荷的被測量物虛擬地形成膜。該膜與壓電基板一并激振，利用基于膜的質(zhì)量而諧振頻率變化的質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)，能夠求出被測量物的密度(專利文獻(xiàn)2)。
[0005]另一方面，專利文獻(xiàn)1、2的彈性表面波傳感器，在壓電基板上形成發(fā)送電極及接收電極，但已知有由利用彈性表面波的反射的一個(gè)收發(fā)電極構(gòu)成的彈性表面波傳感器(專利文獻(xiàn)3)。在該彈性表面波傳感器中，在收發(fā)電極激振的彈性波，在被測量物負(fù)荷的反應(yīng)場傳播后，在壓電基板的端部反射，并再次向收發(fā)電極輸入?；谠撔盘?，能夠測量被測量物的物理特性。在該情況下，通過用一個(gè)收發(fā)電極構(gòu)成彈性表面波元件，能夠小型地構(gòu)成彈性表面波元件。
[0006][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)]
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本國專利第3481298號公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本國專利第3248683號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本國日本特開2009-300302號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]發(fā)明要解決的課題[0012]然而，在彈性波中，包括沿壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌?、以及在壓電基板的?nèi)部傳播的體波。在由在專利文獻(xiàn)3公開的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的彈性表面波傳感器的情況下，在收發(fā)電極激振的彈性表面波及包含體波的彈性波，在壓電基板的端部反射，一起輸入到收發(fā)電極。因此，在得到的信號中，混合有基于彈性表面波的信號以及基于體波的信號，故存在不能夠高精度地求出被測量物的物理特性的情況。
[0013]本發(fā)明是為了消除所述的不良而做出的，其目的在于提供被測量物特性測量裝置，其能夠從彈性波引起的信號分離由體波引起的信號，基于由彈性表面波引起的信號，高精度地求出被測量物的物理特性。
[0014]解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的一方面涉及的被測量物特性測量裝置，具備彈性表面波元件，所述彈性表明波元件具備:梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激振起彈性波，并接收基于所述彈性波的反射；反射部，其具有第三面和第四面，所述第三面形成在所述梳形電極和與所述彈性波的傳播方向上的所述壓電基板的所述第一面正交的第二面之間、在所述第一面的法線方向上與所述第一面不同的位置，所述第四面在所述第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面；反應(yīng)場，其形成于所述梳形電極和所述反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及傳播部，其形成于所述反射部和所述第二面之間，所述被測量物特性測量裝置將在從所述梳形電極沿所述反應(yīng)場傳播、由所述反射部的所述第四面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的沿所述壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌?，從在由所述壓電基板的所述第二面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的沿所述壓電基板的內(nèi)部傳播的體波分離并提取出，基于提取出的所述彈性表面波求出所述被測量物的特性。
[0016]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選從所述壓電基板的所述表面向所述壓電基板的內(nèi)部的方向上的所述反射部所具有的壁的高度d是滿足下式的關(guān)系的值:
[0017]λ /2 含 d 含 H/2
[0018]λ:所述彈性波的波長
[0019]H:所述壓電基板的厚度。
[0020]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述梳形電極具備Ν(Ν為I以上的整數(shù))對多個(gè)電極指，從所述反射部的所述第四面到所述壓電基板的所述端部為止的距離L2是滿足下式的關(guān)系的值:
[0021]L2 ^ NX λ /2
[0022]λ:所述彈性波的波長[0023]N:構(gòu)成所述梳形電極的多個(gè)電極指的對數(shù)。
[0024]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面相對所述壓電基板的所述第一面平行。
[0025]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是曲面。
[0026]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是相對所述壓電基板的所述第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。
[0027]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選在所述反射部，在不從所述壓電基板的所述第一面突出的范圍內(nèi)填充樹脂。
[0028]此外，在與本發(fā)明的一方式涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選在所述壓電基板上，沿相對所述彈性波的傳播方向垂直的方向形成多個(gè)所述梳形電極，并在所述各梳形電極和所述反射部的所述第三面之間，形成與所述各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)所述反應(yīng)場。
[0029]發(fā)明效果
[0030]在本發(fā)明的被測量物特性測量裝置中，與彈性表面波在反應(yīng)場傳播、由反射部的反射面反射并在梳形電極接收相對，體波從反應(yīng)場向體波傳播部傳播，并在壓電基板的端部反射后，比彈性表面波延遲規(guī)定時(shí)間并在梳形電極接收。因此，利用該延遲時(shí)間將基于彈性波的信號從基于體波的信號分離，從而能夠提取由彈性表面波引起的信號。因此，基于由彈性表面波引起的信號，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0031]此外，沿反射部的延伸方向形成多個(gè)梳形電極，且在各梳形電極和反射部之間，形成與各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)反應(yīng)場，從而能夠同時(shí)地高精度地求出多個(gè)被測量物的物理特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1A是具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0033]圖1B是圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件的梳形電極引起的滑動彈性表面波信號及體波信號的接收時(shí)間和信號電平的關(guān)系的說明圖。
[0035]圖3是在本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件形成的槽部的變形例的部分放大截面圖。
[0036]圖4是具備本發(fā)明的第二實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0037]圖5是具備本發(fā)明的第三實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0038]圖6是說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的滑動彈性表面波信號及體波信號的傳播的圖。
[0039]圖7是具備彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的IB-1B線截面圖。
[0040]圖8是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的槽部的深度為0.06 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。
[0041]圖9是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的槽部的深度為0.01 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。
[0042]圖10是說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式中的槽部的形狀的圖。
[0043]圖11是說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的形狀的圖。
[0044]圖12是示出具備圖11所示的槽部的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。[0045]圖13是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的變形例。
[0046]圖14是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的變形例。
[0047]圖15是具備本發(fā)明的第五實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0048]圖16A是圖15所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0049]圖16B是示出在圖16A的符號A所示的部分的放大截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0051]〈第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)〉
[0052]圖1A是具備第一實(shí)施方式的彈性表面波的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖，圖1B是圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0053]被測量物特性測量裝置10測量例如液體狀的被測量物的物理特性。被測量物特性測量裝置10具備彈性表面波元件12、由振蕩器14、分配器16、開關(guān)17及彈性波檢測器18構(gòu)成的測量部20、由電腦等構(gòu)成的處理部22。
[0054]彈性表面波元件12具備:壓電基板24、在壓電基板24上形成、激勵彈性波的梳形電極26、在梳形電極26和彈性波的傳播方向(箭頭X方向)上的壓電基板24的端部28之間形成的槽部(反射部)30、在梳形電極26和槽部30之間形成、負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場32、以及傳播在槽部30和端部28之間形成的體波的體波傳播部34 (傳播部)。
[0055]彈性波(elasticwave)包括彈性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)、體波等的各種波。此外，彈性表面波是沿壓電基板的表面?zhèn)鞑サ牟?，體波是在壓電基板的內(nèi)部傳播的波。此外，在被測量物是液體的情況下，彈性表面波是滑動彈性表面波(SH-SAW =Shearhorizontal Surface Acoustic Wave)。在第一實(shí)施方式中，作為彈性表面波的例子,使用滑動彈性表面波進(jìn)行說明。在第一實(shí)施方式中，滑動彈性表面波在壓電基板24的表層部分(第一面)傳播，滑動彈性表面波的一部分在槽部(反射部)30的反射面(第四面)36反射，滑動彈性表面波的殘留部分通過圖1B中的槽部30的底面(第三面)和壓電基板24的下表面之間。此外，體波沿壓電基板24的整體傳播，體波的一部分在槽部30的反射面36反射，體波的剩余部分通過圖1B中的槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間，在傳播過體波傳播部34后，在壓電基板24的端部(第二面)28反射。這里，如圖1A及圖1B所示，槽部30具有的底面相對壓電基板24的表層部分是平行的。
[0056]壓電基板24若具有能使彈性表面波傳播的功能，則壓電基板24的構(gòu)造并無特別限定，優(yōu)選是36°旋轉(zhuǎn)Y板X傳播LiTaO3 (鉭酸鋰單結(jié)晶)。
[0057]梳形電極26如下地構(gòu)成:將極性不同的多對電極指27a、27b按彈性表面波的波長入的間隔沿傳播方向排列N對(例如,在圖1A中為4對)。梳形電極26基于在振蕩器14生成的高頻振蕩信號(例如，中心頻率為250MHz)激勵彈性表面波，在反應(yīng)場32傳播。梳形電極26接收在反應(yīng)場32傳播并由槽部30的反射面36反射、經(jīng)由反應(yīng)場32返回的滑動彈性表面波。此外,梳形電極26接收從反應(yīng)場32向體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射、經(jīng)由體波傳播部34及反應(yīng)場32返回的體波。梳形電極26為了避免因被測量物附著而測量精度降低，利用樹脂或玻璃等的密封部件38密封。[0058]槽部30在與彈性表面波的傳播方向正交的方向(箭頭Y方向)配置。槽部30沿與彈性表面波的傳播方向正交的方向從壓電基板24的一端(第一基板端)向另一端(第二基板端)延伸地形成。槽部30具有與彈性表面波傳播的壓電基板24的表面近似垂直的反射面36。這樣，槽部30的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切?。換言之，由槽部30的反射面36、底面、與體波傳播部34的表面是相同平面的、以封閉槽部30的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30的截面形狀是四角形。反射面36使滑動彈性表面波向梳形電極26反射。從槽部30的壓電基板24的表面朝向壓電基板24的內(nèi)部的方向上的深度d(參照圖1B，反射部具有的壁高d)由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者選擇滿足下式的關(guān)系的值:
[0059]λ /2 芻 d 芻 H/2
[0060]λ:彈性表面波的波長
[0061]H:壓電基板24的厚度。
[0062]在反應(yīng)場32形成在壓電基板24上蒸鍍的金屬膜40。金屬膜40構(gòu)成電短路的短路傳播路徑。金屬膜40的材料如無特別限制，優(yōu)選對在反應(yīng)場32滴下的被測量物化學(xué)穩(wěn)定的金屬。
[0063]體波傳播部34是體波傳播的區(qū)域，從槽部30的反射面36到壓電基板24的端部28為止的距離L2，由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者選擇滿足下式的關(guān)系的值:
[0064]L2 3NXA/2
[0065]λ:彈性表面波的波長
[0066]N:電極指27a、27b的對數(shù)。
[0067]構(gòu)成測量部20的振蕩器14生成高頻振蕩信號。分配器16向梳形電極26供給高頻振蕩信號，并向彈性波檢測器18供給高頻振蕩信號。彈性波檢測器18檢測在分配器16分配的高頻振蕩信號和基于由梳形電極26接收的彈性表面波的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部22。處理部22基于從彈性波檢測器18供給的信號求出被測量物的物理特性。此外，處理部22在規(guī)定的定時(shí)，切換開關(guān)17的端子I和端子3的連接，或端子2和端子3的連接。此外，物理特性是例如被測量物的粘度、密度等。處理部22求出例如向反應(yīng)場32沒有滴下任何東西的狀態(tài)時(shí)、供給的信號的頻率變化和相位變化。在向反應(yīng)場32首先沒有滴下任何東西的情況下，被測量物是空氣。接著，求出在向反應(yīng)場32滴下被測量物的狀態(tài)時(shí)供給的信號的頻率變化、相位變化。處理部22通過算出該2個(gè)測量數(shù)據(jù)，算出滴下的被測量物的粘度、密度等。
[0068]〈采用第一實(shí)施方式的測量處理〉
[0069]第一實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置10基本上是如上構(gòu)成的。接著，對使用被測量物特性測量裝置10的被測量物的物理特性的測量處理，使用圖1A、圖1B及圖6進(jìn)行說明。圖6是說明第一實(shí)施方式中的滑動彈性表面波信號及體波信號的傳播的圖。圖6與圖1B同樣，示出圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面的一部分。在圖6中，曲線sill表不滑動彈性表面波信號，曲線sll2及sll3表體波信號。
[0070]首先，測量者將被測量物向彈性表面波元件12的反應(yīng)場32滴下。在該情況下，梳形電極26由密封部件38密封，故能夠避免因向梳形電極26附著被測量物而使測量精度降低的狀況。此外，作為被測量物，若是液體狀的被測量物，例如，可以是純凈液體、混合液的任一種，特別在測量甲醇、乙醇等的酒精的物理特性的情況下有效。此外，在被測量物中包含抗原、抗體、細(xì)菌等的狀態(tài)下，也能夠測量物理特性。
[0071]接著，在振蕩器14突發(fā)生成的高頻振蕩信號在分配器16被分配，向梳形電極26及彈性波檢測器18供給相同信號。在梳形電極26中，基于供給的高頻振蕩信號使彈性波激振。彈性波沿著被測量物的滴下的反應(yīng)場32向箭頭X方向傳播。
[0072]在該情況下，在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的、滑動彈性表面波slll，在壓電基板24的表層部分傳播，一部分隨槽部30的反射面36 (反射面36A(圖6))反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。
[0073]此外，在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的體波(sll2，sll3)，在壓電基板24的整體傳播，如圖6所不，一部分(sll3)通過槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間在體波傳播部34傳播，到達(dá)壓電基板24的端部28。接下來，該體波sll3在被端部28反射后，再次在體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播并在梳形電極26接收。
[0074]這里，為了高精度地檢測滑動彈性表面波，槽部30的深度d由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者如以下那樣選擇?；瑒訌椥员砻娌ㄊ茄貕弘娀?4的表層部分傳播的波。因此，通過將槽部30的深度d選擇為滿足如下的式(I)的關(guān)系的值，彈性表面波元件12能夠?qū)?0%以上的滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射，在梳形電極26接收。
[0075]λ /2 蘭 d (I)
[0076]λ:彈性波的波長。
[0077]另一方面，體波是在壓電基板24的整體傳播的波。因此，槽部30的深度d為壓電基板24的厚度H的一半以下，通過選擇為滿足下式(2)的關(guān)系的值，彈性表面波元件12將槽部30的反射面36的體波的反射抑制到50%以下，能夠?qū)⑹Ｓ嗖糠值捏w波從槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間傳播到體傳播部34。
[0078]d ^ H/2 (2)。
[0079]因此，設(shè)計(jì)者為了高精度地檢測由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波，根據(jù)(I)、(2)式，將槽部的深度d選擇為滿足下式(3)的關(guān)系的值:
[0080]λ /2 蘭 d 蘭 H/2 (3)。
[0081]此外，為了時(shí)間上分離地檢測由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波、以及在體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射的體波，設(shè)計(jì)者如下地設(shè)定體波傳播部34的距離L2。即，構(gòu)成梳形電極26的極性不同的多對的電極指27a、27b的間隔是彈性波的波長λ，設(shè)電極指27a、27b的對數(shù)為N，則梳形電極26的寬度為(NX λ )(其中，N為I以上的整數(shù))。為了可靠地分離滑動彈性表面波和體波，設(shè)計(jì)者將滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射并返回到梳形電極26的時(shí)間tl、和體波在壓電基板24的端部28反射并返回梳形電極26的時(shí)間t2的時(shí)間差(t2 - tl)，選擇為滿足下式(4)的關(guān)系的值:
[0082]t2 — tl 芎 NX λ /v (4)
[0083]V:彈性波的傳播速度。
[0084]該時(shí)間差(t2 — tl)是體波在距離L2的傳播部36往復(fù)時(shí)所需的時(shí)間，是下式(5)
[0085]t2 — tl = 2XL2/v (5)。
[0086]因此，為了時(shí)間上從接收的彈性波分離體波，高精度地檢測滑動彈性表面波，設(shè)計(jì)者從⑷、(5)式將傳播部36的距離L2選擇為滿足下式(6)的關(guān)系的值:
[0087]L2 3NXA/2 (6)。
[0088]由梳形電極26接收的滑動彈性表面波及體波轉(zhuǎn)換為滑動彈性表面波信號及體波信號后，向彈性波檢測器18供給。圖2是第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12的梳形電極26的滑動彈性表面波信號及體波信號的接收時(shí)間和信號電平的關(guān)系說明圖。在圖2中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示信號電平。彈性波檢測器18檢測從分配器16供給的高頻振蕩信號與接收的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于該檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部22。處理部22將從彈性波檢測器18供給的這些信號中對滑動彈性表面波信號延遲規(guī)定時(shí)間的體波信號分離，基于與滑動彈性表面波信號相關(guān)的信號，求出被測量物的物理特性。在圖2中，以時(shí)間tl為中心分離的信號SlOl是滑動彈性表面波信號，以比該滑動彈性表面波信號延遲的時(shí)間t2為中心分離的信號sl02是體波信號。
[0089]這樣，具備第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12的被測量物特性測量裝置10構(gòu)成為，在反應(yīng)場32傳播、在由槽部(反射部)30的反射面36反射后向梳形電極26輸入的滑動彈性表面波、以及從反應(yīng)場32通過槽部30的下部在體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射后向梳形電極26輸入的體波之間產(chǎn)生規(guī)定的時(shí)間差。因此，處理部22由從彈性波檢測器18供給的信號分離相對于基于滑動彈性表面波的信號延遲規(guī)定時(shí)間而供給的基于體波的信號。其結(jié)果是，處理部22能夠基于與滑動彈性表面波相關(guān)的信號，高精度地求出在反應(yīng)場32滴下的被測量物的物理特性。
[0090]此外，彈性表面波元件12采用如下的結(jié)構(gòu):使滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射并往返，另一方面使體波在壓電基板24的端部28反射并往返，以單一的梳形電極26檢測滑動彈性表面波及體波。因此，能夠得到具備能高精度地求出被測量物的物理特性的小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12的被測量物特性測量裝置10。
[0091]圖3是在第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12形成的槽部30的變形例的部分放大截面圖。圖3與圖1B同樣示出圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面的一部分。在槽部30，在不從壓電基板24的表面突出的范圍內(nèi)，用樹脂42例如環(huán)氧樹脂填充。此外，在圖3中，槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0092]通過這樣構(gòu)成，能夠抑制由槽部30的反射面36導(dǎo)致的滑動彈性表面波的聲(特性)阻抗的變化。即，在槽部30未填充樹脂42的情況下，在槽部30有空氣層時(shí)，在槽部30有液體狀的被測量物滴下時(shí)，反射面36的聲(特性)阻抗大為不同。因此，在槽部30滴下被測量物時(shí)，由梳形電極26檢測的信號電平也大大地變化，測量誤差有可能變大。相對于此，在槽部30的一部分填充樹脂42的情況下，即使產(chǎn)生被測量物的一部分向槽部30滴下的那樣的狀況，反射面36的聲(特性)阻抗的變化也較小。因此，能夠避免梳形電極26檢測的信號電平隨被測量物的滴下狀態(tài)而不同的狀況。其結(jié)果是，能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下高精度地求出被測量物的物理特性。
[0093]此外，通過以樹脂42不從壓電基板24的表面突出的方式在槽部30填充樹脂42，即使在被測量物滴下到槽部30內(nèi)的樹脂42上的情況下，對于由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波的影響變小。因此，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0094]〈第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)〉
[0095]圖4是具備第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44的被測量物特性測量裝置46的俯視構(gòu)成圖。此外，構(gòu)成彈性表面波元件44的材料與第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12是同樣的。
[0096]被測量物特性測量裝置46具備彈性表面波元件44、由振蕩器48、分配器50、彈性波檢測器52、開關(guān)53a及開關(guān)53b構(gòu)成的測量部54、以及處理部56。此外，開關(guān)53a及開關(guān)53b的端子I和端子3的連接、或端子2和端子3的連接的切換由處理部56進(jìn)行。
[0097]彈性表面波元件44具備在壓電基板58上(第一面)形成的2個(gè)梳形電極60a、60b，在梳形電極60a、60b和壓電基板58的端部(第二面)62之間形成的槽部(反射部)64、在各梳形電極60a、60b和槽部64之間與各梳形電極60a、60b對應(yīng)地形成的反應(yīng)場66a、66b、以及在槽部64和端部62之間形成的體波傳播部68。
[0098]2個(gè)梳形電極60a、60b在槽部64的長度方向(箭頭Y方向)并排地形成，與梳形電極26 (參照圖1A、圖1B)同樣地由樹脂或玻璃等的密封部件70a、70b密封。此外，梳形電極60a及60b分別相當(dāng)于圖1A、圖1B的梳形電極26，具有相當(dāng)于極性各不相同的多對電極指27a及27b的多對電極指。
[0099]槽部64形成有在2個(gè)梳形電極60a、60b和彈性表面波的傳播方向(箭頭X方向)中的壓電基板58的端部62之間形成、與反射面36對應(yīng)的反射面(第四面)72。此外，槽部64的截面例如與圖1B同樣，槽部的深度如符號d所示。槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0100]反應(yīng)場66a、66b在各梳形電極60a、60b和槽部64之間，與各梳形電極60a、60b對應(yīng)地形成。在各反應(yīng) 場66a、66b形成在壓電基板58上蒸鍍的金屬膜74a、74b。
[0101]在槽部64和端部62之間形成與體波傳播部34 (參照圖1A、圖1B)同樣的體波傳播部68。
[0102]構(gòu)成測量部54的振蕩器48生成高頻振蕩信號。分配器50將高頻振蕩信號向各梳形電極60a、60b供給，并向彈性波檢測器52供給。彈性波檢測器52檢測在分配器50分配的高頻振蕩信號和基于在各梳形電極60a、60b接收的彈性表面波的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部56。處理部56基于從彈性波檢測器52供給的信號，求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的被測量物的物理特性。
[0103]這樣，第二實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46以第一組(梳形電極60a、反應(yīng)場66a)和第二組(梳形電極60b、反應(yīng)場66b)，以傳播方向與X方向平行的方式并排地配置。
[0104]〈第二實(shí)施方式的測量處理〉
[0105]在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式的測量裝置46中，與第一實(shí)施方式的測量裝置10同樣，能夠測量向各反應(yīng)場66a、66b滴下的被測量物的物理特性。
[0106]即，在振蕩器48生成的高頻振蕩信號在分配器50分配，向彈性表面波元件44的各梳形電極60a、60b及測量部54的彈性波檢測器52供給。
[0107]在梳形電極60a中，彈性波基于供給的高頻振蕩信號激振，滑動彈性表面波沿著被測量物滴下的反應(yīng)場66a向箭頭X方向傳播后，到達(dá)反射面72。接下來，滑動彈性表面波被反射面72反射，再次在反應(yīng)場66a傳播，由梳形電極60a接收。由梳形電極60b激振的滑動彈性表面波與上述的實(shí)施方式同樣。
[0108]此外，由梳形電極60a激振的體波從反應(yīng)場66a向體波傳播部68傳播，到達(dá)端部62。接下來，體波由端部62反射，再次在體波傳播部68及反應(yīng)場66a傳播，在梳形電極60a接收。由梳形電極60b激振的體波，與上述的實(shí)施方式是同樣的。
[0109]由各梳形電極60a、60b接收的滑動彈性表面波及體波在向滑動彈性表面波信號及體波信號轉(zhuǎn)換后，向彈性波檢測器52供給。彈性波檢測器52檢測從分配器50供給的高頻振蕩信號和接收的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于該檢測的振幅比、相位差的信號輸出到處理部56。處理部56分離從彈性波檢測器52供給的信號中的、相對于滑動彈性表面波的信號延遲規(guī)定時(shí)間的體波的信號，基于得到的滑動彈性表面波的信號，求出向反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。
[0110]在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46中，與第一實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置10同樣，從彈性表面波的信號分離體波的信號，基于滑動彈性表面波的信號，求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。即，在被測量物特性測量裝置46中，能夠同時(shí)高精度地求出相同或不同的多個(gè)被測量物的物理特性。
[0111]此外，在包括第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44的被測量物特性測量裝置46中，能夠同時(shí)求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。而且，通過僅向一個(gè)反應(yīng)場66a滴下被測量物，處理各梳形電極60a、60b檢測的滑動彈性表面波信號，也能補(bǔ)償彈性表面波元件44的環(huán)境條件的變化、例如溫度變化的影響而高精度地求出被測量物的物理特性。
[0112]〈第三實(shí)施方式〉
[0113]圖5是具備第三實(shí)施方式的彈性表面波元件76的被測量物特性測量裝置78的俯視構(gòu)成圖。此外，對與第二實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)單元標(biāo)記相同的參照符號，并省略其詳細(xì)說明。此外，構(gòu)成彈性表面波兀件76的材料,與第一實(shí)施方式的彈性表面波兀件12同樣。此夕卜，槽部64的截面例如與圖1B同樣，槽部的深度如符號d所示。槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0114]如圖5所示，彈性表面波元件76具有剝離第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44 (參照圖4)中的反應(yīng)場66b的金屬膜74b的一部分而露出壓電基板58的剝離部80。除了剝離部80的結(jié)構(gòu)外，彈性表面波元件76的結(jié)構(gòu)與彈性表面波元件44的結(jié)構(gòu)相同。壓電基板58露出的反應(yīng)場66b，是與具有與反應(yīng)場66a不同的振幅.相位特性的電開放狀態(tài)。
[0115]在反應(yīng)場66a電短路時(shí)的輸出信號,僅接受力學(xué)相互作用。此外,在反應(yīng)場66b電開放時(shí)的輸出信號，接受物理相互作用(電相互作用及力學(xué)相互作用)。因此，從基于兩個(gè)反應(yīng)場66b和反應(yīng)場66a的輸出信號抵消力學(xué)相互作用并提取電相互作用，能夠求出被測量物的介電常數(shù)、導(dǎo)電率(例如，參照羽藤逸文等2名，“SAW振蕩器一體型SAW傳感器系統(tǒng)的開發(fā)”，信學(xué)技報(bào)，電子信息通信學(xué)會，2003年2月)。
[0116]在這樣構(gòu)成的第三實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置78中，向各反應(yīng)場66a、66b滴下相同的被測量物，然后，利用各梳形電極60a、60b激振彈性波。處理部56基于與從電短路的反應(yīng)場66a得到的滑動彈性表面波的信號、和從電開放的反應(yīng)場66b得到的滑動彈性表面波的信號，能夠高精度地求出被測量物的介電常數(shù)、導(dǎo)電率等物理特性。
[0117]此外，在第一至第三實(shí)施方式中，舉例說明了槽部(反射部)(30、64)是槽，但本發(fā)明并不限于該構(gòu)造。圖7是具備彈性表面波元件12’的被測量物特性測量裝置的IB-1B線截面圖。此外，圖7示出第一實(shí)施方式的圖1A的截面圖，在第二實(shí)施方式(圖4)、第三實(shí)施方式(圖5)也能夠同樣適用圖7所示的構(gòu)造。
[0118]如圖7所示，彈性表面波元件12’沿壓電基板24的表面(第一面)的法線方向形成有與表面配置在不同位置的第三面36C’。該第三面與體波傳播部34的上表面連續(xù)。而且，作為第四面的反射面36A’，連結(jié)第一面的端部和第三面的端部而形成。即，也可以是，在本發(fā)明的被測量物特性測量裝置(10、46及78)中，僅具有反射面36(36A、36’及72)，而不具有與反射面36(36A、36’及72)平行地設(shè)置的面36B(參照圖6)。通過這樣構(gòu)成，與第一至第三實(shí)施方式同樣，滑動彈性表面波sill由反射面36A’反射，體波sll3由端部28反射，因而能夠分離滑動彈性表面波sill和體波sll3。因此，能夠得到能高精度地求出被測量物的物理特性的、具備小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12’的被測量物特性測量裝置10。
[0119]〈第四實(shí)施方式〉
[0120]圖8是示出第一實(shí)施方式中的槽部30的深度d為0.06 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。圖9是示出第一實(shí)施方式中的槽部30的深度d為0.01 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。在圖8及圖9中，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不信號電平。在圖8及圖9中，曲線s401及s411是體波的時(shí)間對信號電平的特性，曲線s402及s412是滑動彈性表面波的時(shí)間對信號電平的特性。
[0121]如圖1B或圖6所示，在第一實(shí)施方式中，槽部30的底面(第三面)與壓電基板24的下表面大致平行地形成。
[0122]如圖8所示，槽部30的深度d為0.06 (mm)時(shí)，時(shí)刻約2 ( μ s)至約3(μ s)之間，體波s401和滑動彈性表面波s402的電平差約為60 (dB)。接著，如圖9所示，在槽部30的深度d為0.01 (mm)時(shí)，時(shí)刻約2 ( μ s)至約3 ( μ s)之間，體波s411和滑動彈性表面波s412的電平差約為70 (dB)。
[0123]這樣，在槽部30的深度d比規(guī)定的深度深的情況下，體波的信號電平變大。其原因在于，如如圖6中說明的那樣，體波反射到槽部30的反射面36A，返回梳形電極26的信號電平變大。因此，在反射面36A滿足上述關(guān)系式(3)的情況下，能夠增大體波s401和滑動彈性表面波s402的電平差。
[0124]然而，如圖9所示，即使槽部30的深度d為0.01 (mm)，超過時(shí)刻約3 ( μ s)后，體波s401的信號電平上升。這里，說明超過時(shí)刻約3(μ s)后體波s401的信號電平上升的理由。
[0125]圖10是說明槽部30中的端部導(dǎo)致的反射的圖。與圖6相同的部位使用相同符號并餐略說明。
[0126]在圖10中，點(diǎn)401表示槽部30中的反射面(第四面)36Α的端部。此外，曲線s421表示體波，箭頭s422和箭頭s423表示由端部401新產(chǎn)生的體波。此外符號36B表示與反射面36A對置并與體波傳播部34相接設(shè)置的面,符號36C表不槽部30的底面(第三面)。
[0127] 如圖10所示，在通過槽部30的底面36C和壓電基板24的下表面之間并在端部(第二面)28反射的體波sll3以外，存在在槽部30的反射面36A反射的體波sll2、s421。在反射面36A的端部401反射的體波s421，不僅在端部401反射，如箭頭s422及箭頭s423那樣，產(chǎn)生新的體波。這樣新產(chǎn)生的體波s422及s423，延遲到達(dá)梳形電極26，如圖9所示，超過時(shí)刻約3(μ s)后，體波s401的信號電平上升。
[0128]因此，在第四實(shí)施方式中，通過抑制在槽部的端部新產(chǎn)生的體波，能夠進(jìn)一步改善體波和滑動彈性表面波的分離。
[0129]圖11是說明第四實(shí)施方式的槽部30a的形狀的圖。在圖11中，設(shè)彈性表面波傳播的方向?yàn)閄方向，對彈性表面波傳播的方向垂直的方向?yàn)閅方向，設(shè)壓電基板24的厚度方向?yàn)閆方向。此外，圖11是對第一實(shí)施方式的圖1A所示的被測量物特性測量裝置10適用第四實(shí)施方式的槽部30a的例子的圖，也可適用于第二及第三實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46及78。此外H是壓電基板24的Z方向的厚度。
[0130]如圖11所示，槽部(反射部)30a具有沿Z方向深度d的側(cè)面(第四面)36Aa及側(cè)面36Ba、以及例如直徑w的半圓的曲面(第三面)36Ca (所述第三面的至少一部分是曲面)。該側(cè)面36Aa的深度d與第一實(shí)施方式同樣，為λ/2以上且H/2以下。此外，與第一至第三實(shí)施方式同樣，側(cè)面36Ba也可與側(cè)面36Aa大致平行地形成。
[0131]曲面36Ca的Z方向的深度d’例如是w/2。因此，槽部30a的深度的總計(jì)最大為d+d，。
[0132]這樣，彈性表面波元件12a中的槽部30a的底面36Ca如第一至第三實(shí)施方式的底面36C(參照圖6)那樣，不是與壓電基板24的下表面大致平行的形狀，而是具有曲面。因此，底面36Ca的X方向的位置隨Z方向的位置而不同。X方向的位置隨Z方向的位置而不同，具體而言，在用XZ平面表示底面36Ca的各坐標(biāo)的情況下，如位置I = (xl，zl)，位置2
=(x2，z2)，......那樣，對每個(gè)位置，至少X方向或Z方向的坐標(biāo)不同。此外，槽部30a也
可利用凸多角形形成為近似半圓。
[0133]此外，在第四實(shí)施方式中，側(cè)面36Aa相當(dāng)于第一實(shí)施方式的反射面36。
[0134]圖12是示出具備圖11所示的槽部30a的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。在圖12中，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不信號電平。此外，曲線s451是體波的時(shí)間對信號電平的特性，曲線s452是滑動彈性表面波的時(shí)間對信號電平的特性。圖12是在圖11中槽部30a的深度d+d’為0.06 (mm)的情況的測量值。
[0135]如圖12所示那樣，在具有槽部30a的情況下，時(shí)刻約2(ys)至約3 ( μ s)之間，體波s451和滑動彈性表面波s452的電平差與圖9同樣為約70 (dB)。在圖9中，超過時(shí)刻約3(ys)后，體波s401的信號電平上升，但在第四實(shí)施方式中，如圖12所示，即使超過時(shí)刻約3(ys)，體波s451的電平也不上升。這樣，圖12所示的測量值，即使與相同深度0.06 (mm)的圖8及具有側(cè)面36A及36B而深度為0.01 (mm)的圖9的任一個(gè)比較，體波的信號電平都有降低。
[0136]這里，說明在將第四實(shí)施方式的槽部30a適用于被測量物特性測量裝置的情況下，能夠減少體波導(dǎo)致的信號電平的理由。如在圖10中說明的那樣，在體波反射的面存在端部時(shí)，利用該端部產(chǎn)生新的體波。如圖11所示，在利用曲面形成與槽部30a的側(cè)面36Aa連續(xù)的底面36Ca的情況下，在側(cè)面36Aa和底面36Ca的連接部等形成端部。因此，若如圖11所示的槽部30a那樣形成，則不會產(chǎn)生端部引起的新體波。
[0137]在圖11的情況下，在側(cè)面36Aa和底面36Ca都反射體波。然而，底面36Ca是曲面，在該面反射并由梳形電極26 (圖1A、圖1B參照)接收的體波的定時(shí)，隨例如Z方向的深度的位置而不同。即，梳形電極26接收的體波被分散。其結(jié)果是，依據(jù)第四實(shí)施方式，如圖12所示，即使超過時(shí)刻約3 ( μ s)，也能夠減少體波引起的信號電平。
[0138]如以上那樣，具有第四實(shí)施方式的彈性表面波元件12a的槽部30a，與在第一至第三實(shí)施方式說明的槽部30同樣，具有對XY平面垂直的側(cè)面36Aa，而且作為底面具有曲面36Ca。由于該結(jié)構(gòu)，第四實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置中的彈性表面波元件12a與第一至第三實(shí)施方式相比，能進(jìn)一步提高滑動彈性表面波和體波的分離。其結(jié)果是，能夠得到能高精度地求出被測量物的物理特性的、具備小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12a的被測量物特性測量裝置10。
[0139]接著，說明槽部的形狀的變形例。
[0140]圖13及圖14是第四實(shí)施方式的槽部的變形例。此外，圖13及圖14是XZ平面中的彈性表面波元件的截面圖的一部分。此外，壓電基板的Z方向的厚度為H。
[0141]如圖13所示，彈性表面波元件12b的槽部(反射部)30b具備沿Z方向深度d的側(cè)面36Ab及側(cè)面36Bb、斜面36Cbl (第三面)以及斜面36Cb2 (第三面)。斜面36Cbl是對側(cè)面36Ab以角Θ I傾斜,在一端(端部411、第一端)與側(cè)面36Ab接觸的平面。斜面36Cb2是對側(cè)面36Bb以角Θ I傾斜，在一端(第一端)與側(cè)面36Bb接觸的平面。斜面36Cbl的另一端(端部412、第二端)與斜面36Cb2的另一端相接。此外，側(cè)面36Ab的深度d與第一實(shí)施方式同樣，是λ/2以上且H/2以下。此外，槽部30b的Z方向中的深度是最大d+d’。SP，槽部30b具有的斜面的至少一部分，是對壓電基板的第一面的法線方向以規(guī)定角度傾斜而形成的斜面。這樣，槽部30b的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切?。換言之，由側(cè)面36Ab、側(cè)面36Bb、斜面36Cbl、斜面36Cb2、作為與體波傳播部34的表面相同的平面、以封閉槽部30b的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下，稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30b的截面形狀是五角形。
[0142]此外，在圖13所示的例子中，說明了側(cè)面36Ab和側(cè)面36Bb的深度相同的情況，但深度也可不同。但是，即 使在該情況下，側(cè)面36Ab的深度d為λ/2以上且H/2以下即可。同樣，側(cè)面36Ab和斜面36Cbl所成的角Θ 1、以及側(cè)面36Bb和斜面36Cb2所成的角Θ 1，可相同也可不同。這樣槽部30b形成為凸多角形。
[0143]如圖14所示，彈性表面波元件12c的槽部(反射部)30c具有沿Z方向深度d的側(cè)面36Ac、沿Z方向深度d+d’的側(cè)面36Bc、斜面36Ccl(第三面)、以及底面36Cc2。斜面36Ccl是對側(cè)面36Ac以角Θ 2傾斜，在一端(端部421，第一端)與側(cè)面36Ac接觸的平面。底面36Cc2的一端在斜面36Ccl的另一端(端部422，第二端)與斜面36Ccl接觸，底面36Cc2的另一端與側(cè)面36Bc的下端接觸，底面36Cc2與壓電基板24的下表面平行。
[0144]該側(cè)面36Ac的深度d與第一實(shí)施方式同樣，為λ/2以上且H/2以下。此外，槽部30c的Z方向中的深度最大為d+d’。即，槽部30c具有的斜面的至少一部分，是對壓電基板的第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。這樣，槽部30c的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切巍Q言之，由側(cè)面36Ac、側(cè)面36Bc、斜面36Ccl、底面36Cc2、作為與體波傳播部34的表面相同的平面、以封閉槽部30c的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下，稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30c的截面形狀是五角形。
[0145]此外，在圖14所示的例子中，槽部30c說明了具有底面36Cc2的例子，但也可不具有底面36Cc2。在該情況下，斜面36Ccl的另一端，也可與側(cè)面36Bc的下端相接。這樣槽部30c形成為凸多角形。
[0146]接著，說明如圖13及圖14那樣的形狀的槽部中的體波的傳播。[0147]如圖13所示，槽部30b具有端部411及端部412。因此，由這些端部產(chǎn)生新的體波。同樣,如圖14所示，槽部30c具有端部421及端部422。因此，由這些端部產(chǎn)生新的體波。
[0148]然而，第四實(shí)施方式的槽部30b與第一至第三實(shí)施方式(例如圖6)不同，具有與深度d的側(cè)面36Ab連續(xù)的斜面36Cbl。同樣，第四實(shí)施方式的槽部30c具有與深度d的側(cè)面36Ac連續(xù)的斜面36Ccl。
[0149]因此，體波不僅在上述的端部(411及412，或421及422)反射，在斜面36Cbl或36Ccl的各位置都反射。斜面36Cbl或36Ccl與圖11所示的底面36Ca同樣，斜面的XZ平面的各位置不同。
[0150]因此，在本實(shí)施方式中，在端部411、412、421及422產(chǎn)生的新的體波的基礎(chǔ)上，梳形電極24還各在不同時(shí)刻接收在各位置反射的體波。其結(jié)果是，與底面36Ca是曲面的情況同樣，梳形電極24接收的體波在時(shí)間方向上分散。因此，依據(jù)具備圖13或圖14的槽部30b或30c的彈性表面波元件12b或12c，能夠減少體波引起的信號電平。
[0151]如以上那樣，在第四實(shí)施方式中，在第一至第三實(shí)施方式的槽部(30或64)具有的深度d的側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)的基礎(chǔ)上，還具有曲面的底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)。利用該結(jié)構(gòu)，與第一至第三實(shí)施方式同樣,梳形電極24接收基于由側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)反射的滑動彈性表面波的信號。此外，梳形電極24接收基于由側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)、底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)及端部28反射的體波的信號。上述的由底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)及端部28反射的體波被分散接收。由此，如圖13那樣，即使在側(cè)面36Ab和斜面36Cbl之間有端部411等，也能夠分散體波，故能夠降低新產(chǎn)生的體波的影響。
[0152]因此，依據(jù)第四實(shí)施方式，利用第一至第三實(shí)施方式能夠進(jìn)一步降低體波，故能夠分離體波和滑動彈性表面波。其結(jié)果是，在第四實(shí)施方式中，通過這樣地使用從體波分離的滑動彈性表面波，能夠以高精度求出被測量物的物理特性。
[0153]〈第5實(shí)施方式〉
[0154]圖15是具備第5實(shí)施方式的彈性表面波元件12a的被測量物特性測量裝置IOa的俯視構(gòu)成圖。圖16A是圖15所示的彈性表面波元件12a的IB-1B線截面圖。圖16B是不出圖16A的符號A表不的部分的放大截面圖，是包括反射部500的部分放大圖。
[0155]被測量物特性測量裝置IOa測量被測量物的物理特性。被測量物特性測量裝置IOa具備彈性表面波元件12a、由振蕩器14a、分配器16a、開關(guān)17a及彈性波檢測器18a構(gòu)成的測量部20a、由電腦等構(gòu)成的處理部22。測量部20a與第一實(shí)施方式的測量部20具有同樣的功能。
[0156]彈性表面波元件12a具備壓電基板24、在壓電基板24上形成并使彈性波激振的梳形電極26、在梳形電極26和彈性波的傳播方向(箭頭X方向)中的壓電基板24的端部28之間形成的反射部500、在梳形電極26和反射部501?503之間形成并負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場32、在反射部501?503和端部28之間形成的體波傳播的體波傳播部34。反射部500具備反射部501?503。本實(shí)施方式的彈性表面波元件12a在具備反射部501?503的點(diǎn)上與第一實(shí)施方式不同。
[0157]此外，在圖15、圖16A及圖16B中，設(shè)彈性波的傳播方向?yàn)閄方向，與彈性表面波的傳播方向正交的方向?yàn)閅方向。
[0158]反射部501~503以沿Y方向從壓電基板24的一個(gè)端(第一基板端)向另一端(第二基板端)延伸的方式形成。反射部501~503具有與彈性波傳播的壓電基板24的表面大致垂直的高h(yuǎn)(參照圖16A及圖16B)的壁。反射部501~503的壁的高h(yuǎn)根據(jù)彈性表面波的波長λ決定。
[0159]反射部501沿X方向離開反應(yīng)場32距離Lll而形成。此外，反射部501的X方向的寬度是L12。反射部501沿X方向具有面511 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面521 (第四面)。
[0160]反射部502沿X方向離反射部501距離L13而形成。此外，反射部502的X方向的寬度是L14。反射部502沿X方向具有面512 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面522 (第四面)。
[0161]反射部503沿X方向離反射部502距離L15而形成。此外，反射部503的X方向的寬度是L16。反射部503沿X方向具有面513 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面523 (第四面)。
[0162]彈性表面波傳播壓電基板24的表層部分，在由反射部501~503的各面521~523反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26被接收。
[0163]此外，距離L11、L13及L15可以相同也可不同。寬度L12、L14及L16可以相同也可不同。此外，反射部501~50 3的反射面521~522的高度h，可以相同也可不同。
[0164]此外，在圖15、圖16A及圖16B中，示出了彈性表面波元件12a具備三個(gè)反射部的例子，但反射部的數(shù)是一個(gè)以上即可。
[0165]接著，說明采用被測量物特性測量裝置IOa的處理的一個(gè)例子。
[0166]處理部22切換開關(guān)17a以連接端子I和端子3。由此，分配器16a經(jīng)由開關(guān)17a向梳形電極26供給高頻振蕩信號。
[0167]梳形電極26基于供給的高頻振蕩信號使彈性波激振。彈性波沿被測量物的滴下的反應(yīng)場32向箭頭X方向傳播。
[0168]在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的、作為彈性表面波的滑動彈性表面波，在壓電基板24的表層部分傳播，在由反射部501~503的反射面521~523反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。此外，體波在壓電基板24的內(nèi)部的體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播，到達(dá)壓電基板24的端部28。接下來，該體波在利用端部28反射后，再次在體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。
[0169]處理部22切換開關(guān)17a以連接端子2和端子3。
[0170]由梳形電極26接收的彈性表面波及體波在轉(zhuǎn)換成彈性表面波信號及體波信號后，供給給彈性波檢測器18a。
[0171]此外，彈性波檢測器18a例如使用反射部501~503中的位于三個(gè)的中心的反射部502的反射引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。在反射部為兩個(gè)以上的情況下，彈性波檢測器18a也可使用在反射部501~503中配置在中心的反射部的反射引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。在反射部的數(shù)為偶數(shù)的情況下，例如在反射部為四個(gè)的情況(第一反射部至第四反射部)，彈性波檢測器18a可使用四個(gè)反射部中、配置在中心的第二反射部或第三反射部引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。[0172]如以上那樣，在第5實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置IOa中，彈性表面波在反應(yīng)場32傳播，相對于利用反射部500的反射面(521~523)反射并在梳形電極26接收，體波從反應(yīng)場向體波傳播部34傳播，在壓電基板24的端部28反射后，比彈性表面波延遲規(guī)定時(shí)間，在梳形電極26接收。因此，利用該延遲時(shí)間，從基于彈性波的信號分離基于體波的信號，能夠提取因彈性表面波引起的信號。因此，基于因彈性表面波引起的信號，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0173]此外，在第5實(shí)施方式中，舉I個(gè)例子說明了梳形電極26、反應(yīng)場32，但也可如第二及第三實(shí)施方式那樣是多個(gè)。即使在該情況下，例如，也可代替圖4的槽部64、圖5的槽部64而適用反射部500。
[0174]此外，在圖16A及圖16B中，反射部501~503的面511~513的形狀示出與壓電基板24大致平面的形狀的例子，但本發(fā)明并不限于該例。反射部501~503的面511~513的形狀也可以是其他形狀，例如半圓、斜面等。
[0175]此外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行變更。
[0176]例如，在第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44及第三實(shí)施方式的彈性表面波元件76形成的槽部64，與圖3所示的情況同樣，通過由樹脂42覆蓋，即使是被測量物的一部分滴下到槽部64的情況下，也能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0177]附圖標(biāo)記
[0178]10、10a、4 6、78、被測量物特性測量裝置
[0179]12、12a、44、76、彈性表面波元件
[0180]14、48、振蕩器16、50、分配器
[0181]18、52、彈性波檢測器 20、54、測量部
[0182]22、56、處理部24、58、壓電基板
[0183]26、60a、60b、梳形電極 27a、27b、電極指
[0184]28、62、端部30、64、槽部
[0185]32、66a、66b、反應(yīng)場 34、68、體波傳播部
[0186]36、72、521 ~523、反射面 38、70a、70b、密封部件
[0187]40、74a、74b、金屬膜 42、樹脂
[0188]80、剝離部500~504、反射部。
【權(quán)利要求】
1.一種被測量物特性測量裝置，其特征在于，具備彈性表面波元件，所述彈性表明波元件具備: 梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激勵彈性波，并接收基于所述彈性波的反射； 反射部，其具有第三面和第四面，所述第三面形成在所述梳形電極和與所述彈性波的傳播方向上的所述壓電基板的所述第一面正交的第二面之間、在所述第一面的法線方向上與所述第一面不同的位置，所述第四面在所述第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面； 反應(yīng)場，其形成于所述梳形電極和所述反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及 傳播部，其形成于所述反射部和所述第二面之間， 所述被測量物特性測量裝置將從所述梳形電極在所述反應(yīng)場傳播、由所述反射部的所述第四面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的在所述壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌◤挠伤鰤弘娀宓乃龅诙娣瓷?、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的在所述壓電基板的內(nèi)部傳播的體波中分離并提取出，基于提取出的所述彈性表面波求出所述被測量物的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 從所述壓 電基板的所述表面向所述壓電基板的內(nèi)部的方向上的所述反射部所具有的壁的高度d是滿足下式的關(guān)系的值:
λ /2 蘭 d 蘭 H/2 λ:所述彈性波的波長 H:所述壓電基板的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述梳形電極具備Ν(Ν為I以上的整數(shù))對多個(gè)電極指， 從所述反射部的所述第四面到所述壓電基板的所述端部為止的距離L2是滿足下式的關(guān)系的值:
L2 ^ NX λ /2 λ:所述彈性波的波長 N:構(gòu)成所述梳形電極的多個(gè)電極指的對數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面相對所述壓電基板的所述第一面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3、5中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是相對所述壓電基板的所述第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 在所述反射部，在不從所述壓電基板的所述第一面突出的范圍內(nèi)填充樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 在所述壓電基板上，沿相對所述彈性波的傳播方向垂直的方向形成多個(gè)所述梳形電極，并在各所述梳 形電極和所述反射部的所述第三面之間，形成與所述各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)所述反應(yīng)場。
【文檔編號】G01N29/02GK104024846SQ201280063121
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】吉村直之, 谷津田博美 申請人:日本無線株式會社
【專利摘要】本發(fā)明的被測量物特性測量裝置具備彈性表面波元件，該彈性表面波元件具備：梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激振起彈性波，并接收基于彈性波的反射；反射部，其具有第三面和第四面，該第三面形成在梳形電極和與彈性波的傳播方向上的第一面正交的第二面之間、在第一面的法線方向上與第一面不同的位置，該第四面在第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面；反應(yīng)場，其形成于梳形電極和反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及傳播部，其形成于反射部和第二面之間，該被測量物特性測量裝置基于把從梳形電極沿反應(yīng)場傳播、由第四面反射、并由梳形電極接收的彈性波從由第二面反射并由梳形電極接收的彈性波中所含有的體波分離而得的彈性表面波，求出被測量物的特性。
【專利說明】被測量物特性測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被測量物特性測量裝置，其具備彈性表面波元件，該彈性表明波元件形成有:在壓電基板上形成并激振起彈性表面波的梳形電極、在所述梳形電極和所述彈性表面波的傳播方向中的所述壓電基板的端部之間負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場。
[0002]本申請基于并要求在2011年12月22日提交的日本特愿2011-281603號及在2012年10月19日提交的日本特愿2012-232060號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參照。
【背景技術(shù)】
[0003]一般地，彈性表面波元件具備壓電基板、以及由設(shè)于所述壓電基板上的梳齒狀電極指(electrode fingers)構(gòu)成的發(fā)送電極及接收電極。在這樣構(gòu)成的彈性表面波元件中，向發(fā)送電極供給電信號時(shí)，在電極指間產(chǎn)生電場，利用壓電效應(yīng)使彈性表面波激振，該彈性表面波在壓電基板上傳播并使接收電極激振，轉(zhuǎn)換為電信號。研究了利用該彈性表面波中的、與壓電基板的表面平行極化的滑動彈性表面波(SH-SAW:Shear horizontal SurfaceAcoustic Wave)，進(jìn)行各種物質(zhì)的檢測、物性值等的測量的彈性表面波傳感器(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]在彈性表面波傳感器中，利用在壓電基板上負(fù)荷的被測量物的區(qū)域電開放的情況和短路的情況下，在接收電極能取得信號的特性存在差異，作為被測量物的物理特性，能夠求出介電常數(shù)、導(dǎo)電率。此外，在壓電基板上的發(fā)送電極和接收電極之間的傳播路上形成凹凸構(gòu)造，在該凹部負(fù)荷被測量物時(shí)，負(fù)荷的被測量物虛擬地形成膜。該膜與壓電基板一并激振，利用基于膜的質(zhì)量而諧振頻率變化的質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)，能夠求出被測量物的密度(專利文獻(xiàn)2)。
[0005]另一方面，專利文獻(xiàn)1、2的彈性表面波傳感器，在壓電基板上形成發(fā)送電極及接收電極，但已知有由利用彈性表面波的反射的一個(gè)收發(fā)電極構(gòu)成的彈性表面波傳感器(專利文獻(xiàn)3)。在該彈性表面波傳感器中，在收發(fā)電極激振的彈性波，在被測量物負(fù)荷的反應(yīng)場傳播后，在壓電基板的端部反射，并再次向收發(fā)電極輸入?；谠撔盘?，能夠測量被測量物的物理特性。在該情況下，通過用一個(gè)收發(fā)電極構(gòu)成彈性表面波元件，能夠小型地構(gòu)成彈性表面波元件。
[0006][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)]
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本國專利第3481298號公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本國專利第3248683號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本國日本特開2009-300302號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]發(fā)明要解決的課題[0012]然而，在彈性波中，包括沿壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌?、以及在壓電基板的?nèi)部傳播的體波。在由在專利文獻(xiàn)3公開的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的彈性表面波傳感器的情況下，在收發(fā)電極激振的彈性表面波及包含體波的彈性波，在壓電基板的端部反射，一起輸入到收發(fā)電極。因此，在得到的信號中，混合有基于彈性表面波的信號以及基于體波的信號，故存在不能夠高精度地求出被測量物的物理特性的情況。
[0013]本發(fā)明是為了消除所述的不良而做出的，其目的在于提供被測量物特性測量裝置，其能夠從彈性波引起的信號分離由體波引起的信號，基于由彈性表面波引起的信號，高精度地求出被測量物的物理特性。
[0014]解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的一方面涉及的被測量物特性測量裝置，具備彈性表面波元件，所述彈性表明波元件具備:梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激振起彈性波，并接收基于所述彈性波的反射；反射部，其具有第三面和第四面，所述第三面形成在所述梳形電極和與所述彈性波的傳播方向上的所述壓電基板的所述第一面正交的第二面之間、在所述第一面的法線方向上與所述第一面不同的位置，所述第四面在所述第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面；反應(yīng)場，其形成于所述梳形電極和所述反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及傳播部，其形成于所述反射部和所述第二面之間，所述被測量物特性測量裝置將在從所述梳形電極沿所述反應(yīng)場傳播、由所述反射部的所述第四面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的沿所述壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌?，從在由所述壓電基板的所述第二面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的沿所述壓電基板的內(nèi)部傳播的體波分離并提取出，基于提取出的所述彈性表面波求出所述被測量物的特性。
[0016]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選從所述壓電基板的所述表面向所述壓電基板的內(nèi)部的方向上的所述反射部所具有的壁的高度d是滿足下式的關(guān)系的值:
[0017]λ /2 含 d 含 H/2
[0018]λ:所述彈性波的波長
[0019]H:所述壓電基板的厚度。
[0020]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述梳形電極具備Ν(Ν為I以上的整數(shù))對多個(gè)電極指，從所述反射部的所述第四面到所述壓電基板的所述端部為止的距離L2是滿足下式的關(guān)系的值:
[0021]L2 ^ NX λ /2
[0022]λ:所述彈性波的波長[0023]N:構(gòu)成所述梳形電極的多個(gè)電極指的對數(shù)。
[0024]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面相對所述壓電基板的所述第一面平行。
[0025]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是曲面。
[0026]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是相對所述壓電基板的所述第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。
[0027]此外，在本發(fā)明的一方面涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選在所述反射部，在不從所述壓電基板的所述第一面突出的范圍內(nèi)填充樹脂。
[0028]此外，在與本發(fā)明的一方式涉及的所述被測量物特性測量裝置中，優(yōu)選在所述壓電基板上，沿相對所述彈性波的傳播方向垂直的方向形成多個(gè)所述梳形電極，并在所述各梳形電極和所述反射部的所述第三面之間，形成與所述各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)所述反應(yīng)場。
[0029]發(fā)明效果
[0030]在本發(fā)明的被測量物特性測量裝置中，與彈性表面波在反應(yīng)場傳播、由反射部的反射面反射并在梳形電極接收相對，體波從反應(yīng)場向體波傳播部傳播，并在壓電基板的端部反射后，比彈性表面波延遲規(guī)定時(shí)間并在梳形電極接收。因此，利用該延遲時(shí)間將基于彈性波的信號從基于體波的信號分離，從而能夠提取由彈性表面波引起的信號。因此，基于由彈性表面波引起的信號，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0031]此外，沿反射部的延伸方向形成多個(gè)梳形電極，且在各梳形電極和反射部之間，形成與各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)反應(yīng)場，從而能夠同時(shí)地高精度地求出多個(gè)被測量物的物理特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1A是具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0033]圖1B是圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件的梳形電極引起的滑動彈性表面波信號及體波信號的接收時(shí)間和信號電平的關(guān)系的說明圖。
[0035]圖3是在本發(fā)明的第一實(shí)施方式的彈性表面波元件形成的槽部的變形例的部分放大截面圖。
[0036]圖4是具備本發(fā)明的第二實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0037]圖5是具備本發(fā)明的第三實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0038]圖6是說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的滑動彈性表面波信號及體波信號的傳播的圖。
[0039]圖7是具備彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的IB-1B線截面圖。
[0040]圖8是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的槽部的深度為0.06 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。
[0041]圖9是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的槽部的深度為0.01 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。
[0042]圖10是說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式中的槽部的形狀的圖。
[0043]圖11是說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的形狀的圖。
[0044]圖12是示出具備圖11所示的槽部的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。[0045]圖13是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的變形例。
[0046]圖14是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的槽部的變形例。
[0047]圖15是具備本發(fā)明的第五實(shí)施方式的彈性表面波元件的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖。
[0048]圖16A是圖15所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0049]圖16B是示出在圖16A的符號A所示的部分的放大截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0051]〈第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)〉
[0052]圖1A是具備第一實(shí)施方式的彈性表面波的被測量物特性測量裝置的俯視構(gòu)成圖，圖1B是圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面圖。
[0053]被測量物特性測量裝置10測量例如液體狀的被測量物的物理特性。被測量物特性測量裝置10具備彈性表面波元件12、由振蕩器14、分配器16、開關(guān)17及彈性波檢測器18構(gòu)成的測量部20、由電腦等構(gòu)成的處理部22。
[0054]彈性表面波元件12具備:壓電基板24、在壓電基板24上形成、激勵彈性波的梳形電極26、在梳形電極26和彈性波的傳播方向(箭頭X方向)上的壓電基板24的端部28之間形成的槽部(反射部)30、在梳形電極26和槽部30之間形成、負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場32、以及傳播在槽部30和端部28之間形成的體波的體波傳播部34 (傳播部)。
[0055]彈性波(elasticwave)包括彈性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)、體波等的各種波。此外，彈性表面波是沿壓電基板的表面?zhèn)鞑サ牟?，體波是在壓電基板的內(nèi)部傳播的波。此外，在被測量物是液體的情況下，彈性表面波是滑動彈性表面波(SH-SAW =Shearhorizontal Surface Acoustic Wave)。在第一實(shí)施方式中，作為彈性表面波的例子,使用滑動彈性表面波進(jìn)行說明。在第一實(shí)施方式中，滑動彈性表面波在壓電基板24的表層部分(第一面)傳播，滑動彈性表面波的一部分在槽部(反射部)30的反射面(第四面)36反射，滑動彈性表面波的殘留部分通過圖1B中的槽部30的底面(第三面)和壓電基板24的下表面之間。此外，體波沿壓電基板24的整體傳播，體波的一部分在槽部30的反射面36反射，體波的剩余部分通過圖1B中的槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間，在傳播過體波傳播部34后，在壓電基板24的端部(第二面)28反射。這里，如圖1A及圖1B所示，槽部30具有的底面相對壓電基板24的表層部分是平行的。
[0056]壓電基板24若具有能使彈性表面波傳播的功能，則壓電基板24的構(gòu)造并無特別限定，優(yōu)選是36°旋轉(zhuǎn)Y板X傳播LiTaO3 (鉭酸鋰單結(jié)晶)。
[0057]梳形電極26如下地構(gòu)成:將極性不同的多對電極指27a、27b按彈性表面波的波長入的間隔沿傳播方向排列N對(例如,在圖1A中為4對)。梳形電極26基于在振蕩器14生成的高頻振蕩信號(例如，中心頻率為250MHz)激勵彈性表面波，在反應(yīng)場32傳播。梳形電極26接收在反應(yīng)場32傳播并由槽部30的反射面36反射、經(jīng)由反應(yīng)場32返回的滑動彈性表面波。此外,梳形電極26接收從反應(yīng)場32向體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射、經(jīng)由體波傳播部34及反應(yīng)場32返回的體波。梳形電極26為了避免因被測量物附著而測量精度降低，利用樹脂或玻璃等的密封部件38密封。[0058]槽部30在與彈性表面波的傳播方向正交的方向(箭頭Y方向)配置。槽部30沿與彈性表面波的傳播方向正交的方向從壓電基板24的一端(第一基板端)向另一端(第二基板端)延伸地形成。槽部30具有與彈性表面波傳播的壓電基板24的表面近似垂直的反射面36。這樣，槽部30的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切?。換言之，由槽部30的反射面36、底面、與體波傳播部34的表面是相同平面的、以封閉槽部30的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30的截面形狀是四角形。反射面36使滑動彈性表面波向梳形電極26反射。從槽部30的壓電基板24的表面朝向壓電基板24的內(nèi)部的方向上的深度d(參照圖1B，反射部具有的壁高d)由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者選擇滿足下式的關(guān)系的值:
[0059]λ /2 芻 d 芻 H/2
[0060]λ:彈性表面波的波長
[0061]H:壓電基板24的厚度。
[0062]在反應(yīng)場32形成在壓電基板24上蒸鍍的金屬膜40。金屬膜40構(gòu)成電短路的短路傳播路徑。金屬膜40的材料如無特別限制，優(yōu)選對在反應(yīng)場32滴下的被測量物化學(xué)穩(wěn)定的金屬。
[0063]體波傳播部34是體波傳播的區(qū)域，從槽部30的反射面36到壓電基板24的端部28為止的距離L2，由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者選擇滿足下式的關(guān)系的值:
[0064]L2 3NXA/2
[0065]λ:彈性表面波的波長
[0066]N:電極指27a、27b的對數(shù)。
[0067]構(gòu)成測量部20的振蕩器14生成高頻振蕩信號。分配器16向梳形電極26供給高頻振蕩信號，并向彈性波檢測器18供給高頻振蕩信號。彈性波檢測器18檢測在分配器16分配的高頻振蕩信號和基于由梳形電極26接收的彈性表面波的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部22。處理部22基于從彈性波檢測器18供給的信號求出被測量物的物理特性。此外，處理部22在規(guī)定的定時(shí)，切換開關(guān)17的端子I和端子3的連接，或端子2和端子3的連接。此外，物理特性是例如被測量物的粘度、密度等。處理部22求出例如向反應(yīng)場32沒有滴下任何東西的狀態(tài)時(shí)、供給的信號的頻率變化和相位變化。在向反應(yīng)場32首先沒有滴下任何東西的情況下，被測量物是空氣。接著，求出在向反應(yīng)場32滴下被測量物的狀態(tài)時(shí)供給的信號的頻率變化、相位變化。處理部22通過算出該2個(gè)測量數(shù)據(jù)，算出滴下的被測量物的粘度、密度等。
[0068]〈采用第一實(shí)施方式的測量處理〉
[0069]第一實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置10基本上是如上構(gòu)成的。接著，對使用被測量物特性測量裝置10的被測量物的物理特性的測量處理，使用圖1A、圖1B及圖6進(jìn)行說明。圖6是說明第一實(shí)施方式中的滑動彈性表面波信號及體波信號的傳播的圖。圖6與圖1B同樣，示出圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面的一部分。在圖6中，曲線sill表不滑動彈性表面波信號，曲線sll2及sll3表體波信號。
[0070]首先，測量者將被測量物向彈性表面波元件12的反應(yīng)場32滴下。在該情況下，梳形電極26由密封部件38密封，故能夠避免因向梳形電極26附著被測量物而使測量精度降低的狀況。此外，作為被測量物，若是液體狀的被測量物，例如，可以是純凈液體、混合液的任一種，特別在測量甲醇、乙醇等的酒精的物理特性的情況下有效。此外，在被測量物中包含抗原、抗體、細(xì)菌等的狀態(tài)下，也能夠測量物理特性。
[0071]接著，在振蕩器14突發(fā)生成的高頻振蕩信號在分配器16被分配，向梳形電極26及彈性波檢測器18供給相同信號。在梳形電極26中，基于供給的高頻振蕩信號使彈性波激振。彈性波沿著被測量物的滴下的反應(yīng)場32向箭頭X方向傳播。
[0072]在該情況下，在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的、滑動彈性表面波slll，在壓電基板24的表層部分傳播，一部分隨槽部30的反射面36 (反射面36A(圖6))反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。
[0073]此外，在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的體波(sll2，sll3)，在壓電基板24的整體傳播，如圖6所不，一部分(sll3)通過槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間在體波傳播部34傳播，到達(dá)壓電基板24的端部28。接下來，該體波sll3在被端部28反射后，再次在體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播并在梳形電極26接收。
[0074]這里，為了高精度地檢測滑動彈性表面波，槽部30的深度d由被測量物特性測量裝置10的設(shè)計(jì)者如以下那樣選擇?；瑒訌椥员砻娌ㄊ茄貕弘娀?4的表層部分傳播的波。因此，通過將槽部30的深度d選擇為滿足如下的式(I)的關(guān)系的值，彈性表面波元件12能夠?qū)?0%以上的滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射，在梳形電極26接收。
[0075]λ /2 蘭 d (I)
[0076]λ:彈性波的波長。
[0077]另一方面，體波是在壓電基板24的整體傳播的波。因此，槽部30的深度d為壓電基板24的厚度H的一半以下，通過選擇為滿足下式(2)的關(guān)系的值，彈性表面波元件12將槽部30的反射面36的體波的反射抑制到50%以下，能夠?qū)⑹Ｓ嗖糠值捏w波從槽部30的底面和壓電基板24的下表面之間傳播到體傳播部34。
[0078]d ^ H/2 (2)。
[0079]因此，設(shè)計(jì)者為了高精度地檢測由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波，根據(jù)(I)、(2)式，將槽部的深度d選擇為滿足下式(3)的關(guān)系的值:
[0080]λ /2 蘭 d 蘭 H/2 (3)。
[0081]此外，為了時(shí)間上分離地檢測由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波、以及在體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射的體波，設(shè)計(jì)者如下地設(shè)定體波傳播部34的距離L2。即，構(gòu)成梳形電極26的極性不同的多對的電極指27a、27b的間隔是彈性波的波長λ，設(shè)電極指27a、27b的對數(shù)為N，則梳形電極26的寬度為(NX λ )(其中，N為I以上的整數(shù))。為了可靠地分離滑動彈性表面波和體波，設(shè)計(jì)者將滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射并返回到梳形電極26的時(shí)間tl、和體波在壓電基板24的端部28反射并返回梳形電極26的時(shí)間t2的時(shí)間差(t2 - tl)，選擇為滿足下式(4)的關(guān)系的值:
[0082]t2 — tl 芎 NX λ /v (4)
[0083]V:彈性波的傳播速度。
[0084]該時(shí)間差(t2 — tl)是體波在距離L2的傳播部36往復(fù)時(shí)所需的時(shí)間，是下式(5)
[0085]t2 — tl = 2XL2/v (5)。
[0086]因此，為了時(shí)間上從接收的彈性波分離體波，高精度地檢測滑動彈性表面波，設(shè)計(jì)者從⑷、(5)式將傳播部36的距離L2選擇為滿足下式(6)的關(guān)系的值:
[0087]L2 3NXA/2 (6)。
[0088]由梳形電極26接收的滑動彈性表面波及體波轉(zhuǎn)換為滑動彈性表面波信號及體波信號后，向彈性波檢測器18供給。圖2是第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12的梳形電極26的滑動彈性表面波信號及體波信號的接收時(shí)間和信號電平的關(guān)系說明圖。在圖2中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示信號電平。彈性波檢測器18檢測從分配器16供給的高頻振蕩信號與接收的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于該檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部22。處理部22將從彈性波檢測器18供給的這些信號中對滑動彈性表面波信號延遲規(guī)定時(shí)間的體波信號分離，基于與滑動彈性表面波信號相關(guān)的信號，求出被測量物的物理特性。在圖2中，以時(shí)間tl為中心分離的信號SlOl是滑動彈性表面波信號，以比該滑動彈性表面波信號延遲的時(shí)間t2為中心分離的信號sl02是體波信號。
[0089]這樣，具備第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12的被測量物特性測量裝置10構(gòu)成為，在反應(yīng)場32傳播、在由槽部(反射部)30的反射面36反射后向梳形電極26輸入的滑動彈性表面波、以及從反應(yīng)場32通過槽部30的下部在體波傳播部34傳播并由壓電基板24的端部28反射后向梳形電極26輸入的體波之間產(chǎn)生規(guī)定的時(shí)間差。因此，處理部22由從彈性波檢測器18供給的信號分離相對于基于滑動彈性表面波的信號延遲規(guī)定時(shí)間而供給的基于體波的信號。其結(jié)果是，處理部22能夠基于與滑動彈性表面波相關(guān)的信號，高精度地求出在反應(yīng)場32滴下的被測量物的物理特性。
[0090]此外，彈性表面波元件12采用如下的結(jié)構(gòu):使滑動彈性表面波在槽部30的反射面36反射并往返，另一方面使體波在壓電基板24的端部28反射并往返，以單一的梳形電極26檢測滑動彈性表面波及體波。因此，能夠得到具備能高精度地求出被測量物的物理特性的小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12的被測量物特性測量裝置10。
[0091]圖3是在第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12形成的槽部30的變形例的部分放大截面圖。圖3與圖1B同樣示出圖1A所示的彈性表面波元件的IB-1B線截面的一部分。在槽部30，在不從壓電基板24的表面突出的范圍內(nèi)，用樹脂42例如環(huán)氧樹脂填充。此外，在圖3中，槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0092]通過這樣構(gòu)成，能夠抑制由槽部30的反射面36導(dǎo)致的滑動彈性表面波的聲(特性)阻抗的變化。即，在槽部30未填充樹脂42的情況下，在槽部30有空氣層時(shí)，在槽部30有液體狀的被測量物滴下時(shí)，反射面36的聲(特性)阻抗大為不同。因此，在槽部30滴下被測量物時(shí)，由梳形電極26檢測的信號電平也大大地變化，測量誤差有可能變大。相對于此，在槽部30的一部分填充樹脂42的情況下，即使產(chǎn)生被測量物的一部分向槽部30滴下的那樣的狀況，反射面36的聲(特性)阻抗的變化也較小。因此，能夠避免梳形電極26檢測的信號電平隨被測量物的滴下狀態(tài)而不同的狀況。其結(jié)果是，能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下高精度地求出被測量物的物理特性。
[0093]此外，通過以樹脂42不從壓電基板24的表面突出的方式在槽部30填充樹脂42，即使在被測量物滴下到槽部30內(nèi)的樹脂42上的情況下，對于由槽部30的反射面36反射的滑動彈性表面波的影響變小。因此，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0094]〈第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)〉
[0095]圖4是具備第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44的被測量物特性測量裝置46的俯視構(gòu)成圖。此外，構(gòu)成彈性表面波元件44的材料與第一實(shí)施方式的彈性表面波元件12是同樣的。
[0096]被測量物特性測量裝置46具備彈性表面波元件44、由振蕩器48、分配器50、彈性波檢測器52、開關(guān)53a及開關(guān)53b構(gòu)成的測量部54、以及處理部56。此外，開關(guān)53a及開關(guān)53b的端子I和端子3的連接、或端子2和端子3的連接的切換由處理部56進(jìn)行。
[0097]彈性表面波元件44具備在壓電基板58上(第一面)形成的2個(gè)梳形電極60a、60b，在梳形電極60a、60b和壓電基板58的端部(第二面)62之間形成的槽部(反射部)64、在各梳形電極60a、60b和槽部64之間與各梳形電極60a、60b對應(yīng)地形成的反應(yīng)場66a、66b、以及在槽部64和端部62之間形成的體波傳播部68。
[0098]2個(gè)梳形電極60a、60b在槽部64的長度方向(箭頭Y方向)并排地形成，與梳形電極26 (參照圖1A、圖1B)同樣地由樹脂或玻璃等的密封部件70a、70b密封。此外，梳形電極60a及60b分別相當(dāng)于圖1A、圖1B的梳形電極26，具有相當(dāng)于極性各不相同的多對電極指27a及27b的多對電極指。
[0099]槽部64形成有在2個(gè)梳形電極60a、60b和彈性表面波的傳播方向(箭頭X方向)中的壓電基板58的端部62之間形成、與反射面36對應(yīng)的反射面(第四面)72。此外，槽部64的截面例如與圖1B同樣，槽部的深度如符號d所示。槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0100]反應(yīng)場66a、66b在各梳形電極60a、60b和槽部64之間，與各梳形電極60a、60b對應(yīng)地形成。在各反應(yīng) 場66a、66b形成在壓電基板58上蒸鍍的金屬膜74a、74b。
[0101]在槽部64和端部62之間形成與體波傳播部34 (參照圖1A、圖1B)同樣的體波傳播部68。
[0102]構(gòu)成測量部54的振蕩器48生成高頻振蕩信號。分配器50將高頻振蕩信號向各梳形電極60a、60b供給，并向彈性波檢測器52供給。彈性波檢測器52檢測在分配器50分配的高頻振蕩信號和基于在各梳形電極60a、60b接收的彈性表面波的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于檢測的振幅比、相位差及傳播延遲差的信號輸出到處理部56。處理部56基于從彈性波檢測器52供給的信號，求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的被測量物的物理特性。
[0103]這樣，第二實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46以第一組(梳形電極60a、反應(yīng)場66a)和第二組(梳形電極60b、反應(yīng)場66b)，以傳播方向與X方向平行的方式并排地配置。
[0104]〈第二實(shí)施方式的測量處理〉
[0105]在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式的測量裝置46中，與第一實(shí)施方式的測量裝置10同樣，能夠測量向各反應(yīng)場66a、66b滴下的被測量物的物理特性。
[0106]即，在振蕩器48生成的高頻振蕩信號在分配器50分配，向彈性表面波元件44的各梳形電極60a、60b及測量部54的彈性波檢測器52供給。
[0107]在梳形電極60a中，彈性波基于供給的高頻振蕩信號激振，滑動彈性表面波沿著被測量物滴下的反應(yīng)場66a向箭頭X方向傳播后，到達(dá)反射面72。接下來，滑動彈性表面波被反射面72反射，再次在反應(yīng)場66a傳播，由梳形電極60a接收。由梳形電極60b激振的滑動彈性表面波與上述的實(shí)施方式同樣。
[0108]此外，由梳形電極60a激振的體波從反應(yīng)場66a向體波傳播部68傳播，到達(dá)端部62。接下來，體波由端部62反射，再次在體波傳播部68及反應(yīng)場66a傳播，在梳形電極60a接收。由梳形電極60b激振的體波，與上述的實(shí)施方式是同樣的。
[0109]由各梳形電極60a、60b接收的滑動彈性表面波及體波在向滑動彈性表面波信號及體波信號轉(zhuǎn)換后，向彈性波檢測器52供給。彈性波檢測器52檢測從分配器50供給的高頻振蕩信號和接收的信號的振幅比、相位差及傳播延遲差，將基于該檢測的振幅比、相位差的信號輸出到處理部56。處理部56分離從彈性波檢測器52供給的信號中的、相對于滑動彈性表面波的信號延遲規(guī)定時(shí)間的體波的信號，基于得到的滑動彈性表面波的信號，求出向反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。
[0110]在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46中，與第一實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置10同樣，從彈性表面波的信號分離體波的信號，基于滑動彈性表面波的信號，求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。即，在被測量物特性測量裝置46中，能夠同時(shí)高精度地求出相同或不同的多個(gè)被測量物的物理特性。
[0111]此外，在包括第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44的被測量物特性測量裝置46中，能夠同時(shí)求出向各反應(yīng)場66a、66b滴下的各被測量物的物理特性。而且，通過僅向一個(gè)反應(yīng)場66a滴下被測量物，處理各梳形電極60a、60b檢測的滑動彈性表面波信號，也能補(bǔ)償彈性表面波元件44的環(huán)境條件的變化、例如溫度變化的影響而高精度地求出被測量物的物理特性。
[0112]〈第三實(shí)施方式〉
[0113]圖5是具備第三實(shí)施方式的彈性表面波元件76的被測量物特性測量裝置78的俯視構(gòu)成圖。此外，對與第二實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)單元標(biāo)記相同的參照符號，并省略其詳細(xì)說明。此外，構(gòu)成彈性表面波兀件76的材料,與第一實(shí)施方式的彈性表面波兀件12同樣。此夕卜，槽部64的截面例如與圖1B同樣，槽部的深度如符號d所示。槽部30的深度是滿足(3)式的深度。
[0114]如圖5所示，彈性表面波元件76具有剝離第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44 (參照圖4)中的反應(yīng)場66b的金屬膜74b的一部分而露出壓電基板58的剝離部80。除了剝離部80的結(jié)構(gòu)外，彈性表面波元件76的結(jié)構(gòu)與彈性表面波元件44的結(jié)構(gòu)相同。壓電基板58露出的反應(yīng)場66b，是與具有與反應(yīng)場66a不同的振幅.相位特性的電開放狀態(tài)。
[0115]在反應(yīng)場66a電短路時(shí)的輸出信號,僅接受力學(xué)相互作用。此外,在反應(yīng)場66b電開放時(shí)的輸出信號，接受物理相互作用(電相互作用及力學(xué)相互作用)。因此，從基于兩個(gè)反應(yīng)場66b和反應(yīng)場66a的輸出信號抵消力學(xué)相互作用并提取電相互作用，能夠求出被測量物的介電常數(shù)、導(dǎo)電率(例如，參照羽藤逸文等2名，“SAW振蕩器一體型SAW傳感器系統(tǒng)的開發(fā)”，信學(xué)技報(bào)，電子信息通信學(xué)會，2003年2月)。
[0116]在這樣構(gòu)成的第三實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置78中，向各反應(yīng)場66a、66b滴下相同的被測量物，然后，利用各梳形電極60a、60b激振彈性波。處理部56基于與從電短路的反應(yīng)場66a得到的滑動彈性表面波的信號、和從電開放的反應(yīng)場66b得到的滑動彈性表面波的信號，能夠高精度地求出被測量物的介電常數(shù)、導(dǎo)電率等物理特性。
[0117]此外，在第一至第三實(shí)施方式中，舉例說明了槽部(反射部)(30、64)是槽，但本發(fā)明并不限于該構(gòu)造。圖7是具備彈性表面波元件12’的被測量物特性測量裝置的IB-1B線截面圖。此外，圖7示出第一實(shí)施方式的圖1A的截面圖，在第二實(shí)施方式(圖4)、第三實(shí)施方式(圖5)也能夠同樣適用圖7所示的構(gòu)造。
[0118]如圖7所示，彈性表面波元件12’沿壓電基板24的表面(第一面)的法線方向形成有與表面配置在不同位置的第三面36C’。該第三面與體波傳播部34的上表面連續(xù)。而且，作為第四面的反射面36A’，連結(jié)第一面的端部和第三面的端部而形成。即，也可以是，在本發(fā)明的被測量物特性測量裝置(10、46及78)中，僅具有反射面36(36A、36’及72)，而不具有與反射面36(36A、36’及72)平行地設(shè)置的面36B(參照圖6)。通過這樣構(gòu)成，與第一至第三實(shí)施方式同樣，滑動彈性表面波sill由反射面36A’反射，體波sll3由端部28反射，因而能夠分離滑動彈性表面波sill和體波sll3。因此，能夠得到能高精度地求出被測量物的物理特性的、具備小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12’的被測量物特性測量裝置10。
[0119]〈第四實(shí)施方式〉
[0120]圖8是示出第一實(shí)施方式中的槽部30的深度d為0.06 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。圖9是示出第一實(shí)施方式中的槽部30的深度d為0.01 (mm)的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。在圖8及圖9中，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不信號電平。在圖8及圖9中，曲線s401及s411是體波的時(shí)間對信號電平的特性，曲線s402及s412是滑動彈性表面波的時(shí)間對信號電平的特性。
[0121]如圖1B或圖6所示，在第一實(shí)施方式中，槽部30的底面(第三面)與壓電基板24的下表面大致平行地形成。
[0122]如圖8所示，槽部30的深度d為0.06 (mm)時(shí)，時(shí)刻約2 ( μ s)至約3(μ s)之間，體波s401和滑動彈性表面波s402的電平差約為60 (dB)。接著，如圖9所示，在槽部30的深度d為0.01 (mm)時(shí)，時(shí)刻約2 ( μ s)至約3 ( μ s)之間，體波s411和滑動彈性表面波s412的電平差約為70 (dB)。
[0123]這樣，在槽部30的深度d比規(guī)定的深度深的情況下，體波的信號電平變大。其原因在于，如如圖6中說明的那樣，體波反射到槽部30的反射面36A，返回梳形電極26的信號電平變大。因此，在反射面36A滿足上述關(guān)系式(3)的情況下，能夠增大體波s401和滑動彈性表面波s402的電平差。
[0124]然而，如圖9所示，即使槽部30的深度d為0.01 (mm)，超過時(shí)刻約3 ( μ s)后，體波s401的信號電平上升。這里，說明超過時(shí)刻約3(μ s)后體波s401的信號電平上升的理由。
[0125]圖10是說明槽部30中的端部導(dǎo)致的反射的圖。與圖6相同的部位使用相同符號并餐略說明。
[0126]在圖10中，點(diǎn)401表示槽部30中的反射面(第四面)36Α的端部。此外，曲線s421表示體波，箭頭s422和箭頭s423表示由端部401新產(chǎn)生的體波。此外符號36B表示與反射面36A對置并與體波傳播部34相接設(shè)置的面,符號36C表不槽部30的底面(第三面)。
[0127] 如圖10所示，在通過槽部30的底面36C和壓電基板24的下表面之間并在端部(第二面)28反射的體波sll3以外，存在在槽部30的反射面36A反射的體波sll2、s421。在反射面36A的端部401反射的體波s421，不僅在端部401反射，如箭頭s422及箭頭s423那樣，產(chǎn)生新的體波。這樣新產(chǎn)生的體波s422及s423，延遲到達(dá)梳形電極26，如圖9所示，超過時(shí)刻約3(μ s)后，體波s401的信號電平上升。
[0128]因此，在第四實(shí)施方式中，通過抑制在槽部的端部新產(chǎn)生的體波，能夠進(jìn)一步改善體波和滑動彈性表面波的分離。
[0129]圖11是說明第四實(shí)施方式的槽部30a的形狀的圖。在圖11中，設(shè)彈性表面波傳播的方向?yàn)閄方向，對彈性表面波傳播的方向垂直的方向?yàn)閅方向，設(shè)壓電基板24的厚度方向?yàn)閆方向。此外，圖11是對第一實(shí)施方式的圖1A所示的被測量物特性測量裝置10適用第四實(shí)施方式的槽部30a的例子的圖，也可適用于第二及第三實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置46及78。此外H是壓電基板24的Z方向的厚度。
[0130]如圖11所示，槽部(反射部)30a具有沿Z方向深度d的側(cè)面(第四面)36Aa及側(cè)面36Ba、以及例如直徑w的半圓的曲面(第三面)36Ca (所述第三面的至少一部分是曲面)。該側(cè)面36Aa的深度d與第一實(shí)施方式同樣，為λ/2以上且H/2以下。此外，與第一至第三實(shí)施方式同樣，側(cè)面36Ba也可與側(cè)面36Aa大致平行地形成。
[0131]曲面36Ca的Z方向的深度d’例如是w/2。因此，槽部30a的深度的總計(jì)最大為d+d，。
[0132]這樣，彈性表面波元件12a中的槽部30a的底面36Ca如第一至第三實(shí)施方式的底面36C(參照圖6)那樣，不是與壓電基板24的下表面大致平行的形狀，而是具有曲面。因此，底面36Ca的X方向的位置隨Z方向的位置而不同。X方向的位置隨Z方向的位置而不同，具體而言，在用XZ平面表示底面36Ca的各坐標(biāo)的情況下，如位置I = (xl，zl)，位置2
=(x2，z2)，......那樣，對每個(gè)位置，至少X方向或Z方向的坐標(biāo)不同。此外，槽部30a也
可利用凸多角形形成為近似半圓。
[0133]此外，在第四實(shí)施方式中，側(cè)面36Aa相當(dāng)于第一實(shí)施方式的反射面36。
[0134]圖12是示出具備圖11所示的槽部30a的情況的測量值的一個(gè)例子的圖。在圖12中，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不信號電平。此外，曲線s451是體波的時(shí)間對信號電平的特性，曲線s452是滑動彈性表面波的時(shí)間對信號電平的特性。圖12是在圖11中槽部30a的深度d+d’為0.06 (mm)的情況的測量值。
[0135]如圖12所示那樣，在具有槽部30a的情況下，時(shí)刻約2(ys)至約3 ( μ s)之間，體波s451和滑動彈性表面波s452的電平差與圖9同樣為約70 (dB)。在圖9中，超過時(shí)刻約3(ys)后，體波s401的信號電平上升，但在第四實(shí)施方式中，如圖12所示，即使超過時(shí)刻約3(ys)，體波s451的電平也不上升。這樣，圖12所示的測量值，即使與相同深度0.06 (mm)的圖8及具有側(cè)面36A及36B而深度為0.01 (mm)的圖9的任一個(gè)比較，體波的信號電平都有降低。
[0136]這里，說明在將第四實(shí)施方式的槽部30a適用于被測量物特性測量裝置的情況下，能夠減少體波導(dǎo)致的信號電平的理由。如在圖10中說明的那樣，在體波反射的面存在端部時(shí)，利用該端部產(chǎn)生新的體波。如圖11所示，在利用曲面形成與槽部30a的側(cè)面36Aa連續(xù)的底面36Ca的情況下，在側(cè)面36Aa和底面36Ca的連接部等形成端部。因此，若如圖11所示的槽部30a那樣形成，則不會產(chǎn)生端部引起的新體波。
[0137]在圖11的情況下，在側(cè)面36Aa和底面36Ca都反射體波。然而，底面36Ca是曲面，在該面反射并由梳形電極26 (圖1A、圖1B參照)接收的體波的定時(shí)，隨例如Z方向的深度的位置而不同。即，梳形電極26接收的體波被分散。其結(jié)果是，依據(jù)第四實(shí)施方式，如圖12所示，即使超過時(shí)刻約3 ( μ s)，也能夠減少體波引起的信號電平。
[0138]如以上那樣，具有第四實(shí)施方式的彈性表面波元件12a的槽部30a，與在第一至第三實(shí)施方式說明的槽部30同樣，具有對XY平面垂直的側(cè)面36Aa，而且作為底面具有曲面36Ca。由于該結(jié)構(gòu)，第四實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置中的彈性表面波元件12a與第一至第三實(shí)施方式相比，能進(jìn)一步提高滑動彈性表面波和體波的分離。其結(jié)果是，能夠得到能高精度地求出被測量物的物理特性的、具備小型且廉價(jià)的彈性表面波元件12a的被測量物特性測量裝置10。
[0139]接著，說明槽部的形狀的變形例。
[0140]圖13及圖14是第四實(shí)施方式的槽部的變形例。此外，圖13及圖14是XZ平面中的彈性表面波元件的截面圖的一部分。此外，壓電基板的Z方向的厚度為H。
[0141]如圖13所示，彈性表面波元件12b的槽部(反射部)30b具備沿Z方向深度d的側(cè)面36Ab及側(cè)面36Bb、斜面36Cbl (第三面)以及斜面36Cb2 (第三面)。斜面36Cbl是對側(cè)面36Ab以角Θ I傾斜,在一端(端部411、第一端)與側(cè)面36Ab接觸的平面。斜面36Cb2是對側(cè)面36Bb以角Θ I傾斜，在一端(第一端)與側(cè)面36Bb接觸的平面。斜面36Cbl的另一端(端部412、第二端)與斜面36Cb2的另一端相接。此外，側(cè)面36Ab的深度d與第一實(shí)施方式同樣，是λ/2以上且H/2以下。此外，槽部30b的Z方向中的深度是最大d+d’。SP，槽部30b具有的斜面的至少一部分，是對壓電基板的第一面的法線方向以規(guī)定角度傾斜而形成的斜面。這樣，槽部30b的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切?。換言之，由側(cè)面36Ab、側(cè)面36Bb、斜面36Cbl、斜面36Cb2、作為與體波傳播部34的表面相同的平面、以封閉槽部30b的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下，稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30b的截面形狀是五角形。
[0142]此外，在圖13所示的例子中，說明了側(cè)面36Ab和側(cè)面36Bb的深度相同的情況，但深度也可不同。但是，即 使在該情況下，側(cè)面36Ab的深度d為λ/2以上且H/2以下即可。同樣，側(cè)面36Ab和斜面36Cbl所成的角Θ 1、以及側(cè)面36Bb和斜面36Cb2所成的角Θ 1，可相同也可不同。這樣槽部30b形成為凸多角形。
[0143]如圖14所示，彈性表面波元件12c的槽部(反射部)30c具有沿Z方向深度d的側(cè)面36Ac、沿Z方向深度d+d’的側(cè)面36Bc、斜面36Ccl(第三面)、以及底面36Cc2。斜面36Ccl是對側(cè)面36Ac以角Θ 2傾斜，在一端(端部421，第一端)與側(cè)面36Ac接觸的平面。底面36Cc2的一端在斜面36Ccl的另一端(端部422，第二端)與斜面36Ccl接觸，底面36Cc2的另一端與側(cè)面36Bc的下端接觸，底面36Cc2與壓電基板24的下表面平行。
[0144]該側(cè)面36Ac的深度d與第一實(shí)施方式同樣，為λ/2以上且H/2以下。此外，槽部30c的Z方向中的深度最大為d+d’。即，槽部30c具有的斜面的至少一部分，是對壓電基板的第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。這樣，槽部30c的截面形狀是從壓電基板24的表層部分向壓電基板24的內(nèi)部突出的凸?fàn)畹亩嘟切巍Q言之，由側(cè)面36Ac、側(cè)面36Bc、斜面36Ccl、底面36Cc2、作為與體波傳播部34的表面相同的平面、以封閉槽部30c的方式延長的假想線包圍的形狀是凸?fàn)畹亩嘟切?以下，稱為凸多角形)。在本實(shí)施方式中，槽部30c的截面形狀是五角形。
[0145]此外，在圖14所示的例子中，槽部30c說明了具有底面36Cc2的例子，但也可不具有底面36Cc2。在該情況下，斜面36Ccl的另一端，也可與側(cè)面36Bc的下端相接。這樣槽部30c形成為凸多角形。
[0146]接著，說明如圖13及圖14那樣的形狀的槽部中的體波的傳播。[0147]如圖13所示，槽部30b具有端部411及端部412。因此，由這些端部產(chǎn)生新的體波。同樣,如圖14所示，槽部30c具有端部421及端部422。因此，由這些端部產(chǎn)生新的體波。
[0148]然而，第四實(shí)施方式的槽部30b與第一至第三實(shí)施方式(例如圖6)不同，具有與深度d的側(cè)面36Ab連續(xù)的斜面36Cbl。同樣，第四實(shí)施方式的槽部30c具有與深度d的側(cè)面36Ac連續(xù)的斜面36Ccl。
[0149]因此，體波不僅在上述的端部(411及412，或421及422)反射，在斜面36Cbl或36Ccl的各位置都反射。斜面36Cbl或36Ccl與圖11所示的底面36Ca同樣，斜面的XZ平面的各位置不同。
[0150]因此，在本實(shí)施方式中，在端部411、412、421及422產(chǎn)生的新的體波的基礎(chǔ)上，梳形電極24還各在不同時(shí)刻接收在各位置反射的體波。其結(jié)果是，與底面36Ca是曲面的情況同樣，梳形電極24接收的體波在時(shí)間方向上分散。因此，依據(jù)具備圖13或圖14的槽部30b或30c的彈性表面波元件12b或12c，能夠減少體波引起的信號電平。
[0151]如以上那樣，在第四實(shí)施方式中，在第一至第三實(shí)施方式的槽部(30或64)具有的深度d的側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)的基礎(chǔ)上，還具有曲面的底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)。利用該結(jié)構(gòu)，與第一至第三實(shí)施方式同樣,梳形電極24接收基于由側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)反射的滑動彈性表面波的信號。此外，梳形電極24接收基于由側(cè)面(36Aa、36Ab或36Ac)、底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)及端部28反射的體波的信號。上述的由底面36Ca或斜面(36Cbl或36Ccl)及端部28反射的體波被分散接收。由此，如圖13那樣，即使在側(cè)面36Ab和斜面36Cbl之間有端部411等，也能夠分散體波，故能夠降低新產(chǎn)生的體波的影響。
[0152]因此，依據(jù)第四實(shí)施方式，利用第一至第三實(shí)施方式能夠進(jìn)一步降低體波，故能夠分離體波和滑動彈性表面波。其結(jié)果是，在第四實(shí)施方式中，通過這樣地使用從體波分離的滑動彈性表面波，能夠以高精度求出被測量物的物理特性。
[0153]〈第5實(shí)施方式〉
[0154]圖15是具備第5實(shí)施方式的彈性表面波元件12a的被測量物特性測量裝置IOa的俯視構(gòu)成圖。圖16A是圖15所示的彈性表面波元件12a的IB-1B線截面圖。圖16B是不出圖16A的符號A表不的部分的放大截面圖，是包括反射部500的部分放大圖。
[0155]被測量物特性測量裝置IOa測量被測量物的物理特性。被測量物特性測量裝置IOa具備彈性表面波元件12a、由振蕩器14a、分配器16a、開關(guān)17a及彈性波檢測器18a構(gòu)成的測量部20a、由電腦等構(gòu)成的處理部22。測量部20a與第一實(shí)施方式的測量部20具有同樣的功能。
[0156]彈性表面波元件12a具備壓電基板24、在壓電基板24上形成并使彈性波激振的梳形電極26、在梳形電極26和彈性波的傳播方向(箭頭X方向)中的壓電基板24的端部28之間形成的反射部500、在梳形電極26和反射部501?503之間形成并負(fù)荷被測量物的反應(yīng)場32、在反射部501?503和端部28之間形成的體波傳播的體波傳播部34。反射部500具備反射部501?503。本實(shí)施方式的彈性表面波元件12a在具備反射部501?503的點(diǎn)上與第一實(shí)施方式不同。
[0157]此外，在圖15、圖16A及圖16B中，設(shè)彈性波的傳播方向?yàn)閄方向，與彈性表面波的傳播方向正交的方向?yàn)閅方向。
[0158]反射部501~503以沿Y方向從壓電基板24的一個(gè)端(第一基板端)向另一端(第二基板端)延伸的方式形成。反射部501~503具有與彈性波傳播的壓電基板24的表面大致垂直的高h(yuǎn)(參照圖16A及圖16B)的壁。反射部501~503的壁的高h(yuǎn)根據(jù)彈性表面波的波長λ決定。
[0159]反射部501沿X方向離開反應(yīng)場32距離Lll而形成。此外，反射部501的X方向的寬度是L12。反射部501沿X方向具有面511 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面521 (第四面)。
[0160]反射部502沿X方向離反射部501距離L13而形成。此外，反射部502的X方向的寬度是L14。反射部502沿X方向具有面512 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面522 (第四面)。
[0161]反射部503沿X方向離反射部502距離L15而形成。此外，反射部503的X方向的寬度是L16。反射部503沿X方向具有面513 (第三面)，具有離壓電基板24的表面高h(yuǎn)的反射面523 (第四面)。
[0162]彈性表面波傳播壓電基板24的表層部分，在由反射部501~503的各面521~523反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26被接收。
[0163]此外，距離L11、L13及L15可以相同也可不同。寬度L12、L14及L16可以相同也可不同。此外，反射部501~50 3的反射面521~522的高度h，可以相同也可不同。
[0164]此外，在圖15、圖16A及圖16B中，示出了彈性表面波元件12a具備三個(gè)反射部的例子，但反射部的數(shù)是一個(gè)以上即可。
[0165]接著，說明采用被測量物特性測量裝置IOa的處理的一個(gè)例子。
[0166]處理部22切換開關(guān)17a以連接端子I和端子3。由此，分配器16a經(jīng)由開關(guān)17a向梳形電極26供給高頻振蕩信號。
[0167]梳形電極26基于供給的高頻振蕩信號使彈性波激振。彈性波沿被測量物的滴下的反應(yīng)場32向箭頭X方向傳播。
[0168]在反應(yīng)場32傳播的彈性波中的、作為彈性表面波的滑動彈性表面波，在壓電基板24的表層部分傳播，在由反射部501~503的反射面521~523反射后，再次在反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。此外，體波在壓電基板24的內(nèi)部的體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播，到達(dá)壓電基板24的端部28。接下來，該體波在利用端部28反射后，再次在體波傳播部34及反應(yīng)場32傳播，在梳形電極26接收。
[0169]處理部22切換開關(guān)17a以連接端子2和端子3。
[0170]由梳形電極26接收的彈性表面波及體波在轉(zhuǎn)換成彈性表面波信號及體波信號后，供給給彈性波檢測器18a。
[0171]此外，彈性波檢測器18a例如使用反射部501~503中的位于三個(gè)的中心的反射部502的反射引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。在反射部為兩個(gè)以上的情況下，彈性波檢測器18a也可使用在反射部501~503中配置在中心的反射部的反射引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。在反射部的數(shù)為偶數(shù)的情況下，例如在反射部為四個(gè)的情況(第一反射部至第四反射部)，彈性波檢測器18a可使用四個(gè)反射部中、配置在中心的第二反射部或第三反射部引起的彈性表面波信號進(jìn)行檢測。[0172]如以上那樣，在第5實(shí)施方式的被測量物特性測量裝置IOa中，彈性表面波在反應(yīng)場32傳播，相對于利用反射部500的反射面(521~523)反射并在梳形電極26接收，體波從反應(yīng)場向體波傳播部34傳播，在壓電基板24的端部28反射后，比彈性表面波延遲規(guī)定時(shí)間，在梳形電極26接收。因此，利用該延遲時(shí)間，從基于彈性波的信號分離基于體波的信號，能夠提取因彈性表面波引起的信號。因此，基于因彈性表面波引起的信號，能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0173]此外，在第5實(shí)施方式中，舉I個(gè)例子說明了梳形電極26、反應(yīng)場32，但也可如第二及第三實(shí)施方式那樣是多個(gè)。即使在該情況下，例如，也可代替圖4的槽部64、圖5的槽部64而適用反射部500。
[0174]此外，在圖16A及圖16B中，反射部501~503的面511~513的形狀示出與壓電基板24大致平面的形狀的例子，但本發(fā)明并不限于該例。反射部501~503的面511~513的形狀也可以是其他形狀，例如半圓、斜面等。
[0175]此外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行變更。
[0176]例如，在第二實(shí)施方式的彈性表面波元件44及第三實(shí)施方式的彈性表面波元件76形成的槽部64，與圖3所示的情況同樣，通過由樹脂42覆蓋，即使是被測量物的一部分滴下到槽部64的情況下，也能夠高精度地求出被測量物的物理特性。
[0177]附圖標(biāo)記
[0178]10、10a、4 6、78、被測量物特性測量裝置
[0179]12、12a、44、76、彈性表面波元件
[0180]14、48、振蕩器16、50、分配器
[0181]18、52、彈性波檢測器 20、54、測量部
[0182]22、56、處理部24、58、壓電基板
[0183]26、60a、60b、梳形電極 27a、27b、電極指
[0184]28、62、端部30、64、槽部
[0185]32、66a、66b、反應(yīng)場 34、68、體波傳播部
[0186]36、72、521 ~523、反射面 38、70a、70b、密封部件
[0187]40、74a、74b、金屬膜 42、樹脂
[0188]80、剝離部500~504、反射部。
【權(quán)利要求】
1.一種被測量物特性測量裝置，其特征在于，具備彈性表面波元件，所述彈性表明波元件具備: 梳形電極，其形成于壓電基板上的第一面，激勵彈性波，并接收基于所述彈性波的反射； 反射部，其具有第三面和第四面，所述第三面形成在所述梳形電極和與所述彈性波的傳播方向上的所述壓電基板的所述第一面正交的第二面之間、在所述第一面的法線方向上與所述第一面不同的位置，所述第四面在所述第一面的法線方向上垂直地形成，并連結(jié)所述第一面的端部和所述第三面； 反應(yīng)場，其形成于所述梳形電極和所述反射部之間并負(fù)荷被測量物；以及 傳播部，其形成于所述反射部和所述第二面之間， 所述被測量物特性測量裝置將從所述梳形電極在所述反應(yīng)場傳播、由所述反射部的所述第四面反射、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的在所述壓電基板的表面?zhèn)鞑サ膹椥员砻娌◤挠伤鰤弘娀宓乃龅诙娣瓷?、并由所述梳形電極接收的所述彈性波中所含有的在所述壓電基板的內(nèi)部傳播的體波中分離并提取出，基于提取出的所述彈性表面波求出所述被測量物的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 從所述壓 電基板的所述表面向所述壓電基板的內(nèi)部的方向上的所述反射部所具有的壁的高度d是滿足下式的關(guān)系的值:
λ /2 蘭 d 蘭 H/2 λ:所述彈性波的波長 H:所述壓電基板的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述梳形電極具備Ν(Ν為I以上的整數(shù))對多個(gè)電極指， 從所述反射部的所述第四面到所述壓電基板的所述端部為止的距離L2是滿足下式的關(guān)系的值:
L2 ^ NX λ /2 λ:所述彈性波的波長 N:構(gòu)成所述梳形電極的多個(gè)電極指的對數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面相對所述壓電基板的所述第一面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3、5中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 所述反射部具有的所述第三面的至少一部分是相對所述壓電基板的所述第一面的法線方向傾斜規(guī)定角度而形成的斜面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 在所述反射部，在不從所述壓電基板的所述第一面突出的范圍內(nèi)填充樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的被測量物特性測量裝置，其特征在于， 在所述壓電基板上，沿相對所述彈性波的傳播方向垂直的方向形成多個(gè)所述梳形電極，并在各所述梳 形電極和所述反射部的所述第三面之間，形成與所述各梳形電極對應(yīng)的多個(gè)所述反應(yīng)場。
【文檔編號】G01N29/02GK104024846SQ201280063121
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】吉村直之, 谷津田博美 申請人:日本無線株式會社
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